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PTC电热元件热电特性的机理
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PTC电热元件在To居里点温度以下范围与一般热敏电阻 有相似的性能,即电阻值随温度的上升而减小。一般情况下的热敏电阻,移动电荷的数量在高温下越增多,在低温下多处于“冬眠状态”,所以温度越高则越有活力,移动电荷越多, 即电阻减小。

PTC电热元件的特性是在居里点附近显示出来的。这种特性最初推测是与强感应电体移相有关,后来在试验中由于微量杂质混入转移了居里点,随之而来的是显示出阻抗异常, 温度也开始了相应的转移。从这些现象上来看,认为PTC特性从根本上来说是由粒场产生 的,是由于强感应电转化到常感应电的移相而出现的。强感应电的特殊表现是存在自发极化。极化是根据电场颠倒,极化和电场之间有滞后现象,以及在一般情况下感应电功率髙等。这些特殊性达到居里点时就消失了,感应电功率按照居里-韦斯定律逐渐消失。对于阻抗异常,按粒场说法是在结晶粒场上有一座妨碍电子移动的电位“山”(壁垒)电子要越过 这座电位“山”,从一个结晶场进入另—个结晶场时,这里使用了一种形象的解释说法,即在强感应电区域内这座电位“山”还不算太髙,电子可以很容易越过,可是当到达居里点时电位“山”就立即增髙,想要越过则非常困难。这种解释就是阻力骤增说,至于所说达到居里点时“山”就增高,那是以居里点作为分界线,到达后感应电功率急骤减 少的缘故,同时自发极化作用也已消失。在强感应电区域粒场“山”低,不难越过。在居里点附近“山”急骤升髙,在常感应电区域“山”相当髙,越过困难。接近居里点种坡度很大,“山”道陡峭,随着温度上升“山”越来越高,负载电荷越过“山”的仅万分之 一!

PTC电热元件的结构形式

①圆盘式PTC电热元件。圆盘式PTC电热元件外表呈圆盘形,是元件表面发热,以传导的方式将物体加热。最初这种元件只适用于小型、小功率电热器具,后来研制出带有散热片的大发热量元件。目前,圆盘式PTC电热元件常用的有三种型式:一种是元件的两个;表面均装有电极用引线连接,并用树脂膜压出支撑;另一种是元件的两个表面均装有氧化铝陶瓷片,周围用硅橡胶绝缘,并装有引线端子;还有一种是两面装有梳形电极,元件厚度较薄。

圆盘式PTC电热元件是最早的一种型式,适用于暖足器、保温锅、驱蚊器等产品中。

②蜂窝式PTC电热元件。蜂窝式PTC电热元件是空气传热的、发热量较大的发热体。发热元件有圆形和方形两种,一般圆形的直径为30~60mm,厚度为3.5-10mm,其结构相当于圆盘式电热元件上开有大量的六角形或其他形状的通孔,通孔密度为40~80孔/c㎡,格子壁厚为0.2~0.3m。元件的边缘装有一个或几个铝喷镀电极。加热工作时,采用强制通风方式进行热交换,热输出量可通过控制通风量来调节。实际使用中常把2~5个电热元件组装成一个部件,这样发热功率可达300~1200W。蜂窝式PTC电热元件适用于风量大、体积小的大容量空气加热装置中,如电暖风器、被褥干燥机、电热梳、烘发机等。

③口琴式PTC电热元件。口琴式电热无件也是一种空气加热装置用的发热元件,种类、形状和尺寸很多。基本结构是将20~40个薄长形发热元件按口琴状并排组装,由金属电极板固定和电气连接,组装成一个口琴形发热器。其特点是调节发热量不需改变外形尺寸,仅改变组装元件的片数就可获得不同的发热量。空气通过薄片元件的间隙时,与元件进行热交换,可获得较大的热量。

这种电热元件具有压力损耗小、耐电压及安装调节简便等优点,应用极为广泛,如应用在四季型空调暖房机、各种干燥机、除湿器等产品中。

④带式PTC电热元件。在带形中心平行安置着两条母线(电极),两母线周围是PTC材料制成的芯料。芯料外敷一层聚氨基甲酸酯和一层聚烯烃网作为电绝缘体,具有很好的热辐射性能。最外面为增大强度而包覆有金属铠装材料,如钢丝网、铜或不锈钢等。

这类元件里的PTC材料及外层的聚合物可一起拉延。也可用这种材料制成片状元件。

PTC电热元件除上述几种外,还有箔式、圆索式等。

PTC电热元件的主要优点

PTC电热元件之所以能作为一种新型电热元件得到迅速发展和广泛的应用〖主要是它有如下独的优点。

①PTC元件是一种两端式的固体元件,利用陶瓷技术可制成不同形状、结构及各种外形尺寸,并可根据不同需要确定使用的元件数量,在工作系统的有限空间内,进行合理排布,这就很容易克服组装及绝缘方面的技术困难。

②定温发热。整个工作系统(包括发热元件、散热机构、工作电压及环境温度)确定后,工作温度接近恒定。

③限温发热。整个工作系统确定启,系统的最髙发热温度将是限定的,因面具有一定的安全性。

④能自动进行温度补偿。当种外界因素导致系统温度大幅度波动时,PTC加热器依赖材料本身的物性变化,能迅速调整发热功率,自动进行温度正、负补偿,维持恒温工作。

⑤能适应较宽的电压波动。如使用220V电压,当电压波动±20%时,仍能保持恒温。

⑥安全性好。目前各种PTC元件最高表面温度均低于400℃,发热时无明火,不易引起燃烧。

⑦不氧化,使用寿命长。PTC元件由于具备上述诸多优点,因此得到广泛应用;它特别适用于一些温度低、小功率的场合。通过选用不同的PTC材料和元件,设计不同的热系统,工作温度可从数十摄氏度到300℃以上,功率可从数瓦到数千瓦不等。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (1/5/2011)
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