Методика расчёта нагревателя из нихромовой проволоки

Как провести расчет параметров?

Первый шаг – указать количество проводов и спиралей для намотки. Это может 1 провод, два койла, что актуально для создания намотки на дрипку или другого аналогичного атомайзера.


Далее фиксируется тип спирали. Наиболее распространенные: микро, когда витки прижимаются друг к другу, и клэптон, когда один провод обматывается другим по типу гитарной струны. Для проводов также указывается диаметр, а точнее – сечение соединения.

Диаметр витка – это характеристика, базируемая на диаметре основы. К примеру, для дрипки чаще всего берется 2,5 мм, что оптимально для комфортного парения. Количество витков подбирается индивидуально. Это может быть целый или половинный виток. Чем больше, тем сложнее проходит разогрев, требует больше времени. Поэтому с данным параметром большинство парильщиков экспериментирует, подбирая значение под себя.

Финальные параметры – тип провода и шкала напряжения. Для намоток чаще всего применяется Kantal A1.

С помощью онлайн калькулятора намотки проводят расчёты, необходимые для установки от 1 до 4 спиралей и определения подходящего диапазона мощности тока для их оптимальной работы. Поддерживаются расчеты для койлов, которые состоят максимум из 6-ти паралелных проводов, диаметром от 0.10 до 1.02 миллиметров. Рекомендованная калькулятором спирали мощность позволяет избегать перегрева жидкости, слишком быстрого «коксования» койлов, подгорания ваты, которое сильно влияет на вкусовые свойства намотки. Рассмотрим функционал калькулятора и ознакомимся с исходными параметрами:

  1. Количество проводов: укажите число паралельних проводов в спирали.
  2. Количество спиралей: поставьте необходимое число койлов для установки.
  3. Тип спирали: укажите вариант:
  • Normal – расположение витков отдельное.
  • Micro – плотно прилегающие друг к другу витки.
  • Clapton – у провода дополнительная оплётка из другой проволоки с меньшим поперечным сечением (внешний вид: как струна для гитары).

Диаметр провода – укажите величину диаметра. Диаметр витка – поставьте число, равное диаметру базы для намотки. Число витков – укажите количество витков. Доступен выбор полного витка и половины. Если используете две сплетенные между собой проволки, то отметьте подпункт «Косичка». Длина ножки — длина проволоки от окончания спирали до крепления. Тип провода – смотрите маркировку на упаковке. Распространённый — Kanthal A1. Шкала Battery – рабочее напряжение. Онлайн-калькулятор даст подсказку про подходящее значение. Всё зависит от сопротивления. Синий цвет означает, что койлы будут нагреваться плохо, зеленый – оптимальная величина, красный цвет указывает на перекал.

Сферы применения нихромовой проволоки

Специфические свойства нихрома нашли своё применение в различных сферах деятельности, как бытового, так и промышленного характера.

Всевозможные разновидности этого сплава используются в качестве нагревательных элементов различных приборов: электрических печей, сушилок, термопар, а также в керамических изделиях, исполняя роль несущего каркаса.

Нихромовая проволока, как основной исполнительный орган электронагревательных приборов, в большинстве случаев представляет собой спираль, через которую пропускают электрический ток заданного значения. Такая форма признана наиболее оптимальной для данных устройств, так как позволяет добиться большей теплоотдачи за счет увеличения длины токопроводящего элемента. Высокая степень пластичности представленного материала существенно увеличивает срок службы таких устройств, ввиду высокой устойчивости к деформациям.

Где же взять нихромовую проволоку в домашних условиях? Этот сплав повсеместно используется в различных бытовых приборах. Их примерами могут служить электрообогреватели, фены, паяльники, тостеры и духовки. Кроме этого, их применяют в электронных сигаретах.

Нихромовая проволока: критерии выбора

Реализация проекта по созданию различных видов электротермического оборудования предполагает тщательный анализ номинальных эксплуатационных параметров, который и послужит отправной точкой в расчете ключевых показателей нихромовой проволоки.

В первую очередь необходимо рассчитать электрическое сопротивление рабочего элемента. Оно зависит от трех физических величин, а именно: удельное сопротивления материала, его длина и площадь поперечного сечения. Формула расчета активного сопротивления выглядит следующим образом: R = ρ · l / S.

Для получения недостающих данных необходимо произвести расчет длины спирали. В зависимости от приложенного на неё напряжения, следует остановиться на наиболее оптимальном значении длины проволоки, её диаметра, а также размера сердечника. Для того чтобы избавить себя от трудоёмких расчетов, можно воспользоваться сводной таблицей, в которой приводятся значения длины спирали, в зависимости от диаметра проволоки и сердечника для нихрома диаметром от 0,2 до 0,5 мм.

D 0,2 мм D 0,3 мм D 0,4 мм D 0,5 мм
D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

D сердечника,

(мм)

Длина спирали

(см)

1,5 49 1,5 59 1,5 77 2 64
2 30 2 43 2 68 3 46
3 21 3 30 3 40 4 36
4 1 4 22 4 28 5 30
5 13 5 18 5 24 6 26
6 20

Представленная таблица применима для расчета длины спирали при использовании напряжения 220 В. Например, для проволоки диаметром 0,4 мм и диаметром сердечника равным 3 мм, длина спирали для бытовой электросети составит 40 см. Стоит отметить, что при помощи данной таблицы не составит труда рассчитать искомое значение для напряжения 380 В. Для этого достаточно подобрать нужные данные и составить пропорцию следующего вида: 220 В – 40 см / 380 В – х.

В том случае, если под рукой не оказалось мерительного инструмента и определить диаметр проволоки не представляется возможным, всегда можно воспользоваться простым, но в то же время действенным способом. Для этого достаточно взять обыкновенный карандаш и намотать на него проволоку, плотно прижимая виток за витком. В том случае, если 10 витков спирали укладываются в 1 мм. длины карандаша, то диаметр проволоки будет составлять 1\10 мм.

Особенности и свойства

Главными составными частями нихромовой проволоки являются хром и никель. Также в нем присутствуют такие добавки, как кремний, железо, алюминий, марганец.

Обычно этот вид продукции реализуется в мотках, катушках, при необходимости ее отмеряют и отрезают.

Об основных свойствах нихрома можно узнать из следующей таблицы.

Параметры

Показатели

Температура нагрева, плавления

850- 110 градусов по Цельсию

Прочность

650 – 700 МПа

Коэффициент удельного сопротивления на 1 метр

1100-1140 ом

Плотность

Менее 8500 кг/м3

У нихрома небольшой вес, за счет этого материал часто применяют для производства всевозможных электроприборов. Для проволоки не характерна потеря рабочих характеристик в жидкости и средах агрессивного вида. Благодаря хрому на материале возникает пленка, что держит его в изоляции от негативного воздействия внешних факторов. Свойства этого сплава подробно описаны в ГОСТ 10994-74, ГОСТ 8803-89, ГОСТ 12766.1-90.

Упомянем особенности, за счет которых нихром считается ценным металлом.

  1. Не ржавеет, что отличает его от иных схожих материалов.
  2. Имеет значительное сопротивление относительно удельного тока. Благодаря этому нихромовой проволоки требуется намного меньше, нежели стальной, для изготовления какого-либо приспособления. Ко всему прочему данная особенность способствует тому, что предметы из нихрома имеют небольшие габариты и весят мало.
  3. Не деформируется, не горит под влиянием высокой температуры.
  4. Характеризуется эластичностью, что позволяет без труда менять форму проволоки.

Недостаток у нихромового сплава один – это высокая цена, но она никак не уменьшает спрос на данный тугоплавкий материал.

Он не способен создавать соединений во время применения флюса. Чтобы осуществить данную процедуру, потребуется соблюдать некоторую последовательность использования паяльных инструментов. Припоем в данном случае может служить оловянно-свинцовый сплав.

Также стоит отдельно подготовить флюс, компонентный состав которого должен быть в строгости дозирован. Основными компонентами вещества являются вазелин технического происхождения, глицерин и хлористый цинк. Чтобы смесь получилась идеальной консистенции потребуется тщательно смешать все вышеперечисленные компоненты. Наждачной бумагой потребуется ликвидировать остатки загрязнений и окисленных образований. После этого участок стоит протереть ватой, наложить флюс и осуществляют пайку.

Виды спиралей

Внутриматочные спирали изготавливаются из пластика и бывают двух видов: спирали, содержащие медь (серебро) и спирали, содержащие гормоны. Их размер – 3X4 см. Выбор метода контрацепции и самой спирали происходит на приеме у гинеколога. Самостоятельно этого делать не стоит. Внутриматочная спираль устанавливается гинекологом во время месячных . Она невелика по размерам и напоминает по форме букву Т.

Медная спираль изготавливается из медной проволоки . Ее особенностью является способность действовать на матку таким образом, что яйцеклетка не может к ней прикрепиться. Этому способствуют два медных усика.

Гормональная спираль имеет контейнер, который содержит прогестин. Этот гормон предотвращает наступление овуляции. В случае использования гормональной внутриматочной спирали сперматозоиды не могут оплодотворять яйцеклетку. Как отмечают женщины, при использовании такой спирали менструации становятся более скудными и менее болезненными. Однако вреда это не приносит, потому что связано с действием гормонов, находящихся внутри спирали. Гинекологи рекомендуют женщинам, страдающим болезненными месячными , установку гормональной спирали.

Методики расчета

По сопротивлению

Давайте разберемся как рассчитать длину нихромовой проволоки по мощности и сопротивлению. Расчёт начинается с определения требуемой мощности. Представим, что, нам нужна нить из нихрома для паяльника малых размеров мощностью в 10 Ватт, который будет работать от блока питания на 12В. Для этого у нас есть проволока диаметром 0.12 мм.

Простейший расчет длины нихрома по мощности без учета нагрева выполняется так:

Определим силу тока:

P=UI

I=P/U=10/12=0,83 A

Расчет сопротивления нихромовой проволоки проводим по закону Ома:

R=U/I=12/0,83=14,5 Ома

Длина проволоки равна:


l=SR/ρ,

где S – площадь поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление.

Или по такой формуле:

l= (Rπd2)/4ρ

Но сначала нужно рассчитать удельное сопротивление для нихромовой проволоки диаметром 0.12мм. Оно зависит от диаметра – чем он больше, тем меньше сопротивление.

L=(14.5*3,14*0.12^2)/4*1,1=0,149м=14,9см

Тоже самое можно взять из ГОСТ 12766.1-90 табл. 8, где указана величина в 95.6 Ом/м, если по ней пересчитать, то получится почти тоже самое:

L=Rтреб/Rтабл=14,4/95,6=0,151м=15,1см

Для нагревателя мощностью 10 ватт, который питается от 12В, нужно 15.1см.

Если вам нужно выполнить расчет числа витков спирали, чтобы её свить из нихромовой проволоки такой длины, то используйте следующие формулы:

Длина одного витка:

l1=π(D+d/2),

Количество витков:

N=L/(π(D+d/2)),

где L и d – длина и диаметр проволоки, D – диаметр стержня на котором будут мотать спираль.

Допустим мы будем мотать нихромовую проволоку на стержень диаметром 3 мм, тогда расчеты проводим в миллиметрах:

N=151/(3,14(3+0,12/2))=15,71 витков

Но при этом нужно учитывать, способен ли вообще нихром такого сечения выдержать этот ток. Подробные таблицы для определения максимального допустимого тока при определенной температуре для конкретных сечений приведены ниже. Простыми словами – вы определяете, до скольки градусов должна греться проволока и выбираете её сечение для расчётного тока.

Также учтите, что если нагреватель находится внутри жидкости, то ток можно увеличить в 1.2-1.5 раз, а если в замкнутом пространстве, то наоборот – уменьшить.

По температуре

Проблема приведенного выше расчёта в том, что мы считаем сопротивление холодной спирали по диаметру нихромовой нити и её длине. Но оно зависит от температуры, при этом же нужно учитывать при каких условиях получится её достичь. Если для резки пенопласта или для обогревателя такой расчет еще применим, то для муфельной печи он будет слишком грубым.

Приведем пример расчетов нихрома для печи.

Сначала определяют её объём, допустим 50 литров, далее определяют мощность, для этого есть эмпирическое правило:

  • до 50 литров – 100Вт/л;
  • 100-500 литров – 50-70 Вт/л.

Тогда в нашем случае:

P=Pэмп*V=50*100=5 кВт.

Дальше считаем силу тока и сопротивление:

Для 220В:

I=5000/220=22.7 Ампера

R=220/22.7=9,7 Ом

Для 380В при подключении спиралей звездой, расчет будет следующим.

Делим мощность на 3 фазы:

Pф=5/3=1,66 кВт на фазу

При подключении звездой, к каждой ветви прикладывается 220В (фазное напряжение, может отличаться в зависимости от вашей электроустановки), тогда ток:

I=1660/220=7.54 А

Сопротивление:

R=220/7.54=29.1 Ом

Для соединения треугольником рассчитываем по линейному напряжению 380В:

I=1660/380=4.36 А

R=380/4.36=87.1 Ом

Для определения диаметра учитывают удельную поверхностную мощность нагревателя. Рассчитаем длину, удельные сопротивления берем с табл. 8. ГОСТ 12766.1-90, но прежде определим диаметр.

Для расчета удельной поверхностной мощности печи используют формулу.

Bэф (зависит от теплопринимающей поверхности) и a (коэф. Эффективности излучения) – выбираются по следующим таблицам.

Итак, для нагрева печи до 1000 градусов, возьмём температуру спирали в 1100 градусов, тогда по таблице подбора Вэф выбираем значение в 4,3 Вт/см2, а по таблице подбора коэффициента а – 0,2.

Вдопэф*а=4,3*0.2= 0,86 Вт/см2 =0.86*10^4 Вт/м2

Диаметр определяют по формуле:

рт – удельное сопротивление материала нагревателя при заданной t, определяется по ГОСТ 12766.1, таблица 9 (приведена ниже).

Для нихрома Х80Н20 – 1,025

рт201000=1.13*10^6*1.025=1.15*10^6 Ом/мм

Тогда для подключения к трёхфазной сети по схеме «Звезда»:

d=1,23 мм

Длина рассчитывается по формуле:


L=42м

Проверим значения:

L=R/(p*k)=29.1/(0.82*1.033)=34м

Значения отличаются из-за высокой температуры спирали, проверка не учитывает ряда факторов. Поэтому примем за длину 1 спирали – 42м, тогда для трёх спиралей нужно 126 метров нихрома 1,3 мм.

Технические параметры

При выборе продукции из нихрома важно учитывать следующие особенности:

  • номинальное удельное сопротивление;
  • диаметр, сечение и вес;
  • фактическое сопротивление и рабочие температурные границы в зависимости от физических параметров.

Номинальные значения основной параметрической характеристики определяются ГОСТом и зависят от марки и состава.

Марка

Удельное сопротивление, Ом*м

Х20Н80

1175

Х15Н60-Н

1150-1210

ХН70Ю-Н

1300

ХН20ЮС

1020

Диаметр проволоки-нихрома определяет ее сечение, вес мотка и соответственное объективное сопротивление.

Диаметр, мм

Площадь сечения, мм2

Вес на 100 м, г

Сопротивление, Ом

0,1

0,079

6,5

127

0,15

0,018

14,5

55-60

0,3

0,07

58

14-15

0,4

0,126

103

8

0,5

0,196

161

5

Таким образом, вес проволоки (нихром) на 100 метров продукции прямо пропорционален ее размерам, а диаметр и площадь сечения – обратно пропорциональны фактическому сопротивлению.

Рабочая температура зависит не только от химического состава, но и от параметрических характеристик.

Марка

Рабочая температура, ˚С

диаметр продукции, мм

0,2

0,4

1,0

3,0

Х20Н80

950


1000

1100

1150

Х15Н60-Н

900

950

1000

1075

ХН70Ю-Н

950

1000

1100

1175

ХН20ЮС

900

950

1000

1050

Диаметр проволоки, изготавливаемой производителями, представляется в пределах 0,05-12 мм, а ленты – 0,15-3,2 мм.

Чем можно заменить?

Выход из строя элемента нагрева различных бытовых приборов в настоящее время не редкость. Часто техника нуждается в смене рабочей спирали, что считается неотъемлемой частью электроплитки, утюга, чайника. В данном случае достойной альтернативой нихромовой проволоке считается нержавейка.

У данных материалов практически совпадает сопротивление. Однако стоит помнить, что нержавейка имеет низкие показатели устойчивости к процессу окисления. Чтобы заменить нихромовый сплав, можно воспользоваться оплеткой от старого шланга, где имеются армированные нержавеющие волокна. Нихром – это уникальный металл с высокими эксплуатационными характеристиками, поэтому он довольно востребован в настоящее время.

Где можно взять нихромовую проволоку смотрите далее.

Расчет сопротивления

Сопротивление намотки является ее главной характеристикой, которая зависит от следующих параметров спирали:

  • длина;
  • толщина;
  • показатель сопротивления исходного материала.

Создавая собственную намотку, следует помнить о том, что увеличение толщины спирали и количества ее витков повышает площадь нагрева. Это необходимо учитывать при выборе мода. Если спираль будет достаточно большой, то она либо не поместится в электронную сигарету, либо не нагреется до необходимого уровня.

Рассчитать сопротивление намотки довольно легко, если вспомнить школьный курс физики. Речь идет о законе Ома: R=U/I, где R – сопротивление материала, U – напряжение и I – сила тока. Также при расчете данного показателя необходимо учитывать длину спирали, количество колец и другое.

Кроме того, невозможно добиться низкого сопротивления, если используются маломощные моды. Исключением в данном случае являются титановые и никелевые намотки. Но и они могут в итоге привести к поломке всего мода.

  • тип провода;
  • количество проводов и спиралей;
  • диаметр провода и витка;
  • расстояние между отдельными витками и другое.

В итоге калькулятор показывает количество витков, которые необходимо сделать, чтобы добиться заданных параметров.

Post Views:

378

Создание индивидуальной намотки – процесс кропотливый и творческий, но подчиняющийся некоторым техническим правилам.

Вейп-калькулятор намотки спирали – это незаменимый помощник для парильщика, который предпочитает экспериментировать, а не тратиться на уже готовые решения.

Почему сопротивление на вейпе скачет?

Очень актуальная для вейперов проблема: бывает так, что в процессе парения сопротивление скачет на разные величины. Выдает 1,6 Ом, а спустя несколько минут показатель меняется уже на 2 Ом.

Этому есть несколько объяснений:

  1. Крепежные винты, с помощью которых намотка фиксируется на базе, закручены недостаточно сильно.
  2. Сопротивление получившегося сэтапа не подходит для электронки или самого испарителя.
  3. Слабая затяжка испарителя и вейпа.
  4. Проблемы в функциональности контролирующей платы.

Давайте попытаемся разобраться с подобной неприятностью. Используя специальный тестер или другой мод, на котором есть возможность контроля показателей намотки, измеряем величину сопротивления спирали.

За неимением возможности провести измерения, но зная количество витков, диаметральный размер проволоки, диаметр шнуру, можно забить эти данные в специальный калькулятор, и приблизительное сопротивление сэтапа будет известно.

Если полученные результаты отвечают нормам, то идем дальше. Слегка отпускаем фиксационные винты, проверяем подключение концов намотки и производим повторную затяжку креплений. Снова тестируем электронку. Вейп заработал – отлично, нет, продолжаем искать проблему неисправности.

У разных материалов сопротивление может сильно разниться.

В инструкции к электронной сигарете, которая обязательно должна идти в комплекте вместе с модом, смотрим значение величины сопротивления. Если эти данные не совпадают, то единственный выход – перемотать атомайзер, выполнив необходимое количество завитков. Снова тестируем гаджет. Все хорошо – наслаждаемся парением, нет, работаем дальше.

Третьей причиной того, что сопротивление на электронке постоянно скачет, может быть тот фактор, что атомайзер имеет плохой контакт или же на самом вейпе контакты передавлены. Тут достаточно проверить размер концов спирали и сами контакты на наличие загрязнений и прочих нюансов, которые могут привести к плохому коннекту испарителя и мода. Проверяем, и, если неисправность не возникла, радуемся.

Если же все это не помогло устранить проблему и сопротивление на атомайзере продолжает скакать, то, вероятнее всего, неисправность в контролирующей плате. К сожалению, решить эту проблему самостоятельно крайне сложно. И если вы не профессионал в этом деле, то лучше доверьте свой мод специалистам.

Но дело может быть и не в испарителе. Если на вейп поставить работающий атомайзер и проблема останется, то виной всему сам гаджет. Тут либо ремонт, который, как правило, не помогает решить проблему, либо полная замена девайса.

Пайка нихрома

Как же качественно припаять нихромовую проволоку, ведь этот сплав очень тугоплавкий и не создаёт прочного соединения при использовании обычного флюса.

Данная процедура предполагает соблюдение определенной последовательности действий в работе со специальными паяльными материалами. В качестве припоя в данном случае используют оловянно-свинцовые материалы ПОС 61, ПОС 50. Отдельного внимания требует подготовка флюса. Его компонентный состав строго дозирован и готовится на основе таких компонентов: технический вазелин – 100 г., цинк хлористый (в форме порошка) – 7 г., глицерин – 5 г. Рабочую смесь флюса получают после тщательного перемешивания всех представленных компонентов.

Подготовка рабочей поверхности заключается в удалении загрязнений и окисных образований при помощи наждачной бумаги. Затем обработанный участок протирают ваткой, смоченной в спиртовом растворе хлористой меди, накладывают флюс и производят пайку.

Нередко возникают проблемы при лужении нихрома с медными выводами. Традиционный флюс на основе канифоли в данном случае будет неэффективен. На выручку придёт обыкновенная лимонная кислота. Для одного провода достаточно использовать 2-3 г. её порошка. Травление в таком случае не представляет никаких затруднений. Впоследствии, для удаления кислоты, провод кладут на канифоль и облуживают.

Заключение

В завершении нашей публикации хочется подвести небольшой итог:

  1. Прежде чем приступать к обслуживанию своего вейпа, обязательно ознакомьтесь с правилами проведения подобной процедуры. Кроме этого нужно хоть немножечко разбираться в физике, ну или хотя бы знать, что такое сопротивление на спирали, как его регулировать и от чего зависит его показатели.
  2. Помните, неправильно проведенный расчет сопротивления или же купленная неподходящая готовая спираль может стать причиной некачественного процесса парения, поломки гаджета или, того хуже, навредит здоровью вейпера.
  3. Для реализации намотки отдавайте предпочтение только качественным расходникам. Такой подход позволит сделать добротную, качественную и хорошо работающую спираль для электронной сигареты.
  4. Если вы пользуетесь покупными спиралями, то старайтесь подбирать их так, чтоб они хорошо становились на вашу базу. Здесь речь идет преимущественно об эксплуатационных характеристиках самой электронки, то есть, потянет ли она тот или иной сэтап.

Вот, собственно, и все, что мы хотели донести до вашего сведения. Надеемся, эта инфа поможет вам организовать качественное обслуживание своей электронной сигареты. А какая намотка стоит на вашем вейпе: покупная или самодельная?

И какая, по вашему мнению, из них лучше показывает себя в процессе парения?

Со временем каждый вейпер сталкивается с тем, что намотка спирали требует замены. Выполнить эту процедуру можно самостоятельно. Для тех, для кого электронная сигарета стала неизменным спутником, и отказаться от нее невозможно, на рынке сегодня представлены готовые намотки на спираль. Правда, такие изделия не предоставляют тех преимуществ, которыми обладают продукты собственного изготовления.

Сделав намотку на спираль, можно добиться следующего:

  1. Получить сопротивление, отличающееся от фабричного. Например, у клиномайзеров для сигаретной затяжки этот показатель равен 1,5 Ома. Чтобы изменить сопротивление, необходимо либо приобрести новую спираль, либо сделать иную намотку самостоятельно.
  2. Менять ощущения от парения в зависимости от текущих потребностей. В частности, опытный вейпер, самостоятельно создавая намотку на спираль, может задавать температуру пара и силу удара, который испытывает горло.
  3. Снизить расходы на электронные сигареты. Собственные намотки обходятся гораздо дешевле, так как цены на расходные материалы ниже, чем стоимость готовой продукции.

Чтобы создать собственную намотку на спираль, нужно приобрести атомайзеры.


С этим читают