Методы создания среды с повышенной температурой

Нагрев и термостатирование среды в камере может осуществляться двумя основными способами: прямым (непосредственным) и косвенным. Прямой нагрев газа (чаще всего воздуха) в камере может осуществляться за счет расположения электронагревателей за внутренней стенкой (за рубашкой) камеры, окружающей ее рабочий объем со всех сторон (рисунок 2.4-8.10.), а также за счет принудительной циркуляции воздуха, предварительно нагретого, например, электронагревателями расположенными внутри камеры за специальным экраном (рисунок 2.4-8.11.).

Хорошие результаты дает нагрев воздуха за счет расположения электронагревателей за рубашкой камеры окружающей ее рабочий объем со всех сторон (см. рисунок 2.4-8.10.). В этом случае обеспечиваются равномерность пространственного распределения температуры и высокая ее стабильность при сравнительно небольшой скорости движения воздуха, что создает условия близкие к свободному обмену воздуха в камере. Высокая равномерность нагрева обеспечивается за счет большой поверхности нагрева и достаточно большой мощности электронагревательных элементов обеспечивающих получение высокой температуры.

К достоинствам данных камер можно отнести минимальное время достижения предельных температур и восстановления температурного режима камеры после помещения в нее испытуемых изделий. Однако необходимость при большом объеме иметь большую мощность нагревателей ограничивает применение данного способа нагрева. В связи с этим получили применение камеры с принудительной циркуляцией воздуха.

Осуществление прямого нагрева за счет циркуляции воздуха предварительно нагретого электронагревателями расположенными внутри камеры (см. рисунок 2.4-8.11.) несколько упрощает конструкцию камеры. В этом случае для получения однородного потока воздуха вентилятор, создающий повышенное давление, размещают в форкамере, откуда выход воздуха может осуществляться через фильтр (например, из стекловолокна). В форкамере могут также размещаться нагревательные элементы. Предусматривается одновременная регулировка нагрева и скорости воздушного потока.

В некоторых конструкциях электронагревательные элементы и фильтры конструктивно объединяются в один узел в виде ткани из стекловолокна с вплетенными в нее обогревательными элементами. Принудительная циркуляция воздуха, предотвращающая перегрев тепловыделяющих изделий не должна приводить к чрезмерному их охлаждению. Практически достаточная для всех случаев скорость воздушного потока составляет 0, 5 м/с. Однако при одновременном испытании группы изделий в одной камере следует уделять большее внимание выбору скорости и направления воздушного потока. Так для уменьшения влияния конвекции на однородность воздушного потока предусматривают его вертикальную принудительную циркуляцию.

К недостаткам данной конструкции камеры можно отнести большую продолжительность нагрева и большой потребляемый объем воздуха.

Существуют камеры сочетающие циркуляцию и нагрев воздуха в пространстве за рубашкой камеры.

К преимуществам камер с прямым способом нагрева можно отнести их относительную простоту и невысокую стоимость. Однако у них имеются и существенные недостатки:

· наличие больших колебаний температуры за счет ее скачков при включении и выключении нагрева регулятором;

· необходимость частых включений вызванных низкой теплоемкостью воздуха;

· трудность точной установки заданной температуры.

В камере с косвенным нагревом (рисунок 2.4-8.12.) и термостатированием, для осуществления интенсивного теплообмена, при котором происходит передача тепла от одной среды к другой, используется специальная промежуточная среда. Эта среда, обеспечивающая перенос теплоты от нагревателя к нагреваемому телу или от охлаждаемого тела к охладителю, называется термоносителем (в камерах теплоты – теплоносителем, а в камерах холода – холодоносителем).

Термоносители могут быть жидкими и газообразными веществами. В испытательных камерах в основном применяются жидкие термоносители.

В камерах теплоты или в комбинированных камерах нагреватель располагается в теплообменном аппарате т.н. термостате, в котором происходит нагрев термоносителя.

Термостат представляет собой бак с расположенным в нем радиатором нагревателя.

В термостате также могут быть смонтированы:

· насос, обеспечивающий подачу нагретого термоносителя;

· термодатчики регулировочного устройства;

· предельное реле температуры, отключающее нагрев при температуре термоносителя, превышающей допустимое для него значение.

При подаче команды на нагрев термоноситель нагревается в термостате и подается насосом в каналы рубашки камеры, а далее обратно в термостат. После достижения заданной температуры нагреватель отключается и нагрев прекращается. Предусматривается возможность нескольких фиксированных скоростей нагрева.

В современных термокамерах кожух изготовляют из коррозионно-стойкой стали. Внутренние стенки (т.н. «рубашка» камеры) также могут изготовляться из коррозионно-стойкой стали или из чистого алюминия. Применяемый способ изготовления внутренних стенок камер с косвенным нагревом обеспечивает образование в них системы каналов, служащих теплообменником для термоносителя, что обеспечивает хорошее распределение температуры в рабочем объеме камеры. Внутреннюю поверхность стенок камеры часто полируют.

Для поддержания определенного температурного режима внутри камеры и для исключения влияния окружающей температуры на ее работу между стенками камеры располагают термоизоляционный материал с малым коэффициентом теплопроводности (λ ≈ 0, 035…0, 14 Вт·м ^–1 ·К ^–1 ) и малой плотностью (р = 25…300 кг/м³). Термоизоляционный материал должен удовлетворять следующим основным требованиям:

· быть химически инертным,

· морозоустойчивым,

· обладать негорючестью,

· обладать сопротивляемостью проникновению грызунов,

· обладать сопротивляемостью действию грибов и микроорганизмов.

В качестве термоизоляционных материалов находят применение органические пластмассы (пенополистирол, пенополиуретан), а также неорганические пластмассы (пеностекло, минеральная вата и т. д.). Сверху термоизоляционный материал покрывают гидроизоляционным слоем.

Принудительная циркуляция воздуха в камере зависит от ее аэродинамики, определяемой местом расположения вентилятора и конструкцией воздуховодов.

В камерах с прямым нагревом вентилятор чаще всего располагается в задней части рабочего объема камеры (рисунок 2.4-8.13.а)

Всасываемый из камеры воздух проходит через нагреватель (охладитель) и вновь поступает в камеру. При этом воздух из нижней части камеры устремляется вверх. В камерах с косвенным нагревом возможны два расположения вентилятора в задней стенке или на потолке камеры. Вентилятор, расположенный на потолке камеры, всасывает воздух из рабочего объема камеры и направляет его вдоль стен с расположенными в них теплообменниками (рисунок 2.4-8.13. б). Можно прогонять воздух по специальным воздуховодам, в которых расположены теплообменники и далее через перфорированные донные листы в рабочий объем камеры (рисунок 2.4-8.13. в). Иногда в камерах на пути циркуляции воздуха ставят специальные жалюзи позволяющие изменять направление его потока.

Сравнивая камеру прямого нагрева с расположенным в ней электронагревателем (рисунок 2.4-8.14.а) с камерой косвенного нагрева обеспечивающей нагрев за счет циркуляции термоносителя в ее рубашке (рисунок 2.4-8.14.б) и имея в виду что нагрев, зависит от теплопотерь определяемых теплопередачей стенок камер можно оценить распределение температуры в стенке камеры.

В первом случае (рисунок 2.4-8.14.а) имеет место большая неравномерность температуры в камере вызванная более низкой температурой стенок камеры по сравнению с температурой воздуха, так как теплоизоляция не может компенсировать потери тепла в воздухе.

Во втором случае (рисунок 2.4-8.14.б) разность температуры воздуха в камере и стенки незначительна.

Приведенные соображения позволяют сделать вывод, что для имитации условий свободного обмена воздуха нецелесообразно располагать нагревательные элементы в рабочем объеме камеры, так как изменение их температуры в процессе регулирования будет приводить к неравномерности ее распределения в камере. Лучшие результаты дают камеры косвенного нагрева, обеспечивающие нагрев стенок камеры. Следует обращать внимание на состояние поверхности стенок камеры, от которого зависит излучение теплоты.

В конструкциях камер обычно предусматривается внутреннее освещение, специальные проходные отверстия или вводы для подведения по проводам (кабелям) сигналов и питающих напряжений к испытуемым изделиям.

В камере размещаются чувствительные элементы ( ЧЭ ) – термопреобразователи, сигналы с которых подаются к системе автоматического регулирования ( CAP ) (рисунок 2.4-8.15.).

CAP температуры воздуха в основном состоит из объекта управления ( ОУ ) и управляющего устройства ( УУ ). К объекту регулирования относится: нагреватель ( Н ) климатической испытательной камеры ( К ), а в некоторых камерах нагреватель с воздуховодом, обеспечивающим подведение нагретого воздуха в камеру. К управляющим устройствам относятся:

· контрольные датчики температуры ( ЧЭ ),

· элементы сравнения заданной и контролируемой температур,

· сигнальное устройство для подачи сигналов о достижении заданной температуры,

· программное и исполнительное устройства.

o Возможны три основных типа CAP температуры воздуха в камере:

· при установке контрольного термопреобразователя (т.е. чувствительного элемента ЧЭ ) для измерения температуры воздуха в камере после теплообменника – замкнутая система регулирования (рисунок 2.4-8.15.а);

· при установке контрольного термопреобразователя в воздуховоде – разомкнутая система регулирования, так как изменение температуры в камере не вызывает изменений в управляющем устройстве (рисунок 2.4-8.15.б);

· при установке двух контрольных термопреобразователей в местах соответствующих указанным в рассмотренных выше системах комбинированная система с последующим алгебраическим суммированием воздействии (рисунок 2.4-8.15.в).

В некоторых современных камерах такая контрольно–измерительная система с регулированием включает в себя микро-ЭВМ.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: