No Image

Удельное сопротивление нихромовой проволоки таблица

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Нихромовая спираль — это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения. Проволока изготавливается из нихрома — прецизионного сплава, главными компонентами которого являются никель и хром. «Классический» состав этого сплава — 80% никеля, 20% хрома. Композицией наименований этих металлов было образовано название, которым обозначается группа хромоникелевых сплавов — «нихром».

Самые известные марки нихрома — Х20Н80 и Х15Н60. Первый из них близок к «классике». Он содержит 72-73 % никеля и 20-23 % хрома. Второй разработан с целью снижения стоимости и повышения обрабатываемости проволоки. Содержание никеля и хрома в нем уменьшено – до 61 % и до 18 % соответственно. Но увеличено количество железа – 17-29 % против 1,5 у Х20Н80.

На базе этих сплавов были получены их модификации с более высокой живучестью и стойкостью к окислению при высокой температуре. Это марки Х20Н80-Н (-Н-ВИ) и Х15Н60 (-Н-ВИ). Они применяются для нагревательных элементов, контактирующих с воздухом. Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации – от 1100 до 1220 °С

Применение нихромовой проволоки

Главное качество нихрома – это высокое сопротивление электрическому току. Оно определяет области применения сплава. Нихромовая спираль применяется в двух качествах — как нагревательный элемент или как материал для электросопротивлений электрических схем.

Для нагревателей используется электрическая спираль из сплавов Х20Н80-Н и Х15Н60-Н. Примеры применений:

  • бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
  • ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
  • нагреватели для промышленных печей и термооборудования.

Сплавы Х15Н60-Н-ВИ и Х20Н80-Н-ВИ, получаемые в вакуумных индукционных печах, используют в промышленном оборудовании повышенной надежности.

Спираль из нихрома марок Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры. Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

Как навить спираль из нихрома

Резистивная или нагревательная спираль может быть изготовлена в домашних условиях. Для этого нужна проволока из нихрома подходящей марки и правильный расчет требуемой длины.

Расчёт спирали из нихрома опирается на удельное сопротивление проволоки и требуемую мощность или сопротивление, в зависимости от назначения спирали. При расчете мощности нужно учитывать максимально допустимый ток, при котором спираль нагревается до определенной температуры.

Учет температуры

Например, проволока диаметром 0,3 мм при токе 2,7 А нагреется до 700 °С, а ток в 3,4 А нагреет ее до 900 0 С. Для расчета температуры и тока существуют справочные таблицы. Но еще нужно учитывать условия эксплуатации нагревателя. При погружении в воду теплоотдача повышается, тогда максимальный ток можно повысить на величину до 50 % от расчетного. Закрытый трубчатый нагреватель, наоборот, ухудшает отвод тепла. В этом случае и допустимый ток необходимо уменьшить на 10—50 %.

На интенсивность теплоотвода, а значит и на температуру нагревателя, влияет шаг навивки спирали. Плотно расположенные витки дают более сильный нагрев, больший шаг усиливает охлаждение. Следует учитывать, что все табличные расчеты приводятся для нагревателя, расположенного горизонтально. При изменении угла к горизонту условия теплоотвода ухудшаются.

Расчет сопротивления нихромовой спирали и ее длины

Определившись с мощностью, приступаем к расчету требуемого сопротивления. Если определяющим параметром является мощность, то вначале находим требуемую силу тока по формуле I=P/U. Имея силу тока, определяем требуемое сопротивление. Для этого используем закон Ома: R=U/I.

Обозначения здесь общепринятые:

  • P – выделяемая мощность;
  • U – напряжение на концах спирали;
  • R – сопротивление спирали;
  • I – сила тока.

Расчет сопротивления нихромовой проволоки готов. Теперь определим нужную нам длину. Она зависит от удельного сопротивления и диаметра проволоки. Можно сделать расчет, исходя из удельного сопротивления нихрома: L=(Rπd 2 )/4ρ. Здесь:

  • L – искомая длина;
  • R – сопротивление проволоки;
  • d – диаметр проволоки;
  • ρ – удельное сопротивление нихрома;
  • π – константа 3,14.

Но проще взять готовое линейное сопротивление из таблиц ГОСТ 12766.1-90. Там же можно взять и температурные поправки, если нужно учитывать изменение сопротивления при нагреве. В этом случае расчет будет выглядеть так: L=R/ρld, где ρld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

Теперь сделаем геометрический расчет нихромовой спирали. У нас выбран диаметр проволоки d, определена требуемая длина L и есть стержень диаметром D для навивки. Сколько нужно сделать витков? Длина одного витка составляет: π(D+d/2). Количество витков – N=L/(π(D+d/2)).

На практике редко кто занимается самостоятельной навивкой проволоки для резистора или нагревателя. Проще купить нихромовую спираль с требуемыми параметрами и при необходимости отделить от нее нужное количество витков.

Читайте также:  Советы по шитью трикотажа

Цель работы : Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки при комнатной температуре.

Приборы и принадлежности : Установка ФПМ 01.

Известно, что сила тока на участке электрической цепи равна I , сопротивление этого участка R и падение напряжения U , на этом участке, связаны законом Ома:

Сопротивление проводника зависит: от материала, из которого изготовлен проводник (от удельного сопротивления ρ ), его длины l и площади поперечного сечения S . Эта зависимость представлена соотношением:

Физическая природа электрического сопротивления проводников, в частности металлов, наглядно объясняется на основе классической теории электропроводности металлов, базирующейся на понятии электронного газа. Сопротивление металлов обусловлено столкновениями электронов с узлами и дефектами кристаллической решетки проводника.

Зависимость сопротивления проводников от температуры не может быть объяснена в рамках только классической теории электропроводности металлов. Такое объяснение может быть дано лишь на основе квантовой теории электропроводности металлов, с учетом волновых свойств электронов.

В настоящей работе для определения сопротивления проводников используется установка ФМП 01. На схемах 1 и 2 представлены различные способы подключения вольтметра:

Определение удельного сопротивления проволоки сводится к измерению сопротивления заданного участка проволоки R пр. с помощью амперметра и вольтметра, измерению его длины l и вычислению площади ее поперечного сечения S .

Согласно закону Ома для участка цепи:

Полученное значение сопротивления R представляет собой сумму последовательно соединенных, неизвестного сопротивления R х и сопротивления миллиамперметра R mA:

При параллельном соединении неизвестного сопротивления и сопротивления вольтметра R V , неизвестное сопротивление R X определяется соотношением:

. (2.30)

Таким образом, определив по соотношению (2.28) общее сопротивление электрической цепи R , и зная сопротивления миллиамперметра R mA и вольтметра R V , можно, используя соотношения (2.29) и (2.30), рассчитать неизвестное сопротивление R X для различных схем включения.

Определив неизвестное сопротивление R X , и воспользовавшись соотношением (2.27) можно определить удельное сопротивление проводника:

Длина проволоки l определяется по линейке прибора, площадь поперечного сечения проволоки диаметром d равна . Расчетная формула для удельного сопротивления примет вид:

Порядок выполнения работы

1. Установить подвижный контакт, с помощью которого изменяется длина нихромовой проволоки, в среднее положение.

2. В таблицу измерений и вычислений занести длину и диаметр проволоки, параметры измерительных приборов, сопротивление амперметра и вольтметра.

3. Включить кнопку “сеть” на лицевой панели прибора. При этом должна загореться индикаторная лампочка.

4. Кнопки на передней панели прибора поставить в положение В-А и схема.1.

5. Ручкой “регулировка тока” установить значение 50 мА.

6. Измерить напряжение, занести показания амперметра и вольтметра в таблицу.

7. Ручкой “регулировка тока” установить значение сначала 100 мА, затем 150 мА.

8. Для каждого случая измерить напряжение, занести показания миллиамперметра и вольтметра в таблицу 2.7.

9. Кнопку на передней панели прибора поставить в положение схема 2 .

10. Выполнить пункты 5-8 для схемы 2. Записать в таблицу 2.8.

11. Используя формулы (2.28) – (2.31) вычислить значения удельного сопротивления.

14. Сравнить полученный результат с табличным, сделать вывод по результатам исследования.

Т а б л и ц а 2.7

Измерения и вычисления для схемы 1

Современная техника ставит серьезные требования к показателям соответствия ее составных материалов реальным условиям работы. Одним из высокотехнологичных сплавов является нихром. Проволока и приборы, содержащие ее, отличаются стойкостью к агрессивным обстоятельствам функционирования.

История открытия

Сплав представляет собой соединение никеля с хромом, с вариациями добавления железа, марганца, алюминия, силиция.

Изначально имел два пути зарождения. Корни лежат в научных исследованиях относительно и модификации их свойств. Ni и Cr – составляющие высококачественных коррозионностойких и жаропрочных сталей.

Как двухкомпонентный сплав из никеля и хрома, он был открыт в 1906 году в США. Сегодня применяются его различные модификации, в том числе трехкомпонентные на основе железа.

Основные свойства

Материалом для современной нагревательной техники бытового и промышленного назначения является, несомненно, проволока нихром. Свойства ее соответствуют наивысшим технологическим требованиям.

  1. Удельное электрическое сопротивление: в пределах 1100-1400 Ом*м.
  2. Температура плавления – около 1400˚С, что позволяет функционировать при 800-1100˚С. Предельно допустимое значение для работы зависит от состава. Так, содержание железа снижает ее до 850-900˚С, для чистого двухкомпонентного она равна 1100˚С.
  3. Плотность: 8000-8500 кг/м 3 .
  4. Высокая прочность (σ в =650-700 МПа); показатели сохраняются в условиях кислотной агрессивной среды и значительных температур.
  5. Хорошая пластичность вместе с показательной твердостью позволяет производить прокатывание и волочение.
Читайте также:  Тепловые завесы промышленные электрические вертикальные

Отличительные характеристики

Среди наиболее востребованной электротехнической продукции на рынке – проволока нихром. этого компонента электронагревательной техники исключительно высоко, что позволяет иметь широкий спрос.

Важной особенностью металла является стойкость его к высокотемпературному окислению в нормальных и агрессивных условиях. Ключевую роль тут играет хром. Элемент образовывает на поверхности соответствующую оксидную пленку, которая осуществляет защитную функцию. Она же отвечает за соответствующий темный цвет материала, который сменяется характерным бело-серым при механическом снятии окисленного слоя.

Стоит отметить, что непосредственный контакт с кислотами все же разрушает его, даже более, чем коррозионностойкий вольфрам.

Двухкомпонентный сплав не имеет магнитных характеристик. Они возникают для многокомпонентных его модификаций, однако имеют ослабленные показатели.

Нихромовая проволока отличается жесткостью, не поддается простому силовому влиянию.

Систематизируем информацию о том, как определить проволоку нихром, преимущественно, как отличить ее от внешне похожих материалов:

  1. Белый цвет нового металла, темный – ранее проработанного.
  2. Отрицательная или минимальная магнитность.
  3. Жесткость.
  4. Разрушение под действием кислот, устойчивость к окислению под влиянием высоких температур.

Марочная номенклатура

Существующие марки отличаются по составу, представляют ассортимент сплава нихром. Проволока имеет широкое использование, которое определяется индивидуальными свойствами каждого.

  • 1 группа – резисторный материал: Х20Н80, Х20Н73ЮМ-ВИ, Н80ХЮД-ВИ, Х15Н60.
  • 2 группа – металл для нагревательных элементов бытового и промышленного назначения с повышенными характеристиками жаропрочности: Х20Н80-Н-ВИ, Х15Н60-Н, ХН70Ю-Н, Х20Н80-Н, ХН20ЮС.
  • 3 группа – для работы при температурах до 900˚С: Н50К10, Х25Н20.

При этом диаметр проволоки нихрома первой группы составляет 0,009-0,4 мм, а для второй – 0,2-7,5 мм.

«Сородичами» являются канталы или фехрали – сплавы хрома, алюминия и железа. Они характеризуются также высоким электрическим сопротивлением, стойкостью к жару в пределах 1250-1400˚С, однако меньшей надежностью, хотя и невысокой стоимостью (Х23Ю5, Х13Ю4, Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х15Ю5).

Расшифровка марок

Свойства и назначение продукции из нихрома определяются ее химическим составом. Рассмотрим основные из них.

  • Х20Н73ЮМ-ВИ: хром – 20%, никель – 73%, алюминий – 3%, молибден – 1,5%, марганец – до 0,3%, титан – до 0,05%, железо – 2%, углерод – до 0,05%; выплавлен с помощью вакуумно-индукционного метода;
  • ХН70Ю-Н: Cr – 27%, Ni – 70%, Al – 3%, Mn – до 0,3%, Cs – до 0,03%, Ba – до 0,1%, Fe – до 1,5%, C – до 0,1%; предназначен для электронагревательных элементов;
  • ХН20ЮС: Cr – 20%, Ni – 20%, Al – 1 %, Zn – до 0,2%, Ca – до 0,1%, Si – 2,5%, Fe – 50%, C – до 0,08% – для нагревателей промышленных печей.

Виды продукции

Выбор любого сплава, который характеризуется качественными технологическими и механическими характеристиками, должен быть обоснованным и регламентированным. Особенно когда речь идет о высокой стоимости. Таким высокотехнологичным и дорогостоящим материалом является проволока нихром. Гост 8803-89, 12766.1-90, 12766.3-90, 12766.4-90 определяет требования, особенности маркировки и применения. В соответствии со стандартами и в зависимости от типажа, металл представлен в продаже в виде проволоки или лент, выбор которых зависит от диаметра, сечения, длины, особенностей использования.

Соответственный прокат является исходным для промышленного изготовления ленточных зигзагов, проволочных спиралей.

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.

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

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.

Рабочая температура, ˚С

диаметр продукции, мм

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

Применение

Качество всегда оправдывает стоимость. То же касается и сплава нихром. Проволока и ленты из этого материала имеют широкое использование в тех сферах, где любые другие металлы не смогли бы их заменить. Высокое стойкость к окислению, качественные механические характеристики, в том числе для агрессивных сред, высокотемпературные условия работы – все это позволяет использовать его в различных сферах.

  • Термопары металлургических электронагревательных печей.
  • Конструкционные элементы для индукционного металлоплавильного оборудования.
  • Промышленные вентиляционные сушки.
  • Детали котлов и теплообменников.
  • Электротехническое производство: резисторы и реостаты.
  • Некоторые электроды для сварки.
  • Одножильные и многожильные электрические провода.
Читайте также:  Угольный фильтр для водопровода

Является основным конструкционным элементом для всех современных бытовых приборов:

  • ТЭНы в электрических чайниках, бойлерах, кипятильниках, обогревателях.
  • Нагревательные элементы в фенах, плойках, утюгах.
  • Автомобильные свечи и системы обогрева.
  • Электронные сигареты.

Пожалуй, цена – единственный недостаток материала нихром. Проволока двухкомпонентного типа никель-хром будет более дорогая. Содержание железа и снижение количества никеля, в свою очередь, регламентируют меньшую стоимость, однако не предоставляют тех возможностей, что Х20Н80. Выбор зависит от технических потребностей.

Выбирая продукцию из нихрома, актуально оперировать информацией о химическом составе интересующей марки, ее электропроводности и сопротивлении, физических характеристиках диаметра, сечения, длины. Немаловажно интересоваться документацией соответствия, а также уметь визуально отличить сплав от его «конкурентов». Правильно выбранный материал – залог надежности техники и технологии его задействования.

Основной материал для изготовления нагревательных элементов для электрических печей. Нихром специально разработан для этой цели и поэтому в максимальной степени удовлетворяет всем .

Нихром – общее название группы сплавов, состоящих, в зависимости от марки сплава, из 55-78 % никеля, 15-23 % хрома, с добавками марганца, кремния, железа, алюминия.Первая группа объединяет сплавы, состоящие, по существу, из никеля и хрома, содержание железа в них невелико (0,5-3,0%), чем и объясняется их название. Вторая группа охватывает собой сплавы, содержащие, помимо никеля и хрома, также и железо.

Нихром, являющийся дальнейшим развитием хромоникелевой жароупорной стали, является весьма жаростойким материалом, так как он обладает чрезвычайно прочной защитной пленкой из окиси хрома Сr 2 О 3 с температурой плавления, большей, чем у сплава, и хорошо выдерживающей периодические нагревы и остывания. Кроме того, он обладает хорошими механическими свойствами как при нормальной, так и при высокой температурах, крипоустойчивостью и достаточной пластичностью, так что он легко обрабатывается и, в частности, хорошо сваривается.

Электрические свойства нихрома также вполне удовлетворительны, он обладает высоким удельным сопротивлением, малым , у него отсутствуют явления старения и роста. Наилучшие электрические и в то же время хорошие механические свойства имеют двойные сплавы. Эти сплавы обладают в то же время и прекрасной жаростойкостью, благодаря чему они могут работать до 1100°С.

Чем больше содержание хрома в сплаве, тем больше в его защитной пленке содержание Сr 2 О 3 , тем она более тугоплавка и тем лучше материал противостоит окислению. Но с увеличением содержания хрома ухудшается одновременно обрабатываемость материала, и при достижении 30% содержания хрома волочение и холодная прокатка становятся уже невозможными. Поэтому, как правило, содержание хрома в них не превосходит 20%.

Как рассчитать электрическое сопротивление нихромовой ленты и проволоки марки Х20Н80

Наиболее важная характеристика сплава нихром – электрическое сопротивление.

Есть определенная формула для расчета активного сопротивления. Выглядит она вот так:

R = (ρ • l )/ S

  • R — активное электрическое сопротивление (Ом),
  • ρ — удельное электрическое сопротивление (Ом•мм),
  • l — длина проводника (м),
  • S — площадь сечения (мм 2 )

Площадь сечения, если кто забыл, рассчитывается по формуле:

S = ᴨ • r 2 = (ᴨ /4)• d 2

=3.14159

d — диаметр проволоки

Вы можете сами рассчитать сопротивление нихрома, просто подставив необходимые значения в формулу, или взять уже готовые значения из таблиц ниже.

В первой таблице, представлены значения для наиболее распространенные размеров проволоки нихром Х20Н80. Длина рассчитаной проволоки — 1 м .

Диаметр, мм Электрическое сопротивление нихрома (теория), Ом
Ø 0,1 137,00
Ø 0,2 34,60
Ø 0,3 15,71
Ø 0,4 8,75
Ø 0,5 5,60
Ø 0,6 3,93
Ø 0,7 2,89
Ø 0,8 2,2
Ø 0,9 1,70
Ø 1,0 1,40
Ø 1,2 0,97
Ø 1,5 0,62
Ø 2,0 0,35
Ø 2,2 0,31
Ø 2,5 0,22
Ø 3,0 0,16
Ø 3,5 0,11
Ø 4,0 0,087
Ø 4,5 0,069
Ø 5,0 0,056
Ø 5,5 0,046
Ø 6,0 0,039
Ø 6,5 0,0333
Ø 7,0 0,029
Ø 7,5 0,025
Ø 8,0 0,022
Ø 8,5 0,019
Ø 9,0 0,017
Ø 10,0 0,014

В таблице представлены значения для наиболее распространенные размеров ленты нихром Х20Н80 длиной .

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector