Саморегулирующийся обогреватель

Нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом (нагревательный элемент PTC) или саморегулирующийся нагреватель представляет собой электрический нагреватель сопротивления , сопротивление которого значительно увеличивается с температурой. Название «саморегулирующийся нагреватель» происходит от тенденции таких нагревательных элементов поддерживать постоянную температуру при подаче заданного напряжения.

Нагревательные элементы PTC представляют собой разновидность термистора .

Характеристики

Нагревательные элементы PTC имеют большие положительные температурные коэффициенты сопротивления , что означает, что при подаче постоянного напряжения элемент производит большое количество тепла при низкой температуре и меньшее количество тепла при высокой температуре. Для сравнения, большинство электрических нагревательных элементов также имеют положительные температурные коэффициенты, но эти коэффициенты настолько малы, что элементы производят примерно одинаковое количество тепла независимо от температуры. ^[1]

Саморегулирующийся

Некоторые нагревательные элементы PTC рассчитаны на резкое изменение сопротивления при определенной температуре. Эти элементы называются саморегулирующимися , поскольку они имеют тенденцию поддерживать температуру, даже если приложенное напряжение ^[1] или тепловая нагрузка ^[2] изменения. Ниже этой температуры элемент производит большое количество тепловой энергии, которая имеет тенденцию повышать температуру нагревательного элемента. Выше этой температуры элемент производит небольшую тепловую мощность, что приводит к его охлаждению.

В некоторых приложениях эта саморегулирующаяся характеристика позволяет использовать нагреватели PTC без термостатов или схем защиты от перегрева. ^[1] Одним из очень важных применений саморегулирующихся нагревательных элементов является обеспечение того, чтобы нагревательный элемент не стал настолько горячим, что мог повредить сам себя или другие части нагревателя. В некоторых случаях, когда нагревательный элемент непосредственно подключен к нагреваемому предмету, саморегулирующийся нагреватель также может обеспечить адекватный контроль температуры нагреваемого предмета.

Однако во многих приложениях требуется контроль двух температур. Например, в обогревателях используются нагревательные элементы, температура которых намного превышает температуру обогреваемого помещения. В этих случаях термостат может лучше определять и контролировать температуру нагреваемого предмета. Тем не менее, саморегулирующийся нагревательный элемент все же можно использовать, чтобы предотвратить повреждение нагревательного элемента самого себя или других частей нагревателя.

Быстрый прогрев

Если известно количество тепла, необходимое для поддержания желаемой температуры, можно выбрать нагревательный элемент PTC, обеспечивающий правильное количество тепла при желаемой температуре. Такой нагревательный элемент будет быстро нагреваться, поскольку при низких температурах он выделяет больше тепла. Напротив, обычный нагревательный элемент, который производит необходимое количество тепла при желаемой температуре, будет производить такое же количество тепла при низкой температуре, что приводит к длительному времени прогрева.

Регулируемая тепловая мощность

В некоторых приложениях желательно регулировать тепловую мощность (обычно измеряемую в ваттах), а не регулировать температуру. Теплоотдачу любого электрического нагревательного элемента можно регулировать путем регулирования потребляемой электрической мощности. Нагревательные элементы PTC также можно регулировать косвенно. Например, нагревательный элемент PTC с резким изменением сопротивления при определенной температуре может быть оснащен источником постоянного напряжения и вентилятором с регулируемой скоростью. Когда вентилятор работает на низкой мощности, нагревательный элемент потребляет лишь небольшой ток, что приводит к низкой тепловой мощности. Когда вентилятор работает на высокой мощности, воздух отводит больше тепла, а нагревательный элемент реагирует на это, производя больше тепла. ^{[ нужна ссылка ]}

Регулируемая температура

Если возможность регулировать температуру более важна, чем поддержание фиксированной температуры, то можно использовать материал PTC, сопротивление которого плавно меняется с температурой. Температуру, которую имеет такой материал, можно регулировать путем изменения приложенного напряжения.

Возможно большее количество форм нагревательных элементов

Нагревательные элементы PTC могут иметь больше форм, чем обычные нагревательные элементы. Обычные нагревательные элементы должны быть длинными и тонкими (часто свернутыми в спираль для экономии места), чтобы предотвратить поглощение тока . Если бы элемент был сделан толстым или неправильной формы, то для электрического тока было бы более одного пути. Путь с наименьшим сопротивлением будет нагреваться сильнее, чем остальная часть элемента. В тяжелых случаях это может привести к каскадному отказу, когда путь наименьшего сопротивления перегревается и выходит из строя, перенаправляя ток к другим частям элемента, что также приводит к их перегреву и выходу из строя.

Элементы PTC могут быть изготовлены толстыми или неправильной формы, поскольку, если один путь через элемент нагревается больше, чем остальные, сопротивление пути увеличится, перенаправляя электрический ток без перегрева. ^{[ нужна ссылка ]}

Одним из применений нагревательного элемента специальной формы является увеличение площади поверхности нагревательного элемента. Большая площадь поверхности означает, что элемент может работать при более низкой температуре и при этом выделять большое количество тепла. Более низкая температура может сделать обогреватель более безопасным. Однако другие меры безопасности могут обеспечить безопасность обычных обогревателей. ^{[ нужна ссылка ]}

Еще одним применением нагревательного элемента специальной формы является точное соответствие форме нагреваемого предмета, что помогает поддерживать температуру объекта, близкую к той же температуре, что и нагревательный элемент. ^{[ нужна ссылка ]}

материалы ПТК

Нагревательные элементы с положительным температурным коэффициентом могут быть изготовлены из нескольких материалов.

Керамический тип

Хотя наиболее распространенные керамические материалы являются электрическими изоляторами, некоторые из них проводят электричество с положительным температурным коэффициентом. Такие керамические нагревательные элементы PTC часто называют «камнями». ^[1]^[3]

Полимер

Некоторые полимеры подходят в качестве нагревательных материалов PTC. У них есть то полезное свойство, что их можно изготавливать в виде чернил. Нагревательные элементы сложной формы легко изготовить с помощью печатной техники. Если чернила напечатаны на гибкой подложке, то весь нагревательный элемент может быть гибким. ^[4]

Одним из типов полимера является каучук PTC , который представляет собой разновидность силиконового каучука.

Операция

Поскольку нагревательные элементы PTC представляют собой разновидность термистора, они имеют одинаковые принципы работы. Детали зависят от типа материала, но широко используемым классом материалов является кристаллическая керамика. В процессе производства добавляются легирующие примеси, придающие материалу полупроводниковые свойства. Эти материалы имеют несколько отрицательные температурные коэффициенты при низких и высоких температурах, однако существует промежуточный температурный диапазон, в котором они имеют полезные положительные температурные коэффициенты. Эти материалы имеют критическую температуру, при которой удельное сопротивление меняется весьма заметно. Эту температуру называют температурой Кюри , поскольку магнитные свойства материала также заметно изменяются.

Температурный коэффициент нагревательного элемента PTC обычно является функцией температуры. Уравнение Стейнхарта – Харта часто используется для аппроксимации этой функции. В некоторых случаях, когда нагреватель используется только в узком температурном диапазоне, может быть достаточно простого линейного уравнения.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Как выбрать нагреватель PTC для духовки или аналогичного устройства» . Технологическое отопление : 26 мая 2005 г. ISSN 1077-5870 – через ProQuest.
^ Фабиан, Ян (12 июня 1996 г.). «Отопление термисторами PTC». ЭДН . 41 (12А). UBM Canon – через Gale Academic OneFile.
^ Мусат Р.; Хелерея, Э. (2009). «Новые решения по совершенствованию системы отопления автомобиля» (PDF; 529 КБ) . Вестник Трансильванского университета Брашова . Я. 2 . Брашов, Румыния: 303–310. ISSN 2065-2119 – через Proquest Central.
^ Лемон, Тодд Дж. (сентябрь 1995 г.). «Печатные толстопленочные обогреватели». Производитель бытовой техники . 43 (9). BNP Media: 32. ISSN 0003-679X .

Внешние ссылки

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Как выбрать нагреватель PTC для духовки или аналогичного устройства» . Технологическое отопление : 26 мая 2005 г. ISSN 1077-5870 – через ProQuest.

[2] Фабиан, Ян (12 июня 1996 г.). «Отопление термисторами PTC». ЭДН . 41 (12А). UBM Canon – через Gale Academic OneFile.

[3] Мусат Р.; Хелерея, Э. (2009). «Новые решения по совершенствованию системы отопления автомобиля» (PDF; 529 КБ) . Вестник Трансильванского университета Брашова . Я. 2 . Брашов, Румыния: 303–310. ISSN 2065-2119 – через Proquest Central.

[4] Лемон, Тодд Дж. (сентябрь 1995 г.). «Печатные толстопленочные обогреватели». Производитель бытовой техники . 43 (9). BNP Media: 32. ISSN 0003-679X .

[1]

[2]

[3]

[4]