Нагревателният лист се използва широко в различни отоплителни съоръжения, чиято сърцевина разчита на нагревателния елемент, така че какво е нагревателният елемент? Какви са свойствата на нагревателните елементи? Тази статия ще ви помогне да разберете.
1. Какво е нагревателен елемент?
Нагревателният елемент е материал или устройство, което преобразува електрическата енергия директно в топлина или топлинна енергия чрез принцип, наречен нагряване на джаул. Джауловото нагряване е явление, при което проводник генерира топлина поради протичането на електрически ток. Когато електрически ток протича през материала, електрони или други носители на заряд се сблъскват с йони или атоми на проводника, създавайки триене в атомен мащаб. След това това триене се проявява като топлина. Първият закон на Джаул (законът на Джаул-Ленц) се използва за описание на топлината, генерирана от електрически ток в проводник. Това се изразява като,
P=IV или P=I²R
Съгласно тези уравнения, генерираната топлина зависи от тока, напрежението или съпротивлението на материала на проводника. При проектирането на целия нагревателен елемент съпротивлението е важен фактор.
Принципът на нагряване на оригинала
Джауловото нагряване е очевидно във всички проводими материали с различна интензивност, с изключение на специален материал, наречен свръхпроводник. Като цяло, за проводими материали се генерира по-малко топлина, тъй като носителите на заряд протичат лесно; За материали с висока устойчивост ще се генерира повече топлина. Свръхпроводниците, от друга страна, позволяват на тока да тече, без да генерира топлина. По принцип топлината от проводник се класифицира като загуба на енергия. Електрическата енергия, използвана за задвижване на енергийно оборудване, генерира ненужна топлина под формата на загуби при предаване и в крайна сметка не произвежда полезна работа.
В известен смисъл ефективността на електрическия нагревателен елемент е почти 100 процента, тъй като цялата доставена енергия се преобразува в предвидената си форма. Нагревателният елемент не само провежда топлина, но и пренася енергия чрез светлина и радиация. Това обаче се отнася само за някои идеални резистори. Присъщият капацитет и индуктивност на материала преобразуват електрическата енергия съответно в електрически и магнитни полета, което води до леки загуби. Като се има предвид цялата нагревателна система, загубата идва от топлината, разсейвана от технологичния флуид или от самия нагревател към външната среда. Следователно системата трябва да бъде изолирана, за да оползотвори цялата генерирана топлина.
Второ, свойствата на нагревателния елемент
Когато токът преминава, почти всички проводници могат да генерират топлина. Не всички проводници обаче са подходящи за нагревателни елементи. Изисква се правилната комбинация от електрически, механични и химични свойства. По-долу са някои от характеристиките, които са важни за дизайна на нагревателния елемент.
Съпротивление: За да генерира топлина, нагревателният елемент трябва да има достатъчно съпротивление. Съпротивлението обаче не може да бъде достатъчно високо, за да се превърне в изолатор. Съпротивлението е равно на съпротивлението, умножено по дължината на проводника, разделено на напречното сечение на проводника. За дадено сечение, за да се получи по-къс проводник, се използва материал с високо съпротивление.
Устойчивост на окисляване: Топлината обикновено ускорява окисляването на металите и керамиката. Окисляването изразходва нагревателния елемент, намалява неговия капацитет или уврежда структурата му. Това ограничава живота на нагревателния елемент. За металните нагревателни елементи се формират сплави с оксиди, които помагат да се устои на окисляването чрез образуване на пасивиращ слой. За керамичните нагревателни елементи защитната антиокислителна скала от SiO2 или Al2O3 е най-често срещаната. Видове нагревателни елементи, които не са подходящи за използване в окислителни среди, като графит, най-често се използват във вакуумни пещи или пещи, съдържащи неокисляващи атмосферни газове като H2, N2, Ar или He, където няма въздух в нагревателната камера.
Температурен коефициент на съпротивление: Имайте предвид, че съпротивлението на материала се променя с температурата. В повечето проводници съпротивлението се увеличава с повишаване на температурата. Това явление засяга някои материали по-изразено от други. Високият температурен коефициент на съпротивление се използва главно в топлинни приложения. За треска обикновено се предпочита да се използва по-ниска стойност. Въпреки че промените в съпротивлението могат да бъдат точно предвидени в някои случаи, е необходимо рязко увеличение на съпротивлението, за да се осигури повече мощност. За да се адаптира системата към променящото се съпротивление, се използват системи за управление или обратна връзка.
Механични свойства: Твърдите нагревателни елементи се деформират, когато се използват при високи температури. Тъй като материалът наближава своя стадий на топене или рекристализация, става по-вероятно материалът да отслабне и да се деформира в сравнение със състоянието му при стайна температура. Добрият нагревателен елемент запазва формата си дори при високи температури. От друга страна, пластичността също е идеално механично свойство, особено за метални нагревателни елементи. Пластичността позволява материалът да бъде изтеглен в нишка и оформен, без да се засяга неговата якост на опън.
Точка на топене: В допълнение към значително повишената температура на окисление, точката на топене на материала също ограничава неговата работна температура. Керамиката обикновено има по-висока точка на топене от металните нагреватели.