簡介
定義:利用電流的熱效應而製成的發熱設備。
各種各樣的電熱器雖然構造和用途不同,但原理基本都是一樣的。 電熱器的主要組成部分是發熱體。發熱體是由電功率大、熔點高的電阻線繞在絕緣材料上做成的。
電熱器(heater-type thermistor): 用導體製成具有一定電熱性的元件. 電熱是導體的一種基本性質,與通電導體的尺寸、材料、粗細程度有關. 作用:主要職能就是把電能轉化為熱能。
特長
代替了以前的金屬電熱器,是柔軟超薄的平面發熱體。
由上下兩張玻璃纖維布及兩張加工成掛曆狀的聚烴矽氧橡膠薄板構成。
由於是薄型的板材因而具有優良的導熱性。
因為其柔軟性,可以彎曲捲成圓筒形,與被加熱物可以完全的吻合。
一般的平面發熱體以碳為主要成分,可是聚烴矽氧橡膠電熱器是使用鎳合金抵抗線的類型所以盡請放心使用。
電熱器的形狀可以自由製作。
和一般的碳不同,是設計成鎳合金抵抗體的類型,所以可以隨意根據被加熱物體形狀自由作圓形,三角形,打孔形等等。
由於其獨特的製作方法,一張也可以及時承制。
因為薄板柔軟,重量輕,體積小,可以很容易和被加熱物體吻合。
原理
焦耳定律。(Q=I^2 *R* t)電阻率大,一定線徑的電阻線就會源源不斷的發熱,從
而產生熱效應,這就是電熱器。電阻式電熱器是利用導體的電阻來產生熱量來加熱的,由於電流通過導體,導體對電流的阻礙作用,而電流要克服導體的阻力要做功,因為能的轉化是靠做功來量度的,所以電流做多少功,就有多少電能轉化成熱能。這就是電阻式電熱器的加熱原理。
補充說明:電流的熱效應是電流通過各種導體時,使導體的溫度升高的一種現象。電流通過導體時,如果電能全部轉化為內能,而沒有轉化為其他形式的能,那么,電熱就正好等於電功。這種情況下,焦耳定律也可以利用電功公式和歐姆定律推出。
推導出的公式有:Q=UIt 注意:一定要在純電熱器中使用這個公式,即一定要在全部電能轉化為內能的情況下才能使用。)
優點
清潔衛生、沒有污染、熱效率高、方便控制和調節溫度。
能在冬天使用
分類
分兩類:
1.純電阻類,通電的目的只用於發熱,如電暖氣電熱水器等.
2.非純電阻類:通電後電能轉化為機械能同時線圈散熱,如電風扇等帶電動機的電器.電阻
說明
電熱器都有一定的阻值,而它的電阻是又根據設定的功率來選用的,功率越大,總電阻就越小。 電熱絲的電阻率有一個適當的範圍,如果電阻率過大過小,就需要很短或很長、很細或很粗的電熱絲,這樣對大小功率的電熱器都有製造和使用的困難。
電阻
電熱絲的一個重要參數,就是電阻率。電阻率過大,通入一定電流後,表面功率也就大。所以小功率的電器,就選用小直徑小電流,但是電流的大小決定於電阻的大小,電熱絲的長度和直徑就是經過計算的。
大型工業電爐使用電熱帶,就是要加大表面積,保證表面功率不會超標。同時為了保證大功率,又必須有足夠大的電流,這樣每一根電熱帶的長度和斷面面積和形狀,都是綜合考慮的。 所以電熱器使用的電熱絲(帶),在設計一種電熱器的時候,就要功率多方面的因素。 如:這種電熱器需要的功率、電熱器的技術要求、選用什麼材料、這種材料的允許表面功率、電熱絲(帶)的截面面積、電熱絲的長度、電熱絲的形狀(直行、螺鏇、折線、纏繞等)等等。
電阻率大了,使用一定線徑的電阻線繞制具有一定阻值的發熱體時,所需電阻線的長度就短,這樣減小了電熱器的體積。要保證發熱體在高溫下仍能正常工作,繞制發熱體的電阻線的熔點就要高。例如,電爐絲通常使用鎳鉻合金材料,耐溫可超過1000℃。
特殊要求
有些特殊的電熱器,如電熱毯,要求散熱面積大,單位功率低,如果使用通常的鎳——鉻和鐵——鉻——鋁電熱絲,就需要截面積極細的電熱絲,根本無法製作。所以電熱毯就是使用錳銅絲製作,錳銅絲的電阻率比鐵鉻鋁小得多,這樣才有足夠的長度。 理論上,電熱片單位面積內功率越大,發熱量就越
大,相同條件下達到最高溫度的時間就越短。但是一定面積內功率有個限度,不能太高,否則,一通電就會燒壞絕緣片或燒斷鎳鉻線。
電熱能及計算
純電阻電路
因為它幾乎是純電阻電路,所以公式為P=UI。U是電壓,I是電流。功率主要是和電阻率有密切聯繫的。一般來說,同材質的電熱絲,直徑越大,電阻越小,功率也越大。也就是說繞成線圈後,線圈的大小和形狀對功率沒有太大的影響。
普通非純電阻電路
發電機,電動機,電風扇、電解槽等,除了發熱以外,還對外做功,所以這些是非純電阻電路。
電功計算只能用W=UIt=Pt.電功率計算只能用P=UI=W/t.電熱用Q=I²Rt
交流電路中如果只有電阻,這種電路就叫做純電阻電路.電燈,電烙鐵,熨斗,等等,他們只是發熱,到這裡可能會有疑問,既然這些電子元件只是發熱,那為什麼電燈除發熱外還發光呢?因為電燈的光能是從發熱的熱量轉化而來,因此它們都是純電阻電路。
常見的非純電阻電路有遠距離輸電塔、電動機等等。
它們的功率的計算可用P=UI=W/t計算,電熱可用Q=I²Rt和公式計算。
特殊非純電阻電路
主詞條:非純電阻電路
1、首先需要確定升溫時間(H)和溫度差(度),多長時間從多少度升到多少度,這個參數很重要。如果時間要求很短,那要求的加熱功率可能就很大,浪費能源;如果時間長了,設備的準備時間就長,需要一個平衡點。
2、主體設備內空氣的體積(立方米),包括管道,估算一下。
3、空氣比重1.16(Kg/m3),比熱0.24kcal/kg℃.
4、還有加熱效率,一般0.5~0.6。按下列公式計算:加熱功率(KW)=(體積X比重X比熱X溫度差)/(860X升溫時間X效率)。
物體電熱能計算公式
電熱 Q=I^2Rt=IUt=Pt ,
其中,電壓符號U , 電流符號I ,電阻符號R ,R叫做物體的電阻係數或是電阻率,它與物體的材料有關,在數值上等於單位長度、單位面積的物體在20℃時所具有的電阻值。
常見導體的電阻率材料20℃時的電阻率(µΩ·m)
銀0.016
銅0.0172
金0.022
鋁0.029
鋅0.059
鐵0.0978
鉛0.206
汞0.958
碳25
康銅(54%銅,46%鎳)0.50
錳銅(86%銅,12%錳,2%鎳)0.43
參數
電介質中出現的熱電效應(見熱電性)的逆效應。熱電體的溫度變化時其極化強度會發生變化;另一方面如果在絕熱條件下施加外電場來改變熱電體的極化強度,則其溫度亦會發生變化;後者稱為電熱效應,
類似於順磁體的絕熱去磁(見磁熱效應)。絕熱去磁是獲得1K以下低溫的重要方法,利用絕熱去極化也可以獲得致冷,目前用氯化鉀或氧化銣晶體摻雜,可獲得由1K附近到mK級致冷。
與絕熱去磁相比,絕熱去極化因為不需要強磁場而只需電場,在技術設備上要簡單得多。由熱力學知在絕熱條件下施加於電介質的外電場改變ΔE時,其溫度變化limT→0(ΔS)T=0
式中P為熱電係數矢量,с為電場等於零時單位體積電介質的熱容量。在低溫下с隨T3減小很快,因此藉助於絕熱去極化獲得低溫的方法十分有效。常用材料有SrTiO3、玻璃陶瓷及有機熱電體如PVF及PVF2等。
對於鐵電體,當其電滯回線具有較窄的形狀,回線面積較小時能產生較大的電熱效應,這類材料電熱效應都很小,
例如:SrTiO3玻璃陶瓷,在10K時,ΔE為20kV/cm時,可獲得30mK的致冷。
其實極化率與溫度有關的所有電介質都存在電熱效應。現在初步證明,有可能利用鐵電體的電熱效應得到功率密度很高的熱電換能,例如在60赫的電頻率下,功率密度達106兆瓦/米2。
相關知識
電熱元件
電熱元件(電熱器)是以金屬管為外殼(包括不鏽鋼、紫銅管),沿管內中心軸向均布螺鏇電熱合金絲(鎳鉻、鐵鉻合金)其空隙填充壓實具有良好絕緣導熱性能的氧化鎂砂,管口兩端用矽膠密封,這種金屬鎧裝電熱元件可以加熱空氣,金屬模具和各種液體。
電熱管
b.金屬管狀電加熱器元件(電熱管),是在金屬管中放入電熱元件,並在空隙部分緊密填充有良好耐熱性、導熱性和絕緣性的結晶氧化鎂粉,在經其它工藝處理而成。
它具有結構簡單,機械強度高、熱效率高、安全可靠、安裝簡便、使用壽命長等特點。廣泛適用於各種硝石槽、水槽、油槽、酸鹼槽、易熔金屬熔化爐、空氣加熱爐、乾燥爐、乾燥箱、熱壓模等裝置。
碳纖維發熱體
碳纖維發熱體是本世紀最具有競爭力的高科技材料,它的出現在電熱領域掀起了一場新的革命,碳纖維發熱體替代金屬發熱體將成為一種必然的趨勢。
如何驗證優質電熱器
驗證電熱管優劣最直觀的方法是:先將電熱管表面擦淨,然後接通交流220V電源,在空氣中乾燒,表面發紅後斷電,待電熱管完全冷卻後,用餐巾紙擦拭,白紙上應無黑色氧化粉末(未與空氣中的氧氣反應),說明為優質電熱管。