مشاوره محصول
آدرس ایمیل شما منتشر نمی شود. زمینه های مورد نیاز مشخص شده اند *
نتیجه گیری اساسی در مورد عناصر گرمایش الکتریکی این است که عملکرد و عمر مفید آنها تقریباً به طور کامل توسط تطبیق خواص مواد عنصر با محیط عملیاتی خاص تعیین می شود. انتخاب یک عنصر صرفا بر اساس وات بدون در نظر گرفتن حداکثر دما و خوردگی جوی منجر به خرابی زودرس می شود. سیم مقاومتی چه از آلیاژهای نیکل-کروم و چه از آلیاژهای آهن-کروم-آلومینیوم استفاده کند، سیم مقاومتی باید در برابر چرخه حرارتی و اکسیداسیون بدون تغییر شکل قابل توجه مقاومت کند. برای کاربردهایی که نیاز به انتقال سریع حرارت دارند، مواد غلاف و مساحت سطح به اندازه سیم مقاومت داخلی حیاتی هستند. در نهایت، یک المنت گرمایشی به خوبی انتخاب شده با حداقل اتلاف انرژی کار میکند، یکپارچگی ساختاری را در دماهای بالا حفظ میکند و طول عمر قابل پیشبینی را بر اساس چگالی وات آن فراهم میکند.
اصول اساسی عملیات
یک عنصر گرمایش الکتریکی بر اساس اصل گرمایش ژول عمل می کند، جایی که عبور جریان الکتریکی از یک هادی با مقاومت مواجه می شود و در نتیجه انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی تبدیل می شود. این فرآیند توسط فرمول کنترل می شود P = I²R ، کجا P توان (گرمای تولید شده) است I جریان است، و R مقاومت است. راندمان این تبدیل فوقالعاده بالا است و اغلب به 100% در خود عنصر نزدیک میشود، به این معنی که تقریباً تمام انرژی الکتریکی مصرف شده به گرما تبدیل میشود.
مقاومت و ضریب دما
مقاومت مواد ثابت نیست. با افزایش دما تغییر می کند. اکثر آلیاژهای عناصر گرمایشی به گونه ای طراحی شده اند که دارای ضریب مقاومت دمایی نسبتاً پایینی باشند. این پایداری تضمین میکند که با گرم شدن المنت، جریان جریان به شدت کاهش نمییابد و اجازه میدهد خروجی حرارت ثابتی داشته باشد. اگر مقاومت به طور قابل توجهی با گرما کاهش یابد (ضریب دمایی منفی)، جریان می تواند به طور غیرقابل کنترلی افزایش یابد و منجر به یک وضعیت فرار حرارتی شود. برعکس، افزایش شدید مقاومت می تواند مانع از رسیدن عنصر به دمای مطلوب شود.
مواد متداول و خواص آنها
انتخاب آلیاژ حیاتی ترین تصمیم مهندسی در طراحی یک المنت گرمایشی است. آلیاژهای مختلف بین حداکثر دمای عملیاتی، طول عمر و خواص مکانیکی تفاوت های متفاوتی ارائه می دهند. دو دسته غالب عبارتند از نیکل-کروم (NiCr) و آهن-کروم-آلومینیوم (FeCrAl).
اکسیداسیون و لایه های سطحی
طول عمر یک عنصر حرارتی فلزی تا حد زیادی به توانایی آن در تشکیل یک لایه اکسید پایدار بستگی دارد. هنگامی که آلیاژ گرم می شود، با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و پوسته تشکیل می دهد. این لایه باید چسبنده و کند رشد کند. اگر اکسید پوسته شود (پوسته شدن)، فلز تازه در معرض دید قرار می گیرد که منجر به نازک شدن سریع سیم و در نهایت شکستگی می شود. عناصری که بالاتر از محدوده دمایی توصیه شده خود کار می کنند، لایه های اکسیدی را خیلی سریع تشکیل می دهند، که معمولا شکننده و غیر محافظ هستند.
پیکربندی ها و عوامل شکل
در حالی که مواد محدودیت های حرارتی را دیکته می کنند، پیکربندی فیزیکی نحوه تحویل گرما به هدف را دیکته می کند. مهندسان باید ضریب فرمی را انتخاب کنند که مساحت سطح را بدون به خطر انداختن پایداری مکانیکی به حداکثر برساند.
- عناصر سیم پیچ: مورد استفاده در توستر و اجاق گاز؛ طول قابل توجهی سیم را در یک فضای کوچک فراهم می کند.
- عناصر روبان: مسطح به جای گرد؛ سطح بزرگتری را برای همان سطح مقطع ارائه دهید.
- عناصر لوله ای: یک سیم پیچ در داخل یک لوله فلزی پر از اکسید منیزیم. مقاوم و ضد آب
- عناصر فویل حکاکی شده: مدارهای نازک حک شده بر روی یک بستر انعطاف پذیر. مورد استفاده در هوافضا و تجهیزات پزشکی دقیق.
مکانیسم های انتقال حرارت
تولید گرما تنها نیمی از نبرد است. انتقال موثر آن گرما به محیط (هوا، مایع یا جامد) نیمی دیگر است. طراحی محفظه و محل قرارگیری عنصر توسط سه حالت انتقال حرارت کنترل می شود.
- همرفت: در بخاری های هوا و اجاق ها استفاده می شود. بالهها اغلب به عناصر لولهای اضافه میشوند تا سطح سطح را افزایش دهند و انتقال گرما به هوای عبوری از آنها را بهبود بخشند.
- هدایت: در بخاری های کارتریجی و بخاری های غوطه وری استفاده می شود. برای اطمینان از انتقال حرارتی کارآمد، عنصر باید محکم در سوراخ قرار گیرد. شکاف های هوا به عنوان عایق عمل می کنند و باعث ایجاد نقاط داغ می شوند.
- تابش: در کوره های با دمای بالا و بخاری های مادون قرمز استفاده می شود. این عنصر می درخشد و امواج مادون قرمز ساطع می کند که مستقیماً بدون گرم کردن هوای مداخله به جسم حرکت می کند.
عوامل موثر بر عمر خدمات
اگر شرایط عملیاتی خصمانه باشد، حتی با کیفیت ترین عنصر نیز پیش از موعد از کار می افتد. درک این بردارهای شکست برای به حداکثر رساندن بازگشت سرمایه ضروری است.
چگالی وات
این مقدار توان (وات) تقسیم بر مساحت سطح (اینچ مربع یا سانتی متر) است. چگالی وات بالاتر به این معنی است که عنصر برای انتقال انرژی خود داغتر می شود. فراتر از چگالی وات توصیه شده برای یک برنامه خاص، علت شماره یک فرسودگی شغلی است. به عنوان مثال، آب می تواند چگالی وات بالا را تحمل کند زیرا گرما را به سرعت منتقل می کند، در حالی که روغن به دلیل ظرفیت گرمایی ویژه پایین تر و تمایل به کربنه شدن در سطوح داغ محدودیت کمتری دارد.
لرزش و شوک مکانیکی
سیم مقاومت گرم نسبت به حالت سردش نرم و شکننده است. در کاربردهایی با ارتعاش شدید، تکیه گاه های عنصر باید محکم باشد تا از ترک خوردگی ناشی از خستگی جلوگیری شود. انبساط و انقباض در طول چرخه حرارتی همچنین می تواند اتصالات را شل کند و منجر به ایجاد قوس و در نهایت خرابی در نقاط پایانه شود.
آلودگی جوی
اتمسفرهای خاص برای آلیاژهای خاص خورنده هستند. گوگرد، کربن و هالوژن ها می توانند به لایه اکسید حمله کنند یا با فلز پایه واکنش دهند. به عنوان مثال، یک عنصر نیکل کروم استاندارد به سرعت در یک محیط غنی از گوگرد (که در برخی از فرآیندهای پخت لاستیک رایج است) تجزیه می شود، مگر اینکه به طور خاص محافظت شود یا از آلیاژ دیگری استفاده شود.
