Температура нагрева нихрома: До какой температуры может нагреться ТЭН?

До какой температуры может нагреться ТЭН?

 

Чтобы ответить на этот вопрос нужно разобраться, чем ограничивается температура ТЭНа. В ТЭНе установлена спираль, отделенная от оболочки электроизоляционным песком – периклазом (оксид магния). 

При нагреве спирали тепло передается через периклаз к оболочке. Периклаз обладает некоторой теплопроводностью, но недостаточной для того чтобы температура спирали и оболочки были бы одинаковы или хотя бы близки. В результате данная система: спираль-периклаз-оболочка стремится к выравниванию теплового потока по всей толщине, что приводит к повышению температуры спирали, что на деле приводит к разнице между оболочкой и спиралью и эта разница может доходить до 300 градусов. Спираль в ТЭН изготавливается из  нихрома диаметром от 0,14 до 1,4 мм

И если открыть ГОСТ 12766.1-90 (Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.) стр.11 таблица 11 (максимальные рекомендуемые рабочие температуры нагревательных элементов, работающих на воздухе), то можно увидеть что для проволоки скажем 0,2 мм эта температура составляет 950 градусов.

 

А теперь представим, что нам нужно изготовить ТЭН для работы в спокойном воздухе. Длина этого ТЭНа небольшая – скажем, 32 см, мощность 0,5 кВт на 220 В. Технологически и математически в такой ТЭН можно установить спираль из проволоки 0,16 мм. Допустимая температура на такой спирали 950 градусов. Разница между оболочкой и спиралью в таких условиях достигнет 300 градусов. Таким образом температура на спирали лимитирует температуру на оболочке ТЭНа, которая составит 950-300=650 градусов, что и указано в ГОСТ 13268-88. 

Напрашивается вопрос, а можно ли установить в ТЭН проволоку другого диаметра – не 0,16, а 0,8 мм? Можно, но для этого мы должны будем, в данном конкретном случае, снизить рабочее напряжение с 220 В до 24 В. Как это сделать уже второй вопрос –  трансформатором или последовательно включить несколько ТЭНов решать Вам. 

Или вопрос может быть поставлен так: а можно ли сделать ТЭН с температурой на поверхности 1000 градусов? Теоретические это возможно, но тут уже нужно применить совсем другие материалы: не периклаз, а нитрид бора, не нихром, а вольфрам, а оболочку ТЭНа нужно изготовить из специального сплава или из нихрома. Понято, что сделать такой ТЭН удовольствие не из дешевых…

Расчет спирали из нихрома. Намотка нихромовых спиралей. Сопротивление нихрома

 

---

---

---

 

 

Нихромовая спираль

 

Каждый знает, что такое нихромовая спираль. Это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения.

Эта проволока изготавливается из нихрома – прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром.

«Классический» состав этого сплава – 80% никеля, 20% хрома.

Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов – «нихром».

 

Самые известные марки нихрома – Х20Н80 и Х15Н60. Первый из них близок к «классике». Он содержит 72—73 % никеля и 20—23 % хрома.

Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки.

Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17—29 % против 1,5 у Х20Н80.

 

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре.

Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

 

 

Применение нихромовой проволоки

 

Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава.

Нихромовая спираль применяется в двух качествах – как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.

Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н.

 

Примеры применений:

• бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
• ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
• нагреватели для промышленных печей и термооборудования.

Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.

Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ, Н80ХЮД-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры.

Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

 

 

Как навить спираль из нихрома

 

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

 

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

 

 

 

 

Учет температуры

 

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 °С.

Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя.

При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного.

Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

 

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали.

Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение.

Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

 

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

 

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления.

Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U.

Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

 

Обозначения здесь общепринятые:

• P – выделяемая мощность;
• U – напряжение на концах спирали;
• R – сопротивление спирали;
• I – сила тока.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов.

 

Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки.

Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd²)/4ρ.

 

Здесь:

• L – искомая длина;
• R – сопротивление проволоки;
• d – диаметр проволоки;
• ρ – удельное сопротивление нихрома;
• π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве.

В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρ_ld, где ρ_ld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

 

 

Теперь сделаем геометрический расчет нихромовой спирали. У нас выбран диаметр проволоки d, определена требуемая длина L и есть стержень диаметром D для навивки. Сколько нужно сделать витков? Длина одного витка составляет: π(D+d/2). Количество витков – N=L/(π(D+d/2)). Расчет закончен.

 

 

 

Практичное решение

 

На практике редко кто занимается самостоятельной навивкой проволоки для резистора или нагревателя.

Проще купить нихромовую спираль с требуемыми параметрами и при необходимости отделить от нее нужное количество витков.

 

Для этого стоит обратиться в компанию «ПАРТАЛ», которая с 1995 года является крупным поставщиком прецизионных сплавов, в том числе проволоки нихромовой, ленты и спиралей для нагревателей.

 

Наша компания способна полностью снять вопрос о том, где купить нихромовую спираль, поскольку мы готовы изготовить ее на заказ по эскизам и техническим условиям заказчика.

 

 

 

 

Расчет нихрома и фехрали для нагревателей: ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Нихром и фехраль – два самых распространенных типа материалов, из которых изготавливаются нагревательные элементы. В данной статье мы собрали полезные расчеты, которые могут понадобиться при проектировании нагревательного элемента, а также добавили два удобных калькулятора для расчета длины спирали и пересчета веса материалов в длину и наоборот.

Расчет длины проволоки для спирали

Расчет веса и длины

Расчет нихромовой спирали

Методика расчета по сопротивлению

Для начала давайте подробнее рассмотрим расчет длины проволоки из нихрома на основе мощности и электрического сопротивления. Во-первых нужно определиться с тем, какая мощность нагревательной спирали будет нужна. Допустим, нам необходимо изготовить небольшой нагреватель для прибора с мощностью 10Вт с напряжением 12 Вольт. Допустим, у нас имеется в наличии нихромовая проволока с диаметром сечения 0,1 мм.

Самый элементарный расчет без учитывания нагрева производится по формуле, знакомой нам из школьного курса физики:

Р=U∙І → І = Р/ U = 10 / 12 = 0,83 А

По закону Ома:

R= U/  І = 12 / 0,83 = 14,5 Ом.

Знаючи площадь сечения проволоки (S) и удельное сопротивление нихрома (ρ) можно вычислить длину проволоки, которая нам понадобится для изготовления спирали:

І = S∙ R/ ρ

Для того, чтобы узнать удельное сопротивление нихромовой проволоки определенного диаметра можно воспользоваться формулами или готовой таблицей значений. Для нихрома с диаметром 0,1 мм сопротивление будет 14,4 Ом и площадь сечения 0,008 мм2, тогда подставив значения в формулу мы получим длину проволоки равную 10 см.

Для расчета того, сколько витков спирали нужно сделать из проволоки полученной длины, нужно воспользоваться такими формулами:

Вычислим длину одного витка, равную:

Длина витка =π∙( диаметр намотки + 0,5 ∙ диаметр сечения проволоки)

Количество витков = длина проволоки / длина витка

Таким образом, если диаметр навивки нашей проволоки будет 2 мм, то

Количество витков = 100/( 3,14*(2+0,05))=15,5 витков

Теоретические расчеты – это, конечно, хорошо. Но выдержит ли на практике нихром с таким диаметром сечения подобный ток? Таблицы, предоставленные ниже, показывают максимальный ток, который допустим для определенных диаметров нити нихрома при заданной температуре. Говоря проще, нужно определить температуру, до которой должен нагреваться спиральный греющий элемент, и выбрать из таблицы его сечения для расчетного тока.

Если же нагреватель будет использоваться в жидкостной среде, силу тока можно взять больше в 1,2-1,5 раз, а если он будет нагревать замкнутое пространство, то стоит его ток уменьшить.

Методика расчета по температуре

Выше описанный простой расчет недостаточно точен из-за того, что мы берем величину сопротивления спирали в холодном состоянии. Но с изменением температуры изменяется и сопротивление материала. При этом также следует учесть, каковы условия достижения данной температуры. Для небольшой температуры, к примеру в обогревателях, первый способ расчета может применяться свободно, но для высоких температур в печах сопротивления данный способ будет слишком приблизительным.

Давайте рассчитаем спираль для муфельной печи при помощи второго метода. Для начала нужно вычислить объем камеры и на его основе мощность нагрева. Для муфельных печей существует такое правило подбора:

• Для печей с объемом до 50 л мощность берется из расчета 100 Вт на литр

• Для печей с объемом от 100 до 500 л мощность берется из расчета 50-70 Вт на литр

Возьмем для примера небольшую печь с объемом 50 литров, тогда мощность печи должна быть 50*100= 5000 Вт

Посчитаем силу тока (І) и сопротивление (R) для напряжения питания 220В

І = 5000/220 = 22,7 А

R = 220/22,7 = 9,7 Ом

Если подключать спирали при 380 В методом подключения «звезда», нужно мощность поделить на 3 фазы, таким образом у нас будет

Мощность на фазу = 5кВт / 3 = 1,66 кВт

При данном типе подключения к трехфазной сети на каждую фазу будет подаваться 220 В, соответственно ток и сопротивление будут равны:

І = 1660/220 = 7,54 А

R = 220/7,54 = 29,1 Ом

Если же соединение спиралей при напряжении 380 производится методом «треугольник», формулы расчета будут с учетом линейного напряжения в 380 В.

І = 1660/380 = 4,36 А

R = 380/4,36 = 87,1 Ом

Диаметр можно вычислить с учетом удельной поверхностной мощности нагревателя. Произведем расчет длины греющей нити, взяв удельные сопротивления из таблиц.

Поверхностная мощность = βэф*α(коэффициент эффективности)

Таким образом, чтобы нагреть муфельную печь до температуры 1000 градусов, нам нужна спираль с нагревом до 1100 С. По таблицам выберем соответствующие значения и получим:

Поверхностная мощность (Вдоп)=4,3∙0,2=0,86Вт/см2=8600 Вт/м2

Диаметр определяется по формуле d=³√((4*Rt*P²)/(π²*U²*В_доп))

Удельное сопротивление материала при нужной температуре (Rt) берется из таблицы

Если у нас нихром марки Х80Н20, Rt будет равным 1,025. Тогда Рт=1,13*10⁶*1,025=1,15*10⁶ Ом на мм

Для подключения типа звезда: диаметр равен 1,23 мм, длина = 42 м

Проверим значения по формуле L=R/(p*k)

Получим 29,1/(0,82*1,033)= 34 м

Таким образом видим, что в формуле без учета температуры есть существенное отличие в полученных значениях. Правильно выбрать длину одной спирали для подключения звездой равную 42 м, тогда для 3 спиралей вам понадобится 126 метров проволоки нихрома с диаметром 1,3.

Вывод

На основе формул и калькулятора можно произвести быстрый расчет длины нихромовой или фехралевой проволоки и вычислить ее диаметр исходя из необходимой мощности и температуры нагревательного элемента, однако даже второй более сложный метод расчета не учитывает ряда факторов. На практике после произведенных теоретических расчетов необходимо произвести манипуляции с результатами исходя из особенностей использования нагревателя.

Для точных расчетов длины фехралевых и нихромовых спиралей, а также для получения консультации по нагревательным элементам обращайтесь к нашим специалистам по телефонам или через электронную почту. У нас, кроме готовых промышленных нагревателей, вы также можете приобрести комплектующие для их создания, включая проволоку и ленту фехраль, термостойкие провода, керамические изоляторы, миканит, термостойкие разъемы и прочее.

 

Нихромовые сплавы в нагреве: ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Нихром – основной элемент, входящий в конструкцию нагревателей для печи сопротивления. Нихромовый сплав максимально удовлетворяет все требования высокотемпературного нагрева.

Понятие нихром обозначает целую группу сплавов разной маркировки, в которые в разном процентном соотношении входят нихром, никель и элементы марганца, кремния, железа, алюминия.

Нихром относится к жаростойким и чрезвычайно прочным материалам, так как покрыт пленкой из состава оксида хрома, температура плавления, которого значительно выше температур плавления самого сплава. Помимо этого нихром с легкостью выдерживает цикличный период работы с частыми включениями и остановками нагрева. Механические свойства, что в состоянии покоя, что при высокотемпературной подаче остаются стабильными. Нихромовый материал крипоустойчив и пластичен, легко поддается обработкам и свариванию.

Данный материал характеризуется высоким удельным сопротивлением и низким термическим сопротивлением. Не поддается старению и росту. Высокими показателями прочности обладает двойной нихром. Этот сплав выделяется отличной термической прочностью и выполняет высокотемпературный нагрев.

Чем больший процент содержания нихрома, тем большее количество оксида хрома может содержаться в его защитной оболочке, что способствует еще и высокой стойкости к окислениям. Но, следует учесть, что увеличивая процент хрома, снижается обрабатываемость нагревательного элемента. При наличии 30% хрома в материале невозможно проводить его прокатку и волочение. По этим причинам производители стараются не вносить его в сплавы более чем 20%.

Наличие в сплаве железа немного облегчает обработку материала и повышает уровень удельного сопротивления. Но, здесь же ухудшается сопротивление и стойкость к повышенным температурам. В случаях эксплуатации нагревательного элемента при температуре не более 1000 градусов допускается использование тройного сплава. В его составе снижен процент никеля и стоимость ниже.

Насыщенный железом нихром (обычно это маркировка сплава Х25Н20) имеет хорошие механические характеристики, но относительно невысокую жаростойкость. Обычно его используют для нагрева электропечей с температурной выработкой не более 900 градусов. Независимо от состава элементов в нихроме он относится к немагнитным материалам. В качестве элемента нагрева он используется в виде прямой проволоки (закрученной либо прямой) и ленты.

Впервые нихромовый сплав был предложен в 1906 году. На сегодняшний день в европейских странах его производством занимаются различные фирмы, которые обозначают его по-разному. В двойных и тройных нихромовых материалах иногда в составе можно выделить молибден. В странах СНГ высоким спросом пользуется отечественная маркировка Х20Н80Т, помимо этого существует еще и аналогичный сплав с содержанием титана, который не выделяется особой жаростойкостью и применяется в ограниченных видах обогрева. Тройной сплав маркировкой Х15Н60 имеет очень низкое содержание нихрома (максимум 18%) и более высокое – никеля (до 61%), что значительно удешевляет его.

Характеристика и сфера применения нихромовой проволоки

Среди прецизионных сплавов, подверженных большим перепадам температур, особое место занимает нихром. Благодаря высокой термостойкости, его применение в большей степени оправдывает себя при изготовлении нагревательных устройств и ключевых узлов печного оборудования. Рабочим материалом в данном случае выступает нихромовая проволока определенной марки. Каждая из них отличается процентным соотношением различных легирующих добавок, что позволяет на основе проектных эксплуатационных показателей сделать выбор в пользу того или иного образца, в зависимости от его основных качественных характеристик, главная из которых – сопротивление нихромовой проволоки.

Характеристики нихромовой проволоки

Проволока нихромовая.

Представленный сплав отличается наличием двух основных компонентов – никеля и хрома. В качестве присадочных элементов в состав нихрома могут также входить кремний, алюминий, марганец, железо, титан, цирконий. Количественное соотношение данных лигатур позволяет судить об определённом типе нихрома.

В настоящее время налажено производство двух марок проволок на основе сплавов: Х20Н80 и Х15Н60. Х20Н80 содержит порядка 70-75 % никеля, 20-25% хрома и 0,8-1% железа. Он обладает следующими свойствами:

• рабочая температура – 1250-1300⁰ С;
• удельное сопротивление для проволоки диаметром свыше 3 мм. – 13 Ом*мм/м;
• плотность – 8,5 г/см³;
• удельная теплоемкость – 0,44 кДж/кг·К.

Незначительное содержание железа в данном сплаве говорит о его низких магнитных свойствах. Это положительно сказывается на его коррозионной устойчивости и износостойкости.

Х15Н60 также характеризуется преобладанием никеля – 60-65% и хрома – 15-18%. Представленный сплав заметно уступает своему аналогу по основным техническим показателям.

• рабочая температура – 1000-1100⁰ С;
• удельное сопротивление для проволоки диаметром свыше 3 мм. – 12 Ом*мм/м;
• плотность – 8,0-8,5 г/см³;
• удельная теплоемкость – 0,46 кДж/кг·К.

Благодаря большему содержанию железа, концентрация которого может достигать 3%, данный вид нихрома наделён магнитной восприимчивостью, что не позволяет говорить о высокой коррозионной стойкости сплава. Тем не менее, благодаря низкой плотности нихромовой проволоки, выполненной из данного сплава, становится возможным производить образцы с меньшим сечением, отличающиеся большей пластичностью.

Ферронихром отличается высокой механической прочностью и не уступает более легированным сплавам по жаропрочности при эксплуатации в условиях агрессивных сред.

Читайте: как выбрать и установить напольный радиатор отопления.

Рекомендуем ознакомиться с нюансами монтажа кабельного теплого пола своими руками.

Сферы применения нихромовой проволоки

Специфические свойства нихрома нашли своё применение в различных сферах деятельности, как бытового, так и промышленного характера.

Всевозможные разновидности этого сплава используются в качестве нагревательных элементов различных приборов: электрических печей, сушилок, термопар, а также в керамических изделиях, исполняя роль несущего каркаса.

Нихромовая проволока, как основной исполнительный орган электронагревательных приборов, в большинстве случаев представляет собой спираль, через которую пропускают электрический ток заданного значения. Такая форма признана наиболее оптимальной для данных устройств, так как позволяет добиться большей теплоотдачи за счет увеличения длины токопроводящего элемента. Высокая степень пластичности представленного материала существенно увеличивает срок службы таких устройств, ввиду высокой устойчивости к деформациям.

Этот жаропрочный сплав также нашел своё применение в различных измерительных приборах, которые предполагают использование термических элементов проволочного типа. К ним относятся: реостаты, резисторы, тиристоры.

Где же взять нихромовую проволоку в домашних условиях? Этот сплав повсеместно используется в различных бытовых приборах. Их примерами могут служить электрообогреватели, фены, паяльники, тостеры и духовки. Кроме этого, их применяют в электронных сигаретах.

Нихромовая проволока: критерии выбора

Реализация проекта по созданию различных видов электротермического оборудования предполагает тщательный анализ номинальных эксплуатационных параметров, который и послужит отправной точкой в расчете ключевых показателей нихромовой проволоки.

В первую очередь необходимо рассчитать электрическое сопротивление рабочего элемента. Оно зависит от трех физических величин, а именно: удельное сопротивления материала, его длина и площадь поперечного сечения. Формула расчета активного сопротивления выглядит следующим образом: R = ρ · l / S.

Для получения недостающих данных необходимо произвести расчет длины спирали. В зависимости от приложенного на неё напряжения, следует остановиться на наиболее оптимальном значении длины проволоки, её диаметра, а также размера сердечника. Для того чтобы избавить себя от трудоёмких расчетов, можно воспользоваться сводной таблицей, в которой приводятся значения длины спирали, в зависимости от диаметра проволоки и сердечника для нихрома диаметром от 0,2 до 0,5 мм.

D 0,2 мм		D 0,3 мм		D 0,4 мм		D 0,5 мм
D сердечника, (мм)	Длина спирали (см)	D сердечника, (мм)	Длина спирали (см)	D сердечника, (мм)	Длина спирали (см)	D сердечника, (мм)	Длина спирали (см)
1,5	49	1,5	59	1,5	77	2	64
2	30	2	43	2	68	3	46
3	21	3	30	3	40	4	36
4	1	4	22	4	28	5	30
5	13	5	18	5	24	6	26
				6	20

Представленная таблица применима для расчета длины спирали при использовании напряжения 220 В. Например, для проволоки диаметром 0,4 мм и диаметром сердечника равным 3 мм, длина спирали для бытовой электросети составит 40 см. Стоит отметить, что при помощи данной таблицы не составит труда рассчитать искомое значение для напряжения 380 В. Для этого достаточно подобрать нужные данные и составить пропорцию следующего вида: 220 В – 40 см / 380 В – х.

В том случае, если под рукой не оказалось мерительного инструмента и определить диаметр проволоки не представляется возможным, всегда можно воспользоваться простым, но в то же время действенным способом. Для этого достаточно взять обыкновенный карандаш и намотать на него проволоку, плотно прижимая виток за витком. В том случае, если 10 витков спирали укладываются в 1 мм. длины карандаша, то диаметр проволоки будет составлять 1\10 мм.

Пайка нихрома

Как же качественно припаять нихромовую проволоку, ведь этот сплав очень тугоплавкий и не создаёт прочного соединения при использовании обычного флюса.

Данная процедура предполагает соблюдение определенной последовательности действий в работе со специальными паяльными материалами. В качестве припоя в данном случае используют оловянно-свинцовые материалы ПОС 61, ПОС 50. Отдельного внимания требует подготовка флюса. Его компонентный состав строго дозирован и готовится на основе таких компонентов: технический вазелин – 100 г., цинк хлористый (в форме порошка) – 7 г., глицерин – 5 г. Рабочую смесь флюса получают после тщательного перемешивания всех представленных компонентов.

Рекомендуем ознакомиться со способами крепления пенопласта к стене.

Читайте: как сделать кирпичный мангал на дачном участке своими руками.

Узнайте, что лучше, пенопласт или пенополистирол.

Подготовка рабочей поверхности заключается в удалении загрязнений и окисных образований при помощи наждачной бумаги. Затем обработанный участок протирают ваткой, смоченной в спиртовом растворе хлористой меди, накладывают флюс и производят пайку.

Нередко возникают проблемы при лужении нихрома с медными выводами. Традиционный флюс на основе канифоли в данном случае будет неэффективен. На выручку придёт обыкновенная лимонная кислота. Для одного провода достаточно использовать 2-3 г. её порошка. Травление в таком случае не представляет никаких затруднений. Впоследствии, для удаления кислоты, провод кладут на канифоль и облуживают.

Как распознать нихром?

Так выглядит нихромовая нить.

Указанный сплав, как правило, не отличается обилием внешних признаков, позволяющих судить о той или иной его разновидности. В большинстве своём нихром – материал белого или слегка серебристого цвета. Использованные образцы будут отличаться темно-серым оттенком, что свидетельствует об образовании оксидной пленки.

Так или иначе, такие условные признаки не могут служить явным доказательством, указывающим на подлинность данного сплава. Как же определить нихромовую проволоку по внешнему виду. Нихром имеет одно специфическое свойство при длительном использовании. В отличие от других термостойких материалов, на его поверхности, как правило, проступает характерная темно-зелёная пленка. Кроме того, о качестве сплава можно судить и по степени восстановления формы спирали после нагрева. Если образец принял первоначальное положение, что говорит о его высокой деформационной стойкости, то есть все основания полагать, что это – нихром.

Несмотря на то, что рабочая температура нагрева нихромовой проволоки составляет высокие значения, её качественные характеристики могут заметно снизиться, если не принимать во внимание режимы длительного и кратковременного использования, каждый из которых предписывает определенные параметры работы. Соблюдение данных требований поможет существенно увеличить срок службы нагревательных элементов и послужит гарантией высоких эксплуатационных показателей.

Проволока фехраль х23ю5т какую температуру выдержит

Фехраль – уникальный сплав, состоящий из железа, хрома и алюминия. Для того чтобы придать материалу дополнительные свойства, его легируют цирконием, кремнием, марганцем и рядом других металлов. Фехраль отличается повышенной жаропрочностью и может эксплуатироваться в диапазоне температур +700 … +1350 °С. Сплав сохраняет свои свойства в окислительной среде, которая содержит серу или её соединения. Фехраль устойчив к воздействию вакуума, водорода и кислорода. Омическое сопротивление сплава составляет 1,2-1,3 Ом×мм²/м. Под действием температуры, а именно в момент деформирования фехралевого проката, пластичность материала повышается.

Фехраль – сплав, который имеет свойства аналогичные нихрому, но, в отличие от него, стоит на порядок дешевле. Такая разница в цене объясняется заменой дорогого и дефицитного никеля, более дешевым и хорошо распространенным алюминием. Но есть и недостатки фехраля по сравнению с никелем. Он способен выдерживать определенное количество циклов нагревания-остывания. Также его рабочая температура ниже (у нихрома она составляет +1400 °С). Понижен и показатель технологичности, что сказывается на диаметре проката (нельзя получить тонкую проволоку).

Проволока фехраль Х23Ю5Т

Самой востребованной среди проката данного сплава является проволока фехраль Х23Ю5Т. Она обладаем высоким показателем жаропрочности и жаростойкости. За счет этих характеристик, проволока Х23Ю5Т считается намного качественней и востребование, чем аналогичный прокат марок Х15Ю5, Х27Ю5Т и Х23Ю5. Поскольку цена на фехраль одинаковая, то производство последних практически остановлено.

Проволока фехраль Х23Ю5Т может производиться несколькими способами: прессование, прокатка или волочение.

В состав фехраля марки Х23Ю5Т входит: железо, 22-24% хрома, 5-6% алюминия, около 0,6% никеля.

Отличается данный сплав следующими свойствами:

• высоким омическим сопротивлением;
• малым температурным коэффициентом электросопротивления;
• высокими антикоррозийными свойствами;
• высокой жаростойкостью.

Значение максимальной рабочей температуры напрямую зависит от диаметра проволоки фехраль Х23Ю5Т – чем он больше, тем она выше.

Область применения фехраля – производство электронагревательных элементов для печей промышленного назначения, бытовых приборов, элементов омического сопротивления и другое. Продается проволока фехраль Х23Ю5Т кратно бухте или катушке.

Марки и химический состав

В состав нихрома входит до 80% никеля, около 22% хрома и 1,5% марганца, также в состав внесены дополнительные примеси. Сплавы нихрома разделены всего лишь на две группы: нежелезистые и железистые.

Нихром марок Х20Н80 и Х15Н60 Самым широко применяемым типом нихрома является маркировка Х20Н80, относящаяся к нежелезистым сплавам. Марка Х15Н60 – железистый сплав.

Никель, входящий в состав нихромового сплава определяет технологические свойства нагревателя в работе. Поэтому были созданы модифицированные сплавы содержащие большее количество основного вещества, в маркировке которых была добавлена буква «Н». На примере Х20Н80 можно увидеть, что общий состав марки не изменился, стало лишь больше никеля, и было добавлено небольшое количество циркония (модифицированная марка Х20Н80-Н), другие сплавы изменены по такому же принципу.

Фехраль Основной составляющей фехралевого сплава есть Fe, Cr и Al. В зависимости от марки сплава компоненты добавляются в разной концентрации с дополнительными элементами Zr и Mn. С целью подбора оптимального соотношения компонентов для решения разного рода задач и работы в разных сферах было создано множество марок данного сплава.

Фехраль марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х15Ю5 Указанные марки широко применяются в промышленности для высокотемпературных обработок. В их характеристики входят: некоторая стабильность, жаростойкость и надежность в работе. Х23Ю5Т имеет до 78% железа и выделяется неплохими показателями прочности. Х27Ю5Т характеризуется высокой концентрацией Cr, что снижает прочностные характеристики, поэтому сегодня все чаще используют его аналоги.

Сравнение нихрома и фехраля

Фехраль наравне с нихромом обладает высоким удельным сопротивлением. Номинальные показатели сопротивления у нихрома зависят от диаметра проволоки (ленты/нити). А в случае фехряля номинальное сопротивление определяет его марка. Плавление нихрома начинается после 1400C, фехраль плавится при 1500C.

Прочность в состоянии покоя (без нагревания)

Нихром сам по себе пластичен и поддается изгибу и вытягиванию не менее 20% удлинения либо сужения. Пластичность фехраля маркой Х23Ю5Т достигает 10%, а Х15Ю5 -16%. Это говорит о том, что нихром пластичней фехраля, и плюс ко всему, у него выше временное сопротивление разрыва.

Фехраль более твердый сравнительно с никелем, и это делает его более ломким материалом. По этим причинам намотка фехраля проводится лишь после разогрева проволоки до 300C. В случае же нихрома разогрев проводить не нужно, он отлично сматывается в катушку даже при комнатных температурах.

Прочность при нагревании

Фехраль отлично справляется с высокотемпературной нагрузкой. Его можно эксплуатировать в условиях повышенной температуры длительное время. А нихром, напротив, способен отлично справляться с высокотемпературным циклическим нагревом, но плохо ведет себя при длительном термическом воздействии.

Стойкость к окислительной среде

Нихром способен длительно и хорошо работать в окислительных условиях, ведь высокое содержание никеля предотвращает быстрые процессы коррозии. Если нихром долго работает в окислительной среде, его поверхность покрывается тонкой пленкой оксида хрома, которая обеспечивает защиту сплава от агрессивной среды. Быстрое окисление может наступать в электрических печах с высоким содержанием кислорода.

Так как у фехраля высокий процент содержания железа он менее устойчив в окислительных средах. Защитная пленка образовывается у него намного быстрее, чем у нихрома, поэтому в агрессивной среде применять его затруднительно. Особенно сильно это сказывается на тонких проволоках и лентах. Зато фехраль отлично справляется с нагревом глинозёмной, углеродной и содержащей серу среде.

Где применяют фехраль и нихром

Изготовление нихрома и фехраля

Цены на фехраль и нихром

Несмотря на много общих характеристик цена на данные материалы имеет значительные отличия обусловленные расценками на сырье. Железо, которое является основным составляющим элементом фехраля стоит дешевле никеля.

Достоинства фехраля:

• Невысокая цена;
• Высокое удельное сопротивление;
• Жаростойкость;
• Возможность длительной эксплуатации при 1400°С.

Достоинства нихрома:

• Высокое удельное сопротивление;
• Жаропрочность;
• Усиленные механические характеристики;
• Отлично справляется с цикличным нагревом;
• Пластичен;
• Не магнитится;
• Крипоустойчивый.

При выборе нужного сплава самым важным критерием, определяющим требования к материалу, является температурная нагрузка, среда применения и длительность разовой эксплуатации. Например, для длительной работы при высоких температурах в электропечи подойдет фехраль, а для цикличного нагрева агрессивной среды лучше выбирать нихром.

В статье сравниваются прецизионные сплавы нихром и фехраль. Сравнение осуществляется в части химического состава, свойств, применения и стоимости материалов.

Особую группу прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением составляют так называемые сплавы нагрева: нихромы и фехрали, широко используемые для изготовления нагревательных элементов электротермического оборудования. Нихром (Ni-Cr и Ni-Cr-Fe) получил свое название из-за высокой концентрации никеля («ни») и хрома («хром») в составе, а фехраль (Fe-Cr-Al) назван по первым буквам основных элементов («фе», «хр», «аль»). Несмотря на аналогичную направленность применения, из-за существенного различия в химических составах, нихром и фехраль обладают разными качественными характеристиками, о которых мы расскажем в этой статье.

Рисунок 1. Сравнение сплавов фехраль и нихром

Химический состав основных марок нихрома и фехраля

Нихром

Базовый химический состав нихрома содержит около 55-80% никеля (Ni), 13-23% хрома (Cr), до 1,5 марганца (Mn), плюс незначительное количество примесей. Разделяют два типа нихромов – нежелезистый (в котором присутствует не более 1,5% железа) и железистый (содержащий до 75% никеля, 13-18% хрома и до 5-6% железа).

Нихром марок Х20Н80 (Х20Н80-Н) и Х15Н60 (Х15Н60-Н)
Популярная марка нихрома Х20Н80 относится к нежелезистому типу, и в соответствии с ГОСТ 10994-74 имеет в своем составе 20-23% хрома (Cr), 75-80% никеля (Ni). Остальную часть сплава Х20Н80 занимают до 1,5% железа (Fe), до 0,9-1,5% кремния (Si), до 0,7% марганца (Mn), менее 0,3% титана (Ti), 0,2% алюминия (Al) и 0,1% углерода (C), плюс ничтожно малое количество фосфора (P) и серы (S). Марка нихрома Х15Н60 относится к железистому типу сплава и потому концентрация железа по ГОСТу в его составе достигает 5-6%, при 55-61% никеля (Ni) и 15-18% хрома (Cr).

В роли главного компонента нихрома выступает никель (Ni), которым определяются ключевые технологические свойства материала. В связи с этим, на основе марки Х20Н80 была создана «улучшенная» модификация сплава, для обозначения которой в конце буквенно-цифрового кода была добавлена буква «Н». Получилось Х20Н80-Н. В соответствии с ГОСТом объем хрома (Cr) в сплаве марки Х20Н80-Н остался прежним, а количество никеля (Ni) немного увеличилось за счет сокращения объема остальных компонентов, плюс было добавлено 0,2-0,5 циркония (Zr). Марку нихрома Х15Н60-Н создали точно по такому же принципу.

Фехраль

В базовой компоновке химических элементов фехраль содержит до 70-72% железа (Fe), 12-27 % хрома (Cr), 3,5-6% алюминия (Al), до 1% кремния (Si), 0,7% марганца (Mn), плюс незначительное количество легирующих добавок в виде циркония (Zr) и титана (Ti). Фехраль имеет множество марок, как отечественных, так и международных, позволяющих подобрать оптимальный сплав под самые разные цели и условия эксплуатации.

Фехраль марок Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х15Ю5
Рынок России и СНГ сегодня ориентирован на фехраль трех отечественных марок: Х23Ю5Т, Х27Ю5Т и Х15Ю5, демонстрирующих стабильность физических характеристик при высоких температурах, в том числе и в агрессивных средах. В число наиболее востребованных марок входит фехраль Х23Ю5Т (зарубежные аналоги Kanthal A-1, GSSY). В соответствии с ГОСТ 10994-74 сплав марки Х23Ю5Т содержит около 70% железа (Fe), 22-24% хрома (Cr) и 5-5,8% алюминия (Al). В оставшуюся часть входят до 0,6% никеля (Ni), до 0,5% титана (Ti), кремния (Si) и углерода (C), до 0,3% марганца (Mn), а также крайне небольшое количество кальция (Ca), церия (Ce), фосфора (P) и серы (S).

Фехраль марки Х15Ю5 (зарубежный аналог Aluchrom W) отличается повышенным содержанием железа (до 77-78%) и уменьшенным объемом хрома (13,5-15,5%), что делает сплав более прочным и менее хрупким. Остальные химические элементы содержатся в сплаве Х15Ю5 в пределах традиционных для фехралей пропорций: 4,5-5,8% алюминия (Al), до 0,6-0,7% кремния (Si), никеля (Ni), марганца (Mn), титана (Ti), плюс сотые доли процента фосфора (P), серы (S), углерода (C), кальция (Ca) и церия (Ce). Следует также упомянуть фехраль марки Х27Ю5Т со сравнительно высокой концентрацией хрома (до 28%), который редко сегодня выпускается и постепенно замещается более современными аналогами.

Сравнение свойств нихрома и фехраля

Общие физические характеристики

Нихром и фехраль объединяет высокое удельное сопротивление, величина которого практически не изменяется при повышении температуры сплавов. Для нихрома значение номинального удельного сопротивления зависит от диаметра нагревателя. Например, для проволоки Ø > 3,0 мм оно равно 1,07-1,18 мкОм·м, для Ø 0,5-3,0 мм – 1,06-1,16 мкОм·м, а для проволоки Ø 0,1-0,5 составляет 1,03-1,13 мкОм·м. Для фехраля марки Х23Ю5Т величина удельного сопротивления равна 1,34-1,45 мкОм·м, а для марки Х15Ю5 – 1,24-1,34 мкОм·м. Температура плавления нихрома – 1400°C, фехраля – 1500°C. Удельный вес нихрома больше – 8,40 г/см 3 , фехраля меньше – 7,21-7,28 г/см 3 .

Прочность при комнатной температуре

Пластичность нихрома при комнатной температуре (относительное удлинение или поперечное сужение проволоки) составляет не менее 20%, что выше пластичности фехраля, которая для марки этого сплава Х15Ю5 равняется 16%, а для марки Х23Ю5Т всего 10%. Временное сопротивление разрыву нихромовой проволоки в среднем составляет 102 кгс/мм 2 (1000,3 МПа), в то время когда этот же параметр для фехраля марки Х23Ю5Т равен 78 кгс/мм 2 (764.9 МПа), а для марки Х15Ю5 он и того меньше – 75 кгс/мм 2 (735.5 МПа).

Твердость нихрома равняется 140-150 HB, но фехраль еще более тверд, а потому более ломок на извив: Х23Ю5Т – 200-250 HB, Х15Ю5 – 150-200 HB, ведь чем больше в сплаве хрома, тем больше его хрупкость. Этим объясняется тот факт, что нормальная навивка фехралевой проволоки возможна только при ее нагреве свыше 300°C, иначе она будет ломаться. Для навивки нихрома предварительного нагрева не требуется, даже при комнатной температуре он навивается ровно и плавно, без образования микротрещин и разрывов.

Прочность при максимальных температурах на воздухе

Фехраль (проволока Ø > 6 мм) может работать на воздухе при очень высоких температурах от 1000°C (Х15Ю5), до 1400°C (Х23Ю5Т), но в таком температурном режиме материал становится нестабильным, не выдерживает резких динамических нагрузок. Незначительные присадки редкоземельного церия (Ce) и щелочноземельного кальция (Ca) повышают срок службы фехраля до момента перегорания. Нихром (проволока Ø > 6 мм) отличается большей жаропрочностью и сохраняет стабильность своих механических параметров при температурах от 1125°C (Х15Н60-Н) до 1200°C (Х20Н80 и Х20Н80-Н). В связи с этим нихром имеет большее количество циклов включения-выключения нагревательных элементов до их перегорания.

Стойкость к окислению при рабочих температурах

Высокое содержание никеля в нихроме не способствует интенсивному окислению поверхности нагревателя. При нагреве нихром покрывается лишь тонкой защитной пленкой окиси хрома, что делает сплав менее стойким, особенно в SO₂ – и SO₃ – содержащих средах. Скорость окисления нихрома растет только по мере повышения давления кислорода в электропечи. Что касается фехраля, то большое количество железа и наличие алюминия в его составе обуславливает повышенную окисляемость сплава с активным образованием плотного поверхностного защитного оксидного слоя. С одной стороны он затрудняет эксплуатацию тонких проволок и лент, но с другой стороны, сплав становится еще более устойчивым в контакте с высокоглиноземистой керамикой, в серо- и углеродосодержащих средах.

Сфера применения

Основное направление применения нихрома – изготовление нагревательных элементов повышенной надежности для электропечей обжига и сушки промышленного и лабораторного назначения, для водо- и воздухонагревательных систем, для электроплит, нитей испарителя электронных сигарет и т.д. Нихром используется для производства реостатов, высокоомных сопротивлений малой и средней мощности, для соединителей в электронике. Фехраль, в свою очередь, применяется для создания нагревателей высокотемпературного электротермического оборудования, способного осуществлять нагрев до 1400°C, в том числе для работающих в высокоглиноземной керамике и серосодержащей среде.

Форма производства (полуфабрикаты)

Нихром и фехраль выпускаются в соответствии с ГОСТом на данный тип продукции, главным образом в форме холоднотянутой нити на катушках от 0,012 до 0,09 мм и проволоки в бухтах диаметром от 0,1 до 10 мм. Наряду с этим производятся полуфабрикаты в виде кругов, плющеной и холоднокатаной ленты, горячекатаного прутка мерной и немерной длины.

Стоимость

На современном рынке фехраль дешевле нихрома как минимум в 3-5 раз из расчета цены за килограмм полуфабриката. Это объясняется тем, что стоимость никеля, который является базовым элементом нихрома, на порядок превосходит стоимость железа – основу фехраля. Между тем, делая ставку на более дешевый сплав, многие не учитывают условия его работы в комплексе: максимальную температуру нагревательного элемента, время беспрерывной работы, количество включений-выключений и т. п. В результате, купленный в целях экономии дешевый нагреватель быстро изнашивается, его приходится многократно менять, а, в конце концов, суммарные издержки превосходят стоимость дорогостоящего изделия. Специалисты рекомендуют при выборе сплава, в первую очередь, ориентироваться не на цену, а на его физические и химические характеристики, максимально отвечающие тем или иным задачам. Это позволит оптимизировать выбор материала нагревателя и получить не сиюминутную, а настоящую выгоду в процессе его эксплуатации.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Что такое температурный контроль | Статьи REDVAPE.RU

Что такое температурный контроль

Функция температурного контроля позволяет настроить температуру нагрева спирали, а батарейный блок будет ее поддерживать. Разберем, как все это работает, и рассмотрим плюсы и минусы этой технологии.

Немного теории

Температурный контроль (термоконтроль, ТК, англ. Temperature control) — функция, которая позволяет выбрать нужную температуру нагрева спирали. Электронная плата поддерживает выбранную температуру, уменьшая или увеличивая напряжение в зависимости от сопротивления проволоки.

Это возможно, потому что сопротивление спирали в процессе нагрева изменяется, причем на проволоке из разных материалов оно меняется по-разному. Блок с функцией термоконтроля отслеживает сопротивление проволоки автоматически.

Термоконтроль работает с материалами с большим температурным коэффициентом сопротивления: никель, титан, нержавеющая сталь. Температурный коэффициент показывает, на сколько процентов меняется сопротивление при нагревании материала до 100 градусов Цельсия. Например, у титана при нагревании до 100 градусов сопротивление увеличивается на 35%. А у никеля при таком же нагреве — на 65%.

Фехраль/кантал и нихром для режима температурного контроля не подходят. Эти сплавы специально созданы, чтобы не менять своего сопротивления при сильном нагреве. Они удобны при использовании в режиме вариватта: установив спираль, мы получаем неизменное сопротивление. Если включить режим термоконтроля со спиралью из фехрали или нихрома, блок просто перейдет в режим вариватта.

В процессе работы батарейный блок с температурным контролем измеряет меняющееся сопротивление с точностью до миллиома (1 мОм = 1/1000 Ом). По мере того, как поступает ток и спираль нагревается, боксмод высчитывает, на сколько процентов меняется сопротивление и, исходя из этого, вычисляет температуру спирали.

При установке атомайзера с никелем или титаном необходимо, чтобы батарейный блок зафиксировал изначальное сопротивление спирали, это относится и к сменным испарителям для термоконтроля. Калибровку следует проводить при комнатной температуре спирали и атомайзера. Это нужно для того, чтобы батарейный блок зафиксировал начальное сопротивление спирали (так как оно меняется от изменения температуры) и правильно рассчитывал ее температуру при парении.

Плюсы температурного контроля

Простота настройки. Все, что нужно сделать — выставить желаемую температуру. Батарейный блок сделает все остальное: измерит сопротивление, выставит мощность, сам настроит подачу напряжения таким образом, чтобы температура спирали не превысила заданную.

Полное отсутствие вкуса гари. Обычно этот привкус появляется, если на спираль поступает недостаточное количество жидкости или если спираль слишком сильно нагреется. Батарейный блок с температурным контролем в этом случае просто уменьшит напряжение.

Стабильность вкуса и насыщенности пара. Выставив нужную температуру, вы всегда получите знакомый вкус и пар, к которому привыкли. Более того, разные жидкости раскрывают свой вкус по-разному при изменении температуры — и у вас появляется возможность заново открыть для себя привычные вкусы.

Вкус, температура и насыщенность пара перестают зависеть от обдува. При уменьшении обдува в режиме вариватта пар становится более горячим, что потребует уменьшения мощности. Температурный контроль в любом случае оставляет пар одинаковым. Перекрыв обдув, станет меньше пара, но его температура не изменится. Таким образом, можно использовать как тугую, так и свободную затяжку, просто регулируя обдув без необходимости подбирать мощность.

Недостатки

Возрастает расход аккумулятора. Батарейный блок тратит дополнительную энергию для постоянного мониторинга сопротивления атомайзера. Это приводит к несколько большему расходу батареи.

 

Температурный контроль давно стал стандартом для любого боксмода. Ощущения от парения на ТК отличаются от парения на вариватте, где пар во время затяжки постепенно становится горячее. На ТК можно делать долгие затяжки, не переживая, что хлопок подгорит или пар будет слишком горячим. Вкус привычных жидкостей раскрывается по новому, поэтому советуем попробовать термоконтроль и понять, нравится вам он или нет.

Нихромовая проволока

– Сопротивление и проволока без сопротивления – Руководства по проводам, кабелям и принадлежностям

Нихром 20

Этот сплав имеет умеренную стойкость к окислению.

Применения: Огнеупорные анкерные болты, крепежные элементы и клеммы, прикрепленные к никель-хромовым нагревательным элементам.

Нихром 30

Этот сплав также используется для нагревательных кабелей и канатных нагревателей в элементах размораживания и антиобледенения, резисторах, нагревателях пола, электрических одеялах и подушках, нагревателях плинтусов и автомобильных сиденьях.

Применения: Реостаты для тяжелых условий эксплуатации, нагреватели с открытым змеевиком в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, нагреватели ночного хранения, сплошные горячие плиты, конвекционные нагреватели и тепловентиляторы.

Нихром 40

Применения: Ночные обогреватели, конвекционные обогреватели, сверхмощные реостаты, тепловентиляторы, нагревательные кабели и тросовые обогреватели в элементах размораживания и антиобледенения, электрические одеяла и подушки, автомобильные сиденья, обогреватели плинтусов и напольные обогреватели, а также резисторы.

Нихром 60

Нихром 60 идеально подходит для использования в качестве нагревательных элементов в бытовых сетях и в условиях умеренной жары и высокой влажности.

Области применения: трубчатые элементы в металлической оболочке, используемые, например, в плитах, грилях, тостерах и нагревателях. Сплав также используется для подвесных змеевиков в воздухонагревателях сушилок для одежды, тепловентиляторов, сушилках для рук.

Нихром 70

Нихром 70 отлично подходит для восстановления атмосферы, так как не подвержен «зеленой гнили».

Применение: Нихромовая проволока этого типа используется в электрических нагревательных элементах промышленных печей.

Нихром 80

Нихром 80 имеет очень хорошую стабильность формы.Этот сплав обеспечивает превосходный срок службы по сравнению с другими типами нихромовой проволоки благодаря отличным адгезионным свойствам его поверхностного оксида.

Обычно используется для промышленных печей и нагревательных элементов в бытовой технике.

Область применения: водонагреватели, утюги, гладильные машины, пластмассовые штампы, паяльники, трубчатые элементы в металлической оболочке и картриджные элементы.

Никелевые сплавы для нагрева

---

Выбор нихромового нагревательного элемента

---

Никель-хромовые сплавы использовались с 1900 года и успешно применялись в нагревательных элементах. Следовательно, реальный практический опыт оборудования и промышленных печей дает уверенность в использовании этих сплавов в передовых и уже установленных конструктивных решениях.

Что такое сплав для резистивного нагрева?

---

Выбор материалов для электронагревания зависит от внутреннего сопротивления протеканию тока для производства тепла. Медная проволока не выделяет достаточно тепла, когда проводит электричество. Следовательно, чтобы сплав, такой как проволока, пруток, полоса или лента, можно было рассматривать как электрический нагревательный элемент, он должен противодействовать потоку электричества.

Обычно распространенные стали и сплавы, такие как нержавеющая сталь, препятствуют прохождению электричества. Этот термин свойства известен как удельное сопротивление. В Северной Америке для описания удельного сопротивления принято использовать омы на круговую милю, и этот термин используется в данных. Технически подходящее обозначение: Ом см / фут или Ом, умноженное на круговые милы на фут. В европейских странах общепринятой единицей удельного сопротивления является ом мм² на м².

Если бы только удельное сопротивление рассматривалось в качестве основного фактора для электрического нагревательного элемента, можно было бы выбрать вариант из нескольких сплавов с широким диапазоном стоимости.По своей экстремальной природе электрический нагревательный элемент часто нагревается докрасна, и обычные сплавы не могут выдерживать такое количество тепла в течение длительного периода. Они выходят из строя, и это называется бедняжкой как нагревательный элемент.

Семейства сплавов были приготовлены традиционно с подходящей комбинацией двух определенных свойств:

1. Высокое электрическое сопротивление
2. Увеличенный срок службы, потенциал выносливости в качестве нагревательного материала

Эти группы сплавов можно разделить на шесть основных классов.Несмотря на то, что для полноты изложения перечислены целые семейства сплавов, эта статья посвящена никель-хромовым (NiCr) сплавам. Основные марки этих сплавов показаны с указанием их состава и удельного сопротивления.

Американские стандарты испытаний и материалов

Стандарт	Описание
B63	Удельное сопротивление металлических проводящих и контактных металлов
B70	Метод испытания переменного сопротивления с температурой электрического нагревательные элементы
B76	Ускоренные эксплуатационные испытания нихрома и никель-хром-железных сплавов для электрического нагрева
B78	Испытание на повышенный ресурс электронагревательных сплавов FeCrAl
B344	или прокат из никель-хромовых и никель-хром-железных сплавов для нагрева
B603	Технические условия на тянутые или прокатанные сплавы FeCrAl

Характеристики сплавов для контактного нагрева

---

90 043

Чтобы стать важным электронагревательным элементом, металл или сплавы должны обладать следующими характеристиками:

1. Хорошее высокое электрическое сопротивление для сохранения малой площади поперечного сечения
2. Высокая прочность и пластичность при рабочих температурах
3. Низкий температурный коэффициент электрическое сопротивление для предотвращения изменений сопротивления при рабочей температуре, значительно отличающихся от сопротивления при комнатной температуре.
4. Превосходная стойкость к окислению на воздухе при умеренных процедурах.
5. Подходит для работы и имеет потенциал для придания необходимой формы.

Этими свойствами обладают нихрома 80/20, нихрома 70/30, нихрома 60/15 и нихрома 35/20. Оценка свойств этих сплавов на воздухе производится следующим образом:

	A сорт 80/20 NiCr	70/30 NiCr	C Grade 60/15 NiCr	D Grade 35/20 NiCr
UNS	N06003	N06008	N06004	Нет
Наивысшая рабочая температура на воздухе	1200 ° C или 2200 ° F	1260 ° C или 2300 ° F	1150 ° C или 2100 ° F	1100 ° C или 2000 ° F
Точка плавления	1400 ° C или 2550 ° F	1380 ° C или 2520 ° F	1390 ° C или 2530 ° F	1390 ° C или 2530 ° F
Удельный вес	8. 41	8,11	8,25	7,95
Плотность	0,304 фунта / дюйм³	0,293 фунта / дюйм³	0,298 фунта / дюйм³	0,287 фунта / дюйм³
Удельная теплоемкость	.107 БТЕ / фунт / фут	.110 БТЕ / фунт / фут	.107 БТЕ / фунт / фут	.110 БТЕ / фунт / фут
Предел прочности на разрыв	830 МПа или 120 тысяч фунтов / кв.	900 МПа или 130 тыс. Фунтов / кв. Дюйм	760 МПа или 110 тыс. Фунтов / кв. Дюйм	620 МПа или 90 тыс. Фунтов / кв. Дюйм
Предел текучести, 0.2%	415 МПа или 60 тыс. Фунтов / кв. Дюйм	485 МПа или 70 тыс. Фунтов / кв. Дюйм	380 МПа или 55 тыс. Фунтов / кв. Дюйм	345 МПа или 50 тыс. Фунтов / кв. Дюйм
Удлинение%	240 МПа или 35 тыс. Фунтов / кв. Дюйм	240 МПа или 35 тысяч фунтов на квадратный дюйм	240 МПа или 35 тысяч фунтов на квадратный дюйм	240 МПа или 35 тысяч фунтов на квадратный дюйм
Уменьшение площади	55%	55%	55%	55%

Самый популярный Сплав сопротивления, состоящий из 80% никеля и 20% хрома, все еще широко используется, однако различные исследования предложили некоторые улучшения в основной химии.Включение номинальных величин железа, марганца и кремния и небольшого содержания редкоземельных металлов и других сделано, что позволяет использовать сплав до 1200 ° C или 2192 ° F.

Никель-хромовый сплав 70/30 обеспечивает увеличенный срок службы на воздухе при температуре до 1260 ° C или 2300 ° F. Он обеспечивает превосходную стойкость к окислению в условиях низкого содержания кислорода, механизм, известный как зеленая гниль из-за зеленого оттенка оксида.

Сплав нихрома, состоящий из 60% никеля и 16% хрома и остального железа, обычно выбирается, когда температура нанесения не должна быть выше 1100 ° C или 2012 ° F, как в электрических утюжках.

Сплав, состоящий из 35% никеля, 20% хрома и железа Rem, используется в печах с промышленным регулированием, работающих при температурах от 800 ° C до 1000 ° C или от 1472 ° F до 1832 ° F. Он обеспечивает значительный вклад в предотвращение повреждений, которые могут иметь место в двух указанных выше сплавах, когда рабочая температура одинакова, но условия различаются между восстановлением и окислением. Нихром А или 80/20 не рекомендуется использовать в условиях, которые восстанавливают никель и окисляют хром.

Все нагревательные сплавы, упомянутые в таблице выше, имеют большой срок службы в качестве нагревательного материала, если они спроектированы надлежащим образом с использованием подходящего размера проволоки и катушки.

Резистивные проволоки или ленты обычно вводятся в отожженном виде, если иное не указано отдельно. Их удобно формовать путем наматывания или гибки в отожженном состоянии.

Подходящий срок службы нагревательного элемента начинается с производства сплава и последующим результатом надлежащего ухода за сплавом – проволокой, лентой, полосой, когда он формируется в качестве нагревательного элемента и устанавливается в бытовом приборе. Сплавы нихрома устойчивы к коррозии, как и нержавеющие стали, однако они сильно повреждаются в некоторых условиях, поэтому необходимы меры предосторожности, чтобы поддерживать их в чистоте.

Разнообразие нагревательных элементов

---

Элементы сопротивления используются несколькими способами и в следующих областях применения:

Проволока или лента могут быть открытыми или закрытыми. Открытый нагреватель более эффективно распределяет тепло, позволяет ему работать при повышенной температуре без использования тяжелых материалов. Но он не защищен от внешних факторов, таких как ржавчина и короткое замыкание, и может вызвать потенциальный риск поражения электрическим током пользователя.

Идея монтажа провода или ленты имеет первостепенное значение.Его можно повесить или вживить. Стандартные варианты подвески можно увидеть в воздухонагревателях, в которых нагревательная спираль пронизана множеством бусинок в форме пончика, поддерживаемых проволочной рамой.

Поддерживаемые материалы обычно используются в печах, где для змеевика предлагается регулярная опора, которая может лежать на стенках. Обычно такой поддерживаемый тип нагревателя изготавливается из сплавов на основе железа (FeCrAl), которые имеют небольшую горячую прочность. Они медленно реагируют на тепловую реакцию, так как несущий материал требует нагрева.Основная причина использования этих сплавов – их экономичная цена.

Существует множество нагревателей, классифицируемых как трубчатые нагреватели или нагреватели с оболочкой, в которых провод вставлен в покрытие из нержавеющей стали или жаропрочного материала. Катушка с проволокой, покрытая оксидом магния, упакованная в трубку, обеспечивает достаточную электрическую изоляцию и теплопередачу за счет теплопроводности наружу. Нагреватели варьируются от пиковых классов, используемых при работе с верхом и печи, до дешевых небольших нагревателей для погружения в чашу.

Как работают сплавы электрического сопротивления

---

Сплав электрического сопротивления выделяет тепло, в зависимости от его состава, он противодействует потоку электричества. Сплав должен быть способен проводить электричество до соответствующей температуры, чтобы работать в качестве нагревательного материала.

Температурный коэффициент сопротивления

Сопротивление току, выраженное в омах для конкретного сплава, меняется в зависимости от изменения температуры сплава. Это отклонение указывается в процентах от фактического сопротивления комнатной температуре.Обычно с повышением температуры сопротивление увеличивается, таким образом, нагревательный элемент в виде провода имеет сопротивление 1 Ом при комнатной температуре (20 ° C или 68 ° F), может достигать сопротивления до 1,08 Ом при 650 ° C или 1202 ° F. , следовательно, сопротивление увеличивается на 8% из-за нагрева. Следующая диаграмма описывает стандартное сопротивление для основных нагревательных сплавов.

При непрерывном функционировании нагревательного элемента при выборе конструкции элемента следует учитывать изменение его сопротивления. Выберите горячее состояние, затем вернитесь к сопротивлению комнатной температуры, которое должен быть изготовлен для элемента.Нагревательный провод, лента и полоса сопротивления каждый раз предлагаются с указанием их сопротивления комнатной температуре.

Производство оксидов и срок службы

---

Все металлы могут выступать в качестве нагревательного элемента, если они не обладают достаточно высоким сопротивлением, но их площадь поперечного сечения должна быть очень маленькой, чтобы сделать это практичным. После выбора сплава в качестве нагревательного элемента он должен обладать требуемым потенциалом для создания адгезионного оксидного слоя в горячей форме фактически во время повторяющихся горячих и холодных циклов.

Оксидный слой стремится защитить находящийся под ним металл от трагического окисления до уровня разрушения. Это похоже на ржавчину, которая защищает нижнюю часть стали от быстрой коррозии. Когда поверхностный слой удален, он показывает под новой поверхностью стали. Важно, чтобы оксидный слой на нагревательном элементе оставался изолированным для защиты нижележащего элемента.

Каждый производитель при разработке сплава конструирует образец проволоки и оценивает ее до того, как расплав будет допущен к производству. Оценка выполняется методом, указанным в ASTM B-76, и показывает срок службы в часах. Следующая диаграмма показывает температурный срок службы различных сплавов нихрома.

Влияние обработки на удельное сопротивление

---

Электрическое сопротивление – это внутреннее свойство каждого металла, в зависимости от его состава и конфигурации. На сопротивление могут влиять такие методы изготовления и обработки, как холодная обработка и обработка отжигом, до такой степени, что они изменяют физическую структуру материала.

Изменение удельного сопротивления со скоростью охлаждения особенно важно для материала после яркого отжига, обработка которого включает отжиг в защищенной среде, а затем быструю закалку. Когда материал функционирует при температурах выше 300 ° C или 572 ° F, удельное сопротивление может быть изменено по сравнению с его первоначальным значением, особенно если элементы слегка охлаждаются. Возможны следующие изменения:

Однако способность к изменению удельного сопротивления блестящей отожженной проволоки или ленты зависит от размера сечения. Поскольку легкие части охлаждаются быстрее, чем массивные части, легкие части описывают более конкретное влияние скорости охлаждения на электрическое сопротивление. Влияние максимальное для нихрома 80/20 и нихрома 70/30 и умеренное для сплава 60/15. Для сплава 35Ni20Cr значительного размерного эффекта не наблюдалось.

Когда перед установкой необходима точная калибровка нагревателя, на проволоке или полосе указывается окисленный слой из-за образования оксида, металл слегка закаливается на воздухе от температуры отжига.Во время нанесения не произойдет значительного изменения электрического сопротивления, поскольку его начальное сопротивление будет стабилизировано в процессе фактического отжига, близким к максимальному значению для сплава.

Базовое сопротивление отожженной проволоки может быть изменено путем наматывания нагревательного элемента, поскольку намотка включает холодную обработку. Степень холодной обработки должна быть одинаковой для всей катушки, чтобы поддерживать равномерное сопротивление и производить катушки, проявляющие однородные свойства растяжения. Напряжение намотки должно быть постоянным и однородным, насколько это возможно, в процессе наматывания без резких рывков проволоки. Стабильность растяжения показывает постоянство холодного процесса и диаметра намотанной проволоки.

Нагревательные элементы из нихромового сплава

---

Электрический резистивный нагревательный элемент использовался в течение длительного периода времени. Поэтому многие конструкции усовершенствованы для обеспечения превосходных характеристик. Важно проверить все факторы, которые позволят создать обогреватель, который будет предлагать удовлетворительные функциональные возможности по доступной цене.Для выполнения этой задачи необходимо учитывать следующие факторы:

Применение: Все нагревательные элементы не одинаковы. Они относятся к категории промышленных печей и оборудования. В таких печах, как промышленные нагреватели, стоимость нагревательного элемента не имеет решающего значения из-за массового производства. В устройствах небольшая ошибка может привести к раннему повреждению, что является критическим фактором, поскольку может потребоваться отозвать несколько устройств. Некоторые компании могут принять 1% дефект, но наличие дефектного устройства означает 100% отказ для клиента.Инженер-проектировщик всегда пытается предотвратить любую проблему в целом.

Механическое воздействие : если нагретое оборудование должно подвергнуться серьезному механическому удару, метод установки элементов должен иметь первостепенное значение.

Температура : Это основной фактор при выборе сплава и размера нагревательного материала. Применение нагревательного элемента указывает требуемую температуру. Также важно различать температуру окружающей среды и температуру провода сопротивления.В печи они хранятся довольно близко, но с другой стороны, в электрическом чайнике температура воды поднимается до 100 ° C или 212 ° F, в то время как сама проволока может быть увеличена до 1000 ° C или 1832 ° F. То же самое происходит в пароперегревателе.

Требуемое пространство : Пространство, предусмотренное для установки нагревателя, обычно регулируется. Это говорит о том, что достаточное пространство может быть непрактичным. Для равномерного поджаривания хлеба в тостере материал следует держать подальше от поверхности, но для оборудования должно быть достаточно места смещения.

Атмосфера : Указывает, что газы или твердые вещества взаимодействуют с нагревателем. Защитный слой в печи или брызги в жаровне обычно определяются.

Циклическое изменение температуры : Подходящим рабочим условием для нагревательного элемента является поддержание постоянной температуры. Обычно это непрактично. Лабораторные испытания показали, что при повышенной рабочей температуре, такой как 800 ° C или 1472 ° F и выше, обычный включенный нагреватель имеет длительный общий срок службы.Благодаря исключительному сроку службы нецикличного нагревателя, многие испытания рассчитаны на высокую скорость цикла. Время цикла определяется продолжительностью, необходимой для переключения устройства между стабилизированной температурой испытания и комнатной температурой.

Безопасность : Безопасность обязательна в устройствах, работающих с высокой температурой или подверженных воздействию электрических проводников. Установка приборов за ограждениями может вызвать резкое повышение температуры, чем ожидалось.

Плотность мощности : Существенным фактором, который следует понимать, является плотность мощности, показывающая число, выражающее ватт, рассеиваемый на единицу площади, и обычно называется ваттной нагрузкой.Для более высоких нагрузок требуются более высокие температуры. Выбор максимального значения является подходящей концепцией дизайна, поскольку он относится к минимальному количеству материала, обеспечивая рентабельную систему при подходящем сроке службы. Это достигается комбинацией наименьшего поперечного сечения проводника и подходящего удельного сопротивления. В нагревательных змеевиках и лентах печи самонагревание между контурами допускается за счет излучения витков катушки.

Нихром 60 по сравнению с нихромом 80

---

Когда был открыт нихром 80, были предприняты усилия по снижению стоимости материала за счет уменьшения содержания никеля и хрома.Были испытаны несколько сплавов, и многие из них не прошли испытания. В последние годы усовершенствования в процессе плавления сплавов и более чистое сырье стимулировали производство материала нихрома 60 с долговечными свойствами, аналогичными или даже лучше, чем у нихрома 80 для нескольких температурных пределов. Нихром 80 предпочтительнее, когда материал должен подвергаться воздействию предельной температуры. Хотя в различных приложениях, нихром С можно успешно использовать, так как он дает возможность снизить стоимость.

Поскольку сплавы для нагревателей вытягиваются, прокатываются до сопротивления, пользователи обычно просят вытягивать сплав для получения такого же сопротивления в Ом на фут, как у нихрома 80. Поскольку у нихрома 60 удельное сопротивление выше, диаметр проволоки будет равным. номинально больше, чтобы сопровождать это. Это относится к температуре приложения, которая определяется удельной мощностью, которая будет уменьшена. Это снижение температуры небольшое, но правильное, так как срок службы обратно пропорционален температуре.

Нихром 60 не используется в промышленных печах из-за того, что себестоимость всей установки печи превышает стоимость нагревательных элементов, поэтому в печах используются нихром 80, 70/30 или 35/20.

Данные удельного сопротивления – нихром A и нихром C

Диаметр (мм)	Допуск диаметра	Площадь поперечного сечения (мм²>)	NI80CR20			NI60CR15			Допуск сопротивления материала
			Сопротивление на метр (20 ° C Ом / м)	Длина на кг (м / кг)	Вес на метр (кг / м)	Сопротивление на метр (20 ° C Ом / м)	Длина на кг (м / кг)	Вес на метр (кг / м)
. 020 мм	± 0,003	0,000314 мм²	3472	–	–	3567	–	–	± 15%
0,025 мм	± 0,003	0,000491 мм²	2220	–	–	2281	–	–	± 15%
0,028 мм	± 0,003	0.000616 мм²	1770	–	–	1818	–	–	± 15%
0,032 мм	± 0,003	0,000804 мм²	1356	–	–	1393	–	–	± 14%
0,036 мм	± 0,003	0,001018 мм²	1071	–	–	1100	–	–	± 14 %
.040 мм	± 0,004	0,001257 мм²	867	–	–	891	–	–	± 13%
0,045 мм	± 0,004	0,001591 мм²	685	74828	0,00001	704	76649	0,00001	± 13%
0,050 мм	± 0. 004	0,001964 мм²	555,1	60617	0,00002	570,3	62092	0,00002	± 12%
0,060 мм	± 0,004	0,002828 мм²	385,597	385,597 900	0,00002	396,0	43122	0,00002	± 11%
0,070 мм	± 0.005	0,003849 мм²	283,2	30930	0,00003	291,0	31683	0,00003	± 10%
0,080 мм	± 0,005	0,005027 мм²	216.9682		0,00004	222,8	24259	0,000041	± 10%
0,100 мм	± 0.006	0,007854 мм²	138,8	15158	0,000065	142,6	15527	0,000064	± 9%
.120 мм	± 0,006	0,01131 мм²	96,38	0,000095	99,03	10788	0,000092	± 9%
,132 мм	± 0. 007	0,01369 мм²	79,62	8697	0,00011	81,81	8907	0,00011	± 8%
0,150 мм	± 0,008	0,01767 мм²	61,68	0,00014	63,38	6901	0,00014	± 8%
0,152 мм	± 0.008	0,01815 мм²	60,05	6557	0,00015	61,70	6720	0,00015	± 8%
,170 мм	± 0,008	0,02270 мм²	48.02	524	0,00019	49,34	5373	0,00018	± 8%
0,173 мм	± 0.008	0,02351 мм²	46,37	5062	0,00020	47,64	5186	0,00019	± 8%
.190 мм	± 0,009	0,02835 мм²	38,4198	38,4198	38,4198	0,00023	39,50	4301	0,00023	± 8%
,193 мм	± 0. 009	0,02926 мм²	37,24	4069	0,00025	38,27	4168	0,00024	± 8%
. 210 мм	± 0,010	0,0346480 346480 3437	31,47	0,00029	32,34	3521	0,00028	± 8%
,250 мм	± 0.010	0,04909 мм²	22,21	2425	0,00041	22,82	2484	0,00040	± 8%
. 270 мм	± 0,012	0,05726 мм²	19,04		0,00048	19,56	2129	0,00046	± 7%
,280 мм	± 0.013	0,06158 мм²	17,70	1933	0,00052	18,19	1980	0,00051	± 7%
,290 мм	± 0,013	0,06605 мм²	16,50	180 0,06605 мм²	16,50	180	0,00055	16,96	1846	0,00054	± 7%
. 300 мм	± 0.013	0,07070 мм²	15,41	1684	0,00059	15,84	1724	0,00058	± 7%
.310 мм	± 0,013	0,07548 мм²	14,44	0,00063	14,84	1615	0,00061	± 7%
0,315 мм	± 0.013	0,07794 мм²	13,98	1527	0,00065	14,37	1564	0,00064	± 7%
.345 мм	± 0,013	0,09349 мм²	11,66	0,00079	11,98	1304	0,00077	± 7%
.350 мм	± 0.013	0,09621 мм²	11,33	1237	0,00080	11,64	1267	0,00078	± 7%
.355 мм	± 0,013	0,09899 мм²	11. 01		0,00083	11,31	1232	0,00081	± 7%
0,375 мм	± 0.015	0,11046 мм²	9,87	1078	0,00093	10,14	1104	0,00091	± 7%
.400 мм	± 0,016	0,125 мм²7	8,647	9 0,125 мм²7	8,647	9	0,00105	8,913	970	0,00103	± 7%
.450 мм	± 0.016	0,1591 мм²	6,853	748	0,00133	7,042	766	0,00130	± 7%
.475 мм	± 0,016	0,1772 мм²	6,153		0,00148	6,323	688	0,00145	± 7%
, 500 мм	± 0.016	0,1963 мм²	5,551	606	0,00164	5,704	621	0,00161	± 7%
,560 мм	± 0,016	0,2463 мм²	4,424		0,00206	4,546	495,0	0,00202	± 7%

Из-за низкой стоимости изготовления, прочности, пластичности, устойчивости к окислению, стабильности при высоких температурах и сопротивления потоку электронов NiChrome широко используется в электрических нагревательных элементах, таких как фены и тепловые пушки.

Nichrome Wire Tech Tips – Советы по нимрому от WireTronic Inc

Наконечники для нихромовой проволоки

РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

БАЗОВЫЕ ФОРМУЛЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для выполнения основных расчетов конструкции нагревательных элементов необходимы следующие формулы, известные как закон Ома:

• Вольт = Амперы X Ом E = I x R
• Ватт = Вольт X Ампер W = E x I
• Вт = (Амперы) ² X Ом W = I ² x R

ПОЛЕЗНЫЕ ФОРМУЛЫ КАТУШКИ

ОБЪЕДИНЯЯ ПРИВЕДЕННЫЕ ВЫШЕ ФОРМУЛ, ПОЛУЧАЕМ ПОЛНУЮ ФОРМУЛУ ДЛЯ РАСЧЕТОВ КАТУШКИ.

Если расчеты выполняются для ленточного провода , необходимо использовать поправочный коэффициент 0,94 или 0,83 в зависимости от отношения ширины к толщине. Чем выше отношение ширины к толщине, тем ниже поправочный коэффициент.

КОНСТРУКЦИЯ СВОБОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Предположим, змеевик должен быть спроектирован так, чтобы соответствовать спиральной керамической плитке

Мы знаем, что:

• Нам нужен элемент на 800 ватт
• Канавка имеет длину 30 дюймов и ширину ¼ дюйма.
• Элемент должен работать от 115 вольт.
• Чтобы обеспечить наилучшую возможную жизнь, мы будем использовать NICHROME 80.

Чтобы найти полное сопротивление холодной катушки:

Таблица I показывает, что для NICHROME 80 нам нужно 15,44 Ом в катушке, а рекомендуемые калибры проводов от №18 до №22.

Для выбора диаметра катушки и калибра проволоки:

Чем тяжелее выбранный провод, тем ниже будет конечная рабочая температура самого элемента, но потребляемая мощность будет определять выделяемое тепло.Для данного элемента выберем проволоку №20. Из таблицы II мы находим сопротивление на дюйм закрытия витка для диаметра 7/32 дюйма. (оставляя зазор 1/32 дюйма в канавке ¼ дюйма) # 20 калибр. Сопротивление составляет 0,967 Ом на дюйм.

Длина мотка и коэффициент растяжения:

Теперь мы знаем, что нам нужно общее сопротивление катушки 15,44 Ом и сопротивление на дюйм 0,967 Ом, таким образом 15,44 / 0,967 = 16 дюймов закрытого змеевика. Это будет означать коэффициент растяжения 30/15 или 2: 1. Растянутый виток должен быть 1.Для хорошего дизайна в 5–4 раза больше его закрытой длины.

Другие расчеты для этой катушки могут быть:

Расчетная температура провода:

Можно найти в Таблице III.

Мы используем провод № 20 и можем рассчитать, что сила тока будет:

Просматривая таблицу, мы обнаруживаем, что температура змеевика на воздухе будет около 1300 ° F. В окружении керамики эта температура, вероятно, будет примерно на 200 ° F выше или примерно на 1500 ° F.

Вт на квадратный дюйм поверхности элемента:

Одним из методов, используемых для проверки надежности конструкции элемента, является проверка плотности мощности на квадратный дюйм излучающей поверхности.Это делается следующим образом:

Наш элемент должен быть изготовлен из провода калибра # 20 (диаметром 0,032 дюйма) с общим сопротивлением 15,44 Ом. Из Таблицы V мы находим, что сопротивление NICHROME 80 0,032 дюйма составляет 0,6347 Ом на фут. Таким образом, общая длина провода равна сумме Ом / Ом на фут провода.

Площадь поверхности элемента составляет:

Для безопасной конструкции плотность ватт на открытой спиральной катушке не должна превышать 35 ватт на квадратный дюйм, когда элемент работает в неподвижном воздухе.Естественно, если змеевик будет использоваться для нагрева быстро движущегося воздушного потока, плотность мощности может быть безопасно увеличена. И наоборот, если змеевик должен быть заключен в огнеупорный материал, плотность мощности должна быть уменьшена, чтобы предотвратить перегрев элемента.

Количество витков на фунт проволоки:

Используя провод калибра 20 с сопротивлением 15,44 Ом на катушку, из Таблицы V мы находим, что на фут провода приходится 0,6347 Ом, таким образом,

ДИЗАЙН ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕНТЫ

Предположим, слюдяной элемент с ленточной намоткой должен быть разработан для тостера, состоящего из одной детали.

Мы знаем, что:

• Нам нужно 500 Вт.
• Элемент будет работать от 115 вольт.
• В листе слюды достаточно места для 10 футов ленты. Снова воспользуемся НИХРОМ 80.

Чтобы найти сопротивление холодной ленты:

Таблица I показывает, что для NICHROME 80 нам необходимо 24,704 Ом холодного сопротивления.
Поскольку нам нужно 10 футов ленты, это означает сопротивление на фут:

Чтобы оценить размер ленты:

Из сопротивления ленты для NICHROME 80 в Таблице IV мы находим, что 1/16 x.Лента 004 имеет сопротивление 2,458 Ом на фут, что должно очень хорошо работать и легко наматываться на слюдяную форму.

Для приблизительной проверки надежности конструкции нашего элемента e \ мы должны
рассчитать плотность ватт на квадратный дюйм поверхности элемента.

Наша лента имеет длину 120 дюймов, ширину 1/16 дюйма и толщину 0,004 дюйма. Следовательно, общая площадь поверхности составляет:

Таким образом, плотность в ваттах составляет:

Для приблизительных расчетов конструкции в следующей таблице указан диапазон ватт на квадратный дюйм для различных типов элементов:

Следует отметить, что значение ватт на квадратный дюйм – это фактор, который значительно варьируется в зависимости от конструктивных характеристик устройства. В общем, чем лучше предусмотрено средство для отвода тепла от элемента, тем выше безопасный предел плотности мощности. Это особенно актуально для электрических утюгов, у которых из-за тесного контакта подошва может считаться излучающей поверхностью.

ТАБЛИЦА I

Размер и приблизительная хладостойкость различных сплавов для обычных мощностей

ТАБЛИЦА II

Ом на дюйм закрытой спирали

НИХРОМ 80

ТАБЛИЦА III

ТЕКУЩАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

НИХРОМ 80

СПИРАЛЬНЫЕ КАТУШКИ

Эти данные были собраны в помощь производителям спиральных катушек и показывают приблизительный ток в амперах, необходимый для нагрева катушек на открытом воздухе до указанных температур в указанных условиях.

ТАБЛИЦА IV

СОПРОТИВЛЕНИЕ

НИХРОМ 80 ЛЕНТА

Ом на фут при 68 ° F.(20 ° С)

ТАБЛИЦА V

ТЕКУЩИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НИХРОМА 60

ПРОВОД ПРЯМОЙ

Показывает приблизительные значения в амперах, необходимых для достижения заданной температуры. Применяется только к прямым проводам, натянутым горизонтально на воздухе.

Диаметр и температурная стабильность: AskEngineers

TL; DR: нужно сделать нагревательный элемент из проволоки сопротивления, он будет в стеклянной банке и нагреет 5 мл воды.Я, вероятно, собираюсь использовать никель-хромированный провод толщиной> 0,2 мм <и ищу ответы на вопросы внизу.

Привет, у нас есть групповой проект в области электротехники, одна часть которого включает в себя кипячения 5 кл воды. Имея абсолютно нулевой опыт работы с термодинамикой и нагревом, я попытался понять, что лучше всего сработает в нашей ситуации. Предполагается, что мы сами спроектируем весь нагревательный элемент, и до сих пор мы решили использовать никель-хромовую проволоку в качестве нагревательного элемента, так как он имеет высокое удельное сопротивление и довольно дешев, а также стеклянный контейнер с изоляцией из пенополистирола для воды.Однако у меня возникли проблемы с поиском реальных демонстраций, и я был бы рад, если бы кто-нибудь, имеющий опыт в этом вопросе, ответил бы на несколько вопросов. Я также получил немного противоречивых отчетов, например, с помощью этого калькулятора.

---

Мои варианты проволоки:

1. 0,2 мм диаметр , проволока 32 калибра. Удельное сопротивление 0,67 мм ² / м равно ~ 22 Ом / м?

2. Диаметр 0,4 мм, проволока 26 калибра. Удельное сопротивление 0.67 мм ² / м, что равно ~ 5,5 Ом / м?

, и я подсчитал, что для сопротивления 13 Ом нам понадобится около 60 см тонкой проволоки или около 2,4 метра более толстой проволоки, что очень долго для довольно небольшого нагревательного элемента, , поэтому я Я бы предпочел тонкую проволоку, но, боюсь, ничего не выйдет. Максимальная мощность 50 Вт.

---

У меня следующие вопросы:

1. Такая тонкая нихромовая проволока деформируется или ломается при сильном нагреве? (Самый важный)

2. Может ли плотная катушка указанного провода закоротить между обмотками при погружении в воду?

3. Мы планируем разместить нагревательный элемент в стеклянной таре. Можно ли повредить стекло при наполнении водой и погружении нагревателя в воду?

Буду очень признателен за любые комментарии или полезные советы / ссылки!

Свойства нихромовых сплавов и их использование в промышленности

О нихромовых сплавах

Запатентованный в 1905 году, нихром является старейшим устойчивым к воздуху сплавом с резистивным нагревом (что задокументировано). Нихромовые сплавы состоят из никеля, хрома, железа и иногда других элементов. Нихром, который мы используем здесь, в Union City Filament, представляет собой аустенитный сплав с самым высоким содержанием никеля.Этот высокопрочный материал обычно используется в приложениях с максимальной рабочей температурой до 1250 ° C (2280 ° F).

Свойства нихромовой проволоки

Сплавы

из нихрома известны своей высокой механической прочностью, а также высоким сопротивлением ползучести. Узнайте о некоторых преимуществах использования этого материала ниже.

· Пластичность после использования

Нихром известен своей пластичностью даже после длительного использования.

· Повышенная прочность при нагревании и ползучести

По сравнению с другими воздухостойкими сплавами с сопротивлением, нихромовые сплавы имеют более высокую жаропрочность и сопротивление ползучести.

· Более высокий коэффициент излучения

При полном окислении нихромовые сплавы имеют более высокий коэффициент излучения по сравнению с другими устойчивыми к воздуху сплавами. Это означает, что при одинаковой поверхностной нагрузке температура элемента у нихрома ниже, чем у других сплавов.

· Немагнитный

Для некоторых низкотемпературных применений предпочтительным является немагнитный материал. Нихром является немагнитным, что делает его предпочтительным выбором по сравнению с другими устойчивыми к воздуху сплавами сопротивления, которые являются немагнитными только при температуре выше 600 ° C (1100 ° F).

· Сопротивление мокрой коррозии

Хотя есть некоторые исключения (например, атмосфера, содержащая серу, и определенные контролируемые атмосферы), нихромовые сплавы обычно имеют лучшую коррозионную стойкость при комнатной температуре по сравнению с неокисленными стойкими на воздухе устойчивыми сплавами.

Применения для нихромовых сплавов

Хотя для нагрева можно использовать практически любой токопроводящий провод, большинство металлов проводят электричество с большой эффективностью. Это требует, чтобы металлы были сформированы в тонкие, нежные проволоки, чтобы было достаточно сопротивления для выделения тепла.Когда большинство металлов нагревается, они быстро окисляются, что делает их хрупкими и ломкими при нагревании на воздухе. Однако нихромовая проволока образует внешний слой оксида хрома, который делает проволоку термодинамически стабильной на воздухе, в основном непроницаемой для кислорода, и защищает нагревательный элемент от дальнейшего окисления.

Обладая стойкостью к высоким температурам и хорошей обрабатываемостью, нихром является идеальным материалом для применения в производстве электроприборов с высокими требованиями, например, для фенов и тепловых пушек.Он также обычно используется в электронных сигаретах (электронных сигаретах) и других приложениях для вейпинга (vape).

Некоторые другие распространенные применения для нихромовых сплавов включают: гладильные машины, водонагреватели, паяльники, трубчатые элементы в металлической оболочке, картриджные элементы, кварцевые трубчатые нагреватели, инфракрасные излучатели и другие прецизионные нагревательные элементы (нагреватели).

Дизайн нихромовой нити

Хотите знать, является ли нихром лучшим материалом для вашей нити накала? Наши специалисты из Union City Filament могут помочь спроектировать компонент, наилучшим образом соответствующий потребностям вашего продукта.Будучи лидерами отрасли с 1950 года, мы усовершенствовали лучшие процессы для намотки и обработки нихрома, вольфрама, рения и других сплавов, чтобы гарантировать, что наши продукты выдерживают максимально жесткие допуски по размерам и однородности. Для получения дополнительной информации о наших продуктах свяжитесь с нами сегодня.

Как рассчитать термостойкость проволоки при известной мощности

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Полин Гилл

Сопротивление металлических проводников из металлических катанок, жил и нитей зависит от состава материала, площади поперечного сечения , и рабочая температура при установившихся условиях протекания тока.Сопротивление металлических проводников увеличивается с температурой, что позволяет поддерживать максимальную температуру по сравнению с мощностью никель-хромовых проводов, используемых в элементах электроплит. Знание потока мощности позволяет рассчитать сопротивление провода при заданном рабочем напряжении или приблизительное значение температуры на основе сравнительных значений сопротивления, если известен тип металла, из которого изготовлен провод.

Расчет рабочего сопротивления электроплиты при температуре

••• Изображение электрической свечи Рэя Каспрзака из Fotolia. com

Определите номинальную мощность материала. В этом примере никель-хромовая (нихромовая) проволока в большом спиральном элементе электрической плиты рассчитана на 2400 Вт при полной рабочей мощности при свечении вишнево-красного цвета (около 1600 ° F). Рабочее напряжение печи – 230 В переменного тока (переменного тока). Имея эту информацию, вы можете рассчитать сопротивление провода при определенной температуре.

••• горячий пистолет в руке изображение Гинтаутаса Великиса с Fotolia.com

Уравнение электрической мощности дает нам мощность, производимую электрическим током I , проходящим через разность потенциалов В

P = VI

Мы можем рассчитать установившийся ток I цепи печи на полной мощности, разделив мощность P на напряжение В , чтобы получить ток.

I = \ frac {P} {V}

Поскольку электрическая нагрузка полностью резистивная и нереактивная (немагнитная), коэффициент мощности составляет 1: 1

I = \ frac {2400} { 230} = 10,435 \ text {A}

Ток через нагрузку составляет 10,435 А.

Рассчитайте установившееся сопротивление провода при рабочей температуре. Применимая формула:

R = \ frac {V} {I}

, где R – сопротивление. Следовательно,

R = \ frac {230} {10.435} = 22,04 \ Omega

Сопротивление нихромовой проволоки при температуре 1600 ° F составляет 22,04 Ом.

Расчет изменения сопротивления провода при понижении температуры

••• Изображение сгоревшего дома от Павла Сиамионова с Fotolia.com

Тот же элемент печи при более низких настройках управления потребляет мощность 1200 Вт. На этом уровне терморегулятор печи снижает напряжение на элементе до 130 В. Имея эту информацию, вы можете рассчитать сопротивление при данной настройке и приблизительно определить нижнюю температуру элемента.

Рассчитайте электрический ток в амперах, разделив мощность на напряжение

I = \ frac {1200} {130} = 9,23 \ text {A}

Рассчитайте сопротивление провода элемента, разделив напряжение В по текущему значению I

R = \ frac {V} {I} = \ frac {130} {9. 23} = 14.08 \ Omega

Рассчитайте изменение температуры, приводящее к более низкому сопротивлению элемента. Если начальное состояние составляет 1600 ° F (вишнево-красный), то температуру можно рассчитать по температурному коэффициенту формулы сопротивления

R = R_ {ref} (1+ \ alpha (T-T_ {ref}))

где R – сопротивление при температуре, T , R _ref – сопротивление при эталонной температуре, T _ref и α – температурный коэффициент сопротивления материала.

Решая для T , получаем

T = T_ {ref} + \ frac {1} {\ alpha} \ bigg (\ frac {R} {R_ {ref}} – 1 \ bigg)

Для нихромовой проволоки α = 0,00017 Ом / ° C. Умножив это на 1,8, мы получим изменение сопротивления на ° F. Для нихромовой проволоки α = 0,00094 Ом / ° F. Это говорит нам, насколько изменяется сопротивление при увеличении на градус. Подставив эти значения, мы получим

T = 1600 + \ frac {1} {0. 00094} \ bigg (\ frac {14.08} {22.04} -1 \ bigg) = 1215.{\ text {o}} \ text {F}

Установка пониженной мощности приводит к понижению температуры нихромовой проволоки до 1215,8 ° F. Змеевики печи будут казаться тускло-красными при обычном дневном свете по сравнению со светящимися вишнево-красными при максимальной настройке. Хотя температура ниже на сотни градусов, она все еще достаточно горячая, чтобы вызвать серьезные ожоги.

Нагревательные элементы – OIM Inc

Нагревательные элементы

Нагревательный элемент преобразует электричество в тепло в процессе резистивного нагрева. Когда электрический ток проходит через элемент, он встречает сопротивление, что приводит к его нагреванию.Этот процесс не зависит от направления тока.

Типичный нагревательный элемент обычно состоит из катушки, ленты (прямой или гофрированной) или полоски провода, излучающего тепло, подобно нити накала лампы. Когда через него протекает электрический ток, элемент становится раскаленным и преобразует электрическую энергию в тепло, которое излучается во всех направлениях.

Нагревательные элементы обычно изготавливаются на основе никеля или железа. Элементы на основе никеля обычно представляют собой нихром, сплав, состоящий примерно из 80 процентов никеля и 20 процентов хрома.Доступны и другие составы нихрома, но смесь 80–20 является наиболее распространенной. Это самый популярный материал для нагревательных элементов, потому что:

• Нихром имеет высокую температуру плавления (около 1400 ° C или 2550 ° F)
• Нихром не окисляется (даже при высоких температурах)
• Нихром минимально расширяется при нагревании
• Нихром имеет приемлемую термостойкость, которая увеличивается примерно на 10 процентов между комнатной температурой и максимальной рабочей температурой.

Нихром можно использовать без покрытия или заделывать в керамический материал. Керамическая изоляция может сделать нихром более прочным и долговечным, так как керамика может выдерживать высокие температуры и выдерживать периоды нагрева и охлаждения.

Размер и форма нагревательного элемента определяются размерами прибора, внутри которого он помещается, и площадью, в которой он выделяет тепло. Щипцы для завивки волос имеют короткие спиральные элементы, потому что они должны выделять тепло через тонкую трубку, вокруг которой можно обернуть волосы.Электрические радиаторы имеют длинные стержневые элементы, которые позволяют обогревать всю комнату. Электрические плиты имеют спиральные нагревательные элементы, размер которых индивидуален для нагрева кастрюль и сковородок.

При проектировании нагревательных элементов инженеры-электрики должны учитывать несколько факторов производительности. На характеристики типичного нагревательного элемента влияют примерно 20-30 факторов, в том числе: напряжение и ток, длина и диаметр элемента, тип материала и рабочая температура.Дополнительные факторы зависят от типа используемого элемента. Например, при использовании витого элемента из круглой проволоки диаметр проволоки и форма витков (диаметр, длина, шаг, растяжение и т. Д.) Являются одними из факторов, которые существенно влияют на производительность. При использовании ленточного элемента толщина, ширина, площадь поверхности и вес ленты должны быть учтены в его конструкции.

Oakley Industrial Machinery Inc. является мировым лидером в области нагревательных элементов и картриджных нагревателей с более чем 75-летним опытом и знаниями в этой области.Мы продолжаем оставаться в авангарде инноваций, проектирования и производства оборудования для производства нагревательных элементов и выводов.

Щелкните здесь , чтобы узнать больше о нашем полном ассортименте оборудования для производства нагревательных элементов Oakley.

.