ورق گرمایش به طور گسترده ای در انواع تجهیزات گرمایشی استفاده می شود که هسته آن به المنت گرمایشی متکی است، بنابراین المنت گرمایش چیست؟ عناصر گرمایشی چه ویژگی هایی دارند؟ این مقاله شما را به درک آن سوق می دهد.
1. المنت حرارتی چیست؟
عنصر گرمایش ماده یا وسیله ای است که انرژی الکتریکی را مستقیماً به گرما یا انرژی حرارتی از طریق اصلی به نام گرمایش ژول تبدیل می کند. گرمایش ژول پدیده ای است که در آن یک هادی در اثر جریان الکتریکی گرما تولید می کند. هنگامی که جریان الکتریکی از مواد عبور می کند، الکترون ها یا سایر حامل های بار با یون ها یا اتم های هادی برخورد می کنند و اصطکاک در مقیاس اتمی ایجاد می کنند. سپس این اصطکاک خود را به صورت گرما نشان می دهد. قانون اول ژول (قانون ژول-لنز) برای توصیف گرمای تولید شده توسط جریان الکتریکی در یک هادی استفاده می شود. این به صورت بیان می شود،
P=IV یا P=I²R
بر اساس این معادلات، گرمای تولید شده به جریان، ولتاژ یا مقاومت ماده هادی بستگی دارد. در طراحی کل المنت حرارتی، مقاومت عامل مهمی است.
اصل گرم کردن اصل
گرمایش ژول در تمام مواد رسانا با شدت های مختلف مشهود است، به جز ماده خاصی به نام ابررسانا. به طور کلی، برای مواد رسانا، گرمای کمتری تولید میشود، زیرا حاملهای بار به راحتی از آن عبور میکنند. برای مواد با مقاومت بالا، گرمای بیشتری تولید خواهد شد. از سوی دیگر، ابررساناها اجازه می دهند جریان بدون تولید گرما جریان یابد. به طور کلی گرمای یک هادی به عنوان اتلاف انرژی طبقه بندی می شود. انرژی الکتریکی مورد استفاده برای به حرکت درآوردن تجهیزات قدرت، گرمای غیر ضروری را به شکل تلفات انتقال تولید می کند و در نهایت کار مفیدی ایجاد نمی کند.
به یک معنا، بازده عنصر گرمایش الکتریکی تقریباً 100 درصد است، زیرا تمام انرژی عرضه شده به شکل مورد نظر خود تبدیل می شود. عنصر گرما نه تنها گرما را هدایت می کند، بلکه انرژی را از طریق نور و تابش نیز منتقل می کند. با این حال، این فقط برای برخی از مقاومت های ایده آل صدق می کند. ظرفیت و اندوکتانس ذاتی این ماده، انرژی الکتریکی را به ترتیب به میدان های الکتریکی و مغناطیسی تبدیل می کند که منجر به تلفات جزئی می شود. با در نظر گرفتن کل سیستم بخاری، تلفات ناشی از گرمای پراکنده از سیال فرآیند یا خود بخاری به محیط خارجی است. بنابراین، سیستم باید ایزوله شود تا از تمام گرمای تولید شده استفاده شود.
دوم، خواص عنصر گرمایش
هنگامی که جریان عبور می کند، تقریباً همه هادی ها می توانند گرما تولید کنند. با این حال، همه هادی ها برای عناصر گرمایش مناسب نیستند. ترکیب صحیح خواص الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی مورد نیاز است. موارد زیر برخی از ویژگی هایی است که برای طراحی المنت گرمایش مهم است.
مقاومت: برای تولید گرما، المنت حرارتی باید مقاومت کافی داشته باشد. با این حال، مقاومت نمی تواند به اندازه ای بالا باشد که تبدیل به یک عایق شود. مقاومت برابر است با مقاومت ضرب در طول هادی تقسیم بر سطح مقطع هادی. برای یک مقطع معین، برای به دست آوردن هادی کوتاهتر، از ماده ای با مقاومت بالا استفاده می شود.
مقاومت در برابر اکسیداسیون: گرما معمولاً اکسیداسیون فلزات و سرامیک ها را تسریع می کند. اکسیداسیون عنصر گرمایش را مصرف می کند و ظرفیت آن را کاهش می دهد یا به ساختار آن آسیب می رساند. این امر عمر عنصر گرمایش را محدود می کند. برای عناصر حرارتی فلزی، آلیاژها با اکسیدهایی تشکیل می شوند که با تشکیل یک لایه غیرفعال، در برابر اکسیداسیون مقاومت می کنند. برای عناصر گرمایش سرامیکی، مقیاس ضد اکسیداسیون محافظ SiO2 یا Al2O3 رایج ترین است. انواع عناصر گرمایشی که برای استفاده در محیط های اکسید کننده مناسب نیستند، مانند گرافیت، بیشتر در کوره های خلاء یا کوره های حاوی گازهای اتمسفر غیر اکسید کننده مانند H2، N2، Ar یا He که هوا وجود ندارد استفاده می شود. در محفظه گرمایش
ضریب مقاومت دمایی: توجه داشته باشید که مقاومت ماده با دما تغییر می کند. در بیشتر رساناها با افزایش دما، مقاومت افزایش می یابد. این پدیده بر برخی مواد بارزتر از سایرین تأثیر می گذارد. ضریب مقاومت دمای بالا عمدتاً در کاربردهای حرارتی استفاده می شود. برای تب، معمولاً ترجیح داده می شود از مقدار کمتری استفاده شود. اگرچه در برخی موارد می توان تغییرات مقاومت را به دقت پیش بینی کرد، اما برای تامین توان بیشتر نیاز به افزایش شدید مقاومت است. برای تطبیق سیستم با مقاومت در حال تغییر، از سیستم های کنترل یا بازخورد استفاده می شود.
خواص مکانیکی: عناصر گرمایش صلب هنگام استفاده در دماهای بالا تغییر شکل می دهند. با نزدیک شدن مواد به مرحله ذوب یا تبلور مجدد، احتمال ضعیف شدن و تغییر شکل مواد در مقایسه با حالتش در دمای اتاق بیشتر می شود. یک عنصر گرمایش خوب حتی در دماهای بالا نیز شکل خود را حفظ می کند. از سوی دیگر، شکل پذیری نیز یک ویژگی مکانیکی ایده آل است، به ویژه برای عناصر گرمایش فلز. شکلپذیری ماده را قادر میسازد تا به داخل یک نخ کشیده شود و بدون تأثیر بر استحکام کششی آن، شکل بگیرد.
نقطه ذوب: علاوه بر افزایش قابل توجه دمای اکسیداسیون، نقطه ذوب یک ماده نیز دمای عملیاتی آن را محدود می کند. سرامیک ها معمولا نقطه ذوب بالاتری نسبت به بخاری های فلزی دارند.