· Итак, эти два параметра найдены. Но вопрос – а зачем они нужны далее?
— Во-первых, по этим исходным значениям несложно определить требуемое сопротивление нагревательного элемента.
R = U: I
R – общее сопротивление нагревательного элемента.
Имея значение общего сопротивления и зная удельное сопротивление проволоки, которая используется для изготовления нагревательных спиралей, можно найти длину проводника, из которого эта спираль будет навиваться.
— Во-вторых, есть еще один важный момент – сила тока напрямую влияет на выбор сечения проволоки. Дело в том, что если применить материал с заниженными возможностями, то слишком большой ток вызовет его быстрый перегрев, плавление или перегорание.
Можно воспользоваться таблицей, приведенной ниже.
Таблица допустимого соответствия сечения нихромовой проволоки силе тока в цепи и температуре нагрева.
| D (мм) | S (мм ²) | Температура разогрева проволочной спирали, °C | ||||||
| Максимальная допустимая сила тока, А | ||||||||
| 19.6 | ||||||||
| 12.6 | ||||||||
| 7.07 | 22.3 | 37.5 | 54.5 | |||||
| 2.5 | 4.91 | 16.6 | 27.5 | 46.6 | 57.5 | 66.5 | ||
| 3.14 | 11.7 | 19.6 | 28.7 | 33.8 | 39.5 | |||
| 1.8 | 2.54 | 16.9 | 24.9 | 33.1 | 43.2 | |||
| 1.6 | 2.01 | 8.6 | 14.4 | 24.5 | 32.9 | |||
| 1.5 | 1.77 | 7.9 | 13.2 | 19.2 | 22.4 | 25.7 | ||
| 1.4 | 1.54 | 7.25 | 17.4 | 23.3 | ||||
| 1.3 | 1.33 | 6.6 | 10.9 | 15.6 | 17.8 | 24.4 | ||
| 1.2 | 1.13 | 9.8 | 15.8 | 18.7 | 21.6 | 24.3 | ||
| 1.1 | 0.95 | 5.4 | 8.7 | 12.4 | 13.9 | 16.5 | 19.1 | 21.5 |
| 0.785 | 4.85 | 7.7 | 10.8 | 12.1 | 14.3 | 16.8 | 19.2 | |
| 0.9 | 0.636 | 4.25 | 6.7 | 9.35 | 10.45 | 12.3 | 14.5 | 16.5 |
| 0.8 | 0.503 | 3.7 | 5.7 | 8.15 | 9.15 | 10.8 | 12.3 | |
| 0.75 | 0.442 | 3.4 | 5.3 | 7.55 | 8.4 | 9.95 | 11.25 | 12.85 |
| 0.7 | 0.385 | 3.1 | 4.8 | 6.95 | 7.8 | 9.1 | 10.3 | 11.8 |
| 0.65 | 0.342 | 2.82 | 4.4 | 6.3 | 7.15 | 8.25 | 9.3 | 10.75 |
| 0.6 | 0.283 | 2.52 | 5.7 | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 9.7 | |
| 0.55 | 0.238 | 2.25 | 3.55 | 5.1 | 5.8 | 6.75 | 7.6 | 8.7 |
| 0.5 | 0.196 | 3.15 | 4.5 | 5.2 | 5.9 | 6.75 | 7.7 | |
| 0.45 | 0.159 | 1.74 | 2.75 | 3.9 | 4.45 | 5.2 | 5.85 | 6.75 |
| 0.4 | 0.126 | 1.5 | 2.34 | 3.3 | 3.85 | 4.4 | 5.7 | |
| 0.35 | 0.096 | 1.27 | 1.95 | 2.76 | 3.3 | 3.75 | 4.15 | 4.75 |
| 0.3 | 0.085 | 1.05 | 1.63 | 2.27 | 2.7 | 3.05 | 3.4 | 3.85 |
| 0.25 | 0.049 | 0.84 | 1.33 | 1.83 | 2.15 | 2.4 | 2.7 | 3.1 |
| 0.2 | 0.0314 | 0.65 | 1.03 | 1.4 | 1.65 | 1.82 | 2.3 | |
| 0.15 | 0.0177 | 0.46 | 0.74 | 0.99 | 1.15 | 1.28 | 1.4 | 1.62 |
| 0.1 | 0.00785 | 0.1 | 0.47 | 0.63 | 0.72 | 0.8 | 0.9 | |
| D - диаметр нихромовой проволоки, мм | ||||||||
| S - площадь поперечного сечения нихромовой проволоки, мм² |
Обратите внимание – допустимая сила тока для нихромовых проводников различного сечения зависит ещеи от температуры нагрева. Таким образом, в таблице необходимо выбрать то значение сечения нихромовойпроволоки, которое будет соответствовать и температурному режиму, в котором планируется эксплуатация муфельной печи, и рассчитанной величине силы тока.
При этом оба исходных параметра должны приводиться к табличным в большую сторону. То есть, если температурный режим предполагается, скажем, в 640 градусов, используем столбец для 700 градусов. И если рассчитанная сила тока, например, 13,1 А, то ближайшее большее значение в таблице – 13.9 А. Продолжая приведенный пример, в левой части таблицы находим, что потребуется нихромовая проволока диаметром не менее 1.1 мм, и, соответственно, с площадью поперечного сечения 0,95 мм².
Такое приведение к ближайшим табличным значениям не особо скажется на точности результата. Но зато тем самым будет задан и определенный эксплуатационный запас возможностей нагревательного элемента.
Важный нюанс. В таблице указан и диаметр проволоки (первый столбец), и площадь ее поперечного сечения (второй столбец). Почему важно знать еще и площадь сечения проводника? Потому что расчетдальше будет вестись с опорой на величину удельного сопротивления, которое выражается в Ом×мм²/м, то есть учитывающее именно площадь и длину проводника (которую нам как раз и требуется найти).
· Итак, сопротивление нагревателя выражается формулами:
— через силу тока и напряжение:
R = U / I
— через характеристики проводника
R = ρ × L / S
ρ — удельное сопротивление нихромового проводника, Ом×мм²/м;
L — длина проводника, м;
S — площадь поперечного сечения проводника, мм².
Отсюда недолго получить и интересующую нас в конечном счёте формулу:
L = (U / I) × S / ρ
· Итак, почти все величины известны, за исключением удельного сопротивления нихромовой проволоки. А это – табличная величина, которая зависит от марки применяемого сплава, и, в незначительное мере, еще и от диаметра проволоки.
Оговоримся сразу, что просто для упрощения изложения ранее и далеее упоминается нихромовая проволока. Но на практике для изготовления нагревательной спирали может быть использована как нихромовая (чаще всего используются сплавы Х20Н80-Н, Х15Н60 или Х15Н60-Н), так и фехралевая (самая распространенная – из сплава Х23Ю5Т).
— Нихромовая проволока (из названия понятно, что доминирующими компонентами сплава являются никель и хром) — более прочная, долговечная, не меняет существенно своих качеств при сильном нагреве, пластичная, хорошо поддаётся обработке. Недостаток – высокая цена. Кроме того, по показателям жаропрочности проигрывает фехралю.
— Фехралевая проволока (фехраль – от сокращений феррум, то есть железо, хром и алюминий) обладает более высоким сопротивлением, то есть при других равных показателях обеспечивает большее выделение тепла. Жаропрочность тоже выше, чем у нихрома. Явным достоинством такой проволоки является ее куда более доступная цена. Но по многим другим параметрам, и главным образом – по своей долговечности, материал серьезно проигрывает. Так, при высоких температурах (свыше 1000 градусов) теряется пластичность – проволока становится ломкой. Наличие в составе железа предопределяет коррозионную неустойчивость спирали во влажной среде. Может вступать в химические реакции с шамотной футеровкой муфельной камеры. Чрезмерно большое линейное расширение при нагреве. Тем не менее, довольно популярный материал, видимо, в силу высокой теплоотдачи и доступной стоимости.
Фехралевая проволока значительно дешевле и обладает более высокими показателями теплоотдачи. Но по большинству важных критериев все же серьезно проигрывает нихромовой.
Ниже в таблице приведены значения удельного сопротивления для проволоки различных марок и диаметров:
| Марка нихромового сплава, из которого изготовлена проволока | Диаметр проволоки, мм | Величина удельного сопротивления, Ом×мм²/м |
| Х23Ю5Т | независимо от диаметра | 1.39 |
| Х20Н80-Н | 0,1÷0,5 включительно | 1.08 |
| 0,51÷3,0 включительно | 1.11 | |
| более 3 | 1.13 | |
| Х15Н60или Х15Н60-Н | 0,1÷3,0 включительно | 1.11 |
| более 3 | 1.12 |
Как видно, для проволоки из наиболее распространённых нихромовых сплавов и в диапазоне самых употребляемых диаметров, этот показатель равен 1,11 Ом×мм²/м. то есть можно без особого риска потерять в точности вычислений остановиться именно на этом значении. Впрочем, если есть необходимость и желание, можно оперировать и более точными цифрами, взяв их из таблицы.
И вновь, чтобы не утруждать нашего читателя расчетами «на бумажке» предложим воспользоваться онлайн-калькулятором: