Chƣơng 3 : THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
3.1 Trang thiết bị thí nghiệm
Máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ:
Trong nghiên cứu này, máy gia nhiệt (hình 3.1) bằng cảm ứng từ sẽ đƣợc sử dụng nhằm cung cấp nguồn điện xoay chiều có tần số cao cho cuộn dây (coil) nhằm tạo ra từ trƣờng cảm ứng lên bề mặt gia nhiệt. Trong quá trình gia nhiệt, nƣớc sẽ đƣợc sử dụng nhƣ dung dịch giải nhiệt cho máy và cuộn dây. Thiết bị này có thể cung cấp nguồn điện có cƣờng độ cao nhất là 52A với công suất cực đại: 30 kW. Các thông số chi tiết của thiết bị đƣợc trình bày nhƣ bảng 3.1.
19
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy gia nhiệt bằng cảm ứng từ
Thông số Giá trị
Hệ thống điều khiển Mạch điện tử
Công suất cực đại 30(Kw)
Nguồn điện 380(v)
Cƣờng độ dòng điện lớn nhất 52(A)
Tần số 20-28 KHz
Giải nhiệt Nƣớc
Loại cảm biến K-Type
Cuộn dây:
Trong nghiên cứu này, sử dụng thiết kế cn dây 3D (hình 3.2) để làm thí nghiệm. Cuộn dây đƣợc chế tạo từ ống đồng đƣờng kính ngồi 8mm, đƣờng kính trong 6mm để cho nƣớc chạy bên trong. Kích thƣớc của cuộn dây đƣợc thiết kế để lắp đƣợc nhiều tấm khn có kích thƣớc khác nhau, chiều dài tổng của cuộn dây là 1.2m (hình 3.3).
20
Hình 3.3: Cuộn dây thí nghiệm
Bảng 3.2: Bảng kê linh kiện của bộ thí nghiệm gia nhiệt
Stt Số lƣợng Tên chi tiết
1 1 Cuộn dây 3D 2 2 Bệ gá tấm khuôn 3 4 Co đồng STNC08 4 1 Ống đồng 5 1 Ống nƣớc 6 20 Tấm khuôn 7 4 Khóa tấm khn 8 8 M5-25
Bệ gá tấm khuôn và cuộn dây cảm ứng từ
Bệ gá tấm khuôn và cuộn dây đƣợc chế tạo từ đồng thau để điện và nhiệt đƣợc truyền tốt nhất. Mặt tiếp xúc với các tấm nhôm đƣợc mài phẳng để tăng khẳ năng tiếp xúc. Các lỗ taro M5 để khóa chặt tấm khn với bệ đỡ. Hai lỗ taro M13 để lắp co nối dẫn nƣớc. Các thơng số về kích thƣớc nhƣ hình 3.4
21
Hình 3.4: Bệ gá tấm khn và cuộn dây cảm ứng từ.
Tấm khn thí nghiệm:
Trong nghiên cứu này, sử dụng các tấm khn hình chữ nhật có kích thƣớc chiều dài L, chiều rộng W, chiều dày T với các thông số đƣợc ghi trong bảng 3.3. Các tấm khn khác có các kích thƣớc W, H thay đổi nhƣ hình 3.5; 3.6; 3.7. Các tấm khn đƣợc làm bằng thép cacbon C45 có cơ tính theo bảng 3.4. Các thiết kế này là hình dạng cơ bản nhất thƣờng gặp của các lịng khn.
Hình 3. 5: Tấm khn thí nghiệm hình chữ nhật Bảng 3.3: Kích thƣớc của tấm khn thí nghiệm. Bảng 3.3: Kích thƣớc của tấm khn thí nghiệm. STT L (mm) W(mm) T(mm) 1 25 20 3 2 50 3 75 4 100 5 100 20 6 40
22 7 60 8 80 9 100 10 20 3 11 7 12 11 13 15 Các tấm khn có hình dạng khác
Thiết kế 1: Tấm khn âm có chiều dài 100, chiều rộng 20 và kích thƣớc W lần lƣợt là: 20; 40; 60mm
Hình 3.6: Thiết kế 1
Thiết kế 2: Tấm khn dƣơng có chiều dài 100, chiều rộng 20 và kích thƣớc W lần lƣợt là: 20; 40; 60mm.
23
Hình 3.7: Thiết kế 2
Thiết kế 3: Tấm khn có phần âm và phần dƣơng H thay đổi, kích thƣớc H lần lƣợt là: 20; 40; 60mm
24
Bảng 3.4: Cơ tính của thép cacbon C45
Camera nhiệt:
Camera nhiệt dùng để quan sát trƣờng nhiệt độ trên bề mặt tấm khn (hình 3.9). Đây là camera của công ty Avio NEO THERMO TVS-700. Các đặc tính của camera này đƣợc trình bày nhƣ Bảng 3.5. Thơng qua camera nhiệt, các tín hiệu về giá trị nhiệt độ trên bề mặt khuôn sẽ đƣợc hiển thị bởi bảng màu, thơng qua đó, ngƣời sử dụng sẽ dễ dàng nhận biến phân bố nhiệt độ trên bề mặt cần đo. Ngồi ra, các tín hiệu đo đƣợc sẽ đƣợc ghi nhận và phân tích bởi phần mềm chuyên dùng cho camera này. Thông qua phầm mềm này, giá trị nhiệt độ tại bất kỳ vị trí trên bề mặt đo đều đƣợc thu nhận nhằm phục vụ cho quá trình so sánh các kết quả của quá trình gia nhiệt.
25
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của camera nhiệt
Thơng số Giá trị
Bƣớc sóng cảm
biến 3~5.4(μm)
Tần số quét 0.1(sec)
Độ chính xác 0.08(°C)
Khoảng nhiệt độ đo .-20~500(°C)
Cảm biến nhiệt độ
Trong q trình làm thí nghiệm, ngồi camera nhiệt phục vụ cho việc quan sát trƣờng nhiệt độ trên bề mặt khuôn, giá trị nhiệt độ của khn cịn đƣợc thu nhận thông qua các cảm biến nhƣ hình 3.10. Bảng 3.6 trình bày các đặc điểm của cảm biến. Với thiết bị đo nhiệt loại này, hai cảm biến có thể cùng đƣợc sử dụng cho quá trình quan sát nhiệt độ. Ngồi ra, thơng qua thiết bị cầm tay, giá trị nhiệt độ biến thiên theo thời gian sẽ đƣợc ghi nhận và lƣu giữ cho q trình phân tích sau này. Nhằm phục vụ cho quá trình quan sát nhiệt độ, thiết bị đo nhiệt có thể liên kết với máy tính thơng qua phần mềm. Trong q trình đo, sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian sẽ đƣợc hiển thị trên màn hình máy tính
.
26
Bảng 3.6: Thông số của thiết bị đo nhiệt tiếp xúc
Thông số Máy Center 306
Khoảng nhiệt độ đo .-200°C~1370°C
Độ chính xác ±（0.3％rdg）＋1 °C
Độ nhạy (Resolution) 0.1 °C Nhiệt độ môi trƣờng
làm việc 0°C~50°C
Nhiệt độ lƣu trữ thiết
bị .-20°C~60°C
Pin 9 V
Kích thƣớc 184mm × 64mm × 30mm
Trọng lƣợng ~ 210g
Phần mềm mô phỏng
Trong nghiên cứu này, phần mềm COMSOL Multiphysics sẽ đƣợc sử dụng cho q trình mơ phỏng. Thơng qua mô hỏng, các thông số của quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ đƣợc phân tích nhƣ: hình dạng, độ dày các tấm khn, q trình truyền nhiệt … Thơng qua q trình mơ phỏng, phân bố nhiệt độ trên bề mặt tấm khuôn tại cuối quá trình gia nhiệt sẽ đƣợc so sánh với kết quả thí nghiệm.