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?

Осторожнее с теплоизоляцией... А то тепловыделение Вышей платы может быть такое, что температуру не удастся удержать от зашкала...
Посчитайте размеры, площадь, теплоотдачу через стенки, дверцы... Потребную мощность. Если мощность Вас не беспокоит, то плохая изоляция облегчит регулирование при высокой температуре. Хотя это многим покажется странным.

На сама деле это не плата, а металическая ячейка куда надо что либо помещать и держать температуру. температура регулируется модулем пельтье. Хочется чтобы сама ячейка в установившемся режиме имела постоянную температуру.

Тогда (если Вы можете тепло гонять в любую сторону) чем лучше теплоизоляцию, тем лучше.
С другой стороны - жидкая (краска?). Толщину трудно набрать. А может, врут (опечатываются) про такую низкую теплопроводность?
Пенка удобная - можно двусторонней клейкой лентой... С экранами из фольги между слоями. Или сразу купить в магазине фольгированный пенополиэтилен... Или без фольги. И по толщине огромный выбор.
Купите и попробуйте. Цена вопроса...

Значит основной пармаетр - теплопроводность и на другие параметры даже не стоит обращать внимания?

В стационаре - да. Только... Теплопроводность бывает удельная... А Вам нужна общая... И по эл. Пельтье тоже тепло само-собой течет.

Раз используется Пельтье, бороться за очень хорошую теплоизоляцию не стоит т.к. через Пельте достаточно много тепла течет в обратном направлении за счет его собственной теплопроводности. Нету смысла поток тепла через стенки делать в 100 раз меньше потока через модуль. Плясать в расчетах надо от этого.

В моей практике для термокамеры использовал обычный ПС-10 пенопласт ("шариковый") . также был вариант с строительным "оранжевым" пенопластом. Есть тонкость- две камеры , построенные только из из пенопласта толщиной 20мм, давали перепад в 48 и 53 градуса (оранжевый и белый пенопласт), при внутренем объеме 1.5литра, а когда поставили внешний полистироловый корпус, то перепад упал на 8 градусов! пришлось сделать воздушны зазор между теплоизолятором и внешним корпусом в 5мм.

Также обратите внимание на конструкцию перехода внешний радиатор/пельтье/внутренний радиатор, я делал дюралевые пластины 10мм толщиной, по размеру элемента, чтобы отдалить теплый радиатор от поверхности камеры. Также не скупитесь на поверхность внешнего радиатора и вентилятор.
При установке более мощного модуля на те же радиаторы перепад относительно окружающей среды не увеливается...

Модули брал Криотермовские, у них на сайте есть программа для расчета радиаторов, камер, теплоизоляции...

Важно определиться для чего нужна камера.
Если вам нужна "хорошая" камера, то надо рассматривать всю
систетму целиком, а не отдельные её элементы.


Надо бы определиться со строением камеры.
После этого требования к изолятору будут яснее.

Для начала делают толстую внутренюю стенку медную
или аллюминиевую. Она решает проблему не равномерного
нагрева внутри камеры.

Потом ставят доп. изолятор. Минеральная вата в моде
сегодня. Она решает проблему большого температурного
градиента в основном изоляторе.

Если вы так сделаете, то выбор изолятора (а им станет
любой пенопласт) станет простой формальностью.
Если вы сделаете не так, то проживет ваша камера
совсем не долго. Вне зависимости от того, какой изолятор
вы выберете.

P.S. Забыл сразу написать. Если важен параметр "скорость
набора температуры" внутри камеры, то, скорее всего,
придется пожертвовать теплоизоляционными свойствами.
Иначе есть шанс не получить нужную скорость охлаждения.

Сергей.

Видел как холодильники (-170 кажись) теплоизолировали какой-то двухкомпонентной самовспенивающеся фигнёй.

Если бы я делал, меня бы больше волновала герметичность, чтобы конденсат не скапливался.

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?

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.

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.

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.

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.

Мысль. Только не тепловые волны а банальное запаздывание, и потенциальная неустойчивость, которая выпрямляется только тормозами петли регулирования.

Это не новая мысль - известно давно. Очень. И про волны Вы банально не врубились... Волны - это в пространстве.. неоднородность бегущая... по волнам. Читали? Советую сначала почитать...

Что читать? Я "Слярис" читаю. Там тоже про волны есть.

Присоеденюсь со своим вопросом:
есть металическая пластина, снизу к ней подсоединен элемент пельтье (по центру пластины), сверху устанавливается плата которую необходимо термостабилизировать (корпус и прочее пока опустим), собственно вопрос - где устанавливать датчик температуры???
- непосредственно на плате (рядом с наиболее критичным элементом)?
- с обратной стороны, рядом с пельтье или на краю пластины?
При этом важно поддерживать в таком термостате не абсолютное значние температуры, а получить минимум относительных изменений за длительный период времени (2-3 часа с допустимым отклонением температуры +/- 0,005 С)

Сначала надо знать, каково тепловыделение объекта наблюдения... Размеры, возможность изменять теплопередачу, температурный диапазон, тип датчиков, и другие важные подробности.

В самом критичном месте. Правда, есть одно "но"...

Вы для начала должны определиться что надо сделать.
Иначе сам факт использования термокамеры лишен всякого
смысла.

У вас может стоять задача по определению требований
к системе охлаждения, к условиям работы/хранения или к
проведение испытаний для определения гарантийного
срока эксплуатации. На условия хранения даже ГОСТ есть.

В каждом из них своя собственная методика измерений и
контроля. Соответственно меняется и положение датчиков.

Во время испытаний оборудование может находиться в
одном из трех состояний. Рабочее (Operating),
Выключенное (Storage), Упакованное (Trnasportation).

Еще и это должно / может влиять на положение датчиков.

Сергей.

Есть устройство (на печатной плате) размерами примерно 100ммХ100мм, выделяемая мощность небольшая порядка 150мВт. Вот его и нужно затермостабилизировать. В качестве термодатчика какой нибудь аналоговый (например LM35) в корпусе ТО-220, крепить его нужно непосредственно на металлическую пластину на которую закреплена и плата. Но в какое место его поставить, это вопрос????

Чтобы такую стабильность получить нужно использовать датчики с сооветствующей стабильностью.
Подойдут, наверное, только металлические - медь, платина, никель. Охладитель лучше сверху. Можно вентилятор внутри (только мощность его должна быть постоянная)... или маслом все залить. Если выделяемая мощность постоянная, то никаких проблем. Датчик, по которому работает управление, надо ставить как можно ближе к нагревателю(охладителю). Плату - в коробочку медную, лучше двойную. Важно обеспечить постоянное теплосопротивление между коробочками и между коробочкой и Пельтье.
Провода должны быть длинные, чтобы убрать тепловой поток по ним. Провода также через теплопроводящую пасту на наружную коробочку (рядом с Пельтье), потом на внутреннюю законтачить.

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.

Видимо, речь идёт всё же о наружной температуре внутреннего корпуса? Или наружной температуре окружающей среды? Тогда зачем камера?

Про камеру - ниже.
Матрешку видели?
Так вот. Если самую наружную завернуть в вату, поставить туда датчик и нагреватель-охладитель, то внутри самой внутренней (тоже теплоизолированной) колебания температуры будут много меньше, чем на наружной оболочке.
Нарисуйте много последовательных RC-цепочек. Уравнения те же самые.
Если не поверите - "придется Вам доктора прислать" (так наше начальство выражается) - ссылку.
Не Вас в ссылку, а Вам ее - почувствуете разницу.

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.

Спасибо, верю и без доктора. Только недопонимание, видимо, из-за того, что "если самую наружную завернуть в вату...", то она уже перестанет быть самой наружной...

А если ее в вату не укутывать, так какой в ней смысл? А в вате (она должна быть ровным слоем намотана) ее смысл в том, чтобы на ней не было градиентов. Однако вату нельзя делать очень толстой (если не использовать тепловой насос - Пельтье, а только нагреватель для температур выше комнатной) - долго будет остывать.

Ого, про тепловые волны я даже и не слышал. Уравнения составлять не умею, тем более решать ибо не физик я. Датчики ставлю только внутри термостатированного объекта, иначе не понятно что контролировать. 1-ый датчик, по кототору работает ПИД - в непосредственной близости от пельтье, по второму только контроль установившегося режима. Мне непонятно, как вообще что то можно сделать с наружней температурой и за чем ее контролировать, по-моему надо стремиться чтобы вторая обкладка (отностительно которой пельтье переносит тепло) имела температуру окружающей среды, или это просто вариант с ипользованием несколькольких теплоизолированных камер (одна внутри другой)? Непонял про обратную связь "по интегралу от тока через Пельтье - заряду", разве в обратной связи ПИДа не темпераутура учатсвует или я что то не так понял?

Про ПИД. Пелтье - устройство двойного назначения... С одной стороны - измеритель разности температур (много последовательно соединенных толстых термопар - поэтому имеется ЭДС), с другой - тепловой насос.
Так вот, количество перенесенного тепла в единицу времени при фиксированной разности температур (мощность нагрева или охлаждения) пропорционально току. Поэтому для правильного управления должна быть местная обратная связь по току. Т.е преобразователь (сигнал ПИД или др регулятора) - (ток через батарею). Заряд - пропорционален интегралному перенесенному теплу.
При изменении наружной температуры (на внешней части Пельтье) внутренняя также будет хотеть меняться, поэтому если есть возможность стабилизировать наружную температуру, то это уменьшит "нагрузку" на регулятор и, соответственно, колебания температуры.
А волны получаются на теле конечных размеров и теплопроводности. Грубо. На одном конце, там где Пельтье, возникают колебания температуры. Они распространяются по всему телу. Температура будет разной во времени и пространстве...

"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...

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...

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.


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.

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...

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.

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.


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...

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.


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

Если сделаете матрешки, будет лучше. Для положительных температур можно добавить обычные нагреватели - внутренний и наружный для ускорения. Поможет.
Странно, что при отрицательных температурах так. Конденсация воды?

Непохоже, инеем покрывалось только после открытия крышки.
Делать матрешки и доп. нагреватели расточительно и дорого, да и сообразить как этим хозяйством управлять тоже нужно. Все что мне нужно сейчас убрать эти 1,5 градуса ну или снизить их как можно сильнее.

Вам просто нужно перенести Пельтье и один датчик на наружную матрешку. Все сбудется само-собой. Или наращивать изоляцию. Но волны будут сильнее.

А этими волнами можно пренебречь? Я вроде получил +/-0,01град. Как они могут еще влиять?

Нет!!! Ни в коем случае не останавливайтесь на достигнутом. Матрёшки будут недовольны...

Если не секрет, как вы платину меряете?
Я на первой пробной плате с ADS1241 и без всяких изысков (правда с выполнением всех рекомендаций по разводке подобных узлов) получил уровень шумов измерений, приведенный к температуре, на уровне 0.01 градуса. Правда ещё ничего не вылизывал, хотя хочется получить точность повыше в пару-тройку раз.
У вас действительно тысячные видны?

Если бы Вы могли потавить вентилятор и заставить воздух циркулировать во внутреннем объеме (или, извините за "матрешки" опять, в зазоре между двумя кожухами - то есть сделать ящик с двойными стенками) - градиент резко упал бы. При этом, также, в благоприятную сторону изменились бы постоянные времени в петле регулирования (система стала бы более отзывчивой).
Кстати, требования к изоляции уменьшились бы - мощности ведь у Вас хватает, разве нет?

Ну и упомянутые волны (которые суть жестокая реальность систем с сильно отнесенным от нагревателя датчиком, ибо в модели это длинная линия, а не RC цепочка) - не так беспокоили бы, а при соответствующей коррекции, возможно, и вовсе стали бы апериодическими затухающими ....

По поводу помещенного в камеру объекта - ну, собственно, тоже быстрее бы установил температуру, ес-но.

Тепловой поток, вносимый вентилятором (мотором) надо учитывать, конечно тоже. Но он не сильно велик, да?

И вот еще пара правил: всякие щели в теплоизоляции убивают ее свойства сильнее, чем иногда недостаточная толщина(градиенты в виде холодных( или теплых) пятен).

Еще одно - у Вас там 100°С упоминались - пенопласт я бы не стал применять, плоховато. Минвата рулит. Миллиметров 150 и то стоят мизер и решают проблемы в том числе и с излучением в указанном диапазоне температур. Вообще, доп. меры против излучения в виде дорогой керамической краски могут здесь быть неоправданными. Но если охота, то воздушный зазор отделанный изнутри фольгой , непременно полированной как зеркало... В вертикальных стенках это работает хуже, большой зазор не надо применять- циркуляция все слижет, хотя ее можно разбить горизонтальным редким самодельным гофром из простой тонкой бумаги. Там есть некоторые тонкости, но оно того стоит.

PS Более экзотический вариант - ящик с двойными стенками типа термоса, организованный в виде тепловой трубы.. Изысканно и очень дорого... Такого я не делал, а вышеприведенное в разных вариантах - делал когда занимался этой темой. Ловили мы тогда до тысячных долей вроде... Но просто пучком проволочных термопар "гармошкой" и оптическим гальванометром...
PPSТеплоемкость воздуха, кажется, 1 джоуль на литр на градус , если мне память не изменяет...Это для прикидок по тепломассопереносу...