Foaia de încălzire este utilizată pe scară largă într-o varietate de echipamente de încălzire, al căror miez se bazează pe elementul de încălzire, deci care este elementul de încălzire? Care sunt proprietățile elementelor de încălzire? Acest articol vă va duce să înțelegeți.
1. Ce este un element de încălzire?
Un element de încălzire este un material sau un dispozitiv care transformă energia electrică direct în căldură sau energie termică printr-un principiu numit încălzire joule. Încălzirea Joule este un fenomen în care un conductor generează căldură datorită fluxului de curent electric. Când un curent electric trece prin material, electronii sau alți purtători de sarcină se ciocnesc cu ionii sau atomii conductorului, creând frecare la scară atomică. Această frecare se manifestă apoi ca căldură. Prima lege a lui Joule (legea Joule-Lenz) este folosită pentru a descrie căldura generată de un curent electric într-un conductor. Aceasta este exprimată ca,
P=IV sau P=I²R
Conform acestor ecuații, căldura generată depinde de curentul, tensiunea sau rezistența materialului conductor. În proiectarea întregului element de încălzire, rezistența este un factor important.
Principiul încălzirii originalului
Încălzirea Joule este evidentă în toate materialele conductoare de intensitate diferită, cu excepția unui material special numit supraconductor. În general, pentru materialele conductoare, se generează mai puțină căldură, deoarece purtătorii de sarcină trec ușor; Pentru materialele cu rezistență mare se va genera mai multă căldură. Supraconductorii, pe de altă parte, permit curentului să circule fără a genera căldură. În general, căldura de la un conductor este clasificată ca pierdere de energie. Energia electrică folosită pentru a conduce echipamentele de putere generează căldură inutilă sub formă de pierderi de transmisie și în cele din urmă nu produce nicio muncă utilă.
Într-un fel, eficiența elementului de încălzire electrică este de aproape 100 la sută, deoarece toată energia furnizată este convertită în forma dorită. Elementul de încălzire nu numai că conduce căldura, ci și transferă energie prin lumină și radiație. Cu toate acestea, acest lucru se aplică doar unor rezistențe ideale. Capacitatea și inductanța inerente ale materialului convertesc energia electrică în câmpuri electrice și, respectiv, magnetice, ducând la pierderi ușoare. Luând în considerare întregul sistem de încălzire, pierderea provine din căldura disipată din fluidul de proces sau încălzitorul în sine către mediul extern. Prin urmare, sistemul trebuie izolat pentru a utiliza toată căldura generată.
În al doilea rând, proprietățile elementului de încălzire
Când trece curentul, aproape toți conductorii pot genera căldură. Cu toate acestea, nu toate conductoarele sunt potrivite pentru elemente de încălzire. Este necesară combinația corectă de proprietăți electrice, mecanice și chimice. Următoarele sunt câteva dintre caracteristicile care sunt importante pentru proiectarea elementului de încălzire.
Rezistivitate: Pentru a genera căldură, elementul de încălzire trebuie să aibă o rezistență suficientă. Cu toate acestea, rezistența nu poate fi suficient de mare pentru a deveni un izolator. Rezistența este egală cu rezistivitatea înmulțită cu lungimea conductorului împărțită la secțiunea transversală a conductorului. Pentru o secțiune transversală dată, pentru a obține un conductor mai scurt, se folosește un material cu rezistivitate mare.
Rezistența la oxidare: Căldura accelerează de obicei oxidarea metalelor și a ceramicii. Oxidarea consumă elementul de încălzire, reducându-i capacitatea sau deteriorându-i structura. Acest lucru limitează durata de viață a elementului de încălzire. Pentru elementele de încălzire metalice, aliajele sunt formate cu oxizi, care ajută la rezistența la oxidare prin formarea unui strat de pasivare. Pentru elementele de încălzire ceramice, scara de protecție anti-oxidare de SiO2 sau Al2O3 este cea mai comună. Tipurile de elemente de încălzire care nu sunt adecvate pentru utilizare în medii oxidante, cum ar fi grafitul, sunt utilizate cel mai frecvent în cuptoarele cu vid sau cuptoarele care conțin gaze de atmosferă neoxidante, cum ar fi H2, N2, Ar sau He, unde nu există aer. în camera de încălzire.
Coeficientul de rezistență la temperatură: Rețineți că rezistivitatea materialului se modifică cu temperatura. La majoritatea conductorilor, rezistența crește pe măsură ce temperatura crește. Acest fenomen afectează unele materiale mai pronunțat decât altele. Coeficientul de rezistență la temperatură ridicată este utilizat în principal în aplicații termice. Pentru febră, de obicei este de preferat să folosiți o valoare mai mică. Deși modificările rezistenței pot fi prezise cu precizie în unele cazuri, este necesară o creștere bruscă a rezistenței pentru a oferi mai multă putere. Pentru a adapta sistemul la schimbarea rezistivității, sunt folosite sisteme de control sau feedback.
Proprietăți mecanice: Elementele de încălzire rigide se deformează atunci când sunt utilizate la temperaturi ridicate. Pe măsură ce materialul se apropie de stadiul de topire sau recristalizare, materialul devine mai probabil să se slăbească și să se deformeze în comparație cu starea sa la temperatura camerei. Un element de încălzire bun își păstrează forma chiar și la temperaturi ridicate. Pe de altă parte, ductilitatea este, de asemenea, o proprietate mecanică ideală, în special pentru elementele de încălzire metalice. Ductilitatea permite unui material să fie tras într-un fir și modelat fără a-i afecta rezistența la tracțiune.
Punctul de topire: Pe lângă temperatura de oxidare semnificativ crescută, punctul de topire al unui material limitează și temperatura de funcționare a acestuia. Ceramica are în general un punct de topire mai mare decât încălzitoarele metalice.