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马弗炉电阻丝的结构
点击次数：1603 发布时间：2012/5/9 20:42:09
大家知道金属管状电热元件的设计程序较为复杂，相关参数较多，要合理*优化的确定电阻丝综合数据，往往需要反复计算，而这些参数的计算又是一环套一环，所以说*佳方案的确定必须花费一定精力和时间。因此说如何快速计算，提高工作效率也是我们电热制造行业广大技术人员的共同愿望，对此本人对这方面的研究的见解与业内人士共同探讨。
1、了解熟悉一下电阻加热基本原理及相关内容
大家知道将电能转换为热能，并加以利用是电学中的一个重要效应。
其以电转化为热的方式也是多种的，据我所知有等离子加热、电子束加热、电弧加热、感应加热和电阻加热（不单纯限于电阻丝加热）。
1.1电阻加热：利用导体的电阻而产生热量在相关媒界物质的辅助下加热各种物质是电阻加热的基本原理和工作原理。电阻加热的依赖材料有多种，但是以合金电阻丝作为发热材料是用途*广泛的主流材料，而作为金属管状电热体的电热丝材料基本以镍铬Ni-Cr，铁铬铝Fe-Cr-AL和带钼的铬铝Cr-AL-Mo为主要材料。对合金电阻丝*基本的条件和技术要求有：电阻率、电阻值的均匀性、化学稳定性、抗氧化性、高温强度等。
1.2电阻丝的相关参数
1.2.1电阻率
电阻丝的电阻率又称电阻系数或比电阻，它是表示导体抵抗电流通过特性的一个电气参数，导体的电阻率同电阻间的关系如下：
R=ρC/S
R—导体的电阻Ω
L—导体的长度m
S—导体的横断面积（截面积）mm2
ρ—导体的电阻率μΩ.m
电阻率同合金的化学成份、金相结构、工作温度相关，是计算不同规格电阻丝米电阻值的重要数据。所以说我们可以通过以上公式，只要知道其材质的电阻率，就可以随时计算出各种规格电阻丝的米电阻（每米长度的电阻值）。
1.2.2电阻丝的温度系数
合金电阻丝随着温度的变化其电阻值（电阻率）也进行变化，这个变化的数值称之为电阻温度系数。在工作温度下的电阻率Pt与20℃时的电阻率P20之比称之为电阻率修正系数，其关系式如下：
Ct=Rt/R
Ct—温度为℃时电阻温度系数
Rt—温度为t时的电阻值
R—温度常温状态下的电阻值
如果已知某种牌号电阻丝Ct（电阻温度系数）那么就可以利用以上关系式计算出不同温度时的电阻值。
下图是三种主要牌号的电热丝在不同温度下的Ct-t曲线表示。
电阻丝的温度系数在管状电热元件设计时是一个重要参数，直接影响产品的功率大小，实际工作中要参考上图的大致变化曲线，同时要结合元件的实际工作状况进行模拟测试，即在常温状态下电阻值与工作温度下的阻值之比，根据这个系数（实测）确定常温状态下的电阻值。（这里指成品电阻值）
1.2.3 表面负荷
丝表面负荷是指电热丝的展开总长度的单位表面积所担负的电功率值W/cm2。通常情况下元件的工作条件越差（散热条件差），丝表面负荷应选择越小，反之元件的工作条件较好（散热条件好）丝表面负荷相对可以选择稍大，当然散热条件取决于加热物质、物体的大小、流体的流动、空气的风速等等条件，如果说单纯以加热介质来定管表面负荷和丝表面负荷这是不全面的。比如说加热元件功率是一样，但是铸造在1Kg铝材和铸造在3Kg材料中其散热条件是不一样。又如说同样是流动空气加热风速不一样其效果是不一要的。所以在考虑加热介质的同时考虑其它条件来决定丝表面负荷才是可靠的。
电阻丝的表面负荷计算式为：
W/cm２＝P/（D.л.L）
式中 W/cm２—丝表面负荷
P—电功率
D—电阻丝直径
L—展开长度
1.2.4 绕制圈径
根据管状电热元件中的额定电压、额定功率、加热介质条件及所选择确定的丝表面负荷后，确定电阻丝规格并合理地、科学地组装固定到电热元件中央。要达到这一目的就必须要对电阻丝进行螺旋圈绕制（特殊的极少数产品不需要绕制）。在其它条件不变的情况下，合理选择绕制芯棒，达到理想圈径的电热丝也是设计过程中的一个重要内容，具体如下：
A.绕制圈径不宜太大、太大了会使电阻丝与金属管的距离减小，这样会降低元件的绝缘耐压性能。其次圈径太大会使电阻丝的机械张力（弹力）减小，这样在加粉过程易带来电阻丝下垂现象，从而带来成品发热不均匀结果。当然有时用户来图对引出棒的直径要求就是大一点，那么我们仍然以整体性能考虑，应该什么样的圈径就是什么样的圈径，宁可把引出棒与电阻丝连接的一端减小直径（见图）进行连接，也不可以影响绕制圈径的合理性。
B.圈径不宜太小，绕制圈径太小了会降低电阻丝产生的热量不能快速地传递到金属管外壳。由于不能快速地传递热量，那必然会带来自身温度增高，从而缩短了产品的寿命。其次，对于少数特殊的产品，发热区还很长，但是功率并不大，如果按照正常热负荷计算电阻丝往往是在绕制后密绕长度太短，拉开后丝距太大，好像就逼着往绕制芯棒减小方面发展，其实大有不必，完全可以把电阻丝选择再大一点，或者采用双丝绕制，这样即可解决这一矛盾。
从目前大多数厂家设计中对电阻丝与芯棒之间的选择大致是：
4＜D/ｄ＜8
D－芯棒直径
ｄ－电阻丝直径
1.2.5绕制距离
螺旋电阻丝每圈之间必须有一定的距离，这个距离我们称之为丝距（节距）。丝距是电热元件在设计时所考虑一个极其重要参数，它对产品的发热均匀性，填料密实度及产品寿命影响很大。通常情况下我们习惯把丝距的说法定为是电阻丝直径的倍数来进行。
A.丝距不宜太小，太小了危险是会使电阻丝所产生的热量不能快速地传递到金属管外壳，导致电阻丝自身温度升高，这样易降低电性能。危害之二是产品在制作过程中，在加粉时带来“分筛”现象，即产品在填料加粉时，氧化镁粉不能充分地密实地填入到圈径内，因为密实的电阻丝成了一层“筛子”挡住了镁粉进入到螺旋圈中间去。由于这一现象的出现，同样会带来电阻丝自身温度升高，烧毁电阻丝周围的氧化镁降低电性能，缩短产品寿命。
B.丝距也不是越大越好
一般情况下丝距大一点对产品的性能是有益的，但是也不是无限地大。如果丝距大到一定的范围时将会带来断丝现象（小直径电阻丝*易有这种现象）。或电阻丝丝径减小现象。所以说，要适当选择丝距比。通常情况下应以以下数据为好。
2.5＜S/ｄ＜5
S—丝距
ｄ—电阻丝直径
注意：这里提示对＜Φ0.2mm，电阻丝的下限有时要考虑必须大于2.5倍了（或更大些）。
2、快速计算电阻综合参数的技巧
管状电热元件的设计中电阻丝设计优劣对其整体产品性能和材料的消耗有着密切的影响。能掌握一些快速设计的技巧无疑对提高工作效率和产品质量将会起到积极的作用。
2.1技巧，快速计算出任何规格的米电阻
大家知道电阻丝的米电阻是电热丝设计综合参数中*基本参数，无论是丝表面负荷，还是电阻丝丝距都离不并首先要考虑电阻丝的米电阻为前题。对于常用几个规格的电阻丝米电阻应该说能够记住，但是如果所有规格电阻丝能记住可能不太容易。前面已叙，只要记住某种牌号的电阻丝的电阻率也能算出，但是要算出这个值仍然是很繁锁。本人总结的技巧是以Φ0.2 mm一个规格的米电阻值为一个基准数（实际上这也是一个电阻率）。如Cr25AC5牌号Φ0.2mm的米电阻是45.2Ω，那么只要记住这个数值，求任何一个规格的米电阻就容易了。具体计算方法是把要求的这个规格的半径的平方算出，然后45.2去除以这个数的100倍就得出这个规格的米电阻。
例1：求Φ0.76 mm的米电阻值
1）0.38２=0.1444
2）45.2/14.44=3.13Ω
例2：求Φ0.11mm的米电阻值
1）0.055 2=0.003025
2）45.2/0.3025=149Ω
对于镍铬合金或其它合金材料的电阻只要Φ0.2mm 的米电阻同样可计算出。
2.2 技巧之二：通过计算列出管状电热元件常用电阻丝综合参数速查表。
这张表是以Cr25AC5材料为基准计算得出，使用时只要根据产品的规格（额定电压、额定功率）和管径，发热区长度就快速查出你需要的相关性数据，然后稍加以计算即可得出综合参数。
例1：220V、1000W、管径Φ8 、发热区长度900mm，使用场合为流动空气（空调用）。
首先应知道Φ8管径的元件通常情况电阻丝绕制圈径应＜Φ3mm
假如说绕制电阻值取52缩变后为47.4Ω 为中心值的话，那么取Φ0.3～Φ0.4之间均可的话那么取Φ3.6 mm规格，对应表芯杆直径为Φ2 mm，绕制100 mm时电阻值为28.6Ω ，丝表面积为27.2cm2。
计算：
1）52/28.6=1.818
已知：密绕长度=181.8mm
2） 已知：发热区长度为900
密绕长度为181.8mm
丝距为900/181.8=4.95倍
3） 已知100mm密绕长度表面积为27.2cm2，那么该支元件丝表面积为：
27.2×1.818=49.45
单位负荷：1000/49.45=20.2W/cm2
如果觉得20.2W/cm2这个负荷认为太大的话可以再查表计算。
总之通过这个表要快速算出电阻丝综合参数那也是很容易的事了。
3、关于综合参数速查表的说明
3.1表中所对应的数据为斜线，下方为密绕100 mm 时的电阻值，上方为密绕100 mm时的电阻丝表面积。
3.2表中数据以Cr25AL5电阻值为基数进行计算得来的，其电阻率为1.42（uΩ.m）不适用于其它牌号的电阻率设计的综合参数的速查 （但如果其它牌号材质可换算） 。
原创作者：上海博珍仪器设备制造厂
