一、管状电热元件的设计要与整机的需求相匹配

 

我们知道，管状电热元件是电饭锅、电水壶、电烤箱、电热水器、电暖器等家用电器产品的常用加热元件，因此，管状电热元件的设计要考虑满足整机产品的使用需求。

 

工作温度是管状电热元件的重要参数之一，其设计的工作温度，以及额定电压、额定功率、形状、尺寸等，都要满足整机产品的设计需要，以确保整机产品有更好的用户体验。

 

二、基础数据的检测

 

对于给定的一个管状电热元件及其所将安装的整机，我们可以先检测一些基础数据。

 

1、使用万用表检测管状电热元件的冷态电阻Rc

 

检测冷态电阻时注意万用表的精度等级不宜低于1级，直流电阻的量程应与被测阻值相适应，即在被测量值应在量程的2/3~满量程范围。

 

2、记录测量Rc时的环境温度

 

如环境温度可控，应尽可能使环境温度保持在20℃。20℃时的冷态电阻记为R20。

 

3、使用电参数测量仪检测整机产品中元件的输入功率PT

 

读取输入功率数据时应注意，产品应在正常工作状态。即产品应施加额定电压，并在正常使用条件下的稳定工作状态。

 

必要时，也可以使管状电热元件在模拟条件下工作，即通过采取一些措施，使元件发热表面的平均温度与工作温度基本相符的工作条件下工作。

 

三、计算元件在工作温度下的电阻RT

 

在额定输入电压UN和输入功率PT已知情况下，运用欧姆定律可以求得计算元件在工作温度下的电阻RT，有：

 

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

 

四、计算元件在工作温度下的电阻温度因数kT

 

元件在工作温度下的电阻温度因数kT可通过下式计算：

 

kT =RT/R20  ························（2）

 

五、推算工作温度T

 

在元件使用的高电阻合金材料已知的情况下，通过查GB/T 1234-2012《高电阻电热合金》中的《高电阻电热合金电阻温度因素（修正系数）》表，可以推算工作温度T。

 

由于该表仅给出了每100℃间隔的电阻温度因素，必要时，可通过插值法推算工作温度。

（摘自GB/T 1234-2012《高电阻电热合金》）

 

六、示例

 

在此仍以《这家管状电热元件生产厂的产品设计有问题吗？》一文中的220V~ 350W规格案例为例，具体推算一下元件的工作温度。

 

在此以3个样品中的实测功率中间值342.4W为元件的输入功率PT，按式（1）计算，可得：

 

RT=UN2/PT  

 

   =2202/342.4

 

   ≈141.36（Ω）

 

以工厂设计的“中间值”138.2Ω作为元件在20℃时的冷态电阻R20，按式（2）计算，可得：

 

kT=RT/R20   

 

   =141.36/138.2

 

   ≈1.023

 

已知工厂元件的发热丝合金牌号为0Cr25Al5，查《高电阻电热合金电阻温度因素（修正系数）》表可知元件的工作温度约为500℃。

 

七、优化设计

 

1、元件冷态电阻中心值的确定

 

以上例中的220V 350W为例，工作温度下额定功率对应的元件的热态电阻RN400可由欧姆定律计算而得：

 

RN400=2202/350

 

        ≈138.3（Ω）

 

查《高电阻电热合金电阻温度因素（修正系数）》表可得工作温度500℃时0Cr25Al5合金的电阻温度因素K400为1.021。

 

对应的20℃时的冷态电阻RN20则为：

 

RN20=RN400/K400

 

      =138.3/1.021

 

      ≈135.5（Ω）

 

鉴于案例中工厂元件冷态电阻的过程能力较好，135.5Ω这一数值应可以考虑作为生产过程中的目标值。

 

2、元件冷态电阻上下限值的确定

 

由于元件冷态电阻的过程能力较好，可以考虑以±4%计算元件冷态电阻的上下限值，

 

即，上限值RU有：

 

RU=1.04RN20

 

       ≈140.9（Ω）

 

下限值RL有：

 

RL=0.96RN20

 

   ≈130.1（Ω）。

来源：世界认证地图

关键词： 电热元件