![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Кудрявцев И.Ф. Полупроводниковые пленочные электронагреватели в сельском хозяйстве
.pdfR - сопротивление между |
электродамп, |
Ом; |
|
С — геометрический |
коэффициент щупа. |
|
|
С = |
^/ |
' |
(Щ |
|
In — |
' |
|
|
d |
|
|
где d — диаметр острия электрода, см;
/ — расстояние между электродами, см.
При необходимости удельное объемное сопротивле
ние пленки определяется по формуле |
|
р = p„/i Ом-см, |
(4.2) |
где h — толщина пленки, см. |
|
Точность расчета повышается при. уменьшении |
дна-, |
метра электродов и увеличения расстояния между ними. Можно рекомендовать игольчатые электроды с d=Q,\ — 0,2 мм и /=10—15 мм. В качестве материала для изго товления электродов можно использовать нержавеющую, сталь.
Лучшие результаты по точности дает метод измере ния сопротивления, представленный на рис. 10. Здесь, для измерения падения напряжения на участке пленки можно использовать описанный щуп-измеритель, под ключаемый к вольтметру. Удельное сопротивление плен ки, определяемое данным методом, находят по формуле
U"4i |
|
|
|
р •= |
Ом-см, |
|
(5.2), |
где /п — ширина контактных |
электродов |
при |
условии |
их параллельного |
расположения |
на |
пленке,, |
см. |
|
|
|
Недостатком метода является трудность |
обеспечения |
надежного токоподводящего контакта по всей ширине пленки при корректировке сопротивления в процессе ее изготовления (при отсутствии металлизированных элек тродов) . Прочность контактного соединения металлизгь рованных электродов можно производить, методом отры ва подпаянных гибких выводов с помощью пружинного, динамометра.
Измерение" сопротивления контактного перехода про изводят [14] потенциометрическим методом. Схема его
41-
-I* = U 9^- |
Рис. |
10. |
Электрическая |
схема |
||
|
для |
определения |
удельного |
|||
|
|
сопротивления |
пленки. |
|||
s |
показана на рис. 11. Отре |
|||||
|
зок, отсекаемый |
экстрапо |
||||
/77 |
лированной |
прямой |
зави |
|||
|
симости |
падения |
напря |
|||
жения от расстояния |
между электродами |
(рис. |
11, б), |
дает полное падение напряжения на контактных перехо дах. Среднее удельное сопротивление контактного пере
хода определяется |
по формуле |
|
|
Rm |
=^JlLl |
О М - С М 2 , |
(6.2) |
где F k — полн ая площадь контактных электродов, см2 .
|
|
|
з |
а |
|
|
|
|
1г |
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
|
|
|
к |
и с» |
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 11. Электрическая |
схема и расчетный график для |
определения |
|||||
|
сопротивления |
контактных переходов электродов: |
|
||||
/ — нагревательная пленка; |
2— |
стеклоэмалевая изоляция; |
3— |
корпус; 4 — |
|||
контактный |
электрод; |
ДЛ/ |
и / |
— падение • напряжения и |
расстояние |
м е ж д у |
|
контактами |
электрода; |
AUк |
~~ |
полное падение напряжения на контактных |
|||
|
t |
|
|
переходах . |
|
|
|
Сопротивление |
контактного перехода |
RKn |
должно |
||||
быть не более 0,2—0,3 Ом • см2 . |
|
|
|
42
5. Оборудование технологического участка
Технологические участки для опытно-промышленного производства ферросилицневых пленочных нагревателей рекомендуется организовывать на ремонтных или спе циализированных предприятиях объединения «Сельхоз техника». Технология производства пленочного нагре вателя состоит из следующих процессов: 1) изготовле ние металлического корпуса; 2) горячее эмалирование
корпуса; |
3) |
изготовление |
пленочного |
нагревателя; |
4) сборка |
и монтаж нагревателя. |
|
||
Схема технологического процесса изготовления фер- |
||||
росилициевого |
пленочного |
нагревателя |
приведена на |
рис. 12. Штамповка и эмалирование корпуса нагревате ля являются весьма специализированными операциями, требующими значительных капиталовложений в техно логическую оснастку и организацию производства. Эти операции рекомендуется выполнять на предприятиях, располагающих прессовым хозяйством и участком для горячего эмалирования. В БССР изготовление и эмали рование корпусов рационально производить на Минском заводе электрохолодильников и Борисовском заводе «Красный металлист».
Примерная расстановка оборудования на участке показана на рис. 13, а в табл. 8 приведены перечень и основные технические характеристики оборудования. Номер агрегата или устройства на рисунке соответствует его порядковому номеру в таблице.
Участок рассчитан на изготовление пленочных на
гревателей общей площадью |
покрытия |
до 80 м2 при |
двухсменной работе и средней |
занятости |
трех рабочих |
в смену. |
|
|
При оборудовании участка необходимо предусмот реть меры по безопасности труда. В процессе изготов ления пасты выделяется водород. Во время воздушного напыления пасты образуется аэрозольное облако, а при изготовлении контактных электродов образуется значи тельное количество металлической пыли. Поэтому в по мещении должна быть предусмотрена приточно-вытяж- ная вентиляция, а изготовление и нанесение пасты, ме таллизацию контактных электродов следует производить только в вытяжном шкафу (под вытяжным коробом).
Проверка качества стеклоэмалевой изоляции опреде ляется с помощью универсальной пробивной установки
43
Корпус
обогревателя
Эмалирование
Проверка
качества
Нанесение
шаблонов
Обезжиривание
Нанесение
пасты
Ферросилиции |
Стекло жидкое |
Вода ди |
|
стиллированная |
|||
|
|
||
Дробление, |
Фильтрация |
|
|
помол |
|
||
|
|
||
Просеивание |
|
Дозирование |
|
Приготовление пасты |
|
|
|
Термообработка |
Снятие |
Металлизация |
|
шаблонов |
электродов |
||
|
|||
Электротех |
Покрытие лаком |
Проверка |
|
нический |
сопротивления |
||
|
|||
монтаж |
|
|
Рис. 12. Схема технологического процесса изготовления ферросилициевого пленочного нагревателя.
Т а б л и ц а 8. Оборудование технологического участка
Наименование агрегата, устройства |
Основные технические условия, |
установки, приспособления н их |
тип н характеристика |
порядковый номер |
|
Стеллаж для хранения |
материа |
Сварной из |
угловой |
стали |
1500х |
|||||||
лов и |
комплектующего |
оборудо |
X 700x2000 мм |
|
|
|
|
|
||||
вания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Весы |
технические |
приготов |
Стрелочные 3 кг, цена делений 5 г |
|||||||||
Стол деревянный для |
Площадь |
1200x800 мм |
|
|
||||||||
ления |
пасты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Водопровод |
|
|
|
Краны горячей |
и |
холодной |
поды, |
|||||
|
|
|
|
|
раковины |
|
|
|
3 кг 1ч |
|
||
Вибромелышца |
|
|
Производительность |
|
||||||||
Прибор для ситового анализа |
Комплект сит с размером ячеек 0,2; |
|||||||||||
|
|
|
|
|
0,15; 0,075; 0,063; 0,056 мм |
|
||||||
Компрессор |
|
|
|
Давление |
воздуха до 7 ата |
|
||||||
Сварочный |
генератор |
|
|
ПСО-500 или ПСО-300 |
|
|
||||||
Устройство |
для крепления |
па |
Зажимы механические |
|
|
|||||||
нели |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Установка для нанесения пленки |
Пистолет-распылитель ММЛ'-8 или |
|||||||||||
Электрометаллпзационная |
уста |
КР-8 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Электрометаллпзатор ЭМ-9 |
|
|||||||||||
новка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Распределительно-контрольный |
Потенциометр для |
|
контроля |
темпе |
||||||||
электрошкаф |
|
|
ратуры печи |
|
|
|
|
|
|
|||
Стеллаж для воздушной сушки |
Сварной из |
угловой |
стали |
1500х |
||||||||
пленки |
|
|
|
X 1000x2000 мм |
1500x1000x850 |
|||||||
Электросушильная печь |
|
|
Полезный |
объем |
||||||||
|
|
мм, температура |
до 300° |
2000x1000 |
||||||||
Стол |
контрольный |
|
|
Деревянный |
площадью |
|||||||
|
|
мм с пробивной установкой УПУ-1М |
||||||||||
|
|
|
|
|
и мостом МВЧ-49 |
|
|
|
|
|||
Стол |
электромонтажный |
|
Деревянный |
площадью |
2000x1000 |
|||||||
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
Стеллаж готовой продукции |
|
Сварной из |
угловой |
стали |
1500х |
|||||||
|
|
|
|
|
X 700x2000 мм |
|
|
|
|
|
||
Воздуховод |
с коробами' |
|
Из оцинкованной |
жести |
диаметром |
|||||||
|
|
|
|
|
400 мм |
|
|
|
|
|
|
|
УПУ-1М при напряжении до 1500 В. Проверка покры тия производится с помощью щупа с «электролитиче ским тампоном», заключенного в электроизоляционную штангу длиной 200—250 мм.
Работа на установке УПУ-1М опасна, если она не заземлена. В месте, где проводятся испытания пленоч ных нагревателей, необходимо устанавливать металли ческие сетчатые ограждения, дверь ограждений обору-
45
' |
' |
|
l |
|
"~ |
|
'woo |
|
|
|
7 |
I |
$ |
|
\ |
12 |
|
|
|
|
|
- |
A |
J |
|
|
|
|
- |
/,— |
|
|
|
||
|
|
J- |
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
1 \J>J
I
[ 2 [
|
|
7700 |
1003 |
17 |
16 |
|
||
|
|
Рис. 13. Расстановка оборудования на технологическом участке.
дуют приборами блокировки на отключение высокого напряжения при открывании.
При работе с остальным оборудованием необходимо соблюдать необходимые меры предосторожности в соот ветствии с Правилами техники безопасности.
I l l , Р А С Ч Е Т П Л Е Н О Ч Н Ы Х Н А Г Р Е В А Т Е Л Е Й
1. Исходные данные и последовательность расчета
При расчете пленочного нагревателя нужно выявить связь между параметрами установки (мощностью и на пряжением питания), электрическими параметрами ма териала нагревателя (удельным сопротивлением пленки в горячем состоянии) и его геометрическими размерами при заданных технологических требованиях нагрева.
Из теории электромагнитного поля известно, что электрическая мощность, преобразованная в тепловую, в единице объема проводящей среды, равна
46
р0 = Ej = r-p = — |
= Q0 |
(1.3) |
p |
|
C M J |
где Q0 — тепловая мощность в единице |
объема, Вт |
|
|
|
СМ'3' |
Е — напряженность электрического поля, В/см; |
||
/ — плотность тока, А/см2 ; |
|
|
р — удельное сопротивление, Ом • см. |
||
Для пленочных нагревателей |
характерным является |
постоянная толщина пленки между параллельными кон тактными электродами. Тогда напряженность плоскопа раллельного электрического поля, возбужденная в плен
ке, |
будет |
|
|
|
|
|
|
= |
• |
|
( 2 - з > |
|
|
|
/ см |
|
|
где |
U — |
напряжение, подводимое к электродам, В; |
|||
|
/ — расстояние между электродами, см. |
||||
|
Откуда |
электрическая |
мощность |
WyA, преобразован |
|
ная в слое пленки толщиной h в тепловую |
мощность q, |
||||
определяется |
|
|
|
||
|
|
№ у д = |
= Qoh = 4 |
- - |
(3.3) |
|
|
гр |
|
СМ" |
|
Получен важный технический показатель (удельная поверхностная мощность нагревателя Wyt), связывающий электрические и тепловые параметры электротепловой установки.
Полезную мощность нагревателя находят по фор муле
|
Р = FWyA |
= ^ - |
Вт, |
(4.3) |
|
|
|
|
А |
|
|
где F — площадь нагревателя, см2 ; |
|
|
|||
R — сопротивление нагревателя, Ом. |
|
||||
|
R = |
hm |
= рп J т- |
Ом, |
(5.3) |
где рп |
— удельное |
поверхностное |
сопротивление |
1 см2 |
|
|
пленки, Ом; |
|
|
|
47
tn — ширина электродов (полосы) нагревателя, см.
Электроды на пленке можно размещать произвольно, что позволит при необходимости дифференцировать теп
ловой поток и температуру по поверхности |
нагревателя. |
Расчет сопротивления производят по формуле |
|
R = рп -С Ом, |
' (6.3) |
где С — геометрический коэффициент электродов. Геометрический коэффициент С зависит от конфигу
рации, размеров и расположения электродов. Его опре деляют, пользуясь дифференциальным уравнением Лап ласа в частных производных или иным путем [29]. -
Исходными данными для расчета установки являются производительность (или вес) и температура окружаю щей среды, напряжение питания, конструктивные раз меры и материал установки.
Электрический расчет пленочного нагревателя, таким -образом, сводится к определению необходимой мощно сти, удельного сопротивления и поверхности (линейных раз'меров) при заданных удельной поверхностной мощ ности, температуре и напряжении питания установки.
Удельная поверхностная мощность и температура нагревателя определяются тепловым расчетом или за даются, исходя из обеспечения технологического про цесса нагрева, допустимой температуры или надежности
.и срока службы. Сначала делают тепловой, а затем электрический расчет. Расчет удельной поверхностной мощности и выбор напряжения питания пленочного на гревателя изложен ниже, а в гл. IV приведены примеры^ расчета установок с пленочным обогревом.
.2. Определение мощности и основных размеров нагревателя
Тепловой поток, необходимый для осуществления тех нологического процесса нагрева, выделяясь в пленочном
.элементе, передается к нагреваемой среде теплопровод ностью, конвективным путем или излучением. В стацио нарном режиме нагрева удельная мощность Wya пле ночного нагревателя определяется следующим образом.
При передаче тепла теплопроводностью
48
|
|
|
th — t |
Вт |
|
(7.3) |
|
|
. Wm = ^—Ь- |
.EL |
|
||
|
|
|
рт |
см- . |
|
|
где |
tn 1 1 |
— температура пленки и тела, |
град; |
|||
|
рт |
— термический коэффициент |
сопротивле |
|||
|
|
ния изоляции, см2 град/Вт. |
|
|
||
|
|
P » = 5 J ~ ^ " Ш * |
Г Р А Д / В Т ' |
|
• ( 8 - 3 ) |
|
|
Я(. и hi |
1=1 |
' |
|
|
|
где |
— коэффициент теплопроводности и толщи |
|||||
|
|
на i-го слоя изоляции, |
Вт/см • град, и |
|||
|
|
см. |
|
|
|
|
|
Приведенная формула (7.3) пригодна для расчета |
|||||
одномерного теплового |
потока |
в глубь |
твердого тела, |
что является характерной особенностью пленочного на гревателя, равномерно распределенного по поверхности
нагреваемого |
тела. |
Данные |
для |
расчета |
А, берут из |
|||
табл. |
5. |
|
|
|
|
|
|
|
При передаче тепла конвективным путем |
|
|||||||
|
W |
a |
{ t l |
l - t |
c ) = l l L Z L k J l |
( 9.з) |
||
|
|
|
|
|
|
" |
— ,i ^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
C M ' |
|
где а |
— коэффициент |
теплоотдачи, |
Вт/см2 град; |
|||||
tc — температура нагреваемой среды, град; |
||||||||
рк |
—. термический |
коэффициент |
сопротивления теп |
|||||
|
лопередаче конвекцией, см2 град/Вт. |
|||||||
|
|
р к |
= |
— |
см2 |
град/Вт. |
(10.3) |
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
Нагреваемой средой являются различного рода жид кости и газы (вода, молоко, воздух и др.). Опытные данные коэффициента теплоотдачи а при свободном и вынужденном движении жидкости обработаны в виде критериальных зависимостей между безразмерными кри териями Нуссельта (Nu), Грасгофа (Gr), Прандтля. (Рг) и Рейнольдса (Re). Данные для расчета можно взять из литературы [7, 15, 27].
При передаче тепла излучением
. №Уд = Kn(tn - Q = |
~ t c |
, |
.(11.3) |
|
ра |
см- |
|
4 Зака з 322 |
49 |
где |
Кп — коэффициент |
теплопередачи |
излучением, |
|
Вт/см2 град; |
|
|
|
р„ — термический |
коэффициент |
сопротивления |
|
теплопередаче излучением, см2 град/Вт. |
||
Коэффициент К„ зависит от многих взаимосвязан |
|||
ных |
величин: температуры, коэффициентов излучения, |
поглощения и отражения, конфигурации нагревателя п
нагреваемого |
тела и других параметров. Аналитическое |
|||||
определение |
Кп затруднительно. |
Данные |
для |
расчета |
||
Кп можно взять из литературы [15, 27]. |
|
|
||||
При температуре в пределах 40—150°С |
|
|
||||
/С„=2,04Т§.10-»( |
2,08 - | |
Л |
fT |
, |
(12.3) |
|
|
V |
Т0 |
I |
см2 град |
|
где Т и Т0 — температура нагревателя и нагреваемого тела, "К.
Ошибка в расчете не превышает 9%.
При совместном действии нескольких видов тепло передачи общий тепловой поток рассчитывают как сум му отдельных потоков. При нагреве тела одновременно путем теплопередачи конвекцией и излучением
№ у д = (а + Кп) (tn - tc) Вт/см2 . |
(13.3) |
При теплопередаче от нагревателя к нагреваемой среде через изоляцию
t |
— t |
Вт |
w™ = -л-гт~ |
— ( 1 4 ' 3 ) |
|
п Л. |
Рп'Рк |
С М - |
Рт "1 |
|
|
Рп + Рк
В электротепловой установке полезно используется большая часть теплового потока пленочного нагревате ля. Тепловые потери составляют незначительную часть. Общая удельная поверхностная мощность нагревателя
|
^УД = ^УД.пол + |
^уд.пт- |
|
(15.3) |
Расчет составляющих № у д |
производится |
по |
приве |
|
денным выше |
формулам с учетом вида теплопередачи. |
|||
В большинстве |
случаев предельная величина |
Wya |
опре |
деляется допустимой температурой пленки t„ из усло вия электротеплового пробоя на корпус, т. е. t„ <; ^п.доп-
50