Température d'un matériau dans un four

Je réalise quelques essais pour vérifier la mise en place d'un thermocouple sur une vanne afin de mesurer la température de la vanne et du matériau en alliage X45. Vous pouvez voir la fente prise sur la vanne et le thermocouple est inséré dans la fente (la photo est jointe).

Procédure:

1. Allumé le four à moufle avec un point de consigne de 300 ° C
2. Une fois que la température du four est stable à 300 ° C, maintenez la vanne à l'intérieur du four.
3. Gardez la valve à l'intérieur du four et laissez-la atteindre un équilibre
4. Sorti la vanne après un temps défini et mesuré la température à l'aide d'un microcontrôleur (arduino + MAX6675). Il a fallu environ 10 secondes pour mesurer la température et je ne pouvais pas passer les câbles à l’intérieur de la fournaise, car je n’avais pas accès à des câbles résistant à la température élevée pour le thermocouple. De plus, lorsque la vanne est sortie pour mesurer la température, il y aura une perte de chaleur due à l'exposition atmosphérique.

5. Après 2 heures de cet essai, j'ai trouvé que la température du matériau était d'environ 250 ° C.

   En raison de la différence énorme entre le point de consigne et la température du matériau, je voulais poser une question.

REMARQUE: Le thermocouple et le four sont calibrés.

Ma question est la suivante: si un matériau est placé dans un four avec une température de consigne, la température du matériau sera-t-elle identique à la valeur de consigne après un certain laps de temps? À mon avis, il y aura une différence de température, mais comme je ne suis pas ingénieur en mécanique, je tiens à clarifier la situation dans ce merveilleux forum.

Je vous remercie!

Vish

La technique standard consiste à souder un thermocouple au travail. Ensuite, le temps nécessaire à la température dépend de la fournaise, de la taille, de la source de chaleur, du ventilateur, etc. Une fournaise sérieuse effectuera une étude (comme Mil H 6872) des variations de température disponibles chez le fabricant. S'il s'agit d'un petit manchon de laboratoire typique, soudez simplement le thermocouple à la valve que vous avez déjà sacrifiée. Pour une si petite partie, vous devriez regarder moins de une heure.

Vous pouvez utiliser Loi de Newton sur le refroidissement pour modéliser le chauffage et le refroidissement de votre vanne. Vous utiliseriez les données que vous avez déjà collectées pour établir le modèle, puis le modèle pour voir le temps nécessaire à la vanne pour atteindre l'équilibre dans le four. Vous pouvez utiliser le même modèle pour estimer le comportement de la température entre le moment où vous avez retiré la pièce du four et le moment où l'Arduino a pu obtenir une solution pour le thermocouple.

Voici le processus détaillé pour la modélisation du chauffage / refroidissement de la pièce. Je travaillerai avec les données de température d'échantillon suivantes ($ T $) en fonction du temps ($ t $). Les données représentent les données de température prises toutes les minutes, 5 minutes après le retrait de la pièce du four.

t (min)   T (C)
5         234
6         222
7         211
8         201
9         191
10        182

En prenant le logarithme naturel des données de température, il devrait être approximativement linéaire par rapport au temps. Effectuez maintenant une régression linéaire entre $ t $ et $ ln (T) $ et vous devriez obtenir une pente ($ \ alpha $) et un ordonnée à l'origine de -0,05 et de 5,704 respectivement. J'ai utilisé Excel pour faire la régression; LibreOffice Calc, Matlab, Octave, et al. devrait aussi faire le travail.

La température de la pièce à la sortie du four ($ T_0 $) sera approximativement égale à $ e $ élevée à la puissance de l'ordonnée y: $ e ^ {5.704} $, ou 300 C dans ce cas .

Vous pouvez utiliser la pente et la température initiale de l'ajustement linéaire en combinaison avec la loi de Newton pour modéliser le processus de refroidissement:

$$ T (t) = T_0 \ cdot e ^ {\ alpha t} $$

Vous pouvez utiliser la même équation pour modéliser le processus de chauffage dans le four en inversant le signe $ \ alpha $, à condition que les modes de transfert de chaleur dans le four soient similaires à ceux du refroidissement, par ex. convection naturelle et rayonnement.

Autre réponse: pièces relatives à la taille de votre vanne, four électrique de petite taille (3 pieds cubes) à forte circulation. Les pièces chauffées à 2150 F nécessitent moins de 25 minutes, mais cela inclut une durée de trempage de quelques minutes en température entre les pièces et le four).