Основные типы электронагревателей. Принцип действия и область применения

Вопрос 9

Правила поверки весоизмерительного оборудования

Вопрос 8

Поверка весоизмерительного оборудования производится представителем Государственной метрологической службы.
Порядок проведения поверки средств измерений изложен в правилах по метрологии от 18.07.1994 N 50.2.006-94 "ПР 50.2.006-94 ГСИ. Порядок проведения поверки средств измерений".
При техническом осмотре проверяют чистоту и исправность весов. При контрольных испытаниях сверяют меру и показания весов с образцовыми, выявленные отклонения не должны превышать допустимых погрешностей. Приборы, которые имеют отклонения свыше установленных стандартами допустимых погрешностей, направляют в ремонт или списывают как непригодные в эксплуатации.
Если весы соответствуют всем требованиям, то уполномоченное лицо принимает решение, что средство измерения прошло поверку. По результатам поверки оформляется свидетельство о поверке, которое закрепляется нанесением на прибор поверительного клейма. Свидетельство о поверке остается у владельца весов, а поверительное клеймо - на самих весах.
Существует четыре вида поверок:
1. Первичная. Производится при выпуске весов из производства или ремонта или при ввозе по импорту.
2. Периодическая. Ей подлежат весы, находящиеся в эксплуатации. Периодичность такой поверки - 1 раз в год.
3. Внеочередная. Проводится при эксплуатации весов в следующих случаях:
- при повреждении поверительного клейма (пломбы госповерителя) или при утрате свидетельства о поверке;
- при вводе весов в эксплуатацию после длительного хранения;
- после проведения повторной настройки;
- при известном или предполагаемом ударном воздействии на весы или при их неудовлетворительной работе.
4. Инспекционная. Проводится в ходе проведения государственного метрологического надзора в присутствии представителя проверяемого юридического лица.
По результатам любой поверки составляется заключение, которое утверждается руководителем Государственной метрологической службы.

Интервалы взвешивания для весов класса точности	Пределы допускаемой погрешности
специального	высокого	среднего	при первичной поверке	в эксплуатации
До 50000 e включ.	До 5000 e включ.	До 500 e включ.	± 0,5e	± 1,0e
Св. 50000 e до 200000 e включ.	Св. 5000 e до 20000 e включ.	Св. 500 e до 2000 e включ.	± 1,0e	± 2,0e
Св. 200000 e	Св. 20000 e	Св. 2000 e	± 1,5e	± 3,0e

Е- цена деления весов.

Ответ:

В зависимости от способа нагрева все электронагреватели теплового оборудования делятся на три основных вида:

электронагреватели непосредственного преобразования электрической энергии в тепловую;

преобразователи электрической энергии в электромагнитные колебания с промежуточным нагревом (ИК-излучатели);

преобразователи электрической энергии в электромагнитные колебания (СВЧ-генераторы и ТВЧ-индукторы).

Для приготовления пищи на предприятиях общественного питания в основном используется тепловое оборудование с электронагревателями первого вида. ИК и СВЧ оборудование как правило применяются для сушки и разогрева продуктов.

Электронагреватели непосредственного преобразования электрической энергии в тепловую

Электронагреватели первого вида могут быть жидкостными и металлическими. Принцип их работы основан на прохождении электрического тока через проводник с большим удельным электросопротивлением, что сопровождается выделением определенного количества теплоты. По закону Джоуля-Ленца

, (5)

где Q - количество теплоты.выделяемое в проводнике;

I - величина электрического тока;

U – напряжение;

R - электросопротивление проводника;

t - время прохождения тока.

Жидкостные электронагреватели представляют собой электролит (обычно водный раствор соды) через который пропускают электрический ток. Для этого в раствор электролита погружают стальные или медные пластины-электроды, подключенные к источнику тока. Тепловая мощность электронагревателей зависит от удельного сопротивления электролита, площади омываемых им пластин и расстояния между ними. Несмотря на простоту действия, жидкостные нагреватели не получили широкого распространения на предприятиях общественного питания. Их главным недостатком является нестабильность нагрева в следствии зависимости удельного сопротивления электролита от его концентрации.

Электронагреватели с металлическим сопротивлением (резистивные) по степени герметичности делятся на открытые, закрытые и герметичные. Они нагреваются за счет пропускания электрического тока через проволоку навитую в виде спирали и изготовленную из специального сплава – нихрома, обладающего большим электросопротивлением Наибольшее распространение получили открытые электронагреватели, конфорки и герметичные трубчатые электронагреватели (ТЭНы).

Открытые электронагреватели представляют собой проволочную спираль, электроизолированную от корпуса и других частей оборудования керамическими изоляторами (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Открытый электронагреватель 1- канавки для укладки спирали, 2 - клеммы для подключения к электросети, 3 - нагревательная спираль, 4 - керамическое основание

Диаметр проволоки спирали обычно составляет 0,4-0,8 мм. Достоинствами таких устройств является простота конструкции, быстрый выход на рабочие режимы и хорошие условия теплопередачи. Температура нагрева спирали может достигать 800 0С. К недостаткам открытых спиралей относятся низкий уровень электроизоляции и недолговечность вследствие окисления кислородом воздуха, Их рабочий ресурс не превышает 1500 часов. В настоящее время открытые электронагреватели в основном оснащают некоторые разновидности электрогрилей (тостеры, ростеры, шаурма и др.). В этом случае они выполняют роль ИК-излучателей.

Конфорки представляют собой закрытые электронагреватели с плоской рабочей поверхностью, на которую устанавливают наплитную посуду. Из-за снижения интенсивности взаимодействия с воздухом рабочий ресурс конфорок в 2…3 раза выше, чем открытых спиралей. Ими оборудуют электроплиты. Температура нагрева конфорок обычно находится в диапазоне 200-7000С. Для предприятий питания отечественными производителями выпускаются электорконфорки размерами 417´295 мм и площадью 0,12 м2, а также круглые диаметром 280 мм и площадью 0,06 м2.

Конструкция прямоугольной конфорки представлена на рис.2.1.

Рис. 2.2 - Конструкция прямоугольной конфорки: 1 - чугунная плита, 2 - ребра, 3 - нагревательная спираль, 4 - нагревательная спираль, 6 - стальной лист с прокладкой из алюминиевой фольги, 7 - стальной кожух, 8 - воздушная прослойка, 9 - изоляция из двух слоев фольги и листового асбеста, 10 -электроколодка, 11 -электроконтакты

ТЭНы являются самым распространенным видом электронагревателей для теплового оборудования предприятий питания, что прежде всего объясняется высоким рабочим ресурсом – свыше 9000 часов. Они имеют трубчатый герметичный металлический корпус внутри которого размещена проволочная нагревательная спираль. Между спиралью и стенками корпуса имеется слой электроизоляции из кварцевого песка или периклаза, обладающих хорошей теплопроводностью для снижения перепада температур между спиралью и поверхностью корпуса. Для токоподвода к спирали используют контактные стержни, к которым крепятся провода от питающей электросети (рис.2.2).

ТЭНы изготовляют различной конфигурации с длиной трубки до 2,5 м и номинальной мощностью в зависимости от рабочей среды соответственно:

воздушные – от 0,2 до 1,2 кВт;

водяные – от 0,3 до 5 кВт,

масляные – от 0,3 до 0,8 кВт.

Рис. 2.3 - Конструкция и внешний вид трубчатых электронагревателей: а) ТЭН в разрезе; б) типы ТЭНов по конфигурации; 1 – трубчатый корпус, 2 – нагревательная спираль, 3 – электроизоляционный слой, 4 – контактный стержень, 5 – штуцер для крепления ТЭНа к корпусу оборудования, 6 – фарфоровый изолятор, 7- термостойкий герметик

Электронагреватели с промежуточным нагревом

К электронагревателям второго вида относят ИК-излучатели. В принципе, источником ИК-излучения является любое тело, имеющее температуру поверхности выше абсолютного ноля. В связи с этим, главное отличие электронагревателей первого и второго вида заключается в том, что нагрев при использовании конфорок и ТЭНовпроисходит в основном за счет конвекции, а при использовании ИК-генераторов - за счет радиации или лучистого теплообмена.

Тепловая обработка с использованием ИК-излучателей основана на способности продуктов поглощать лучистую тепловую энергию. В соответствии с законом Стефана-Больцмана количество теплоты Q, передаваемое посредством излучения от более нагретого тела к менее нагретому, может быть определено по уравнению

, (6)

где e1 и e2 - степень черноты обменивающихся лучистым теплом тел;

с0 - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела;

F - поверхность излучения;

t - время нагрева;

Т1 и Т2 - соответственно температура более и менее нагретого тела

j - средний угловой коэффициент, который зависит от геометрической формы и взаимного расположения в пространстве участвующих в теплообмене поверхностей.

Пищевые продукты, как объекты инфракрасного нагрева характеризуются терморадиационными (А – поглощательные, R – радиационные и D –пропускными) и оптическими (a - коэффициент поглощения, s - коэффициент рассеивания и k – коэффициент суммарного ослабления) свойствами. Кроме того, они способны по разному пропускать, отражать и рассеивать лучистую энергию в зависимости от длины волны. Чем больше длина волны, тем ниже температура поверхности излучения нагревателя и меньше глубина проникновения тепловых волн в нагреваемый продукт и наоборот – с уменьшением длины волны температура нагрева и глубина проникновения повышается. Для большинства продуктов глубина проникновения инфракрасного излучения невелика. В результате этого основной нагрев происходит в поверхностном слое, что приводит к образованию характерной поджаристой корочки и моделирует процесс жарки. Длинноволновые ИК-излучатели используют в мармитах для поддержания температуры готового продукта в процессе реализации.

К электронагревателям с промежуточным нагревом используемым в тепловом оборудовании относят такие, основной спектр излучения которых состоит из электромагнитных тепловых волн длиной lmax= 0,77–8 мкм. По современной классификации в зависимости от длины волны ИК-излучатели делятся на светлые и темные.

К светлым относят ИК-излучатели, 90% тепловых волн которых имеют длину в диапазоне lmax= 0,77–4 мкм. Такой диапазон входит в спектр видимого излучения и рабочие поверхности излучателей характеризуются свечением от темно-малинового до ярко-красного цвета, а их температура может составлять от 500 до 25000С. Основу конструкции электрических ИК-нагревателей, как и нагревателей первого вида, представляет проволочная спираль. Отличие ИК-излучателей заключается в наличии дополнительных конструктивных элементов и приемов, повышающих плотность и интенсивность теплового потока. Для этого используют прозрачные корпуса и различные типы отражателей теплового потока. Наибольшее распространение среди светлых ИК-излучателей в тепловом оборудовании получили:

Биспираль на керамической трубке, состоящая из крепежного отверстия 1, керамической трубки 2, нихромовой спирали 3 и контактных пластин 4 (рис 2.4,а). В процессе работы керамическая трубка нагревается и становится дополнительным источником ИК-излучения, повышая интенсивность и равномерность теплового потока. Открытая нихромовая спираль имеет температуру 1000–12000С. Главный недостаток – низкий рабочий ресурс (не более 3000 часов) в следствии окисления воздухом;

Кварцевые инфракрасные излучатели с йодным наполнителем типа КИ и КИО (рис 2.4, б и в) являются самыми надежными и эффективными электрическими ИК-излучателями. В герметичной кварцевой трубке создается вакуум, что позволяет использовать высокотемпературную вольфрамовую спираль. Кварцевое стекло обладает низким коэффициентом преломления света, что повышает концентрацию теплового потока. Этому способствует и пары йода, которыми заполняется полость трубки. Кварцевые ИК-излучатели состоят из ввода 1, цоколя 2, фольгового звена 3, молибденового ввода 4, герметичной кварцевой трубки 5, спирали из вольфрамовой проволоки 6 и вольфрамовой поддержки 7. Температура нагрева вольфрамового излучателя достигает более 2500 0С;

Сушильная лампа ИКЗ, состоящая из цоколя 1, внутреннего покрытия 2, нихромовой или вольфрамовой спирали 3, стеклянной колбы 4 (рис 2.4, г). Обычно применяется в аппаратах для сушки продуктов;

Закрытый кварцевый генератор с хромоникелевой спиралью, состоящий из вывода 1, керамического изолятора 2, спирали 3 и кварцевой трубки 4 (рис 2.4, д). Имеет более высокий рабочий ресурс по сравнению с биспиралью на керамической трубке.

Рис. 2.4 - Конструкция основных типов ИК-генераторов

Достаточно широко в качестве светлых ИК-излучателей используются и открытые проволочные спирали (см. п.2.1.1).

К темным ИК-излучателям относят такие, 90% тепловых волн которых имеют длину lmax более 4 мкм. Чаще всего в качестве таких нагревателей используют обычныеТЭНы с температурой нагрева до 500 0С.

СВЧ- генераторы

СВЧ-гененраторыотносмятся к электронагревателям 3 вида, в которых преобразование электрической энергии в электромагнитные колебания происходит без промежуточного нагрева.

Нагрев пищевых продуктов в СВЧ-поле является сложным процессом. Его основу составляют поляризационные явления, возникающие под действием внешнего электромагнитного поля, в которое помещен продукт, как диэлектрик. Дипольные молекулы и атомы, образовавшиеся в результате поляризации, под действием высокочастотного переменного электромагнитного поля начинают интенсивно перемещаться, совершая колебательные и вращательные движения. В результате механических сил трения, возникающих между молекулами при их перемещении под действием сверхвысокочастотного электромагнитного поля, энергия, затраченная на поляризацию, по всему объему продукта превращается в теплоту. Такой нагрев практически не зависит от теплопроводящих свойств продукта, что обеспечивает высокую скорость и равномерность. Количество теплоты p, выделяемое в единице объема продукта за единицу времени при воздействии на него СВЧ-поля можно определить, как

, (7)

где e – относительная диэлектрическая проницаемость материала;

– частота колебаний поля;

Е – напряженность поля;

– угол диэлектрических потерь.

Диэлектрические свойства материалов зависят от их природы, влажности, температуры и частоты колебаний поля. Так, для таких упаковочных материалов, как полиэтилен и второпластe = 2–2,2, а для большинства пищевых продуктов e = 30–60. Поэтому при нагреве продуктов в СВЧ-поле упаковочные материалы и воздух не нагреваются. Повышение влажности продукта приводит к увеличению его диэлектрической проницаемости, так как относительная диэлектрическая проницаемость воды составляет e» 80. С ростом частоты колебания СВЧ-поля снижается глубина его проникновения в глубь продукта. В связи с этим возникает необходимость подбора определенной толщины продукта, чтобы избежать перегрева его отдельных слоев.

Главным достоинствами СВЧ-нагрева является относительно равномерный нагрев продукта по всему объему, что ускоряет тепловую обработку по сравнению с традиционными методами в 6 и более раз. Равномерность нагрева позволяет условно относить такой способ тепловой обработки к варке. Его широко используют для быстройразморозки небольших объемов продуктов. Это же является и главным недостатком способа, так как он не позволяет получить поджаристой корочки на поверхности продукта, характерной для жарки. Поэтому СВЧ-нагрев рекомендуется применять в комбинации с ИК и другими традиционными способами нагрева.

Рис. 2.5 - Схема конструкции магнетрона

Устройство для создания СВЧ-поля в тепловом оборудовании называется магнетроном (рис.2.5). Принцип его действия упрощенно можно представить следующим образом. Между катодом 1 и анодом 2 при подаче напряжения в

3–4 кВ создается электрическое поле под действием которого электроны движутся от катода к аноду по кратчайшему расстоянию. Вдоль оси магнетрона проходят силовые линии мощного магнитного поля, создаваемого внешними постоянными магнитами 3, которые изменяют траекторию движения электронов и заставляют их совершать вращательное движение в зазоре между катодом и анодом, образуя электродное облако 4. Электроны, проходя вблизи щелевых зазоров резонаторов 5, меняют направление движения, создавая в проволочных перемычках 6 сверхвысокочастотное электромагнитное поле, которое с помощью волновода 7 генерируется в пространство рабочей камеры микроволновой печи и нагревает продукт.

ТВЧ-генераторы

ТВЧ-генераторы также относятся к электронагревателям 3 вида. Принцип нагрева ТВЧ-генераторами основан на том, что в металлах, помещенных в высокочастотное электромагнитное поле, возникают вихревые индукционные токи. Это приводит к быстрому нагреву металлов в следствии их электросопротивления. Особенностью индукционного нагрева является то, что тепловая энергия Q экспотенциально уменьшается в зависимости от глубины проникновения электромагнитного поля по уравнению (7). Поэтому при ТВЧ-нагреве быстрому нагреву подвергаются только поверхностные слои.

, (8)

где Н0 – напряженность магнитного поля на поверхности металла.;

z – координата толщины металла;

– глубина проникновения электромагнитного поля;

– коэффициент излучения.

Рис. 2.6 - Структурная схема ТВЧ-нагрева

Структурная схема использования ТВЧ-нагрева представлена на рис. 2.5. Установка состоит из выпрямителя 1, который подключен к сети переменного тока, высокочастотного преобразователя 2, блока управления 3, индуктора 4 и диэлектрической конфорки 5 на которую устанавливается наплитная посуда 6.

Индукционные конфорки обладают рядом существенных преимуществ, по сравнению с резистивными:

– высокая надежность (ресурс исчисляется десятками тысяч часов);

– низкая тепловая инерционность (дно наплитной посуды нагревается одновременно с включением конфорки);

– высокий к.п.д. и низкий расход электроэнергии;

– рабочая поверхность конфорки сильно не нагревается, что исключает вероятность ожогов, имеющих место при работе с обычными конфорками;

– возможность полной автоматизации работы оборудования с ТВЧ-нагревом.

Дата добавления: 2015-04-24