Теплоизолятор, для термокамеры Опции

[stoker]

Пытаюсь сделать хорошую термокамеру, но вот вопрос, есть много теплоизоляторов, основной параметр как мне кажется это теплопроводность. Например теплопроводность пенополистирола: 0,040 Вт/m*K, а у жидкого керамического "Астротек" аж 0,0011 Вт/m*K. при этом удельные теплоемкости первого 1,13 Дж/Кг*К а второго около 1 кДж/Кг*К, т.е. на порядок выше. По ощущениям пенопласт гораздо "теплее" чем "Астротек". Что меня и смущает. По каким критериям следует выбирать теплоизолятор? Есть еще параметр тепловостриятие, его следует учитывать?

[stoker]

Спасибо всем ответившим. Первый вариант камеры собрал из куска вспененного полиэтилена (по теплопроводности немного хуже пенопласта), пенопласта пока небыло под рукой. Стоят 2 датчика температуры внизу ячейки там где пельтье контачит и в верху. Во время работы регулятора (по первому датчику) держит порядка +/-0,01 град (ошибка регулятора) в диапазоне -10...+110 . Верхний же датчик показывает разницу до +/-1,5 Град на границах в установившемся режиме. Хотелось бы снизить на порядок, если такое возможно... Толщина изолятора по бокам 30мм, сверху 15мм. Завтра попробую найти пенопласт.

[Tanya]

Спасибо всем ответившим. Первый вариант камеры собрал из куска вспененного полиэтилена (по теплопроводности немного хуже пенопласта), пенопласта пока небыло под рукой. Стоят 2 датчика температуры внизу ячейки там где пельтье контачит и в верху. Во время работы регулятора (по первому датчику) держит порядка +/-0,01 град (ошибка регулятора) в диапазоне -10...+110 . Верхний же датчик показывает разницу до +/-1,5 Град на границах в установившемся режиме. Хотелось бы снизить на порядок, если такое возможно... Толщина изолятора по бокам 30мм, сверху 15мм. Завтра попробую найти пенопласт.

Вы бы размеры привели. Включая толщину стенок камеры и материал. А Вы уверены, что достигли стационара?
Какие датчики? И как понять Ваши +/-1,5? Имелся ли в камере источник тепла?

[stoker]

Вы бы размеры привели. Включая толщину стенок камеры и материал. А Вы уверены, что достигли стационара?
Какие датчики? И как понять Ваши +/-1,5? Имелся ли в камере источник тепла?

Основание камеры: 250х160х80 корпус - дюраль, толшина стенок дно - 6мм, боковые - 5мм. Ячейка тоже дюраль: 110х65х30. Примерный вид в файле. Оранжевй цвет - подложка высота 15мм на пельтье 40х40. Снизу корпуса прикрепляю кулер с радиатором и ножки. Пространство между ячейкой и стенками камеры - теплоизолятор.
Стационар определяю по отсутсвию изменения температуры на нижнем датчике (присутвует только ошибка регулятора +/-0,01 град), примерно после 40-50 минут наступает. При этом второй датчик показывает 98,5 при 100 Град на первом, если темература уставки -10 то второй показывает уже -8,7, получается тепло "просачивается". В НУ без регуляции ошиба между датчиками 0,1 Град примерно. Датчики платиновые тип HRTS на 1 Ком. Кроме модуля пельтье других источников тепла (холода) недолжно быть.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

А где живут датчики? Как закреплены?
А что это?
А зачем Вам это?
И какая нужна точность, воспроизводимость, однородность?
Вам весь диапазон нужен или только выше (ниже) комнатной?

[stoker]

А где живут датчики? Как закреплены?
А что это?
А зачем Вам это?
И какая нужна точность, воспроизводимость, однородность?
Вам весь диапазон нужен или только выше (ниже) комнатной?

Места крепления датчиков не указаны, один снизу внутри ячейки, другой сверху место контакта может быть разным. 1-й расположен ровно посередине, второй прижимается барашковой гайкой (там 6 вариантов).
Что это и для чего - точно сказать не могу, знаю только то что, туда будут ученый что либо помещать. Главное что бы внутри ячейки температура была однородна (сверху снизу должны быть равны). Абсолютная точность 1 Град - нормально. Главное что бы держало лучше чем 0,05 Град. Если точнее то лучше. Диапазон по идее нужен 0-50. Но тут тоже, если будет шире - то типа "круто". ТЗ особо нет, кроме того что я указал и размера внутренней области, так что если получится - хорошо. Прибор не серийный, а так чиста для опытов.
В общем решил остановиться на пенопласте, покрыть его внутри "астротеком" и фольгой. Что получится потом напишу.

[Tanya]

Места крепления датчиков не указаны, один снизу внутри ячейки, другой сверху место контакта может быть разным. 1-й расположен ровно посередине, второй прижимается барашковой гайкой (там 6 вариантов).
Что это и для чего - точно сказать не могу, знаю только то что, туда будут ученый что либо помещать. Главное что бы внутри ячейки температура была однородна (сверху снизу должны быть равны). Абсолютная точность 1 Град - нормально. Главное что бы держало лучше чем 0,05 Град. Если точнее то лучше. Диапазон по идее нужен 0-50. Но тут тоже, если будет шире - то типа "круто". ТЗ особо нет, кроме того что я указал и размера внутренней области, так что если получится - хорошо. Прибор не серийный, а так чиста для опытов.
В общем решил остановиться на пенопласте, покрыть его внутри "астротеком" и фольгой. Что получится потом напишу.

Тогда Вам надо немножко все изменить.
Пельтье надо приделать к наружному теплоизолированному кожуху. Или так уже и есть. а я недопоняла Вас?
Выход Пельтье (комнатную часть) тоже было бы идеально термостатировать. Но можно и без.
Внутреннюю ячейку теплоизолировать умеренно - так, чтобы время установления внутренней температуры было приемлемым. Датчик основной (по которому температура стабилизируется) должен стоять на наружном кожухе рядом с Пельтье. Управлять Пельтье надо (лучше) непрерывно, а не ШИМом.
Пид (с хорошим аналоговым интегратором) с обратной связью по интегралу от тока через Пельтье - заряду. Можно сделать отдельный нагреватель для внутренней ячейки для более быстрого нагрева при выходе на режим. А можно и не делать без дополнительной оплаты.
Вот такие рекомендации... Хотя... Вы про другое спрашивали.

[Herz]

Датчик основной (по которому температура стабилизируется) должен стоять на наружном кожухе рядом с Пельтье.

А почему?

[Tanya]

А почему?

..... Вот, представьте, что Вам нужно получить очень малошумящее опорное напряжение.
Поэтому пассивный фильтр нижних частот после опорника и ставят.
Это в первом (точечном) приближении. А во втором - появляются тепловые волны.

[Herz]

..... Вот, представьте, что Вам нужно получить очень малошумящее опорное напряжение.
Поэтому пассивный фильтр нижних частот после опорника и ставят.
Это в первом (точечном) приближении. А во втором - появляются тепловые волны.

Да, но стабилизировать внутреннюю температуру, измеряя наружную? Или что-то не так понял?

[Tanya]

Да, но стабилизировать внутреннюю температуру, измеряя наружную? Или что-то не так понял?

Не только измеряя наружную, но и поддерживая ее же. Когда внутри нет источников. Или они стационарны.

[Baser]

Не только измеряя наружную, но и поддерживая ее же. Когда внутри нет источников. Или они стационарны.

Про колебания температуры внутри матрешки и про опорную температуру регулирования - эти ваши мысли понятны.
Непонятен следующий вопрос: а как собственно выйти на заданную температуру внутри камеры, если регулирование будет происходить по температуре в другом месте?

Методом последовательных приближений? Или по отклику модель на лету строить? Загрузка камеры-то может меняться...

[Tanya]

Про колебания температуры внутри матрешки и про опорную температуру регулирования - эти ваши мысли понятны.
Непонятен следующий вопрос: а как собственно выйти на заданную температуру внутри камеры, если регулирование будет происходить по температуре в другом месте?

Методом последовательных приближений? Или по отклику модель на лету строить? Загрузка камеры-то может меняться...

Зачем же такие сложности? Температура внутренней камеры в пределе будет равна среднему значению наружной.
Тепловой экран "работает" абсолютно так же, как электрический, поскольку уравнения такие же.

[Baser]

Зачем же такие сложности? Температура внутренней камеры в пределе будет равна среднему значению наружной.
Тепловой экран "работает" абсолютно так же, как электрический, поскольку уравнения такие же.

"В пределе" это скорее всего так будет. При идеальном тепловом экране...
Но мы же практики (я по крайней мере), а не теоретики.

На практике тепловой экран не идеальный:
- пельтье обычно расположен с одного края камеры
- теплоизоляция пропускает часть теплового потока
Так что я обычно наблюдаю в стационарном режиме конкретный градиент температуры, который для теплопроводности имеет линейную зависимость.
Это не воздух, перемешивать не получится.
А поддерживать нужно температуру внутри камеры, а не температуру наружной поверхности камеры.

Вот я и хочу узнать методы решения подобных задач...

[Tanya]

"В пределе" это скорее всего так будет. При идеальном тепловом экране...
Но мы же практики (я по крайней мере), а не теоретики.

На практике тепловой экран не идеальный:
- пельтье обычно расположен с одного края камеры
- теплоизоляция пропускает часть теплового потока
Так что я обычно наблюдаю в стационарном режиме конкретный градиент температуры, который для теплопроводности имеет линейную зависимость.
Это не воздух, перемешивать не получится.
А поддерживать нужно температуру внутри камеры, а не температуру наружной поверхности камеры.

Вот я и хочу узнать методы решения подобных задач...

Честно говоря, не совсем понятно, что Вы пишите.
С самого начала.
Берем теплопроводящую болванку. Монтируем на ней Пельтье.
Что имеем? Большой градиент и волны, которые Вы не видите по причине их малости.
Обмотаем болванку теплоизолятором. Градиент уменьшится. Если сделать идеальную изоляцию, градиент исчезнет (средний). Волны останутся.
Теперь внутрь болванки (в полость) поместим другую теплоизолированную болванку.
И градиент будет меньше и болтанка в этой болванке, чем в наружной.

Это восхитительно, право! Чтобы хорошо заработала термокамера, нужно застабилизировать ... внешнюю температуру, то есть поместить камеру в ... термостат. А внутренняя уже сама застабилизируется. (Желательно только, чтобы внутри ничего не было). А также термостат поместить в свою очередь в другой термостат, а то тяжело ему будет. Ну и так далее...

Именно так и делают. Да. Только долговременная стабильность будет определяться стабильностью средней температуры наружной рубашки. А кратковременная - теплоемкостью и теплопроводностью внутренней части и болтанкой температуры на внешней.

[Baser]

Честно говоря, не совсем понятно, что Вы пишите.
С самого начала.
Берем теплопроводящую болванку. Монтируем на ней Пельтье.
Что имеем? Большой градиент и волны, которые Вы не видите по причине их малости.
Обмотаем болванку теплоизолятором. Градиент уменьшится. Если сделать идеальную изоляцию, градиент исчезнет (средний). Волны останутся.
Теперь внутрь болванки (в полость) поместим другую теплоизолированную болванку.
И градиент будет меньше и болтанка в этой болванке, чем в наружной.

Спасибо за разъяснения, направление ваших мыслей понятно...
Просто мой вопрос и ваши разъяснения лежат маленько в разных плоскостях (очень близких, но разных)

Вы говорите о предельных случаях, близких к идеальным: больших лабораторных термостатах, для которых главные параметры это точность и стабильность. Помолчу о том, какая скорость выхода на режим системы вложенных теплоизолированных матрешек

Меня же интересует направление маленьких приборных термостатиков, у которых важнейшие параметры это скорость выхода на режим, кратковременная стабильность (минуты), массогабаритные параметры, ну и естественно, довольно высокая точность порядка сотых градуса.
Из всех этих условий вытекает их достаточная далекость от идеального случая и масса противоречивых требований.

Вот методы решения этих технических противоречий меня и интересуют...

[Tanya]

Спасибо за разъяснения, направление ваших мыслей понятно...
Просто мой вопрос и ваши разъяснения лежат маленько в разных плоскостях (очень близких, но разных)

Вы говорите о предельных случаях, близких к идеальным: больших лабораторных термостатах, для которых главные параметры это точность и стабильность. Помолчу о том, какая скорость выхода на режим системы вложенных теплоизолированных матрешек

Меня же интересует направление маленьких приборных термостатиков, у которых важнейшие параметры это скорость выхода на режим, кратковременная стабильность (минуты), массогабаритные параметры, ну и естественно, довольно высокая точность порядка сотых градуса.
Из всех этих условий вытекает их достаточная далекость от идеального случая и масса противоречивых требований.

Вот методы решения этих технических противоречий меня и интересуют...

Теория все описывает одинаковыми формулами и для маленького и для большого...
Если сотая градуса - можно маленькое, если миллионная - нужно большое.
А в принципе... Одно и то же. Только масштаб по осям разный.
А про время установления для матрешек... Не молчите.

Про волны. Какой период колебаний может возникать? Мне казалось температура не может измениться скачкообразно, даже если вдруг температура другой стороны пельтье (гипотетически) изменилась на 10 град. Вы хотите сказать что температура активной стороны (где термостатированный объект) тоже на столько изменится?... Возможно, если мощность на пельтье не изменится, но тут работает регулятор и он это должен отработать. К тому же ячейка (та что изолированна от окр. среды) достаточно массивна что бы на ней сильно менялась температура. Или я что то не так понял?
Кстати методику термостат в термостате нигде не встречал да и про волны тоже, вы можете ссылочку дать? И какие стабильности можно достичь? Просто кроме платинового датчика и разрешением в 0,001град я не встречал лучше.

Период колебаний... Может и нет тут колебаний... гармонических.. Назовем это шумом (дрейфом... вариацией... как хотите). Это дело порождается шумом термодатчика, теплопередачи... тепловые наводки - иными словам. Ой. Сейчас набегут любители Фурье-преобразований и будут выделять там частоты...
А волны... Они разные бывают... Не обязательно в виде синуса... Вот цунами - тоже волна.
Вы правильно все понимаете. Я, вроде, писала - "захочет". Это значит, что появится скорость. А регулятор не даст... сильно. Но для этого он должен почувствовать это посредством термодатчика. Следовательно, температура должна уплыть... Вот Вам еще источник "колебаний".
Стабильность на уровне микроградусов можно получить.
Сейчас набегут... и скажут, что это невозможно измерить. Пусть говорят...

[stoker]

Теория все описывает одинаковыми формулами и для маленького и для большого...
Если сотая градуса - можно маленькое, если миллионная - нужно большое.
А в принципе... Одно и то же. Только масштаб по осям разный.
А про время установления для матрешек... Не молчите.

Время выхода в установившийся режим порядка 1 часа, можно больше. Масса ячейки около 700грамм. Мощность пельтье 75Ватт (другого под рукой небыло).
То что было получено с первым вариантом изолятора: по первому датчику - выходил от 20 до 100 град за 15 мин, второй датчик плавно уменьшал свой градиент после 30 - 40 мин - тоже стабилизировался на разницу в 1,5 град. После отключения пельтье начальное остывание 1,8град в сек (тут наверное тепло через пельтье просачивалось). На минусах немного хуже, теже параметры были где-то при -10.

Период колебаний... Может и нет тут колебаний... гармонических.. Назовем это шумом (дрейфом... вариацией... как хотите). Это дело порождается шумом термодатчика, теплопередачи... тепловые наводки - иными словам. Ой. Сейчас набегут любители Фурье-преобразований и будут выделять там частоты...
А волны... Они разные бывают... Не обязательно в виде синуса... Вот цунами - тоже волна.
Вы правильно все понимаете. Я, вроде, писала - "захочет". Это значит, что появится скорость. А регулятор не даст... сильно. Но для этого он должен почувствовать это посредством термодатчика. Следовательно, температура должна уплыть... Вот Вам еще источник "колебаний".
Стабильность на уровне микроградусов можно получить.
Сейчас набегут... и скажут, что это невозможно измерить. Пусть говорят...

Даже трудно представить чем можно микроградусы мерить! Мне удалось на платине только 2 тысячных, примерно на столько он увеличивается при поднесении руки на 20см.