Расчет электронагревательных элементов из 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, Н80ХЮД-ВИ отличается тем, что его электросопротивление мало меняется при изменении температуры.

Из нее изготавливают резисторы, соединители электронных схем, ответственные детали вакуумных приборов.

Длину нихромовой проволоки для изготовления спирали определяют исходя из необходимой мощности.

Пример: Определить длину проволоки из нихрома для нагревательного элемента плитки мощностью P = 600 Вт при Uсети=220 В.

Решение:

1) I = P/U = 600/220 = 2,72 A

2) R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом

3) По этим данным (см. таблицу 1) выбираем d=0,45; S=0,159

тогда длина нихрома

l = SR / ρ = 0,159·81 /1,1 = 11,6 м

где l – длина проволоки (м)

S – сечение проволоки (мм2)

R – сопротивление проволоки (Ом)

ρ – удельное сопротивление (для нихрома ρ=1.0÷1.2 Ом·мм2/м)

Допустимая сила тока (l), А

1

2

3

4

5

6

7

Ø нихрома при 700 °C, мм

0,17

0,3

0,45

0,55

0,65 

0,75

0,85

Сечение проволоки (S), мм2

0,0227

0,0707

0,159

0.238

0,332

0,442

0,57

Атомайзеры для намоток

Kanger SubTank — уже «прорекламированное» устройство, ставшее одним из первых популярных сабомных клиромайзеров. Отличается высоким качеством и «неубиваемостью», а также возможностью использования как заводских спиралей, так и самостоятельных намоток, за что его и полюбили вейперы. Стоит упомянуть и его новую модификацию TopTank — модель с верхней заправкой, которую не нужно откручивать от мода, чтобы залить жидкость;

     Kayfun — распространённая в России марка, производящая только обслуживаемые клиры;

     Billow v2 — клир, отличающийся от предыдущих возможностью установки двух спиралей, а не одной;

     Zefirus — тоже двухспиральный клиромайзер высокого качества, полюбившийся отечественным вейперам за схожую с SubTank универсальность — возможность работы с собственными намотками и заводскими «головами»;

     Velocity — дрипка, то есть конструкция, не подразумевающая хранение жидкости, а прямое закапывание «жижи» на спираль. Такой вид парения сложнее и менее комфортен — одного закапывания хватает в среднем всего на один «перекур». Но зато получается очень много пара и вкуса.

Наша Компания ПАРТАЛ готова изготовить нихромовые спирали 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

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.

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=(Rπd2)/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.

При навивке спирали из нихрома для нагревательных элементов, операцию зачастую выполняют методом проб и ошибок, а затем подают напряжение на спираль и по нагреву нихромовой проволоки, нити подбирают требуемое количество витков.

Обычно такая процедура занимает много времени, а нихром теряет свои характеристики при множественных перегибах, что приводит к быстрому прогоранию в местах деформации. В худшем случае из делового нихрома получается нихромовый лом.

Чтобы правильно рассчитать  нихромовую спираль (напряжение сети 220 В), предлагаем воспользоваться данными приведенными в таблице, из расчета, что удельное сопротивление нихрома = (Ом · мм2 / м)

С ее помощью можно точно определить длину намотки виток к витку. В зависимости от Ø нихромовой проволоки и Ø стержня, на который наматывается нихромовая спираль. Пересчитать длину спирали из нихрома на другое напряжение нетрудно, использовав простую математическую пропорцию.

Ø нихрома 0,2 мм

Ø нихрома 0,3 мм  нихрома 0,4 мм  Ø нихрома 0,5 мм Ø нихрома 0,6 мм Ø нихрома 0,7 мм
 Ø стержня, мм длина спирали, см

Ø 

стержня, мм

длина спирали, см

Ø 

стержня, мм

длина спирали, см

Ø

стержня, мм

длина спирали, см

Ø

стержня, мм

длина спирали, см

Ø 

стержня, мм

длина спирали, см
1,5 49 1,5 59 1,5 77 2 64 2 76 2 84
2 30 2 43 2 68 3 46 3 53 3 64
3 21 3 30 3 40 4 36 4 40 4 49
4 16 4 22 4 28 5 30 5 33 5 40
5 13 5 18 5 24 6 26 6 30 6 34
        6 20     8 22 8 26

Например, требуется определить длину нихромовой спирали на напряжение 380 В из  проволоки Ø 0,3 мм, стержень для намотки Ø 4 мм. Из таблицы видно, что длина такой спирали на напряжение 220 В будет равна 22 см. Составим простое соотношение:

220 В – 22 см

380 В – Х см

тогда:

X = 380 · 22 / 220 = 38 см

Намотав нихромовую спираль, подключите ее, не обрезая, к источнику напряжения и убедитесь в правильности намотки. У закрытых спиралей длину намотки увеличивают на 1/3 значения, приведенного в таблице. 

Доставка заказов по России, в Казахстан и Беларусь

Предлагаем ознакомиться:  Где используется канталовая проволока

Материалы изготовления фитиля

Как накрутить спираль из проволоки

По сути, кроме самого обслуживаемого атомайзера вейперу понадобится всего две вещи: проволока и вата. Проволока станет спиралью, а вата фитилём, который будет смачиваться и под воздействием нагрева спирали и поступающего воздуха при затяжке «выдавать» пар. На сегодняшний день существует несколько вариантов материалов.

нихром — отличается хорошими эксплуатационными качествами, удобен в намотке и недорого стоит;кантал — он же фехраль, и второе название даже более правильное, ведь «кантал» — это имя производителя материала. Аналог нихрома, но не имеет в своём составе никеля, из-за чего меньше стоит, меньше служит и не так удобен в эксплуатации, ибо скручивается и пружинит.

Последний недостаток устраняется путём нагрева, но об этом ниже. За сочетание цены и качества кантал считается наиболее популярным материалом;нержавейка — дешёвый и доступный материал, обладающий большим сроком службы. Не очень удобен в намотке, поэтому используется не часто. Тем не менее, в последнее время стали появляться устройства с температурным контролем, функционирующие на нержавейке, поэтому популярность материала растёт, ведь он может работать и в режиме ТК, и вариватта одинаково хорошо.

При этом в отличие от титана и никеля с нержавейкой легко можно создать намотку с высоким сопротивлением (примерно 1 Ом);никель — дорогой материал для устройств с температурным контролем. Для новичков не представляет ценности, так как слишком дорог для «опытов»;титан — аналог никеля, с тем лишь отличием, что не выделяет вредных веществ при перегреве (такая же проблема есть и у кантала с нихромом).

кремнеземный шнур — устаревший материал, практически не использующийся сегодня. Даёт меньше пара и вкуса, чем другие, быстро загрязняется и относительно плохо проводит жидкость;вата — обязательно нестерильная, иначе при парении будет «привкус больницы». Очень дешёвый и доступный в любом уголке мира материал, приобрести который можно в любой аптеке или супермаркете.

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 °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.

Сопротивление намотки

длина спирали — она же количество колец. Чем больший «путь» нужно пройти току, тем больше сопротивление;толщина — чем больше толщина проволоки, тем ниже сопротивление. Однако наращивать толщину бесконечно нельзя, и уже на 0,4 мм становится сложно создавать кольца. Также на разогрев большой толщины требуется больше энергии, следовательно, увеличиваетс

я расход батарейки;

    значение сопротивления материала. Разные материалы значительно отличаются по своему сопротивлению, поэтому количество витков, их диаметр и общая длина спирали также будут отличаться.

Предлагаем ознакомиться:  Как поменять спираль в электронной сигарете

При создании намотки следует учитывать, что чем больше витков и их диаметр, тем больше получается площадь нагрева, влияющая, в свою очередь, на температуру и количество пара. Однако нельзя просто «намотать побольше», так как мод может «не потянуть» такую спираль, из-за чего она будет плохо греться, либо банально не поместится в клиромайзер.

Как накрутить спираль из проволоки

Намотка спирали для электронных сигарет должна производиться с учётом законов Ома. В зависимости от используемого аккумулятора последствием неправильной намотки может быть как просто отказ работать (моды с платой), так и выход из строя всего устройства (мехмоды). К примеру, если вы накрутили спираль с сопротивлением 0,5 Ома на свой SubTank, то вам потребуется мод, работающий на более чем 15 Ваттах.

Однако на современном рынке редко встречаются моды с 15 Ваттами «на борту», которые «умеют» работать с низкоомными намотками. Поэтому важно, чтобы е-сигарета подходила не только по мощности, но и по поддерживаемому сопротивлению. И, как правило, такие устройства «стартуют» с 30 Ватт. Важен и аккумулятор — он должен быть высокотоковым, чтобы избежать перегрева.

     Добиться на малых Ваттах низкого сопротивления можно ещё и на никелевых или титановых намотках, но они могут неправильно работать без температурного контроля и быстро выходить из строя.

    Для получения 0,5 Ом на кантале А1 с толщиной проволоки 0,4 мм потребуется 5,5 витков диаметром 2,25 мм.Для получения 0,3 Ом на никеле Ni 200 c толщиной проволоки 0,2 мм потребуется 11,5 витков диаметром 2,5 мм.

     Звучит сложно, но в современном мире всё просто благодаря интернету. Многочисленные онлайн-калькуляторы позволяют рассчитать намотку в два счёта, к примеру reprova или coiltoy. Ресурсы предлагают даже приложение для мобильных телефонов.

Сегодня самыми популярными значениями сопротивления являются «сабомные», то есть ниже 1 Ома. Намотки можно создавать вплоть до 0,05 Ома, если вы парите на моде с платой (при условии поддержки такого сопротивления, разумеется), или ещё ниже, если на мехмоде. Благодаря наличию защит такое низкое сопротивление стало безопасным, и вы можете не беспокоиться о возможном замыкании.

Практичное решение

На практике редко кто занимается самостоятельной навивкой проволоки для резистора или нагревателя.

Прощекупить нихромовую спираль с требуемыми параметрами и при необходимости отделить от нее нужное количество витков.

Для этого стоит обратиться в компанию «ПАРТАЛ», которая с 1995 года является крупным поставщиком прецизионных сплавов, в том числе проволоки нихромовой, ленты и спиралей для нагревателей.

Наша компания способна полностью снять вопрос о том, гдекупить нихромовую спираль, поскольку мы готовы изготовить ее на заказ по эскизам и техническим условиям заказчика.

Намотка койлов

     Микрокойл или нанокойл — небольшая спираль, витки которой расположены на минимальном расстоянии друг от друга. Подходит для небольших клиров и выдаёт много пара, так как площадь нагрева у неё больше. Однако при создании такой спирали нужно тщательно следить за отсутствием КЗ;

Обычный койл или спейскойл — слово space в нём означает не космос, а пространство. Витки такой спирали разделены пустым местом, благодаря чему жидкость лучше проходит по всей ватке, меньше шанс подпалить её и вдохнуть дым вместо пара. При намотке проще, но даёт немного меньше пара. Также возможны «плевки» жидкости в рот при слишком редких кольцах, так как «жижа» может не успевать испаряться;

Койл-косичка — не совсем полноценный вид, а подтип спиралей, которые мотаются не из одной проволоки, а из двух, переплетённых между собой. Благодаря этому увеличивается площадь нагрева, а значит, вкус и пар, но также становится больше шанс втянуть вместо пара жидкость. Подходит не для всех клиров, к примеру, на Субтанк такую невозможно установить. Койлы-косички могут быть как в формате микрокойла, так и спейскойла;

     Параллельные койлы — микрокойл или спейскойл, мотающийся не из одной проволоки, а из двух. Такой подход позволяет увеличить площадь нагрева, вкус и пар. В намотке сложнее, так как необходимо зафиксировать концы проволоки для равномерности;

     Арт-койлы — сложные узорчатые плетения, на которые приятно смотреть и ещё приятней парить. Дают много вкуса и пара, так как площадь нагрева у них потрясающая, отлично выглядят, но очень сложны в намотке, поэтому остаются прерогативой про-вейперов.

Намотка атомайзера будет продемонстрирована только на примере спейс- и микрокойла, так как создание арт-койлов слишком сложно для описания «в двух словах».

ножницы;кусачки;плоскогубцы;пинцеты — желательно один из них керамический, чтобы безбоязненно трогать спираль под напряжением;отвёртка;устройство для намотки спирали — оно же «моталка». Специализированный щуп, облегчающий намотку спирали в разы. Если его нет, то можно заменить отвёрткой нужного диаметра или даже сверлом от дрели.

Предлагаем ознакомиться:  Замена спирали в испарителе

Вымыть руки и инструменты — вата отлично впитывает запахи, поэтому чтобы не парить потом аромат «ящика для инструментов», следует соблюсти гигиену.(Опционально) Прожечь горелкой или на плите проволоку, если она пружинит и скручивается. Таким действием вы придадите ей пластичность. Прожечь можно и после намотки зажигалкой или посредством мода. Внимание!

     При помощи салфетки и спирта обезжирить проволоку. В этом пункте нет необходимости, если вы планируете прожечь намотку после на моде. Никель и титан рекомендуется протирать до намотки, так как прожигать их нельзя.

     Далее стартует сам процесс намотки. Возьмите «моталку» или её заменитель и начинайте ритмично накручивать проволоку «звено к звену» для микрокойла и с небольшими зазорами в миллиметр для спейскойла. Если спейскойл получается неровным, не волнуйтесь — потом это исправится.

     Когда будет достаточно витков, микрокойл можно считать практически готовым, а получившуюся «пружину» спейскойла нужно будет пару раз сжать плоскогубцами (или прижать к основанию «моталки») и растянуть, чтобы спираль стала ровной.

Спираль готова! Теперь её необходимо установить на базу клиромайзера. Для этого отверните удерживающие винты и просуньте края проволоки, не задействованные в спирали, под них. Зафиксируйте болты и отвёрткой или «моталкой» скорректируйте положение спирали, чтобы она была помещена ровно по центру. Чем выше она будет относительно нижнего отверстия, тем жёстче будет удар по горлу от парения, чем ниже — тем мягче.

Прожгите спираль кратковременными нажатиями на кнопку парения, включив мод на 20–30 Ватт мощности. Нажать и держать кнопку — не рекомендуется. В результате спираль должна равномерно разогреваться (краснеть) от центра к краям. Если в микрокойле часть спирали не разогревается докрасна, проведите по ней керамическим пинцетом, как по старой советской батарее ключом. После пары таких процедур КЗ уйдёт (между витками появится минимальное расстояние), и спираль начнёт разогреваться равномерно.

     Достаньте вату и удалите её верхний слой, чтобы материал получился как можно более «пушистый».

     Вставьте ватку внутрь спирали, при этом она должна свободно ходить из стороны в сторону.

         Обрежьте избыточные хвосты фитиля, но оставьте небольшой запас.

      Накрутите «юбочку» обслуживаемой головы, скрыв фитиль внутри. При откручивании и закручивании вата не должна попадать на резьбу: несколько раз открутите и закрутите «юбку», чтобы проверить это.

Картинки по запросу диагональные кусачки

Таким образом создаются намотки на клиромайзер или дрипку. В зависимости от того, какую площадь сечения проволоки и количество колец вы выбрали, будет изменяться выдаваемый вкус и пар. Сегодня общепринятой считается намотка на 0,3 Ома, так как такое значение достигается небольшим числом колец и достаточно тонкой проволокой. Впрочем, для первых намоток подойдут любые значения.

Результат

температура — зависит от типа спирали и площади нагрева;скорость образования пара — зависит от сопротивления спирали. На значениях сопротивления выше 1,5 Ома парообразование будет относительно медленным и подойдёт для парения с сигаретной затяжкой. На значениях ниже 0,3 Ома парообразование будет быстрым, но потребуется мощный мод;

удар по горлу (тротхит) — зависит от расположения спирали. Чем она выше относительно базы, тем жёстче ТХ, чем ниже — тем мягче;срок службы намотки — зависит от целого набора факторов, но основными губительными моментами являются перегрев и плохая подача жидкости. Влияние оказывает и качество самой жидкости.

Среди классических ошибок следует упомянуть неправильный расчёт сопротивления, в результате чего спираль просто «не запускается». Современные устройства частично нивелируют эту проблему, так как обладают защитами и могут работать с широким диапазоном сопротивлений. Короткое замыкание — распространённая проблема, вызванная тем, что спираль касается металлических частей базы (не считая специальных креплений).

Наша Компания ПАРТАЛ готова изготовить нихромовые спирали по ТУ и эскизам заказчика

     Моментальной выгоды от обслуживаемых испарителей не будет. Только долгосрочная перспектива! Понять, что намотку нужно заменить, можно по тем же признакам, что и у готового испарителя. Периодичность замены у обоих вариантов примерно равна.

Как сделать сложную намотку для атомайзера. Обзор для новичков..Инструменты

Первые плоды экономии будут видны уже в первые месяцы. К примеру, испарители 0,5 Ома для Kanger SubTank стоят примерно 1300 рублей за упаковку в 5 штук. А это примерно по 520–780 рублей в месяц. Расходники же для самостоятельных намоток обойдутся в месяц примерно по 120 рублей, и это с учётом «скакнувшего» курса.

     Как видите- ничего сложного!