В зависимости от назначения нагревательные элементы выполняют открытыми или закрытыми. Закрытые подразделяются на негерметичные и герметичные.
Виды электронагревательных приборов
Íàãðåâàòåëüíûå ýëåìåíòû îòêðûòîãî òèïà ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñïèðàëè, îòêðûòî ðàçìåùåííûå â êàíàâêàõ ýëåêòðîèçîëÿöèîííîãî ìàòåðèàëà ñîîòâåòñòâåííîé ôîðìû èëè ñâîáîäíî ïîäâåøåííûå íà êðîíøòåéíàõ èç ýëåêòðîèçîëÿöèîííîãî ìàòåðèàëà. Ïåðåäà÷à òåïëà â íèõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì êîíâåêöèè è èçëó÷åíèÿ. Ê äîñòîèíñòâàì íàãðåâàòåëüíûõ ýëåìåíòîâ îòêðûòîãî òèïà îòíîñÿòñÿ ïðîñòîòà êîíñòðóêöèè, áûñòðîòà íàãðåâà, ëåãêîñòü ðåìîíòà è îòíîñèòåëüíî íèçêàÿ ñòîèìîñòü. Ê íåäîñòàòêàì — âîçìîæíîñòü çàìûêàíèÿ âèòêîâ ñïèðàëè âíåøíèìè ïðåäìåòàìè, ìåõàíè÷åñêîå ïîâðåæäåíèå ñïèðàëè, à òàêæå íåäîñòàòî÷íàÿ ýëåêòðîáåçîïàñíîñòü.
Íàãðåâàòåëüíûå ýëåìåíòû çàêðûòîãî òèïà íåãåðìåòè÷íûå (ðèñ. 1.1, à, á) âûïîëíÿþò èç ñïèðàëè èëè ëåíòû, ïîìåùåííîé â çàùèòíóþ îáîëî÷êó èç ýëåêòðîèçîëÿöèîííîãî ìàòåðèàëà, êîòîðàÿ ïðåäîõðàíÿåò åå îò ìåõàíè÷åñêèõ ïîâðåæäåíèé, íî íå ïðåïÿòñòâóåò äîñòóïó âîçäóõà.  êà÷åñòâå çàùèòíîé îáîëî÷êè èíîãäà ñëóæàò ÷åøóé÷àòûå êåðàìè÷åñêèå áóñû, êîòîðûå íàäåâàþòñÿ íà ñïèðàëü, íàâèòóþ èç íèõðîìîâîé èëè ôåõðàëåâîé ïðîâîëîêè. Ýëåìåíòû ïîäîáíîãî òèïà ðàíåå íàõîäèëè ïðèìåíåíèå â ÷àéíèêàõ è óòþãàõ. Îíè ïðîñòû ïî óñòðîéñòâó, íî îáëàäàþò íåáîëüøîé ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ. Ïðè ïîëîìêå æå èõ ìîæåò ïðîèçîéòè çàìûêàíèå ñïèðàëè íà êîðïóñ.
Íàãðåâàòåëüíûå ýëåìåíòû çàêðûòîãî òèïà â âèäå ñïèðàëè èç íèõðîìîâîé èëè ôåõðàëåâîé ïðîâîëîêè ïîìåùàþò òàêæå â ìåòàëëè÷åñêèé êîæóõ, ñîñòîÿùèé èç äâóõ êîëüöåâûõ ÷àøåê, çàïðåññîâàííûõ îäíà â äðóãîé. Âíóòðåííÿÿ ÷àñòü êîæóõà çàïîëíåíà ïîðîøêîîáðàçíîé ýëåêòðîèçîëÿöèîííîé ìàññîé. Òàêèå ýëåìåíòû ïðèìåíÿëèñü â ýëåêòðè÷åñêèõ ïëèòêàõ è óòþãàõ. Îíè íàäåæíû â ýêñïëóàòàöèè, íî íàãðåâàþò ïðèáîð ñðàâíèòåëüíî äîëãî.
Òðóá÷àòûå íàãðåâàòåëüíûå ýëåìåíòû çàêðûòîãî òèïà ãåðìåòè÷íûå ÿâëÿþòñÿ áîëåå ñîâåðøåííûìè.  íèõ èñïîëüçóþòñÿ òðóá÷àòûå íàãðåâàòåëè (ÒÝÍû), êîòîðûå ðàáîòàþò ïî ïðèíöèïó ïåðåäà÷è òåïëà èçëó÷åíèåì, êîíâåêöèåé è òåïëîïðîâîäíîñòüþ (ðèñ. 1.1, â).
Ðèñ. 1.1. Íàãðåâàòåëüíûå ýëåìåíòû çàêðûòîãî òèïà: à — â çàùèòíîé îáîëî÷êå èç êåðàìè÷åñêèõ áóñ; á — ïëàñòèí÷àòûé; â — òðóá÷àòûé; 1 — êåðàìè÷åñêèå áóñû; 2 — ïðîâîëîêà èç íèõðîìà èëè ôåõðàëÿ; 3 — ïëàñòèíà èç ìèêàíèòà; 4 — êîíòàêòíûå âûâîäû ýëåìåíòà; 5 — êîíòàêòíûå ñòåðæíè; 6 — íàãðåâàòåëüíàÿ ñïèðàëü; 7 — îáîëî÷êà; 8 — íàïîëíèòåëü; 9 — ãåðìåòè÷íàÿ ïðîáêà; 10 — êîíòàêòíàÿ ãàéêà; L — ðàçâåðíóòàÿ äëèíà íàãðåâàòåëÿ; La — àêòèâíàÿ äëèíà íàãðåâàòåëÿ; Lê — äëèíà êîíòàêòíîãî ñòåðæíÿ
ÒÝÍû èçãîòîâëÿþòñÿ íà íîìèíàëüíûå íàïðÿæåíèÿ 6, 12, 24, 36, 42, 110, 127 è 220 Â ïåðåìåííîãî è ïîñòîÿííîãî òîêà. Íîìèíàëüíûå äèàìåòðû, ìì: 5; 6,5; 7,4; 8; 8,5; 10. Ðàçâåðíóòàÿ äëèíà, ìì: 250, 280, 300, 320, 350, 380, 420, 450, 500, 560, 600, 630, 710, 800, 850, 900, 1000, 1200, 1400, 1700, 2000.
Òðóá÷àòûå ýëåêòðîíàãðåâàòåëè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìåòàëëè÷åñêóþ òðóáêó, âíóòðè êîòîðîé íàõîäèòñÿ íàãðåâàòåëüíàÿ ñïèðàëü, çàïðåññîâàííàÿ â ñïåöèàëüíîì íàïîëíèòåëå — ïåðèêëàçå.
Íàïîëíèòåëü îáåñïå÷èâàåò íàäåæíóþ ýëåêòðîèçîëÿöèþ è èìååò áîëüøóþ òåïëîïðîâîäíîñòü, ïîýòîìó èñïîëüçóåòñÿ òàêæå äëÿ óìåíüøåíèÿ ïåðåïàäà òåìïåðàòóð ìåæäó âíåøíåé òðóáêîé è íàãðåâàòåëüíîé ñïèðàëüþ.
Îáîëî÷êó 7 â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè èçãîòîâëÿþò èç íåðæàâåþùåé æàðîñòîéêîé ñòàëè, àëþìèíèåâûõ ñïëàâîâ èëè óãëåðîäèñòîé ñòàëè. Òîðöû ÒÝÍà ãåðìåòèçèðóþò äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïðîíèêíîâåíèÿ àòìîñôåðíîé âëàãè â íàïîëíèòåëü.
Ïðèíöèïèàëüíûå ïðåèìóùåñòâà ÒÝÍîâ ïåðåä äðóãèìè âèäàìè íàãðåâàòåëåé çàêëþ÷àþòñÿ â ñëåäóþùåì: ïîâåðõíîñòü íàãðåâàòåëÿ íå íàõîäèòñÿ ïîä ýëåêòðè÷åñêèì íàïðÿæåíèåì, ò. å. ýëåêòðîíàãðåâàòåëü ýëåêòðîáåçîïàñåí (ïðè çàçåìëåíèè âíåøíåé òðóáêè è ïðàâèëüíî âûáðàííûõ ïðåäîõðàíèòåëÿõ), åãî ìîæíî ïîìåùàòü â âîäó, æèäêèé ìåòàëë è ïð.; íàãðåâàòåëüíàÿ ñïèðàëü, çàïðåññîâàííàÿ â íàïîëíèòåëå (ïðè äîñòàòî÷íîé ãåðìåòèçàöèè òîðöîâ íàãðåâàòåëÿ), èìååò ìàëûé äèàìåòð ïðîâîëîêè è çíà÷èòåëüíûé ñðîê ñëóæáû; íàãðåâàòåëè íàäåæíî ðàáîòàþò ïðè âèáðàöèÿõ è çíà÷èòåëüíûõ óäàðíûõ íàãðóçêàõ (áëàãîäàðÿ ïëîòíîñòè íàáèâêè íàïîëíèòåëÿ); íàãðåâàòåëè ìîãóò èìåòü ëþáóþ ôîðìó; êîíñòðóêöèÿ íàãðåâàòåëÿ ïðîñòà.
Íàãðåâàòåëüíàÿ ñïèðàëü ÒÝÍà âûïîëíÿåòñÿ, êàê ïðàâèëî, èç ïðîâîëîêè äèàìåòðîì 0,2...1,6 ìì (ñïëàâû Õ20Í80 è Õ15Í60).
ÒÝÍ ìîæíî ñîãíóòü â ëþáóþ ôîðìó â õîëîäíîì ñîñòîÿíèè ïîñëå îòæèãà òðóáêè ïðè óñëîâèè, ÷òî ðàäèóñ èçãèáà áóäåò íå ìåíüøå 2,5 äèàìåòðà âíåøíåé òðóáêè (ïðè ýòîì ñïèðàëü âíóòðè òðóáêè ðàñïîëîæåíà ñòðîãî ïî åå îñè).
Ïðèìåð óñëîâíîãî îáîçíà÷åíèÿ ÒÝÍà ðàçâåðíóòîé äëèíîé 800 ìì, íîìèíàëüíîé äëèíîé êîíòàêòíîãî ñòåðæíÿ â çàäåëêå 50 ìì, äèàìåòðîì 8 ìì, ìîùíîñòüþ 1 êÂò, èçãîòîâëåííîãî èç ñòàëè ìàðêè 12Õ18Í10Ò, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ íàãðåâà ñëàáûõ ðàñòâîðîâ ïèùåâûõ êèñëîò íà íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå 220 Â: òðóá÷àòûé ýëåêòðîíàãðåâàòåëü ÒÝÍ-80-5-8/1 ÎÏ 220.
Âñå èìåþùèåñÿ â ïðèðîäå òåëà ñ òåìïåðàòóðîé âûøå àáñîëþòíîãî íóëÿ îáëàäàþò èíôðàêðàñíûì èçëó÷åíèåì. Èíôðàêðàñíûì ÿâëÿåòñÿ íàãðåâ îò ýëåêòðîíàãðåâàòåëåé, â êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ ïðîâîäíèêè ñ âûñîêèì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì.
 ïðàêòèêå ïîä èíôðàêðàñíûìè íàãðåâàòåëÿìè ïîíèìàþò òàêèå, ó êîòîðûõ ìàêñèìóì èçëó÷åíèÿ ïðèõîäèòñÿ íà èíôðàêðàñíóþ îáëàñòü ñïåêòðà ñ äëèíàìè âîëí îò 0,76 äî 3 ìêì. Èíôðàêðàñíûå ýëåêòðîíàãðåâàòåëè ïîäðàçäåëÿþò íà ñâåòëûå, èçëó÷àþùèå ïîìèìî èíôðàêðàñíûõ âèäèìûå ëó÷è, è òåìíûå, èçëó÷àþùèå ïðåèìóùåñòâåííî èíôðàêðàñíûå ëó÷è. Ê ñâåòëûì èçëó÷àòåëÿì îòíîñÿòñÿ ëàìïû íàêàëèâàíèÿ òèïà ÈÊÇ (èíôðàêðàñíàÿ çåðêàëüíàÿ) ñ âíóòðåííåé çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàïðàâëåííîãî ëó÷åâîãî ïîòîêà. Ê òåìíûì èçëó÷àòåëÿì èíôðàêðàñíûõ âîëí — îòêðûòûå ñïèðàëè è ÒÝÍû ñ òåìïåðàòóðîé íà ïîâåðõíîñòè 7ÎÎ...75ΰÑ.
Âèäû ýëåêòðîíàãðåâàòåëüíûõ ïðèáîðîâ
Ïî âèäó ýëåêòðîíàãðåâàòåëüíûå ïðèáîðû ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà ÷åòûðå ãðóïïû: áåç ðåãóëèðîâêè, ñ ðåãóëèðîâêîé òåìïåðàòóðû íàãðåâà, ñ ðåãóëèðîâêîé ìîùíîñòè, àâòîìàòè÷åñêèå ñ ïðîãðàììíûì óïðàâëåíèåì.
Äëÿ ðåãóëèðîâêè òåìïåðàòóðû â ïðèáîðàõ óñòàíàâëèâàþò òåðìîðåãóëÿòîðû, òåðìîîãðàíè÷èòåëè è òåðìîâûêëþ÷àòåëè.
Òåðìîðåãóëÿòîð — óñòðîéñòâî, ÷óâñòâèòåëüíîå ê òåìïåðàòóðå (ñ ðåãóëèðîâêîé òåìïåðàòóðû èëè áåç íåå), êîòîðîå ïðè íîðìàëüíîé ýêñïëóàòàöèè ñëóæèò äëÿ ïîääåðæàíèÿ òåìïåðàòóðû ïðèáîðà èëè åãî ÷àñòåé â îïðåäåëåííûõ ïðåäåëàõ ïóòåì àâòîìàòè÷åñêîãî âêëþ÷åíèÿ è îòêëþ÷åíèÿ öåïè.
Òåðìîîãðàíè÷èòåëü — óñòðîéñòâî, ÷óâñòâèòåëüíîå ê òåìïåðàòóðå, ñ ðåãóëèðîâêîé òåìïåðàòóðû èëè áåç íåå, êîòîðîå ïðè íîðìàëüíîé ýêñïëóàòàöèè ñëóæèò äëÿ âêëþ÷åíèÿ èëè îòêëþ÷åíèÿ öåïè, êîãäà òåìïåðàòóðà ïðèáîðà èëè åãî ÷àñòåé äîñòèãàåò çàðàíåå îïðåäåëåííîãî çíà÷åíèÿ. Òåðìîîãðàíè÷èòåëü ìîæåò áûòü ñ ðó÷íûìè âîçâðàòîì è áåç íåãî.
Òåðìîâûêëþ÷àòåëü — óñòðîéñòâî, êîòîðîå îãðàíè÷èâàåò òåìïåðàòóðó ïðèáîðà èëè åãî ÷àñòåé ïðè íåíîðìàëüíîé ðàáîòå ïóòåì àâòîìàòè÷åñêîãî ðàçìûêàíèÿ öåïè èëè óìåíüøåíèÿ âåëè÷èíû òîêà. Òåðìîâûêëþ÷àòåëü ìîæåò áûòü ñ ñàìîâîçâðàòîì è ñ ðó÷íûì âîçâðàòîì.
Ðåãóëèðîâêà ìîùíîñòè ïðèáîðà ìîæåò áûòü ñòóïåí÷àòîé è ïëàâíîé ñ ïîìîùüþ ðåîñòàòà.
Òåðìîîãðàíè÷èòåëè, òåðìîðåãóëÿòîðû è òåðìîâûêëþ÷àòåëè ðàáîòàþò ïî ïðèíöèïó èñïîëüçîâàíèÿ ðàçëè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé. Òàê, â îäíîì èç íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ òåðìîðåãóëÿòîðîâ — áèìåòàëëè÷åñêîì — èñïîëüçóåòñÿ ÿâëåíèå èçãèáàíèÿ òåðìîáèìåòàëëè÷åñêîé ïëàñòèíêè ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû.
 ìàíîìåòðè÷åñêîì òåðìîðåãóëÿòîðå èñïîëüçóåòñÿ ÿâëåíèå èçìåíåíèÿ îáúåìà (ïðè èçìåíåíèè äàâëåíèÿ) æèäêîñòè èëè ãàçà, çàïîëíÿþùèõ çàìêíóòóþ òåðìîñèñòåìó.
Áèìåòàëëè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñîñòîèò èç äâóõ èëè íåñêîëüêèõ ñëîåâ ìåòàëëîâ èëè ñïëàâîâ ñ ðàçëè÷íûìè êîýôôèöèåíòàìè òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ, ñâàðåííûõ ìåæäó ñîáîé ïî âñåé ïëîñêîñòè ñîïðèêîñíîâåíèÿ. Ñëîé ìåòàëëà èëè ñïëàâà ñ áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ íàçûâàåòñÿ àêòèâíûì ñëîåì, ñ ìåíüøèì — ïàññèâíûì. Ïàññèâíûé ñëîé èçãîòîâëÿþò îáû÷íî èç èíâàðà (ñïëàâ æåëåçà ñ íèêåëåì). Íèêåëü ñîñòàâëÿåò 35...37%, îñòàëüíîå — æåëåçî è ïðèìåñè. Íèêåëü ïðè òåìïåðàòóðå îò -60 äî +Þ0°Ñ ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåò ñâîèõ ðàçìåðîâ. Àêòèâíûé ñëîé èçãîòîâëÿþò èç ëàòóíè, ëåãèðîâàííîé ñòàëè è äð.
Ðåãóëÿòîðû òåìïåðàòóðû è ìîùíîñòè ïî ñêîðîñòè çàìûêàíèÿ è ðàçìûêàíèÿ êîíòàêòîâ ïîäðàçäåëÿþò íà áûñòðî- è ìåäëåííîäåéñòâóþùèå. Áûñòðîäåéñòâóþùèå ðåãóëÿòîðû ñëîæíåå ïî êîíñòðóêöèè, îáåñïå÷èâàþò ìãíîâåííîå çàìûêàíèå è ðàçìûêàíèå êîíòàêòîâ, ÷òî èñêëþ÷àåò èõ ïîäãîðàíèå è îáåñïå÷èâàåò áîëüøîé ñðîê ñëóæáû.
Ðàçìûêàíèå è çàìûêàíèå êîíòàêòîâ ìåäëåííîäåéñòâóþùèõ ðåãóëÿòîðîâ ïðîèñõîäèò â çàâèñèìîñòè îò ñêîðîñòè èçãèáàíèÿ òåðìîáèìåòàëëà. Òàêèå ðåãóëÿòîðû ïðîùå ïî êîíñòðóêöèè, íî èç-çà èñêðåíèÿ êîíòàêòîâ ìåíåå äîëãîâå÷íû è ñîçäàþò ïîìåõè ðàäèîïðèåìó.