ملاحظات چگالی وات و توان برای گرمایش زیر صفر{{0}

یکی از اشتباه ترین جنبه های انتخاب بخاری کارتریج برای کاربردهای برودتی چگالی وات است. بخاری های کارتریجی صنعتی استاندارد معمولاً دارای چگالی توان بین 15 تا 46 وات بر سانتی متر مربع هستند. این مقادیر برای سرویس دمای محیط و دمای بالا به خوبی کار می کنند. با این حال، در -80 درجه، قوانین به طور چشمگیری تغییر می کنند.

محیط احاطه کننده عنصر گرمایش به طور فعال در برابر آن عمل می کند و انرژی حرارتی را سریعتر از هوا خارج می کند. این اثر کاهش حرارت به این معنی است که پارامترهای توان نامی نه تنها باید دمای مورد نظر، بلکه دمای شروع را نیز در نظر بگیرند که 80- درجه یا کمتر است. مهندسان حرارتی با تجربه اغلب چگالی وات بالاتری را برای سیستم‌های برودتی پیشنهاد می‌کنند که بسته به بار حرارتی و ویژگی‌های عایق بودن سیستم، گاهی به مرزهای بالای 60 وات بر سانتی‌متر مربع یا بیشتر می‌رسد.

با این حال، یک نقطه مقابل انتقادی وجود دارد. اختلاف دمای زیاد بین بخاری و محیط-شاید 300 درجه یا بیشتر-شار گرمایی ایجاد می‌کند که طرح‌های معمولی را می‌شکند. چگالی وات 5 تا 15 وات بر سانتی‌متر مربع، در مقایسه با 30 تا 50 وات بر سانتی‌متر مربع برای بخاری‌های معمولی، اغلب برای اطمینان از اینکه دمای داخلی در محدوده مواد باقی می‌ماند و در عین حال خروجی حرارت مورد نیاز را فراهم می‌کند، ضروری است. این کاهش قیمت، هزینه قابلیت اطمینان برودتی است.

بر اساس تجربه، حفظ چگالی زیر 40 وات بر سانتی‌متر مربع برای سرویس مداوم در دماهای بسیار پایین توصیه می‌شود، با کاهش بیشتر برای کاربردهایی که شامل چرخه حرارتی مکرر هستند توصیه می‌شود. چگالی توان بخاری کارتریج را می توان در سطح معقولی تنظیم کرد-به طور معمول 5-7 W/cm² برای بسیاری از سناریوهای گرمایش با دمای پایین-.

شرایط شروع سرد-پیچیدگی بیشتری ایجاد می‌کند. در -80 درجه، سیم مقاومت مقاومت کمتری نسبت به دمای محیط دارد. آلیاژهای نیکل کروم ممکن است 10 تا 15 درصد مقاومت کمتری در دماهای برودتی داشته باشند. این بدان معناست که بخاری که 10 آمپر در 20 درجه می کشد ممکن است در اولین راه اندازی در شرایط برودتی 11-12 آمپر بکشد. منبع تغذیه و سیستم کنترل باید این جریان هجومی را بدون خاموش کردن وسایل محافظ یا ایجاد گرمای بیش از حد در خود جای دهد.

استراتژی‌های کنترل حرارتی به طور قابل‌توجهی با تأسیسات آب و هوای معتدل- متفاوت است. ترموستات های دو فلزی ساده فاقد دقت لازم برای فرآیندهای حساس به تغییرات دما هستند. رله‌های حالت جامد با سوئیچ‌زنی صفر-تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می‌دهند و در عین حال عمر گرمکن را با حذف شوک حرارتی ناشی از چرخش ناگهانی برق افزایش می‌دهند. برای فرآیندهای حیاتی، مشخص کردن بخاری‌های کارتریجی با ترموکوپل‌های یکپارچه، پروفایل دمایی دقیق- را در هنگام گرم کردن تجهیزات آزمایشگاهی یا اجزای هوافضا که حتی تغییرات دمایی کوچک می‌تواند نتایج را به خطر بیندازد، ضروری می‌سازد.

پروتکل‌های پیش{0} گرمایش به همان اندازه حیاتی هستند. اعمال قدرت کامل بلافاصله به بخاری خیس شده در دمای برودتی باعث ایجاد شوک حرارتی می شود که با فرو بردن شیشه داغ در آب یخ قابل مقایسه است. توالی‌های شیب{3}بالا چند دقیقه‌ای که با ولتاژ کاهش یافته شروع می‌شوند، طول عمر عملیات را با فاکتورهای سه یا بیشتر در مقایسه با کاربرد مستقیم{4} برق کامل افزایش می‌دهند.

مشخصات طول گرم نشده اغلب در محاسبات چگالی وات نادیده گرفته می شود. طرح های استاندارد شامل 5{6}}منطقه سرد 10 میلی متری در انتهای سرب برای جلوگیری از گرمای بیش از حد ترمینال است. در محیط های 80- درجه، گسترش این بخش گرم نشده به 25-50 میلی متر، دمای اتصال را بالاتر از نقطه شبنم نگه می دارد و از تراکم در محفظه های الکتریکی جلوگیری می کند. برخی از طرح‌ها دارای ضمیمه‌های غلاف با زاویه راست یا پیکربندی‌های خمیده هستند تا با حفظ عملکرد گرمایش، سرنخ‌ها را از سطوح سرد دور کنند.

انتخاب چگالی وات برای برنامه‌های برودتی مستلزم فراتر رفتن از محاسبات{0}}سرانگشتی- به مدل‌سازی حرارتی دقیق هندسه برنامه خاص است. نمودارهای انتخاب استاندارد، انتقال حرارت همرفتی به هوای محیط یا انتقال رسانا به جامدات با دمای متوسط{3}} را فرض می‌کنند. کاربردهای برودتی هر دو فرض را نقض می کنند. سازه های اطراف می توانند شارهای گرمایی را جذب کنند که به سرعت عنصر را در سرویس عادی بیش از حد گرم می کند.