انتخاب قطر میله سرب-و درجه قدرت مشخص شده عنصر گرمایش

قدرت یک المنت گرمایش الکتریکی معمولاً با دما و زمان گرمایش سیستم گرمایش تعیین می شود. بنابراین، پس از تعیین توان و ولتاژ، مواد و قطر سرب-در میله باید الزامات طراحی را برآورده کند. در زیر لیستی از داده های مرتبط در مورد مواد مورد استفاده برای سرب-در میله آمده است.

از آنجایی که المنت گرمایش معمولاً پس از پردازش با سیلیکون RTV مهر و موم می شود، با مقاومت دمایی تقریباً 250 درجه، حداکثر دمای عملیاتی سرب انتخابی{1} در میله باید کمتر یا مساوی 250 درجه باشد (حداکثر مقاومت دمایی سیلیکون RTV). چگونه می توان این نیاز را تضمین کرد؟

بیایید این را با یک مثال کاربردی توضیح دهیم: یک عنصر گرمایش الکتریکی 220 ولت 4000 وات با یک سرب از فولاد ضد زنگ در میله ای با قطر بیرونی Φ2.6×75 میلی متر در نظر بگیرید. آیا این انتخاب اندازه صحیح و معقول است؟ درستی و معقول بودن آن را فقط با محاسبه می توانیم تشخیص دهیم.

راه حل: یک میله سربی Φ2.6 به طول 75 میلی متر که معادل 0.075 متر است، بردارید.

① جریانی که از میله سرب می گذرد:

من=P/U=4000/220 ≈ 18.18 آمپر

② مقدار مقاومت را برای طول 75 میلی متر و قطر خارجی Φ2.6 میلی متر محاسبه کنید:

زیرا R=ρ.L/S=0.7 × 0.075/3.142 × 1.32 ≈ 0.01 اهم

③ توان P تولید شده هنگامی که 18.18 آمپر جریان از طریق میله 75 میلی متری سرب ایجاد می شود:

P=I²R=18.18² × 0.01 ≈ 3.31 W (یعنی توان تولید شده توسط یک میله سرب 75 میلی متری 3.31 W است)

④ در قطر 75 میلی متر، بار سطحی مربوط به سرب Φ2.6-در میله q_rod است.

q_rod=P/S=3.31/3.142 × 0.26 × 7.5 ≈ 0.54 W/cm²

⑤ هنگامی که جریان 18.18 آمپر از سرب فولادی ضد زنگ Φ2.6-در میله عبور می کند، کل توان تولید شده 3.13 وات و بار سطحی متناظر میله 0.54 W/cm² است. بر اساس رابطه بین بار سطحی و دمای متناظر سطح لوله، دمای سطح این سرب فولادی ضد زنگ در میله را می توان تقریباً 200-220 درجه محاسبه کرد.

نتیجه‌گیری: هنگامی که قطر سرب-در میله این عنصر گرمایشی Φ2.6 و جریان عبوری از آن 18.18 آمپر باشد، دمای سرب-در میله تقریباً 200-220 درجه است که کمتر از مقاومت دمایی معمولی لاستیک سیلیکونی است (در نتیجه مطابق با الزامات طراحی 250 درجه). اگر دما از مقاومت دمایی معمولی لاستیک سیلیکونی (250 درجه) فراتر رود، لاستیک سیلیکونی مستعد پیری تدریجی و ترک در دمای میله است که در نتیجه عایق و عملکرد الکتریکی کاهش می یابد. تجاوز از مقاومت دمایی معمولی نیز ممکن است باعث کربن شدن سیلیکون شود که منجر به کاهش عایق المنت حرارتی و حتی خرابی بین میله سرب و پوشش بیرونی به دلیل کربن شدن سیلیکون شود.

برای رسیدگی به وضعیت فوق، اگر دما از 250 درجه بیشتر شود، می توان بهبودهای زیر را انجام داد:

① بسته به قطر خارجی عنصر گرمایش، اگر Φ بزرگتر یا مساوی 10 میلی متر باشد، می توان قطر یا طول بیرونی میله سرب را به طور مناسب افزایش داد. این اصلاح باعث کاهش مقاومت در واحد طول و کاهش بار روی سطح میله سرب می شود. اگرچه جریان 18.18 آمپری هنوز از طریق میله سربی جریان دارد، دمای سطح به دمایی کاهش می یابد که سیلیکون می تواند تحمل کند یا حتی کمتر.

② اگر قطر لوله کمتر یا مساوی 10 میلی متر باشد و جریان هنوز 18.18 آمپر باشد، می توان مواد میله سرب را به طور مناسب بلند کرد یا تغییر داد، مانند استفاده از میله سرب نیکل خالص. لازم به ذکر است که اگرچه مقاومت میله های سربی آهنی کمتر از فولاد ضد زنگ است، اما استفاده از آن ها توصیه نمی شود زیرا میله های سربی آهنی مستعد اکسید شدن، استحکام پایین و مقاومت تماسی بالایی هستند که مطلوب نیست.