Что такое нагревательный элемент в физике

Нагревательный элемент

1.2. Нагревательный элемент — металлический проводник, выполненный из сплава с высоким удельным сопротивлением.

3.110 нагревательный элемент (heating element): Нагреваемый проводник с жилой, на которую он накручен, и изоляцией вместе с любым другим присоединенным проводником.

5. Нагревательный элемент

Изделие из проводникового материала для преобразования электрической энергии в тепловую для дальнейшего использования

Смотри также родственные термины:

3.8.3 нагревательный элемент с видимым свечением (visibly glowing heating element): Нагревательный элемент, который виден снаружи прибора частично или полностью и температура которого по меньшей мере 650 °С после достижения прибором установившегося состояния при номинальной потребляемой мощности в условиях нормальной работы.

Определения термина из разных документов: нагревательный элемент с видимым свечением

нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом (РТС heating element): Нагревательный элемент, состоящий из двух проводников, разделенных проводящим материалом, характеризующимся быстрым нелинейным увеличением сопротивления, при повышении температуры.

3.8.4 нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом (РТС heating element): Элемент, предназначенный для нагрева, состоящий в основном из сопротивлений с положительным температурным коэффициентом, обладающих такой термочувствительностью, что при росте температуры в определенном диапазоне у них происходит быстрое нелинейное увеличение сопротивления.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

• нагревательный прибор
• нагревательный элемент с видимым свечением

Полезное

Смотреть что такое «Нагревательный элемент» в других словарях:

• нагревательный элемент — Изделие из проводникового материала для преобразования электрической энергии в тепловую для дальнейшего использования. [ГОСТ 16382 87] Тематики электротермическое оборудование … Справочник технического переводчика
• нагревательный элемент — kaitinamasis elementas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. heating element vok. Heizelement, n rus. нагреватель, m; нагревательный элемент, m pranc. élément chauffant, m; réchauffeur, m … Automatikos terminų žodynas
• нагревательный элемент — kaitinamasis elementas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heating element vok. Heizelement, n rus. нагревательный элемент, m pranc. élément chauffant, m … Fizikos terminų žodynas
• нагревательный элемент — kaitinimo elementas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Strypas ar gyvatukas, pagamintas iš karščiui atsparaus didelės varžos metalo. atitikmenys: angl. heating element vok. Heizelement, n rus. нагревательный элемент, m pranc. élément… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
• нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом — (РТС heating element): Нагревательный элемент, состоящий из двух проводников, разделенных проводящим материалом, характеризующимся быстрым нелинейным увеличением сопротивления, при повышении температуры. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• нагревательный элемент с видимым свечением — Нагревательный элемент, который виден снаружи прибора частично или полностью и температура которого по меньшей мере 650 оС после достижения прибором установившегося состояния при номинальной потребляемой мощности в условиях нормальной работы.… … Справочник технического переводчика
• Нагревательный элемент прибора с видимым свечением — Нагревательный элемент с видимым свечением нагревательный элемент, который в подготовленном для эксплуатации приборе виден снаружи прибора частично или полностью и температура которого не менее 650 C после достижения установившегося режима в… … Официальная терминология
• нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом — Элемент, предназначенный для нагрева, состоящий в основном из сопротивлений с положительным температурным коэффициентом, обладающих такой термочувствительностью, что при росте температуры в определенном диапазоне у него происходит быстрое… … Справочник технического переводчика
• нагревательный элемент испарителя — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN calandria … Справочник технического переводчика
• нагревательный элемент патронного типа — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN heating cartridge unit … Справочник технического переводчика

• Обратная связь: Техподдержка, Реклама на сайте

• �� Путешествия

Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
WordPress, MODx.

• Пометить текст и поделитьсяИскать в этом же словареИскать синонимы
• Искать во всех словарях
• Искать в переводах
• Искать в ИнтернетеИскать в этой же категории

Нагревательные элементы — определение и типы

В сегодняшней теме рассмотрим различные типы электрических нагревательных элементов и выделим важную информацию, которой должен обладать заказчик при выборе нагревателя. Мы выделим особенности разных вариантов нагревателей, чтобы при дальнейшей их эксплуатации пользователь не нес лишних затрат. В статье приводятся примеры из опыта, а также официальные технические документы компании.

Что такое нагревательный элемент?

Нагревательный элемент — это компонент, состоящий как из электропроводящего, так и из изоляционного материала, предназначенный для нагрева. Давайте разберемся с этим.

Нагревательный элемент — это больше, чем просто сплав перерабатывающий ток в тепло. Он представляет собой набор деталей, в которые входит корпусная основа, изоляционный материал и соединительные элементы. Например, в случае открытого спирального нагревателя нагревательный сплав обычно удерживается или подвешивается с помощью слюдяных или керамических изоляторов. Клеммы обеспечивают надежное соединение спирали с сетью.

Основным ядром электрического нагревателя является резистивный сплав. Он под воздействием тока превращает электрическую энергию в тепловую. Именно в этой части нагревателя возникает электрическая нагрузка. Преобразование тока в тепло, таким образом, называют резистивный или Джоулев нагрев.

Различные типы нагревателей предназначаются для достижения определенных целей. Выбор нагревателя заключается не только исходя из, того какие материалы внесены в его конструкцию. Немаловажное значение имеет дизайн нагревательного элемента. К греющему элементу, будь то лента или спираль, подбирается самый подходящий тип изолятора для обеспечения качественного функционала. Талант в работе инженера-конструктора имеет большое значение, ведь он должен не только подобрать самые подходящие материалы для нагревателя, но и придать ему нужной и максимально правильной формы.

Типы материалов для электронагревателя

В основу нагревателя могут входить такие элементы как проволока разных сплавов высокого сопротивления, лента, фольгированный материал. Нагреватель также может содержать керамику, пластик или силикон через которые проходит греющий элемент проводящий ток. Выбор лучших материалов для работы включает в себя тщательное понимание свойств материалов, а также знание того, где найти лучшие расходные материалы для конкретного применения.

Металлическая проволока и ленточные сплавы

Все металлические нагревательные элементы обладают физическими, термическими, электрическими и металлургическими свойствами. Эти свойства материала необходимо учитывать при выборе наилучшего решения для конкретной области применения. Температурно-зависимые различия, такие как электрическое сопротивление и тепловое расширение, будут варьироваться в зависимости от материала. При проектировании нагревателя могут возникать многие проблемы, поскольку свойства различных материалов нагревательных элементов имеют тенденцию изменяться в зависимости от условий окружающей среды и нагрузки.

Нагревательные элементы, используемые в обычных приборах, изготавливаются из металлических сплавов высокого сопротивления, таких как Fe-Cr-Al и Ni-Cr (Fe). У них есть способность создавать температуру, достаточную для того, чтобы элемент раскалился докрасна, в районе 600 °C и выше. Нагреватели, работающие при температурах ниже этого диапазона, могут быть изготовлены из гораздо более широкого диапазона материалов. Использоваться могут такие элементы, как медь, никель, алюминий, молибден, железо и вольфрам, а также сплавы, содержащие комбинации этих элементов.

Сплавы для резистивного нагрева содержат различные пропорции химических элементов в зависимости от заказываемой вами проволоки и того, кто ее делает. Обычно мы используем сплав на основе никеля: 80 Ni, 20 Cr (80% никеля, 20% хрома). Пропорции в его составе отличаются от пропорций 60 Ni, 16 Cr (60% никеля, 16% хрома). Эти два сплава обладают значительными различными свойствами. Умный инженер извлекает выгоду из свойств материала для достижения большей эффективности, надежности, производительности, стоимости и безопасности при эксплуатации нагревателя.

Способы установки нагревателей

Фиксация греющих элементов осуществляется при помощи электроизоляционных материалов. Гофрированные, спиральные или прямые элементы нагрева из проволоки обычно классифицируют зависимо от типа их контакта с окружающей средой. Они могут устанавливаться с помощью подпорок, встраиваться в предварительно подготовленное отверстие или монтироваться в каналы открытого типа. Способ фиксации определяет то, как устроен обогреватель и как может передаваться тепло.

Подпорки

В качестве подпорок обычно используются керамические изоляторы. Фиксация происходит в нескольких точках. С одной стороны, мы можем стремиться ограничить количество точек контакта, чтобы снизить сложности в установке, сэкономить материалы и производственные затраты. С другой стороны, мы можем попытаться добавить точки соприкосновения, чтобы поддерживать воздушный поток и минимизировать провисание элемента. Подвесные элементы передают тепло за счет конвекции и излучения. Не проводимостью.

Встроенный

Во встроенном нагревательном элементе провод заключен в изоляционный материал. Поскольку он находится в полном контакте с окружающей средой, элемент может передавать тепло только путем теплопроводности. Примером этого является патронный нагреватель. Спираль нагревательного элемента закреплена внутри корпусной трубки и окружена изоляционным материалом MgO. Тепло передается непосредственно от катушки с проволокой к MgO и к внешней оболочке, которая передает тепло нагреваемому объекту.

Канальный монтаж

Этот тип интеграции находится где-то между подвесным и встроенным типом фиксации. Большая часть нагревательного элемента будет хорошо поддерживаться во многих точках контакта. На самом деле это может быть спираль, лежащая в канале. Она не заделан изоляционным материалом. Проводимость, конвекция и излучение — все это формы передачи тепла от элемента нагрева установленного в каналы.

Микроэлементы в составе сплава

Сплав с определенным сопротивлением от одного производителя нагревательных элементов не обязательно будет демонстрировать одинаковые свойства при поставке от другого производителя. Казалось бы, абсолютно похожие материалы даже от разных производителей должны обладать одними и теми же свойствами. Но, в их состав могут входить разные микроэлементы, как дополнение одноименных элементов, что и меняет общие свойства конечного материала.

Микроэлементы бывают двух видов: загрязняющие и улучшающие. Загрязнения имеют нежелательный эффект, например более короткий срок службы и ограниченный температурный диапазон. Используют их с целью экономии, т.к. затраты на них невелики. Применение улучшающих элементов повышает адгезию оксидного слоя, увеличивают способность сохранять форму и обеспечиваю более длительный срок службы проволоки при более высоких температурах.

Опытный инженер-конструктор сравнит свойства сплава, отфильтрует компромиссы и выберет лучший сплав нагревательного элемента и размеры материала для работы. Затем он будет работать с производством, чтобы придать материалу размерную форму и ориентацию, которые обеспечат наилучший результат для вашего приложения. Хороший магазин нестандартных нагревателей поймет, как складываются производители проволоки и ленточных сплавов. Они следят за рынком, хорошими отношениями с поставщиками и выгодными ценами на материалы.

Нагреватели технологического воздуха

Нагреватели технологического воздуха — это компоненты горячего воздуха, используемые в промышленных и коммерческих процессах. Каждый из них предназначен для работы в определенном диапазоне температур, воздушных потоков и давления воздуха. В основном их используют при сушке, отверждении, плавлении, резке, выпечке, термоусадке, распайке, металлизации, стерилизации, очистке воздухом, ламинировании, активации клея.

Открытая спираль

Открытый спиральный элемент нагрева с керамическими изоляторами обычно изготавливают из NiCr или FeCrAl. Фиксируют их с помощью изоляторов.

Они предназначены для прямого теплового воздействия от нагревательного элемента на воздушный поток. Форма спирального нагревателя позволяет уложить его в пазы так, чтобы большая площадь нагревателя имела максимальное воздействие на среду, которую необходимо нагреть. Данные нагреватель проектируют так, чтобы максимально исключить риски провисания и обеспечить равномерную температурную подачу.

Гибкие нагреватели

Гибкие нагреватели — это нагреватели греющие контактные поверхности и легко поддаются сгибанию, чтобы соответствовать нагреваемой поверхности. В процессе производства и перед первым включением им можно придать форму, соответствующую сложной геометрии. Гибкие нагреватели обладают хорошей диалектической силой и устойчивы ко многим химическим веществам.

Силиконовые нагреватели

Электронагреватели из силиконовой резины содержат один или несколько нагревательных элементов, зажатых внутри двух частей вулканизированной силиконовой резины. Силикон является отличным электроизолятором и теплопроводником. Нагреватели из силиконовой резины — это долговечные и универсальные тепловые проводники. Им можно придать любую форму. Благодаря отличной способности изгиба силиконовые нагреватели можно использовать для различных приложений включая изогнутые поверхности и поверхности необычной формы.

Встраиваемые нагревательные элементы

У данного типа нагревателей электропроводник, генерирующий тепло, заделан внутри электроизоляционного, но теплопроводящего материала.

Патронные нагреватели

Патронный нагреватель содержит электрическую резистивную спираль, окруженную изолирующим порошком (обычно оксид магния) и упакованную в оболочку конической формы. Выводы прикреплены с одного конца. Этот тип нагревателя обычно вставляется в цилиндрическое отверстие. Чрезвычайно важны размер и форма отверстия, а также размер и форма нагревательного элемента.

Перед тем, как подключить нагреватель к сети следует убедиться, что он плотно усажен, это обеспечит безопасную и эффективную передачу тепла. Но, в то же время нагреватель должен устанавливаться не сильно туго, иначе при его замене вытянуть патронник будет очень сложно. В некоторых случаях патронный нагреватель используется для нагрева жидкости и для увеличения площади поверхности его можно оснастить ребрами.

Плоский нагреватель

В основном изготавливается плоский нагреватель в прямоугольной форме. В качестве изолятора часто может использоваться слюда. Резистивный элемент наматывается на миканит и зажимается двумя кусками слюды и затем заключен в металлическую оболочку. В некоторых случаях может использоваться без металлической оболочки.

Ленточные нагреватели могут быть оснащены ребрами, а также могут быть изготовлены специально для экстремальных условий окружающей среды. Для этого нагревателя существует множество стилей клемм. Возможны вырезы и другие модификации формы.

Кольцевые нагреватели

Элементы, входящие в конструкцию кольцевого ТЭНа идентичны плоским нагревателям. Главным отличием является форма. Кольцевые нагреватели используются для нагрева жидкостей и для плавления твердых тел. Последний вид применения очень распространен в индустрии переработки пластмасс, где пластиковые гранулы необходимо нагреть до достаточной температуры. Такой нагрев сам по себе не плавит пластик, а подготавливает материал к механическому процессу обработки. Устанавливают кольцевой ТЭН на цилиндрическую поверхность оборудования, внутри которой работает шнек.

Трубчатые нагреватели

Трубчатые нагреватели имеют резистивную спираль, окруженную изолирующим порошком, заключенную в металлическую оболочку. Клеммы выходят из обоих концов нагревателя. Этот тип нагревателя обычно имеет круглое поперечное сечение, хотя может быть изготовлен и другой формы, например, квадратной или треугольной. Трубчатые нагреватели часто изготавливаются с изгибами и закруглениями для наилучшей поддержки заданной температуры.

Оставляйте заявку на сайте «ТЭН24» и мы сами свяжемся с вами, чтобы помочь подобрать самый подходящий тип нагревателя со всеми комплектующими. Стандартные изделия отправляются заказчику в день оформления заявки. Сроки изготовления нестандартных нагревателей зависят от сложности заказа, обычно это занимает 3—5 рабочих дня.

Нагревательные элементы: управляемое тепло на службе у человека

Огонь — одно из первых великих изобретений человечества, датированное одним-двумя миллионами лет назад. В эпоху реактивных двигателей, космических полетов, металлических гигантов и мира пластика, пламя и дым могут казаться нам отголосками древности. Однако многие современные технологии, от строительства до космонавтики, по-прежнему используют огонь. Часто для разведения огня требуется время, как, например, в случае с угольными паровозами, которые начинают разогреваться за несколько часов до отправления. Иногда огонь вспыхивает неожиданно и становится угрозой для жизни, имущества и окружающего мира. Как было бы хорошо, если бы огонь можно было контролировать так же просто, как электричество — включать и выключать по желанию. Именно это и позволяют делать нагревательные элементы, которые можно назвать «домашним огнем» в устройствах, таких как обогреватели, душевые кабины, тостеры, плиты, фены, сушилки для одежды и паяльники. Нагревательные элементы предоставляют нам силу огня, но с комфортом использования электричества. Давайте узнаем больше о том, что они собой представляют и как функционируют.

Преобразование электричества в тепло

Все мы помним из школьного курса физики, что существуют материалы, способствующие прохождению электричества, и те, что препятствуют ему. Первые называют проводниками благодаря их низкому сопротивлению току, вторые — изоляторами, их сопротивление значительно выше, что затрудняет прохождение электрических зарядов. В электрических схемах для управления током используют резисторы — компоненты, изменяющие свое сопротивление в зависимости от задачи. Например, в аудиосистеме поворот регулятора приводит к изменению громкости за счет увеличения или уменьшения сопротивления, тем самым регулируя силу тока.

Электрические нагреватели: от света к теплу

На фотографии крупным планом запечатлена светящаяся вольфрамовая спираль лампочки. Интенсивность света, который она излучает, прямо пропорциональна ее длине — именно поэтому спираль скручена, что позволяет разместить больше проволоки в ограниченном объеме, усиливая световой поток.

Резисторы, которые мы используем в электрических цепях, преобразуют электричество в тепло — это их главная функция. Однако, любой проводник нагреется при прохождении через него достаточного тока. Это принцип, на котором основаны лампы накаливания. В их стеклянной колбе находится тонкая вольфрамовая нить, которая, будучи пропитанной током, нагревается до состояния интенсивного свечения, выделяя при этом тепло. Примерно 95% электроэнергии, потребляемой лампой, превращается в тепло, что делает ее малоэффективной в плане освещения по сравнению с энергосберегающими лампами, где большая часть энергии превращается в свет. Но если нас интересует не свет, а тепло, то лампа накаливания становится удивительно эффективным источником тепла, преобразуя большую часть подведенной энергии именно в него. Однако, близкое расположение к такой лампе может быть опасным из-за высокой температуры. А вот на расстоянии ее тепло ощущается уже не так сильно. Так как же создать электрический обогреватель, работающий по принципу лампы накаливания? Нам нужна более мощная версия вольфрамовой нити — в десятки раз мощнее, чтобы она излучала достаточное тепло. Необходимый материал должен быть устойчивым к высоким температурам и износу, способный выдерживать многократные циклы нагрева и охлаждения. Такие нагревательные элементы стали бы эффективными преобразователями электроэнергии в тепловую, обеспечивая комфорт и удобство в использовании.

Нагревательные элементы: незаменимые помощники в быту

Внутри керамической варочной панели скрыт нагревательный элемент, выполненный в виде сплошной лабиринтоподобной полосы, который начинается от одной точки и заканчивается в другой. Его форма продиктована необходимостью создавать сосредоточенное тепло прямо под посудой, и это самый эффективный метод для достижения такого эффекта. Нагревательные элементы, как правило, представляют собой спирали или полосы проволоки, создающие тепло аналогично нити накаливания. Под воздействием электрического тока они нагреваются и отдают тепло окружающему пространству. Часто для изготовления нагревательных элементов используют сплавы на основе никеля и железа. Например, нихром — сплав, состоящий примерно из 80% никеля и 20% хрома, хорошо зарекомендовал себя благодаря высокой температуре плавления, устойчивости к окислению даже при высоких температурах и стабильному сопротивлению, которое незначительно возрастает с повышением температуры. Фехраль, железо-хромо-алюминиевый сплав с добавлением небольшого количества никеля, тоже популярен в производстве нагревательных элементов. Он привлекателен благодаря своей относительно низкой стоимости и высокой температуре плавления. Также фехраль обладает высокой жаропрочностью, что делает его хорошим выбором для многих приложений, несмотря на то что он более хрупкий и подвержен окислению по сравнению с нихромом, и имеет меньший срок службы.

Виды и использование нагревательных элементов

Существует широкий спектр нагревательных элементов, каждый из которых имеет свою специфику в зависимости от применения. В некоторых устройствах используются открытые спирали из нихрома или фехрали, в то время как в других спирали интегрированы в керамическую основу, обеспечивая прочность и устойчивость к экстремальным температурным колебаниям. Есть и такие, что заключены в изоляционный материал миканит и размещены в металлический корпус, как, например, в нагревателях для экструдеров. Конструкция и размеры нагревательного элемента определяются размерами устройства и той областью, которую он должен обогреть. Так, плойки для волос оснащены небольшими спиральными элементами, чтобы передать тепло в узкую зону, вокруг которой могут оборачиваться волосы. Для обогрева помещений электрические радиаторы оснащаются длинными стержневыми элементами, способными отдавать тепло на большую площадь. Варочные панели оснащены спиральными элементами, рассчитанными на нагрев посуды соответствующего размера; они зачастую защищены металлическими, стеклянными или керамическими поверхностями для удобства очистки. Большие погружные нагреватели, используемые для поддержания температуры в емкостях с нефтепродуктами или другими жидкостями, представляют собой масштабные металлические конструкции с керамическими элементами, разработанные для равномерного и безопасного нагрева.

На изображении представлены два типа нагревательных элементов: 1) Горящие ленты нихрома внутри инфракрасного кварцевого нагревателя, используемого для сушки, и 2) Спиральный ТЭН, хорошо видный в нижней части электрического чайника. ТЭН не достигает той же степени накала, что и нагревательные провода, за исключением случаев, когда чайник работает без воды, что может привести к перегреву и повреждению прибора. В некоторых устройствах нагревательные элементы находятся на виду, как в электрических тостерах, где можно наблюдать раскаленные до красна нихромовые ленты. Электрические радиаторы выделяют тепло через красные светящиеся полосы, создавая тепло путем излучения, в то время как электрические конвекторы оборудованы круглыми нагревательными элементами, установленными перед вентиляторами, способствующими быстрому распространению тепла через конвекцию. В других устройствах нагревательные элементы работают на более низких температурах и не излучают свет, как в электрических чайниках, которым не требуется температура выше кипения воды. Есть приборы, где элементы скрыты для безопасности пользователя, например, в электрических душах или щипцах для волос, чтобы исключить риск электрического удара.

Особенности проектирования нагревательных элементов

Нагревательные элементы кажутся довольно простыми устройствами, но на самом деле их проектирование требует учета множества факторов. Как указывает Тор Хегбом в своей обширной работе по этой тематике, на эффективность нагревательных элементов влияют 20-30 различных параметров. Сюда входят такие важные аспекты, как напряжение и ток, размеры и диаметр элемента, его материал и рабочая температура. Для каждого типа элемента существуют свои особенности: например, для спиральных элементов важны диаметр проволоки и параметры витков, а для ленточных — толщина и ширина ленты. Однако это только часть уравнения. Нагревательный элемент должен гармонично вписываться в более крупное устройство и правильно функционировать в процессе эксплуатации. Важно учитывать, как элемент будет закреплен внутри прибора: какие изоляторы необходимы, их размеры и влияние на конечные габариты устройства. Рассмотрим, например, различные требования к элементам в паяльнике и большом конвекторном обогревателе. В случае нагревательных элементов, расположенных между опорами, необходимо учитывать их поведение при высоких температурах — не приведет ли их провисание к проблемам? Также важно рассмотреть вопросы, связанные с комбинированным использованием нескольких элементов, как в электрическом камине, и обеспечение достаточного воздушного потока для охлаждения элементов в устройствах, через которые проходит воздух, например, в конвекторах и фенах. Все эти аспекты необходимо уравновешивать для создания эффективного, экономичного, долговечного и безопасного продукта.

Важность баланса сопротивления в нагревательных элементах

При проектировании нагревательного элемента, сопротивление играет ключевую, но не единственную роль. Многие могут предположить, что для эффективного нагрева нужно высокое сопротивление, однако это не всегда так. На самом деле, тепло генерируется благодаря току, проходящему через элемент, а не из-за его сопротивления. Для эффективной работы элемента важнее обеспечить максимальный ток, а не создавать большое сопротивление. Интуитивно можно представить, что если сопротивление элемента увеличить до бесконечности, то согласно закону Ома (V = I × R), ток стремится к нулю, и, следовательно, не будет генерироваться тепло. Если же сопротивление минимально, ток будет проходить через элемент быстро, не генерируя тепло. Поэтому идеальный нагревательный элемент должен иметь умеренное сопротивление — достаточно для выработки тепла, но не настолько высокое, чтобы существенно снижать ток. Сплавы типа нихрома и фехраля хорошо подходят для этой цели: их сопротивление выше, чем у медной проволоки, но значительно ниже, чем у изоляторов, таких как графит или стекло. Математически, мы можем подтвердить это, исходя из того, что мощность (P = V × I) и закона Ома (V = I × R). После преобразования формул получается, что мощность (P) пропорциональна квадрату тока (I²) и сопротивлению (R). Следовательно, увеличение тока влияет на мощность сильнее, чем изменение сопротивления. Увеличение тока в два раза приведет к четырехкратному увеличению мощности, в то время как удвоение сопротивления лишь удвоит мощность. В нагревательных элементах, таких как те, что используются в лампах накаливания, сопротивление обычно измеряется в сотнях Ом, что является оптимальным балансом для эффективного нагрева.

Электрические нагреватели: больше, чем просто сопротивление

Хотя процесс нагрева в электрических нагревателях часто называют «джоулевым нагревом» или «резистивным нагревом», это упрощенное представление, подразумевающее, что сопротивление является ключевым и единственным фактором. Однако на практике проектирование эффективного нагревательного элемента включает в себя множество переплетенных между собой аспектов. Сопротивление, хоть и важный параметр, часто не является основной регулируемой переменной. Вместо этого оно может быть предопределено выбором материала и размерами элемента. Эффективность нагревательного элемента в приборе зависит не только от его сопротивления, но и от множества других факторов. Это включает в себя тип материала, из которого изготовлен элемент, его геометрические характеристики, а также способ его интеграции в конструкцию устройства. Все эти элементы должны быть учтены для создания нагревательного элемента, который будет не только эффективен, но и безопасен, долговечен и экономичен в использовании. Компания «Термоэлемент» специализируется на изготовлении высококачественных нагревательных элементов для промышленного оборудования. Мы предлагаем услуги по производству нагревательных элементов на заказ, учитывая любые параметры и требования клиента. Наша продукция отличается высокой надежностью, долговечностью и эффективностью, что делает ее идеальным решением для широкого спектра промышленных применений. В «Термоэлемент» мы гарантируем индивидуальный подход к каждому заказу, обеспечивая точное соответствие продукции всем необходимым техническим характеристикам и стандартам качества.

Свойства нагревателей

Нагревательный элемент — это материал или устройство, которое напрямую преобразует электрическую энергию в тепло или тепловую энергию с помощью принципа, известного как джоулев нагрев. Джоулев нагрев — это явление, при котором проводник выделяет тепло из-за протекания электрического тока. Когда электрический ток протекает через материал, электроны или другие носители заряда сталкиваются с ионами или атомами проводника, создавая трение на атомном уровне. Затем это трение проявляется в виде тепла. Первый закон Джоуля (закон Джоуля-Ленца) используется для описания количества тепла, производимого потоком электричества в проводнике. Это выражается как, P = IV или P = I²R Из этих уравнений количество выделяемого тепла зависит от тока и напряжения или сопротивления проводника. В конструкции нагревательных элементов сопротивление является более важным фактором. Джоулев нагрев наблюдается во всех проводящих материалах с различной интенсивностью, за исключением особого типа материала, известного как сверхпроводники. Как правило, электропроводящие материалы выделяют меньше тепла, поскольку носители заряда могут легко проходить через них; в то время как материалы с высоким электрическим сопротивлением выделяют больше тепла. С другой стороны, сверхпроводники пропускают электричество, но не выделяют тепла

В каком-то смысле электрические нагревательные элементы почти на 100% эффективны, поскольку вся подаваемая энергия преобразуется в тепло. Нагревательные элементы могут не только проводить тепло, но также передавать энергию через свет и излучение. Однако это верно только для идеальных резисторов. Небольшие потери могут быть получены из-за внутренней емкости и индуктивности материала, который преобразует электрическую энергию в электрическое и магнитное поля соответственно. Что касается всей системы нагревателя, потери возникают из-за рассеивания тепла во внешнюю среду от технологической жидкости или от самого нагревателя. Таким образом, система должна быть изолирована, чтобы использовать все выделяемое тепло.

Свойства нагревательного элемента

• Удельное сопротивление: для выработки тепла нагревательный элемент должен иметь достаточное электрическое сопротивление. Однако сопротивление не должно быть настолько высоким, чтобы он стал изолятором. Электрическое сопротивление равно удельному сопротивлению, умноженному на длину проводника, деленную на его поперечное сечение.
• Стойкость к окислению: тепло обычно ускоряет окисление как металлов, так и керамики. Окисление может привести к истощению нагревательного элемента, что может снизить его мощность или нарушить его структуру. Это ограничивает срок службы нагревателя. Для металлических нагревательных элементов легирование оксидным образцом помогает противостоять окислению за счет образования пассивного слоя. Для керамических нагревательных элементов наиболее распространены защитные устойчивые к окислению окалины SiO2 или Al2O3. Типы нагревательных элементов, не подходящие для использования в окислительных средах, таких как графит, чаще всего используются в вакуумных печах или печах, содержащих неокисляющие атмосферные газы, такие как H2, N2, Ar или He, где из камеры нагрева откачивается воздух.
• Температурный коэффициент сопротивления: обратите внимание, что удельное сопротивление материала изменяется с температурой. В большинстве проводников при повышении температуры увеличивается и сопротивление. Это явление оказывает более значительное влияние на некоторые материалы. Более высокий температурный коэффициент сопротивления в основном используется для датчиков температуры. Для выработки тепла обычно лучше иметь более низкое значение. Хотя в некоторых случаях, когда изменение сопротивления можно точно спрогнозировать, желательно резкое увеличение сопротивления для обеспечения большей мощности. Чтобы настроить систему на изменение удельного сопротивления, используются системы управления или обратной связи.
• Механические свойства: жесткие нагревательные элементы могут деформироваться при использовании при высоких температурах. По мере того, как материал приближается к фазе расплавления или рекристаллизации, материал может ослабляться и деформироваться более легко по сравнению с его состоянием при комнатной температуре. Хороший нагревательный элемент может сохранять форму даже при высоких температурах. С другой стороны, пластичность также является желаемым механическим свойством, особенно для металлических нагревательных элементов. Пластичность позволяет растягивать материал в виде проволоки и придавать ему форму без ущерба для его прочности на разрыв.
• Точка плавления: температура плавления материала также ограничивает рабочую температуру нагревателя.