Grejna ploča se široko koristi u raznim uređajima za grijanje, čija se jezgra oslanja na grijaći element, pa šta je grijaći element? Koja su svojstva grijaćih elemenata? Ovaj članak će vas navesti da shvatite.
1. Šta je grijaći element?
Grijaći element je materijal ili uređaj koji pretvara električnu energiju direktno u toplinu ili toplinsku energiju kroz princip koji se naziva grijanje u džulu. Zagrijavanje u džulu je pojava u kojoj provodnik stvara toplinu zbog protoka električne struje. Kada električna struja teče kroz materijal, elektroni ili drugi nosioci naboja sudaraju se s ionima ili atomima vodiča, stvarajući trenje na atomskoj skali. Ovo trenje se tada manifestuje kao toplota. Prvi Jouleov zakon (Joule-Lenzov zakon) koristi se za opisivanje topline koju stvara električna struja u vodiču. Ovo se izražava kao,
P=IV ili P=I²R
Prema ovim jednačinama, generirana toplina ovisi o struji, naponu ili otporu materijala provodnika. U dizajnu cijelog grijaćeg elementa, otpor je važan faktor.
Princip zagrijavanja originala
Zagrijavanje u džulu vidljivo je u svim provodljivim materijalima različitog intenziteta, osim u posebnom materijalu koji se naziva supravodič. Općenito, za provodljive materijale se stvara manje topline jer nosioci naboja lako prolaze kroz njih; Za materijale sa visokom otpornošću stvaraće se više toplote. Superprovodnici, s druge strane, dozvoljavaju struji da teče bez stvaranja toplote. Općenito, toplina iz vodiča se klasificira kao gubitak energije. Električna energija koja se koristi za pogon energetske opreme stvara nepotrebnu toplinu u obliku gubitaka u prijenosu i na kraju ne proizvodi nikakav koristan rad.
U određenom smislu, efikasnost električnog grijaćeg elementa je skoro 100 posto, budući da se sva isporučena energija pretvara u predviđeni oblik. Grijaći element ne samo da provodi toplinu, već i prenosi energiju kroz svjetlost i zračenje. Međutim, ovo se odnosi samo na neke idealne otpornike. Inherentna kapacitivnost i induktivnost materijala pretvaraju električnu energiju u električna i magnetna polja, što rezultira malim gubicima. Uzimajući u obzir cijeli sistem grijača, gubitak dolazi od topline koja se odvodi iz procesnog fluida ili samog grijača u vanjsko okruženje. Zbog toga sistem mora biti izolovan da bi iskoristio svu proizvedenu toplotu.
Drugo, svojstva grijaćeg elementa
Kada struja prolazi, gotovo svi provodnici mogu proizvesti toplinu. Međutim, nisu svi vodiči prikladni za grijaće elemente. Potrebna je prava kombinacija električnih, mehaničkih i hemijskih svojstava. Sljedeće su neke od karakteristika koje su važne za dizajn grijaćih elemenata.
Otpornost: Za stvaranje topline, grijaći element mora imati dovoljan otpor. Međutim, otpor ne može biti dovoljno visok da postane izolator. Otpor je jednak otpornosti pomnoženoj sa dužinom provodnika podeljenom sa poprečnim presekom provodnika. Za dati poprečni presjek, kako bi se dobio kraći vodič, koristi se materijal visoke otpornosti.
Otpornost na oksidaciju: Toplina obično ubrzava oksidaciju metala i keramike. Oksidacija troši grijaći element, smanjujući njegov kapacitet ili oštećujući njegovu strukturu. To ograničava vijek trajanja grijaćeg elementa. Za metalne grijaće elemente, legure se formiraju s oksidima, koji pomažu u otpornosti na oksidaciju formiranjem sloja pasivacije. Za keramičke grijaće elemente najčešća je zaštitna antioksidacijska skala SiO2 ili Al2O3. Vrste grijaćih elemenata koji nisu prikladni za upotrebu u oksidirajućim sredinama, kao što je grafit, najčešće se koriste u vakuumskim pećima ili pećima koje sadrže neoksidirajuće atmosferske plinove kao što su H2, N2, Ar ili He, gdje nema zraka u komori za grejanje.
Temperaturni koeficijent otpornosti: Imajte na umu da se otpornost materijala mijenja s temperaturom. U većini vodiča otpor raste kako temperatura raste. Ova pojava utječe na neke materijale izraženije od drugih. Visokotemperaturni koeficijent otpornosti uglavnom se koristi u termičkim aplikacijama. Za groznicu je obično poželjno koristiti nižu vrijednost. Iako se promjene otpora mogu precizno predvidjeti u nekim slučajevima, potrebno je oštro povećanje otpora da bi se osigurala veća snaga. Da bi se sistem prilagodio promjenljivoj otpornosti, koriste se kontrolni ili povratni sistemi.
Mehanička svojstva: Kruti grijaći elementi se deformiraju kada se koriste na visokim temperaturama. Kako se materijal približava fazi topljenja ili rekristalizacije, veća je vjerovatnoća da će materijal oslabiti i deformirati u odnosu na stanje na sobnoj temperaturi. Dobar grijaći element zadržava svoj oblik čak i na visokim temperaturama. S druge strane, duktilnost je također idealno mehaničko svojstvo, posebno za metalne grijaće elemente. Duktilnost omogućava materijalu da se uvuče u navoj i oblikuje bez uticaja na njegovu vlačnu čvrstoću.
Tačka topljenja: Pored značajno povećane temperature oksidacije, tačka topljenja materijala takođe ograničava njegovu radnu temperaturu. Keramika općenito ima višu tačku topljenja od metalnih grijača.