Тонкопленочные и толстопленочные нагреватели, разработанные с учетом схем, направляющих тепло именно туда, куда вам нужно, обеспечивают прямой и направленный нагрев поверхностей. Как выбрать между тонкопленочными и толстопленочными конструкциями? Об этом и пойдет речь в данной статье.
В электронагревательной промышленности есть два варианта низкопрофильных плоских нагревательных элементов для нагревания поверхности: тонкопленочные и толстопленочные нагревательные элементы. Оба типа нагревателей разработаны с использованием схемы, которая обеспечивает уникальные функции, недоступные традиционным нагревательным элементами или элементам с сердечником. Тонкопленочные и толстопленочные нагреватели могут быть рассчитаны на работу практически с любым необходимым входным напряжением, что делает настройку тонкопленочных и толстопленочных нагревательных элементов реальной силой. Каковы основные различия между двумя типами нагревателей? Как контролируется температура их нагрева? Во-первых, давайте определим каждый тип нагревателей.
Тонкопленочные гибкие нагреватели могут изготавливаться с оболочками из силикона, полиимида или полиэстера. Так как удельная мощность зависит от выбора материала корпуса нагревателя, для силиконовых и полиимидных нагревателей максимально допустимая температура составляет 260°C.
Преимущество тонкопленочного гибкого нагревателя заключается в том, что расположение греющего элемента может имитировать форму, необходимую для нагрева. Толщина силиконовых нагревателей с проволочным нагревательным элементом вместе с корпусом составляет 1,5-3 мм, но в варианте с нагревательным элементом из травленой фольги толщина нагревателя будет даже меньше миллиметра. В полиимидных и полиэстеровых нагревателях толщина может достигать и вовсе всего 0,08 мм. Общая тепловая масса тонкопленочных нагревателей обеспечивает быстрый нагрев и охлаждение для точного контроля подачи температуры с помощью терморегулятора. Максимальная удельная мощность для большинства гибких тонкопленочных нагревателей может достигать 3 Вт/см 2 .
В схему нагрева может быть включено зональное управление, обеспечивающее различную плотность мощности в разных стратегически важных местах нагревателя. Это удобно для случаев, когда у вас может быть неравномерная деталь, имеющая в определенном месте большую массу. Такая область может требовать большей мощности для нагрева и будет действовать как радиатор по сравнению с другой областью с тонкой поверхностью. Выбор материала нагревателя определяется в зависимости от температуры и стоимости. Самым распространенным типом тонкопленочных нагревателей является гибкий силиконовый нагревательный элемент, который широко используется не только в промышленном нагреве, но и в бытовых приборах, подогреве авто, в пищевой промышленности, а также для обогрева шкафов управления и автоматики.
Силикон – это универсальный материал, который широко применяется во многих сферах, где его свойства можно использовать в качестве изолятора для удержания тепла и защиты поверхности. Силикон прочен и может противостоять многим неблагоприятным условиям. Полиимид (часто более известный под торговой маркой DuPont Kapton) обеспечивает самую тонкую тонкопленочную конструкцию с самой высокой температурой. Определенные классы полиимида также обеспечивают очень низкий уровень газовыделения, необходимый для сфер применений, где нагреватель не может влиять на изменение давления или содержания воздуха.
Тонкопленочные нагреватели также могут быть спроектированы так, чтобы ограничивать их температуру работы и защищать от перегревания, поэтому часто изготавливаются со встроенными термостатами. К примеру, наши силиконовые обогреватели шкафов управления ОША-С имеют встроенную защиту от перегрева на уровне 105 С.
Толстопленочные нагревательные элементы относятся к нагревателям с твердым корпусом, в отличие от гибких тонкопленочных электронагревателей. Плотность мощности толстопленочных нагревателей может достигать до 60 Вт/см 2 в зависимости от сферы применения.
Нагреватели с высокой плотностью мощности имеют относительно тонкую конструкцию с номинальным размером 0,4 мм. Они обеспечивают быстрый нагрев, малую массу и, подобно тонкой пленке, возможность размещать нагревательный элемент в конструкциях с ограниченным пространством.
Толстопленочные нагреватели могут изготавливаться с подложкой из различных материалов, включая керамический толстопленочный нагреватель, слюдяной нагреватель и более прочный толстопленочный нагревательный элемент, который приклеивается непосредственно к металлической пластине, например, из нержавеющей стали или алюминия. Использование материалов с аналогичными характеристиками теплового расширения создает основу, на которой можно разработать и реализовать специальную схему расположения нагревательных элементов для обеспечения высокой надежности. Это обеспечивает прочный низкопрофильный нагреватель, который во многих случаях также становится нагреваемой поверхностью.
Толстопленочная конструкция также может включать след сохранения тепла для эффекта двойной мощности, в зависимости от сферы применения.
Опасность нагревателей с высокой плотностью мощности заключается в том, что быстрый нагрев также может сократить время реакции на перегрев. Элементы управления должны быстро реагировать и защищать как нагреватель, так и нагреваемый объект.
Как следует из их названия, пассивные терморегуляторы — это элементы управления, которым для работы не требуется электроэнергия. Типичные устройства такого типа включают биметаллические термостаты и однократные предохранители для защиты от перегрузки. В большинстве случаев эти устройства способны контролировать и обеспечивать запредельную безопасность для тонкопленочных элементов. Для толстопленочных устройств и более высокой плотности мощности, которая может потребоваться для толстопленочных сфер применения, пассивного управления может быть недостаточно. В толстопленочных нагревателях повышение температуры может быть очень быстрым, до 200°C за несколько секунд. Термисторы и RTD быстро реагируют на управление, но чаще всего не могут управлять температурой выше уровня 200°C.
Одной из альтернатив для обеспечения надлежащего контроля температуры толстопленочных нагревателей является выбор конструкции, в которой сенсорная сетка размещается между двумя обожженными слоями диэлектрика. Детектирующая сетка примыкает к низкотемпературному диэлектрическому слою. Когда в любом месте на поверхности нагревателя возникает утечка микронапряжения, электронное управление улавливает это и может моментально отключить нагреватель. По сравнению с локальным термостатом он обеспечивает полную защиту нагреваемого объекта. Кроме того, некоторые толстопленочные нагреватели могут включать плавкую вставку, встроенную в цепь, для защиты от превышения предельных значений в случае отказа электронного управления.
Электронные полноразмерные датчики, охватывающие всю поверхность нагревательного элемента, обеспечивают средства почти мгновенного обнаружения перегрева. Когда область нагревателя превышает заданную температуру, специализированная эмаль меняет сопротивление. Затем допускается утечка электрического тока из нагревательных дорожек через эмаль на решетку обнаружения. Эта утечка обнаруживается соответствующей электроникой и предпринимаются соответствующие действия.
Встроенный датчик использует вертикально расположенные слои нагревателя. Когда участок пути нагревательного элемента достигает определенной температуры, сопротивление эмали падает, и ток утечки проходит через сетку обнаружения. Этот метод мгновенно обнаруживает перегрев, так как эмаль датчика тонкая и находится в непосредственном контакте с дорожками и сеткой. Нагревательный элемент может иметь очень высокую удельную мощность и работать до предела без риска длительного отключения и высокого перерегулирования, сокращающего срок его службы.
Параллельный контроль температуры основан на том, что нагревательная дорожка и дорожка обнаружения находятся на одном слое, а эмаль датчика покрывает верхнюю часть и заполняет промежутки между дорожками. В этом методе, когда температура становится слишком высокой, ток утечки проходит через специализированную эмаль от дорожки нагревателя к дорожке датчика параллельно поверхности нагревателя. В этом методе меньше слоев, чем во встроенном слое спецэмали, поэтому он более экономичен.
Защиту от перегрева можно использовать более творчески, чем простой метод обнаружения превышения температуры греющей спирали. Специализированная эмаль может обнаружить пригорание пищи в любом месте на поверхности или образование известкового налета. Это базовая технология, которая позволяет проточным нагревателям производить мгновенный контролируемый поток пара, не вызывая перегрева или самоповреждения.
Тонко- и толстопленочные нагреватели продолжают расширять возможности нагревательных систем благодаря интегрированным системам термоконтроля, новым материалам и более интеллектуальным электронным элементам управления. Эти технологии нагрева представляют собой действительно цифровые электронные решения для нагрева, предоставляющие инженерам возможность решения различных задач: от нагрева в небольшом пространстве до революционных способов мгновенного подогрева.
Возврат к списку
