اختيار قطر قضيب الرصاص-وتصنيف الطاقة المحدد لعنصر التسخين

يتم تحديد قوة عنصر التسخين الكهربائي عادة من خلال درجة الحرارة ووقت التسخين لنظام التسخين. لذلك، بمجرد تحديد الطاقة والجهد، يجب أن تتوافق المادة وقطر الرصاص-في القضيب مع متطلبات التصميم. فيما يلي قائمة بالبيانات ذات الصلة المتعلقة بالمواد المستخدمة في تصنيع الرصاص-في القضيب.

نظرًا لأن عنصر التسخين يتم إغلاقه بشكل عام باستخدام سيليكون RTV بعد المعالجة، مع مقاومة لدرجة الحرارة تبلغ حوالي 250 درجة، فإن درجة حرارة التشغيل القصوى للسلك المحدد- في القضيب يجب أن تكون أقل من أو تساوي 250 درجة (الحد الأقصى لمقاومة درجة الحرارة لسيليكون RTV). فكيف يمكن ضمان هذا المطلب؟

دعونا نوضح ذلك بمثال تطبيقي: فكر في عنصر تسخين كهربائي 220 فولت 4000 وات مع سلك من الفولاذ المقاوم للصدأ -في قضيب بقطر خارجي يبلغ Φ2.6×75 مم. هل اختيار الحجم هذا صحيح ومعقول؟ ولا يمكننا تحديد صحته ومعقوليته إلا من خلال الحساب.

الحل: خذ قضيب رصاص Φ2.6 بطول 75 مم، أي ما يعادل 0.075 متر.

① التيار المتدفق عبر قضيب الرصاص هو:

أنا=P/U=4000/220 ≈ 18.18 أمبير

② احسب قيمة المقاومة بطول 75 مم وقطر خارجي Φ2.6 مم:

لأن R=ρ.L/S=0.7 × 0.075/3.142 × 1.32 ≈ 0.01 أوم

③ الطاقة P المتولدة عندما يتدفق 18.18 أمبير عبر قضيب الرصاص 75 مم هي:

P=I²R=18.18² × 0.01 ≈ 3.31 واط (أي، الطاقة المولدة بواسطة قضيب رصاص 75 مم هي 3.31 واط)

④ عند قطر 75 مم، يكون الحمل السطحي المقابل للسلك Φ2.6- في القضيب هو q_rod.

q_rod=P/S=3.31/3.142 × 0.26 × 7.5 ≈ 0.54 واط/سم²

⑤ عندما يتدفق تيار قدره 18.18 أمبير عبر سلك الفولاذ المقاوم للصدأ Φ2.6- في القضيب، فإن إجمالي الطاقة المولدة تكون 3.13 وات، ويكون الحمل السطحي المقابل للقضيب 0.54 وات/سم². استنادًا إلى العلاقة بين الحمل السطحي ودرجة الحرارة المقابلة لسطح الأنبوب، يمكن حساب درجة حرارة سطح الرصاص المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ -في القضيب بحوالي 200-220 درجة.

الاستنتاج: عندما يكون قطر الرصاص - في قضيب عنصر التسخين هذا Φ2.6، والتيار المتدفق عبره هو 18.18 أمبير، فإن درجة حرارة الرصاص - في القضيب تبلغ حوالي 200-220 درجة، وهي أقل من مقاومة درجة الحرارة العادية لمطاط السيليكون (250 درجة)، وبالتالي تلبية متطلبات التصميم. إذا تجاوزت درجة الحرارة مقاومة درجة الحرارة العادية لمطاط السيليكون (250 درجة)، يكون مطاط السيليكون عرضة للشيخوخة التدريجية والتشقق عند الرصاص-في درجة حرارة القضيب، مما يؤدي إلى انخفاض في الأداء العازل والكهربائي. قد يؤدي تجاوز مقاومة درجة الحرارة العادية أيضًا إلى كربنة السيليكون، مما يؤدي إلى انخفاض عزل عنصر التسخين وحتى الانهيار بين قضيب الرصاص والغلاف الخارجي بسبب كربنة السيليكون.

لمعالجة الوضع المذكور أعلاه، إذا تجاوزت درجة الحرارة 250 درجة، يمكن إجراء التحسينات التالية:

① اعتمادًا على القطر الخارجي لعنصر التسخين، إذا كانت Φ أكبر من أو تساوي 10 مم، يمكن زيادة القطر الخارجي أو طول قضيب الرصاص بشكل مناسب. يقلل هذا التعديل من المقاومة لكل وحدة طول ويقلل الحمل على سطح قضيب الرصاص. على الرغم من أن تيارًا يبلغ 18.18 أمبير لا يزال يتدفق عبر قضيب الرصاص، إلا أن درجة حرارة السطح ستنخفض إلى درجة حرارة يمكن أن يتحملها السيليكون أو حتى أقل.

② إذا كان قطر الأنبوب Φ أقل من أو يساوي 10 مم، والتيار لا يزال 18.18 أمبير، فيمكن إطالة مادة قضيب الرصاص أو تغييرها بشكل مناسب، مثل استخدام قضيب الرصاص من النيكل النقي. تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن مقاومة قضبان الرصاص الحديدية أقل من مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ، إلا أنه لا ينصح باستخدامها لأن قضبان الرصاص الحديدية عرضة للأكسدة، ولها قوة منخفضة، ومقاومة اتصال عالية، وهو أمر غير مرغوب فيه.