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電熱元件設(shè)計(jì)關(guān)鍵:如何科學(xué)確定工作溫度?

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2025-08-01 19:43

本文介紹了工作溫度的確是管狀電熱元件等類似部件優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一個(gè)問題。

 

一、管狀電熱元件的設(shè)計(jì)要與整機(jī)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(jì)要考慮滿足整機(jī)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(jì)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(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要,以確保整機(jī)產(chǎn)品有更好的用戶體驗(yàn)。

 

二、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢測(cè)

 

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

 

1使用萬(wàn)用表檢測(cè)管狀電熱元件的冷態(tài)電阻Rc

 

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

 

2記錄測(cè)量Rc時(shí)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(shí)的冷態(tài)電阻記為R20。

 

3使用電參數(shù)測(cè)量?jī)x檢測(cè)整機(jī)產(chǎn)品中元件的輸入功率PT

 

讀取輸入功率數(shù)據(jù)時(shí)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(shí),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(jì)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(yùn)用歐姆定律可以求得計(jì)算元件在工作溫度下的電阻RT,有:

 

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

 

四、計(jì)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(jì)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(shí),可通過插值法推算工作溫度。

 

電熱元件設(shè)計(jì)關(guān)鍵:如何科學(xué)確定工作溫度?

(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(jì)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(gè)樣品中的實(shí)測(cè)功率中間值342.4W為元件的輸入功率PT,按式(1)計(jì)算,可得:

RT=UN2/PT  

   =2202/342.4

   ≈141.36(Ω)

 

以工廠設(shè)計(jì)的“中間值”138.2Ω作為元件在20℃時(shí)的冷態(tài)電阻R20,按式(2)計(jì)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(hào)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(jì)

 

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(duì)應(yīng)的元件的熱態(tài)電阻RN400可由歐姆定律計(jì)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(shí)0Cr25Al5合金的電阻溫度因素K400為1.021。

 

對(duì)應(yīng)的20℃時(shí)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(jì)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)。

 

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