Материалы и конструкция ТЭНов для бытовой техники
Несколько бытовых приборов, таких как электрическая духовка и электрический чайник, должны производить тепло. По этой причине им необходим нагревательный элемент или ТЭН. Если вам интересно, из чего сделан ТЭН (нагревательный элемент), то вы пришли в нужное место. Большой выбор ТЭНов для бытовых приборов можно найти по ссылке https://322.com.ua/ru/teny-dlya-bytovoy-tehniki.
В основном ТЭНы изготавливаются из нихрома, металлического сплава или керамических соединений. Материал выбран исходя из его высокой теплостойкости и электрического сопротивления.
ТЭНы бывают разных форм и размеров в зависимости от того, для чего они предназначены.
Они могут быть достаточно маленькими, чтобы поместиться в кувшин, как погружной нагреватель, а некоторые могут быть достаточно большими для некоторых промышленных применений.
Несмотря на свои размеры и профили, большинство ТЭНов обычно изготавливаются из одних и тех же материалов. Как правило, вам понадобится компонент с высоким сопротивлением, который выделяет тепло, что-то для изготовления внешней поверхности и изоляционного материала для защиты элемента.
Так сделано большинство ТЭНов, поэтому давайте рассмотрим это подробнее.
Что такое ТЭН?
Понимание того, что такое ТЭН, будет иметь решающее значение для понимания того, из чего он состоит.
ТЭН или трубчатый электронагреватель — это устройство, которое преобразует электрическую энергию, прошедшую через него, в тепловую энергию. Так просто.
Процесс, посредством которого происходит это преобразование, известен как джоулев нагрев, и он отвечает за многие полезные бытовые приборы.
В этом процессе используется характеристика проводников, известная как сопротивление. Когда электрический ток проходит через проводник, выделяется тепло, и через короткое время тепла становится достаточно, чтобы служить своей цели.
Из чего состоит ТЭН?
ТЕН состоит из нескольких частей, которые играют важную роль в обеспечении того, чтобы устройство вырабатывало необходимое тепло без значительных повреждений.
Металлические ТЭНы (нихром)
Одним из наиболее распространенных типов ТЕНов является металлический ТЕН. Он состоит из сплава никеля (80%) и хрома (20%), которые вместе называются нихромом.
Этот металлический сплав был создан более века назад Альбертом Маршем и до сих пор используется после нескольких итераций усовершенствования.
Сочетание двух элементов позволяет получить сплав с высоким сопротивлением и, следовательно, подходит для ТЭНов.
Поскольку сопротивление является наиболее важным фактором для получения тепла от электрического тока, высокое сопротивление означает большую теплоотдачу.
Нихром великолепен не только благодаря высокому сопротивлению, но и высокой температуре плавления. Вам не нужен ТЭН, который всегда нагревается до точки плавления. Это было бы катастрофой и не по карману в долгосрочной перспективе.
Преимущества нихрома
Нихром с температурой плавления около 1400°C идеально подходит для использования в условиях высоких температур. Он также очень устойчив к окислению, которое может повредить материал.
Нихром достаточно податлив, поэтому ему легко придавать форму и гнуть, а при нагревании он не расширяется слишком сильно, оказывая незначительное давление на его поверхность.
Керамические ТЭНы
В керамических нагревательных элементах металлическая часть заменена керамическими пластинами, также известными как элементы с положительным температурным коэффициентом (PTC).
Хотя принцип остается тем же, электрическое сопротивление тока, проходящего через тело, производит тепло, керамические материалы работают немного по-другому: с повышением температуры сопротивление материалов также увеличивается.
Таким образом, при определенном пороге они обладают ограничивающим свойством, которое не позволяет им перегреваться. Поэтому такой элемент отлично подходит для приложений, где необходимо поддерживать постоянную температуру.
Керамические нагревательные элементы обычно изготавливаются из титаната бария . Однако используются и другие типы керамических нагревательных элементов, например, кварцевый нагревательный элемент.
Преимущества керамических нагревательных элементов
Керамические нагревательные элементы довольно отзывчивы и, как следствие, довольно быстро нагреваются. Кроме того, из-за их положительных тепловых коэффициентов они действуют как термостаты.
Сопротивление увеличивается с повышением температуры, поэтому выше некоторого значения температуры они не смогут нагреться.
Следовательно, они обычно имеют более низкую температуру поверхности, что снижает риск случайных ожогов и пожаров.
Они также очень долговечны.
Кантал
Другая группа сплавов, которая используется в нагревательных элементах, — это кантал. Они состоят из железа, хрома и алюминия и находят применение в самых разных условиях.
Нагревательные элементы Kanthal создают на своей поверхности слой оксида алюминия, который защищает их от окисления. Кроме того, они имеют более высокую температуру плавления, чем у нихрома, около 1500 ° С.
Кантал очень прочный , но все же достаточно гибкий, чтобы его можно было сгибать в различные формы. Его можно найти в простых бытовых приборах, от тостеров до нагревателей для электрических сигарет.
Другие элементы
Нагревательные элементы могут быть изготовлены из самых разных материалов, таких как некоторые сплавы железа. Другие используют такие металлы, как платина, потому что она очень ковкая, имеет высокую температуру плавления и высокое сопротивление.
Их состав и форма будут во многом зависеть от назначения нагревательного элемента, а также от количества энергии, необходимой для его производства.
Как мы видели, керамические элементы или элементы с положительным температурным коэффициентом не производят много тепловой энергии. Они являются самоограничивающимися, так как при высоких температурах сопротивление увеличивается.
Изолирующий материал
В нагревательных элементах, подобных тем, которые используются в небольших бытовых приборах, таких как фены, небольшие обогреватели, чайники, тонкий резистивный провод намотан внутри внешнего металлического корпуса.
Провод — это то, что генерирует тепло, как нить накала в старых электрических лампочках.
Чтобы устройство хорошо работало и не перегорало, иногда в конструкцию нужно добавить изоляционный материал, чтобы убедиться, что нагревательный элемент работает исправно.
Популярные изоляционные материалы включают стекловолокно, а также некоторые виды керамики. Некоторые другие широко используемые изоляционные материалы включают слюду и оксид магния.
Свойство нагревательного элемента
Чтобы материал можно было квалифицировать как нагревательный элемент для использования в бытовых приборах, он должен обладать следующими свойствами:
- Высокая температура плавления – должна быть устойчива к высоким температурам.
- Высокое электрическое сопротивление – измеряется в омах.
- Должен быть податливым , чтобы ему можно было придавать различные формы.
- Высокая прочность на растяжение – чтобы он не ломался при растяжении и расширении.
Еще одним важным фактором является температурный коэффициент сопротивления.
По существу, с повышением температуры сопротивление увеличивается. Скорость, с которой увеличивается это сопротивление, называется температурным коэффициентом сопротивления.
Материал должен иметь низкий коэффициент сопротивления, чтобы он мог легко выдерживать более высокие температуры.
Чем выше температура коэффициента сопротивления, тем труднее или тем больше энергии потребуется для достижения определенной температуры.
Заключение
У большинства нагревательных элементов обычно есть определенные свойства, на которые обращают внимание люди. Материал должен быть достаточно устойчивым к коррозии, иметь высокую температуру плавления и высокое сопротивление.
Теперь, когда мы увидели, из чего сделан нагревательный элемент, у нас есть отличное представление о том, как работают эти устройства и из чего они состоят.
Они могут быть разных форм и размеров, но для большинства бытовых приборов, таких как духовки, конструкция обычно следует одному и тому же принципу. Металлическая трубка с проводом сопротивления и некоторым изоляционным материалом для защиты.
