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一、管狀電熱元件的設(shè)計要與整機的需求相匹配

 

我們知道，管狀電熱元件是電飯鍋、電水壺、電烤箱、電熱水器、電暖器等家用電器產(chǎn)品的常用加熱元件，因此，管狀電熱元件的設(shè)計要考慮滿足整機產(chǎn)品的使用需求。

 

工作溫度是管狀電熱元件的重要參數(shù)之一，其設(shè)計的工作溫度，以及額定電壓、額定功率、形狀、尺寸等，都要滿足整機產(chǎn)品的設(shè)計需要，以確保整機產(chǎn)品有更好的用戶體驗。

 

二、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢測

 

對于給定的一個管狀電熱元件及其所將安裝的整機，我們可以先檢測一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

 

1、使用萬用表檢測管狀電熱元件的冷態(tài)電阻Rc

 

檢測冷態(tài)電阻時注意萬用表的精度等級不宜低于1級，直流電阻的量程應(yīng)與被測阻值相適應(yīng)，即在被測量值應(yīng)在量程的2/3~滿量程范圍。

 

2、記錄測量Rc時的環(huán)境溫度

 

如環(huán)境溫度可控，應(yīng)盡可能使環(huán)境溫度保持在20℃。20℃時的冷態(tài)電阻記為R20。

 

3、使用電參數(shù)測量儀檢測整機產(chǎn)品中元件的輸入功率PT

 

讀取輸入功率數(shù)據(jù)時應(yīng)注意，產(chǎn)品應(yīng)在正常工作狀態(tài)。即產(chǎn)品應(yīng)施加額定電壓，并在正常使用條件下的穩(wěn)定工作狀態(tài)。

 

必要時，也可以使管狀電熱元件在模擬條件下工作，即通過采取一些措施，使元件發(fā)熱表面的平均溫度與工作溫度基本相符的工作條件下工作。

 

三、計算元件在工作溫度下的電阻RT

 

在額定輸入電壓UN和輸入功率PT已知情況下，運用歐姆定律可以求得計算元件在工作溫度下的電阻RT，有：

 

RT=UN2/PT  ························（1）

 

四、計算元件在工作溫度下的電阻溫度因數(shù)kT

 

元件在工作溫度下的電阻溫度因數(shù)kT可通過下式計算：

 

kT =RT/R20  ························（2）

 

五、推算工作溫度T

 

在元件使用的高電阻合金材料已知的情況下，通過查GB/T 1234-2012《高電阻電熱合金》中的《高電阻電熱合金電阻溫度因素（修正系數(shù)）》表，可以推算工作溫度T。

 

由于該表僅給出了每100℃間隔的電阻溫度因素，必要時，可通過插值法推算工作溫度。

（摘自GB/T 1234-2012《高電阻電熱合金》）

 

六、示例

 

在此仍以《這家管狀電熱元件生產(chǎn)廠的產(chǎn)品設(shè)計有問題嗎？》一文中的220V~ 350W規(guī)格案例為例，具體推算一下元件的工作溫度。

 

在此以3個樣品中的實測功率中間值342.4W為元件的輸入功率PT，按式（1）計算，可得：

 

RT=UN2/PT  

 

   =2202/342.4

 

   ≈141.36（Ω）

 

以工廠設(shè)計的“中間值”138.2Ω作為元件在20℃時的冷態(tài)電阻R20，按式（2）計算，可得：

 

kT=RT/R20   

 

   =141.36/138.2

 

   ≈1.023

 

已知工廠元件的發(fā)熱絲合金牌號為0Cr25Al5，查《高電阻電熱合金電阻溫度因素（修正系數(shù)）》表可知元件的工作溫度約為500℃。

 

七、優(yōu)化設(shè)計

 

1、元件冷態(tài)電阻中心值的確定

 

以上例中的220V 350W為例，工作溫度下額定功率對應(yīng)的元件的熱態(tài)電阻RN400可由歐姆定律計算而得：

 

RN400=2202/350

 

        ≈138.3（Ω）

 

查《高電阻電熱合金電阻溫度因素（修正系數(shù)）》表可得工作溫度500℃時0Cr25Al5合金的電阻溫度因素K400為1.021。

 

對應(yīng)的20℃時的冷態(tài)電阻RN20則為：

 

RN20=RN400/K400

 

      =138.3/1.021

 

      ≈135.5（Ω）

 

鑒于案例中工廠元件冷態(tài)電阻的過程能力較好，135.5Ω這一數(shù)值應(yīng)可以考慮作為生產(chǎn)過程中的目標(biāo)值。

 

2、元件冷態(tài)電阻上下限值的確定

 

由于元件冷態(tài)電阻的過程能力較好，可以考慮以±4%計算元件冷態(tài)電阻的上下限值，

 

即，上限值RU有：

 

RU=1.04RN20

 

       ≈140.9（Ω）

 

下限值RL有：

 

RL=0.96RN20

 

   ≈130.1（Ω）。