Из какого вещества нужно изготовить спираль нагревательного прибора

Изготавливаем спирали электрические из нихрома по ТУ и эскизам заказчика

Каждый знает, что такое нихромовая спираль. Это нагревательный элемент в виде проволоки, свернутой винтом для компактного размещения.

Эта 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.

1. бытовые терморефлекторы и тепловентиляторы;
2. ТЭНы для бытовых нагревательных приборов и электрического отопления;
3. 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, Н80ХЮД-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.

Расчет параметров нагревателей из нихрома и фехрали

Производственные процессы (такие, как сушка, обжиг) происходят при высоких температурах, составляющих сотни градусов по Цельсию. Нагреватели для технологического оборудования выбираются термостойкие, способные выдерживать многократные процессы изменения температуры, а также поддерживать на регулярной основе высокие термические показатели. В противном случае агрегаты придётся часто останавливать, чтобы заменить вышедшие из строя элементы новыми, что невыгодно по энергетическим и финансовым показателям.

Сырьё для нагревателей

Изначально устанавливают нагреватели из стойких материалов, к которым относятся сплавы.

Токопроводящими элементами ТЭНов выбирают нихром и фехраль. Это ─ сплавы, состоящие из 2-3 компонентов. В первом случае объединили Ni и Cr, а во втором ─ Fe, Al и Cr. Для каждого типа оборудования учитывается диаметр проволоки, напряжение в сети, вырабатываемая мощность, сопротивление на единицу площади.

Как выбрать нужную проволоку? Различают Фехраль стандартный, Суперфехраль, Еврофехраль. Что лучше взять: дорогостоящий нихром или более хрупкий фехраль? Как правильно подобрать параметры резистивного материала для воздушной и жидкостной сред?

Очень удобно, когда есть специальный математический инструмент, в который вводишь необходимые составляющие – и он выдаёт готовый ответ по подбору материала для проволоки, её длины, диаметра, формы (прямая или спиральная). Такой калькулятор уже разработан и представлен ниже.

Расчет длины спирали

Мощность нагревателя
Вт

Напряжение питания
В

В калькуляторе не учтено возрастание сопротивления при повышении температуры. Фактическая мощность будет ниже расчетной.

Расчет веса и длины

Также существуют несколько видов расчётов, которые рассмотрим более подробно.

Методы вычислений и применяемые формулы

Исходными показателями для последующего расчёта характеристик термоэлементов выбираются:

объём нагреваемого пространства в агрегате;

граничная температура, используемая для выполнения термического процесса;

мощность, продуцируемая нагревателем.

Определение длины проволоки

Расчёт по сопротивлению

1. Находим силу тока:

2. Вычисляем значение сопротивления:

3. Узнаём, какой длины нужна проволока (L):

где ρ – удельное сопротивление материала.

4. Затем нужно просчитать число витков и размер одного витка.

где Ø _н – это диаметр намотки, а 1/2Ø_{поп. с.} – половинное значение поперечного сечения в проволоке.

5. По таблице проверяем, сможет ли проволока с рассчитанными параметрами выдержать электрическую нагрузку.

При подборе и I, и t˚ выбираются значения приближённые, но округляемые в сторону бόльших значений. При этом получаем минимально допустимые площадь сечения и диаметр нагревателя. При желании допускается использовать проволоку толще, чем получено при расчёте. А вот в меньшую сторону от полученных значений уходить не рекомендуется: возникает потенциальная опасность быстрого перегорания проволоки.

Ещё один полезный нюанс. При размещении резистивного проводника из нихрома в жидкой среде, значение силы тока повышают на 10-50%. Когда нагреватель закрыт, то для толстой проволоки ток снижают на 20%, для тонкой – на половину.

Расчёт температурного значения

Первый способ имеет погрешности, так как значение сопротивления спирали выбирается в холодном состоянии. А при нагреве оно способно менять исходную величину. Там, где используются приборы небольшой мощности, и температура повышается незначительно, можно принимать первый метод, как подходящий. А когда в печах требуется высокая температура, проведенные вышеуказанным методом вычисления нельзя назвать точными. Поэтому стали применять второй метод, более сложный и скрупулёзный.

1. Имея линейные размеры камеры печи, определяем её объём:

V = l x b x h,

Где l, b, h — это соответственно длина, ширина и глубина устройства.

2. Просчитываем мощность термического агрегата. При объёме обжигового устройства до 50 л удельная мощность считается равной 100 Вт/л. Для печей с параметром в 100-500 л аналогичный показатель принимается 50-70 Вт/л.

где P_уд. является удельной мощностью.

2. По полученному числу смотрим, какой должен быть нагреватель. Мощность до 10 кВт допускается для однофазной сети, а когда цифра получается больше, требуется 3-хфазное подключение.

3. Находим силу тока, используя мощность проволоки и напряжение между краями нагревателя:

4. Считаем значение сопротивления:

С однофазной сетью всё понятно, здесь ток протекает по единой схеме и не разделяется на потоки.

Трёхфазная сеть

На производстве всегда задействовано множество потребителей тока, поэтому напряжение в сети достигает 380 В. Все три фазы получают равномерную нагрузку, в связи с чем мощность нагревателей будет равной (полученное значение делится на 3).

Разработано 2 способа организации 3-хфазной сети.

«Звезда»

Характеризуется одной точкой соединения. Нагреватель находится между «нулём» и фазой, поэтому напряжение на его концах получится по 220 В.

«Треугольник»

Место нагревателя – между двумя фазами, поэтому напряжение на концах будет достигать 380 В.

При сравнении двух схем с реальными цифровыми значениями, в «Треугольнике» ток, проходящий через нагреватель, будет меньше, а сопротивление окажется меньше в «Звезде».

5. Таблицы помогут отыскать значение удельной поверхности.

6. Длина проволоки ищется так:

где ρ обозначает номинальную величину сопротивления проволоки длиной 1м.

7. Чтобы найти вес проволочной части нагревателя, действуем так:

где μ представляет собой вес однометровой проволоки.

8. Зная, какого размера нам нужна проволока, вычитываем площадь поверхности с учётом её длины:

S = L x 3,14 x d,

где d обозначает диаметр материала

9. Оперируя значениями мощности и площади поверхности, просчитываем её удельное значение:

где за β принимается поверхностная мощность нагревателя.

Каждый материал имеет свою конкретную β, которая подаётся в графической или табличной системе. На неё влияет допустимая рабочая температура, которая не может быть больше заданной.

Для агрегатов с высокой степенью нагрева выбирается поверхностная мощность, рассчитанная по следующей формуле:

где α – параметр эффективности излучения;

β_эф. – мощность нагревателей на их поверхности, которая зависит от температуры получающей энергию среды.

α и β берутся из таблиц.

Сушильное оборудование с термонагревом до +300˚С имеет постоянное числовое значение поверхностной мощности: (4-6) ч 10 4 Вт/м 2 .

10. Находим диаметр токоподающей части нагревателя:

где ρ_t – величина удельного сопротивления при той температуре, которая задана для правильного ведения технологического процесса.

где ρ₂₀ – это значение сопротивления, приходящегося на единицу длины, при +20˚С;

k – поправочный коэффициент, показывающий зависимости сопротивления от термического показателя.

11. Длина проволоки вычисляется по данной формуле:

Как предупредить перегрев? Надо растянуть спиралеподобную проволоку таким образом, чтобы шаг между витками на 150-200% превосходил диаметр резистивного материала.

Четыре аспекта при подборе нагревателей

Выбирая нагреватели, ориентируйтесь на их эксплуатационные характеристики.

Чтобы нагрев был действительно высоким, следует выбирать материалы с большим удельным сопротивлением. В противном случае понадобится увеличить длину нагревателя и сделать меньше значение поперечного сечения проволоки. Когда нагреватель используется для печей, сушильных шкафов, то не всегда разумно менять его линейные параметры (он может попросту не поместиться в располагаемой зоне).

Стойкость к термическим разрушениям, формирования окалины на поверхности, сохранение прочности при температурных изменениях, стабильность физических свойств с течением времени являются важными показателями при выборе формирующих температуру элементов.

Учитывается значение термического коэффициента сопротивления. Когда оно большое, приходится монтировать понижающие напряжение трансформаторы, которые способствуют постепенному разогреванию оборудования.

Чтобы проволока, лента, спираль получились нужно конфигурации и размера, исходные материалы выбираются с оптимальной пластичностью и способностью к свариванию.

Нихром & фехраль: чем обусловлен выбор

Какие проволоки более востребованы: на основе никеля или железа? У Fe значение сопротивления на единицу площади больше, чем у Ni, поэтому использование материала для изготовления нагревателя будет более экономным. Ещё один приятный момент в сравнении удельного веса – железо выигрывает в этом соревновании в среднем на 5%. Поэтому финансовая экономия налицо.

Везде, где будет «плюс», надо учитывать и «минус». Железистые продукты быстрее ломаются в отличие от никелевых. Навивка проволоки в спираль в фехралях происходит только в разогретом состоянии (до +300˚С), а уже при +600˚С начинается рекристаллизация то негативно влияет на длительность применения нагревателей. Воздушное окисление у Fe-содержащих материалов происходит сильнее и быстрее, чем у никелевых аналогов.

Поэтому, когда термические процессы ограничены +1200˚С (реже +1400˚С), можно выбирать железистую проволоку, особенно когда её эксплуатация предусмотрена в среде, содержащей серы или глинозёмную керамику. Однако обновлять фехралевые нагреватели понадобится чаще.

Никелесодержащая проволока не зря стόит дороже. Она более приемлема для разных термических условий эксплуатации, меньше загрязняется продуктами горения на поверхности. Каждый выбирает для себя сам, что ему лучше: сниженная цена на покупку нагревателя или более длительный период его работы.

Применение, форма на продажу, цена

Нихром востребован в печах по сушке и обжигу, в электроплитах, в испарителях продукции для вейперов, системах подогрева воздуха и воды, в электрических кухонных плитах. Из него изготавливают соединители, реостаты и другую продукцию, эксплуатируемую в условиях повышенной сложности.

Выпускают фехралевую и нихромовую проволоку в виде бухтовой проволоки и холоднотянутой нити. Диаметр 0,01-1см. Номенклатурный ряд пополняется прутка из горячекатаного материала, лента холодной прокатки и с плющением, круглыми полуфабрикатами.

При комнатной температуре пластичность фехраля на 5-10% ниже, чем у нихрома. Также лидирует нихром и при временном сопротивлении усилию на разрыв.

Фехраль твёрже, поэтому ему сложнее придать нужную форму (нужен нагрев при навивке в спираль).

Повышение температуры выше +1200˚С негативно влияет настабильность состояния железистой проволоки. Нихром не меняет своего кристаллического состояния при термическом значении до +1200˚С, а связи с чем дольше пригоден в производственных процессах.

Ценовой формат следующий: никель в 10 раз дороже железа, а разница в покупке сплавов составляет более 300%. Однако, приобретая нагреватели, надо принимать во внимание не только финансовый показатель, но и условия применения, долговечность использования. В ряде случаев быстрый износ, остановка печей выливаются в значительные издержки, поэтому правильнее будет остановиться не на фехралевой, а нихромовой термической продукции.

Также можно изучить свойства других сплавов, в которые добавлен алюминий. Он повышает стойкость к окалине и обеспечивает повышенную устойчивость в процессе поддержания условий обжига (сушки, спекания) и при смене температурных фаз.

Что делать для точного подбора и профессионального изготовления

Теперь вы имеете точное представление о том, что собой представляют фехралевые и нихромовые токопроводящие нагреватели. Их количество можно долго и скрупулёзно рассчитывать по формулам. А более быстро получится выполнить подбор, если использовать размещённый на сайте калькулятор. А если углубиться в расчёты, учитывать сопутствующие факторы эксплуатации, то и калькулятора, и приведенных формул окажется мало.

В этом случае мы приглашаем напрямую обращаться к нашим специалистам, которые, имея многолетний опыт, наиболее точно поработают с параметрами проектируемых нагревателей. После получения всех расчётных составляющих мы в индивидуальном порядке изготовим нагреватели, которые проявят свои эксплуатационные качества в полной мере.

Материалы для нагревателей

Свойства, упомянутые в предыдущей статье «Свойства нагревателей», сужают выбор до нескольких материалов. Наиболее распространенными материалами для нагревателей являются нихром, фехраль, дисилицид молибдена и карбид кремния. Эти материалы могут работать при высоких температурах из-за их устойчивости к высокотемпературному окислению. Другая группа состоит из графита, молибдена, вольфрама и тантала. Эти материалы окисляются при высоких температурах и используются только в вакууме или в печах, где атмосфера лишена кислорода.

Нихром. Никель-хромовый (Ni-Cr) сплав

Нихром является одним из наиболее широко используемых материалов для нагревательных элементов благодаря своей пластичности, высокому удельному сопротивлению и стойкости к окислению даже при высоких температурах. Наиболее распространенный состав никель-хромовых сплавов — 80/20 или 80% никеля, 20% хрома. Другие составы доступны в зависимости от производителя. Из-за своей высокой пластичности он обычно втягивается в проволоку при использовании в качестве нагревательного элемента. Обычное применение, которое демонстрирует это свойство, — это резаки для пенопласта с термоэлектрической проволокой. Максимальные температуры нагрева, достигаемые с помощью никель-хромовой проволоки, составляют от 1100 до 1200 ° C.

Фехраль. Сплав железо-хром-алюминий (Fe-Cr-Al)

Этот тип широко известен под торговой маркой Kanthal. Ферритные железо-хром-алюминиевые сплавы Kanthal обычно имеют химический состав от 20 до 24% хрома, 4-6% алюминия и остальное железо. Нагреватели железо-хром-алюминий используются из-за их гибкости и меньшей плотности по сравнению с Ni-Cr. Они также могут генерировать более высокие температуры, чем нихромовая проволока, которая составляет от 1300 до 1400 ° C. Поскольку в качестве основного металла используется железо, этот сплав имеет меньшую цену, чем Ni-Cr, который состоит в основном из никеля. Обратной стороной использования сплавов фехраля является снижение прочности нагревателей при более высоких температурах.

Сплавы железо-хром-алюминий можно улучшить с помощью процесса, известного как порошковая металлургия. В этом процессе слиток сплава превращается в порошок и прессуется в матрицу. Затем его спекают или подвергают горячему прессованию (горячее изостатическое прессование) в атмосфере с регулируемой температурой для создания металлургической связи без полного плавления металлического порошка. Дисперсоиды добавляются в смесь сплава для усиления механических свойств материала с целью придания дополнительной прочности и ударной вязкости при более высоких температурах.

Дисилицид молибдена (MoSi2)

Дисилицид молибдена представляет собой тугоплавкий кермет (металлокерамический композит), который в основном используется в качестве материала нагревательного элемента. Это предпочтительный материал для высокотемпературных печей из-за его высокой температуры плавления и хорошей коррозионной стойкости. Нагревательные элементы из дисилицида молибдена производятся с помощью различных энергоемких процессов, таких как механическое легирование, синтез сгорания, ударный синтез и горячее изостатическое прессование.

Нагреватели типа MoSi₂ могут достигать температуры нагрева до 1750 ° C. Недостатками использования силицида молибдена являются его низкая ударная вязкость в условиях окружающей среды и ползучесть при высоких температурах. Его хрупкость при комнатной температуре требует очень осторожного обращения. Повышенная вязкость достигается при температуре перехода от хрупкого к пластичному состоянию около 1000 ° C. С другой стороны, более высокая скорость ползучести вызывает легкую деформацию нагревательного элемента при высоких температурах. Наиболее распространенным типом элемента MoSi2 является конструкция U-образного стержня с двумя стойками, которая обычно подвешивается через свод печи и располагается вокруг стенок печи. Доступны другие формы, часто в сочетании с керамическими изоляторами, которые обеспечивают как механическую поддержку, так и теплоизоляцию в виде единого пакета.

Карбид кремния (SiC)

Это тип керамики, получаемый путем перекристаллизации или реакционного соединения зерен SiC при температурах выше 2100 ° C. Нагревательные элементы из карбида кремния представляют собой пористые тела (обычно 8-25%), в которых атмосфера печи может реагировать через поперечное сечение материала. Весь нагревательный элемент может постепенно окисляться, что приводит к увеличению свойств электрического сопротивления элементов с течением времени (обычно называемое «старением»). Обычно требуется источник переменного напряжения для поддержания желаемой выходной мощности элементов путем постепенного повышение напряжения на элементах в течение срока их службы. Это старение в конечном итоге ограничивает срок службы и производительность нагревательного элемента.

Карбид кремния обладает множеством свойств, которые делают его пригодным для изготовления нагревательных элементов для очень высоких рабочих температур. Эта керамика не имеет жидкой фазы. Это означает, что элементы не будут провисать или деформироваться из-за ползучести при любой температуре, а внутри печи не требуются опоры. Кроме того, КЭН химически инертен по отношению к большинству технологических жидкостей, имеет высокую жесткость и низкий коэффициент теплового расширения. Нагреватели из карбида кремния могут достигать температуры нагрева от 1400 до 1500 ° C.

Графитовый нагреватель

Графит — это минерал, состоящий из углерода, в котором атомы расположены в гексагональной структуре. Этот минерал, также его синтетическая форма, является хорошим проводником тепла и электричества. Графит может выделять тепло при температурах выше 2000 ° C. При высоких температурах его электрическое сопротивление значительно увеличивается. Более того, он выдерживает термические удары и не становится хрупким даже после быстрых циклов нагрева и охлаждения. Основным недостатком использования графита является его склонность к окислению при температуре около 500 ° C. Продолжение использования в этом диапазоне в конечном итоге приводит к расходу материала. Графитовые нагревательные элементы обычно используются в вакуумных печах, где кислород и другие газы удаляются из камеры нагрева. Отсутствие кислорода предотвращает не только окисление расплавленных металлов, но и самого нагревательного элемента.

Молибден, вольфрам и тантал

Это тугоплавкие металлы со свойствами, аналогичными графиту при использовании в качестве нагревательных элементов. Среди этих металлов вольфрам имеет самую высокую рабочую температуру, но при этом он более дорогой. С точки зрения жизнеспособности молибден более популярен, поскольку он наименее дорог, но все же дороже графита. Как и графит, их можно использовать только в условиях вакуума, поскольку они обладают сильным сродством связывания с кислородом и даже с водородом и азотом. Они начинают окисляться при температуре от 300 до 500 ° C.

Материалы с положительным термическим коэффициентом (PTC)

Типичным материалом PTC является резина, но также может быть и керамика. Каучук PTC изготовлен из полидиметилсилоксана (PDMS) с наночастицами углерода. Нагреватели PTC обладают уникальным свойством, в котором нагреватель поддерживает или ограничивает ток, увеличивая электрическое сопротивление при повышении температуры. Это делает материал безопасным и пригодным для использования в одежде. Первоначально нагреватель потребляет полную мощность и нагревается из-за своего удельного сопротивления. Сопротивление материала увеличивается с ростом тепла и затем действует как изолятор. Это достигается без необходимости в каком-либо цикле обратной связи.

Применение и расчёт электрической спирали из нихрома​

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/ρ_ld, где ρ_ld – это сопротивление одного метра проволоки, имеющей диаметр d.

Навивка спирали

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.