Температура нагрева нихрома: Температура нихрома от тока — Dudom

методика проведения вычислений, справочные таблицы

Наиболее значительной деталью электротепловой установки является нагревательный элемент. Основная составляющая часть приборов косвенного нагрева — резистор с высоким удельным сопротивлением. А одним из приоритетных материалов — хромоникелевый сплав. Так как сопротивление нихромовой проволоки высоко, этот материал занимает лидирующее место в качестве сырья для различных видов электротепловых установок. Расчёт нагревателя из нихромовой проволоки проводят с целью определения размеров нагревательного элемента.

• Основные понятия
• Алгоритм расчёта для однофазных установок
• Классификация нагревателей по температуре
• Параметры, способствующие неполадкам

Основные понятия

В целом производить расчёт нагревательного элемента из нихрома необходимо по четырём вычислениям: гидравлическому, механическому, тепловому и электрическому. Но обычно подсчёты проводят лишь в два этапа: по тепловым и электрическим показателям.

К тепловым характеристикам относятся:

• тепловая изоляция;
• коэффициент полезного действия по теплоте;
• необходимая теплоотдающая поверхность.

Основной целью расчёта нихрома является определение геометрических размеров нагревательного сопротивления.

К электрическим параметрам обогревателей являются:

• напряжение питания;
• способ регулирования мощности;
• коэффициент мощности и электрический коэффициент полезного действия.

При выборе питающего напряжения для устройств обогрева отдают предпочтение тому, что несёт минимальную угрозу животным и обслуживающему персоналу. Напряжение сети в установках сельского хозяйства составляет 380/200 вольт с частотой тока 50 Герц. В случае применения электроустановок в особо сырых помещениях, при повышенной электроопасности напряжение следует снизить.

Его значение должно не превышать 12, 24, 36 вольт.

Регулировать температуру и мощность нагревателя можно двумя способами:

• меняя напряжение;
• переменой величины сопротивления.

Наиболее распространённым способом изменять мощность является включение в работу определённого числа секций трехфазной установки. В современных нагревательных установках мощность меняют регулировкой напряжения с помощью тиристоров.

Расчёт по рабочему току основан на табличной зависимости, которая связывает токовую нагрузку на проводник из нихрома, его площадь сечения и температуру.

Табличные данные были составлены для проволоки из нихрома, которая натягивалась в воздухе без учёта колебаний и вибраций при температуре 20 °C.

Для того чтобы перейти к реальным условиям, в расчётах необходимо использовать поправочные коэффициенты.

Алгоритм расчёта для однофазных установок

Расчёт спирали из нихрома следует проводить поэтапно, используя начальные сведения о нагревателе: необходимая мощность и марка нихрома.

Мощность одной секции:

Рс = Р/ (mn)

P — мощность установки, Вт;

m — количество фаз, для однофазной m = 1;

n — число секций в одной фазе, для установок мощностью около 1 квт n = 1.

Рабочий ток одной секции нагревателя:

Ic = P с/(Un)

U — напряжение сети, для однофазных установок U = 220 в

Расчётная температура проволоки:

θр = θд/(Км Кс)

θд — допустимая рабочая температура, выбирается из таблицы 1 в зависимости от материала, °C.

Таблица 1

— Параметры материалов для электрических нагревателей.

Материал	Удельное сопротивление при 20 °C, x10-6Ом·м	Температурный коэффициент сопротивления, x10— 6 °C -1	Допустимая рабочая температура, °C	Температура плавления, °C
Нихром двойной (Х20Н80-Н)	1,1	16,5	1200	1400
Нихром тройной (Х15Н60-Н)	1,1	16,3	1100	1390

Км — коэффициент монтажа, выбирают из таблицы 2 в зависимости от конструктивного исполнения.

Таблица 2 — Коэффициент монтажа для некоторых видов конструкций нагревателей в спокойном потоке воздуха.

Конструктивное исполнение нагревателя	Км
Провод при горизонтальном размещении	1,0
Спираль из провода без тепловой изоляции	0,8 — 0,9
Спираль из провода на огнеупорном каркасе	0,7
Провод на огнеупорном каркасе	0,6 — 0,7
Нагревательные сопротивления между двумя слоями тепловой изоляции	0,5
Нагревательные сопротивления с хорошей тепловой изоляцией	0,3 — 0,4

Роль коэффициента монтажа в том, что он даёт возможность учитывать повышение температуры нагревателя в реальных условиях по сравнению с данными справочной таблицы.

Кс — коэффициент окружающей среды, определяется из таблицы 3.

Таблица 3 — Коэффициент поправки на некоторые условия окружающей среды.

Условия окружающей среды	Кс
Спираль из провода в потоке воздуха со скоростью движения, м /с
3	1,8
5	2,1
10	3,1
Нагревательный элемент в неподвижной воде	2,5
Нагревательный элемент в потоке воды	3,0−3,5

Коэффициент среды даёт поправку на улучшение теплоотдачи из-за условий окружающей среды. Поэтому реальные результаты расчётов будут немного отличаться от табличных значений.

Диаметр d, мм и площадь поперечного сечения S, мм ² выбирается по рабочему току и расчётной температуре из таблицы 4

Таблица 4 — Допустимая нагрузка на нихромовую проволоку при 20 °C, подвешенную в спокойном воздухе горизонтально.

Длина проволоки одной секции:

L = (U ф²S*10^-6)/(ρ 20 [1+α(θ р -20)] Рс x10³)

ρ 20 — удельное сопротивление при температуре 20 °C, выбирается из таблицы 1;

α — температурный коэффициент сопротивления, определяется из соответствующего столбца в таблице 1.

Диаметр спирали:

D = (6…10) d, мм.

Определяем шаг спирали:

h = (2…4) d, мм

Шаг спирали влияет на производительность работы. При его больших значениях теплоотдача увеличивается.

Количество витков спирали

W = (lx10³)/ (√h²+(πD)²)

Длина спирали:

L = h W x10^-3

Если назначением проволочного нагревателя является повышение температуры жидкости, рабочий ток увеличивают в 1,5 раза от расчётного значения. В случае расчёта нагревателя с закрытым типом рабочий ток рекомендуется снизить в 1,2 раза.

Классификация нагревателей по температуре

Нагреватели по предельно допустимой температуре подразделяются на пять классов:

1. 200° C. В этом диапазоне температур наиболее широко распространено использование трубчатых электрических нагревателей. Для того чтобы в рабочем пространстве соблюдалась оптимальная температура, при монтаже ТЕНов необходимо уделить внимание их правильному расположению.
2. От 200 до 400° C. Используются ленточные нагреватели. Для создания необходимой температуры в рабочей камере охватывают весь её периметр.
3. От 400 до 600° C. Материалом для нагревателей должен служить лишь резистивный элемент высокого сопротивления. Распространёнными являются константан, фехраль, нихром. С целью обеспечения необходимой температуры нагреватель должен быть открытым для доступа воздуха. Поэтому расположен внутри или снаружи трубки.
4. От 600 до 1250° C. В печах старого образца используется нихром. Но в этом диапазоне температур он значительно уступает сплаву из алюминия, железа и хрома (фехрали). Поэтому в более современных образцах печей нихром заменён фехралью.
5. От 1250 до 1700° C. Высокотемпературные нагреватели изготавливают из дисилицида молибдена, карбида кремния. Основным недостатком обогревателей является их дефицит и высокая стоимость.

Параметры, способствующие неполадкам

Наиболее велика вероятность выхода из строя электрических нагревателей вследствие окисления поверхности нагревательного сопротивления.

Факторы, которые влияют на скорость разрушения нагревателя:

• рабочая температура;
• условия окружающей среды, в которых работает нагреватель;
• частота включений.

Из-за того, что электронагревательные установки работают с превышением допустимых значений этих параметров, происходят наиболее частые поломки: обгорание контактов, нарушение механической прочности нихромовой проволоки.

Ремонт нагревательного элемента из нихрома осуществляется с помощью пайки или скручивания.

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.

 

 

 

 

Напряжение

— Как узнать температуру нихрома

спросил 9 лет, 1 месяц назад

Изменено 7 лет, 1 месяц назад

Просмотрено 39 тысяч раз

\$\начало группы\$

У меня 2 метра, 32wg, 19 Ом на метр. Нихромовая проволока

Я хочу рассчитать, какие ампер и вольты мне нужны, поэтому 2 метра нихрома нагреваются до 35 градусов по Цельсию.

Как я могу рассчитать это и какую формулу мне нужно использовать.

• напряжение
• сила тока

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Лучшим источником информации будет техническое описание вашего провода.

За исключением этого, есть некоторые общие вещи, которые могут помочь. Ток основан на \$I = V/R\$. Учитывая, что вы обеспечиваете 19 Ом на метр, и у вас есть 2 метра, это 38 Ом. Но это комнатная температура (обычно ~21°C). При повышении температуры сопротивление увеличивается. Но давайте работать с этим.

Рассмотрим \$I = \dfrac{V}{38}\$.

И вы хотите повысить температуру примерно на 14°C. В большинстве случаев стандартные таблицы показывают чрезвычайно высокие повышения температуры.

Так что их можно использовать для справки. Прямой провод 32 awg, поднятый от (комнатная температура 70°F) 20°C до 400°f (204°C), потребляет 680 мА. 1000°f (538°c) в два раза больше тока. И 2000 ° F (1093 ° C) снова вдвое больше. Таким образом, ток удваивается примерно в 2,6 раза выше температуры, но сопротивление увеличивается с температурой, поэтому увеличьте ток в четыре раза при пятикратном повышении температуры. Мы можем предположить, что верно обратное. При более низких температурах меньший ток приводит к более высокому повышению температуры.

С помощью куска провода 38 Ом (выпрямленного, а не скрученного) до 400°F, то есть ~26 В ( без учета изменения сопротивления ). (0,68 = 26 В / 38 Ом). 35°C это 95°F. Это чуть больше четверти от 400°F. Так что попробуйте сократить ток до 5 от этого. 0,68/5 = 0,136.

$$ V = I \cdot R $$

$$ V = 0,136 \cdot 38 = 5,168 В $$

Попробуйте 5В. Вы должны получить повышение менее чем до 100 градусов по Фаренгейту, примерно до 37°C. Все остальное потребует откалиброванного датчика температуры и тестирования. Уменьшите ток наполовину для спирального провода. И тщательно проверьте сопротивление, когда провод имеет нужную температуру (после отключения питания)

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вы не можете. Извиняюсь.

Температура провода зависит не только от электрической мощности на этом проводе, но и от условий окружающей среды, т. е. от того, как рассеивается тепло. Таким образом, температура проволоки не будет постоянной во времени, а будет меняться в зависимости от температуры и движения воздуха, материалов, контактирующих с проволокой, и так далее.

Чтобы сделать температуру постоянной, вам нужно сделать условия окружающей среды достаточно стабильными или использовать терморегулятор, который регулирует электрическую мощность на проводе, чтобы получить одинаковую температуру в разных условиях.

Пока теория, лежащая в основе таких явлений, слишком сложна, расчеты на самом деле возможны, но очень сложны. В большинстве случаев экспериментальный способ гораздо надежнее и полезнее.

Просто используйте регулируемый источник питания и изменяйте ток провода до тех пор, пока температура не станет необходимой. Но всегда помните, что в других условиях он будет другим.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Это можно сделать, но не очень просто.

Измерьте его сопротивление при известной температуре и рассчитайте ожидаемое сопротивление при желаемой температуре.

В этой статье Википедии описывается, как сопротивление различных материалов, включая нихром, зависит от температуры.

Подайте на него известное напряжение и измерьте ток. (ток будет меняться, пока температура не стабилизируется). Или фиксировать ток и мерить напряжение, если так проще.

По известному напряжению и измеренному току вычислить сопротивление.

Если это не соответствует желаемой температуре, отрегулируйте напряжение привода и повторите…

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

мощность — Проект питания нагревателя из нихромовой проволоки

спросил 4 года 8 месяцев назад

Изменено 3 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 4к раз

\$\начало группы\$ 93 и изготовлен из мягкой стали без изоляции.

Также мне нужно знать: Могу ли я питать его от источника переменного или постоянного тока?

Если я дам постоянное питание в течение некоторого времени, будет ли со временем повышаться температура нихромовой проволоки? или температура останется постоянной?

• блок питания
• питание
• дизайн
• тепло
• калькулятор

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Я читал, что люди говорят о размерах печи, потерях тепла и т. д. Пожалуйста, оставьте все это.

Нет. Это то, что вам нужно выяснить прежде всего. Начните с определения вашего внутреннего объема, а затем укажите изоляцию. Предполагая, что внутри коробки 450 ° C, и зная тепловое сопротивление вашей изоляции, вы можете рассчитать необходимую мощность.

Зная мощность, можно сделать предположение о температуре провода. Допустим, провод будет работать в 900 C, что позволит 50% рабочего цикла. Используя лист данных для вашего нихромового сплава, вы можете найти удельное сопротивление материала и определить длину и диаметр проволоки.

На данный момент у вас есть известная длина и сопротивление провода. Затем, учитывая мощность, которая вам нужна (помните мощность?), вы можете рассчитать напряжение питания, как предложил Уоррен Хилл. Разделив мощность на напряжение, вы получите требуемый ток.

Затем вам нужно будет рассчитать сопротивление провода при комнатной температуре и повторить расчеты. Предыдущие цифры давали мощность и ток при рабочей температуре, а рассеивание на проводе будет намного больше, чем при включении, когда провод холодный и имеет меньшее сопротивление.

Но обо всем по порядку. Самое первое, что вы ДОЛЖНЫ сделать при проектировании системы, это определить ваши требования. В этом случае самым важным требованием является мощность, необходимая при эксплуатации – из этого вытекает все остальное, и для ее определения необходимо знать параметры изоляции вашей духовки.

«Пожалуйста, оставьте все это» не работает.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$ 92/р. Напряжение может быть как постоянным, так и переменным, значения не имеет.

Предположим, вам нужно 750 Вт. Если вы соедините свои нихромовые провода последовательно, вам понадобится sqrt (750 * 8,8) = 81 В. Параллельно вам понадобится sqrt(750*4.4) = 57в.

Сила тока, потребляемая вашей печью, равна V/R. Найдите источник питания, который может подавать как минимум в 1,2 раза больше этого количества ампер при напряжении, которое вы рассчитали ранее. Возможно, вы сможете использовать сетевое напряжение напрямую, если немного отрегулируете длину нихромовой проволоки. Не забудьте переделать всю математику и проверить ее. Вы можете и могут использовать сеть через трансформатор для понижения напряжения. Это, вероятно, будет дешевле, чем использование мощного источника постоянного тока, если только ваша печь не очень маленькая.

Продолжая наш пример: 57/4,4 = 12 Ампер (в параллельной конфигурации). 81/8,8 = 9,2 А в последовательной конфигурации. Итак, нам нужен источник питания 57 В> 15 А или 81 В> 11 А. Похоже, вы, вероятно, захотите немного увеличить длину нихромового провода и получить целевое напряжение до 110 В, чтобы вы могли запускать его прямо от сети. ..но в любом случае.

Наконец, вам нужно купить ПИД-регулятор для управления температурой. Они дешевы и общедоступны. Например: https://smile.amazon.com/Inkbird-Temperature-Thermostat-Controllers-Fahrenheit/dp/B01KNXETWS/

Просто убедитесь:

1. Датчик температуры выдерживает 450C
2. Контроллер (или встроенное реле) может управлять напряжением и силой тока, с которыми вы собираетесь работать. Сила тока будет V/R.
3. Убедитесь, что на выходе используется переменный ток, если вы используете переменный ток, и постоянный ток, если вы используете постоянный ток.

Если вы купили продукт, на который я ссылаюсь, вам придется купить новую термопару, так как та, которая идет в комплекте, рассчитана только на температуру до 400°C. Это не должно быть проблемой, так как к этим контроллерам можно подключить любую старую термопару. Просто убедитесь, что вы изменили тип термопары при настройке контроллера. Вот тот, который рассчитан на 800C: https://smile.amazon.com/Perfect-Prime-TL1815-HeadProbe-Thermocouple-Temperature/dp/B0142S9J4S/

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Также мне нужно знать: Могу ли я питать его от источника переменного или постоянного тока?

Нагревательный провод одинаково хорошо работает как на переменном, так и на постоянном токе.

Если я дам постоянное питание в течение некоторого времени, будет ли со временем увеличиваться температура нихромовой проволоки? или температура останется постоянной?

Температура будет повышаться, пока не стабилизируется на каком-то уровне.