Как да проектирам PFA нагревател с интегриран термогнездо, който минимизира забавянето на измерването на температурата в масла с висок-вискозитет?

При масла с висок вискозитет (1 000–100 000 cP, Pr > 500) закъснението при измерване на температурата на типичните термогнезда може да бъде 5–10 минути, което води до лош контрол на процеса. Интегриран термогнездо или глух отвор, който е постоянно формован в PFA обвивката, поставя температурния сензор директно в нагрятата зона без въздушна междина, като по този начин минимизира латентността. Основните конструктивни фактори са: дебелина на стената на термогнездото (от 0,5 до 1,0 mm, не цялата PFA стена), материал (PFA или тънкостенен метал) и пълнител (термична паста или ниско{12}}топима сплав). 0,5 mm дебело дъно-запълнено формовано PFA термогнездо, пълно с термична паста, намалява забавянето до 20–40 секунди за масло при 80 градуса с 2 mm PFA нагревателна стена. Метален термогнездо (1 mm OD, 0,2 mm стена) в PFA дава забавяне от 5-15 s. Интегрираният дизайн не излага сензора на силното масло и в същото време поддържа скоростта на реакция.

Източници на забавяне и стратегии за намаляване
За типичен външен термогнездо (захванат към или заварен към нагревателя) има три причини за забавяне: (1) топлинна проводимост през граничния слой на маслото (доминираща в масла с висок-вискозитет), (2) проводимост през стената на термогнездото и (3) конвекция през въздушната междина между сензора и кладенеца. За масла с висок вискозитет масленият граничен слой е доминиращата топлинна устойчивост (h_oil=50–200 W/m²·K). Интегрираната термогнездо премахва въздушната междина и прави пътя за проводимост по-къс.

Фактори за намаляване на изоставането за:

Изтъняването на дъното (0,5 mm срещу . 2 mm) намалява латентността на проводимостта с коефициент 4.

Въздушната междина се отстранява чрез запълване на термогнездото с термична паста (k=3–5 W/m·K).

Чувствителен накрайник Подобрение чрез 10-20 пъти използване на метален термогнездо (неръждаема стомана, k≈15 W/m·K) вместо PFA (k≈0,2 W/m·K).

Опции за термогнездо за нагревател PFA
Конструкция Дебелина на стената (mm) Материал на пълнежа Постоянно време τ (секунди, в 10 000 cP масло при 80 градуса) Забавяне до 90% (сек) Химическа устойчивост Повишена цена
Външна скоба на Метална скоба + сензор Не е приложимо (външен) Въздух 120-240 280-550Добър (външен сензор) 5%
Външна заварена термогнезда Метално добре заварена към фланеца на нагревателя 1,5 (метал) Въздух 60 - 120 140 - 28015% Добър
Вграден сляп отвор PFAM Формован PFA джоб 1.0 Air 40-80 95-185 Отлично 20%
Интегриран PFA + паста Формован PFA джоб 0,8 Термична паста (k=3 W/m·K) 12-20 30-45Добър 25%
Вграден PFA + тънко дъно Формовано PFA 0,5 mm дъно 0,5 Паста 8–12 20–28 Отлично 30%
Термогнездо с метална вложка Тръба от неръждаема стомана (1 mm OD, 0,2 mm стена) в PFA 0,2 (метал) Паста или сплав 3-5 7-1240% Добър (разкрит метал)
Капсулиран сензор RTD или TC в PFA (не се отделя) формован директно 0 (сензорът е изложен) Няма 1-2 3-5 Отлично (PFA над сензора) 50% (сензорът не може да се променя)
Насоки за проектиране
High viscosity oil service (>5000 cP): Обърнете внимание на следното:

Минимална дебелина на дъното на термогнездото: 0,5 mm (PFA) и 0,2 mm (метал). Разредителят е склонен към разкъсване или пълзене.

Термична паста: Силиконова паста, заредена с борен нитрид или алуминиев оксид (k По-голяма или равна на 3 W/m·K) Нанесете под праха, за да избегнете въздушни мехурчета.

Тип сензор: Използвайте термодвойка с фина жица (0,25 mm диаметър) или тънкослоен RTD (1 mm x 2 mm). Закъснението се увеличава с по-големи сензори (6 mm диаметър).

Поставяне Поставете термогнездото в най-горещата част на нагревателя (често 100–200 mm от студения край, вижте член #70). Високи резервоари: Две термогнезда (горна и долна) със среден

Сменяемост: За важни операции използвайте подвижен сензор в PFA термогнездо (не е включено). Термогнездото остава в резервоара и сензорът може да бъде издърпан за калибриране без източване.

Продуциране
По време на формоването на студената част на нагревателя или чрез топлина, създаваща вдлъбнатина в обвивката, се образува интегрална PFA термогнездо. Местоположението на дорника контролира дебелината на дъното. За термогнездо с метална вложка тънкостенна тръба от неръждаема стомана се поставя във формата и PFA се формова чрез инжектиране около тръбата. Металният връх стърчи 5-10 mm в PFA и така осигурява добър термичен контакт. Металът трябва да е съвместим с технологичния флуид (316L за мек, Hastelloy за агресивен). Мед или алуминий не трябва да се използват в корозивни услуги.

Примерно поле
Полимерно съоръжение нагрява 50 000 cP смола от 60 градуса C до 120 градуса C с помощта на PFA нагревател с външна скоба-на термодвойка. Температурното забавяне беше 8 минути, превишаване на 15 градуса и влошаване на качеството на смолата. Заводът замени нагревателя с интегриран дизайн на термогнездо PFA (дебелина на дъното 0,6 mm, термична паста). Изоставането вече беше намаляло до 25 секунди. Контролът на температурата се подобри до ±1,5 o C и влошаването на качеството на смолата спря. Нагревателят по поръчка струва $300 и се изплаща в 3 партиди.

Заключение: Поставянето в интегрираната защитна гнездо намалява забавянето до<30 Seconds
За масла с висок{0}}вискозитет, интегриран PFA термогнездо с тънко дъно (0,5 до 1,0 mm), напълнено с термична паста, намалява латентността при измерване на температурата от 5 до 10 минути до 20 до 40 секунди - подобрение от 10 до 15 пъти. За най-бърза реакция, осигурете термогнездо с метална вложка (0,2 mm стена), поставено в PFA, за забавяне от 5 до 15 секунди. Интегрираният дизайн запазва химическата устойчивост и поставя сензора на милиметри от работния флуид. Капсулираните сензори реагират най-бързо, но те не могат да се свалят и не могат да бъдат калибрирани или заменени. Изберете според критичността на процеса. В маслата с висок вискозитет забавянето е враг. Тънки стени, термична паста и метални вложки победиха изоставането. Интелигентен дизайн. Реагирайте бързо. Контролирайте точно.