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电热体经型对碳素电热元件电热性能的形象

1、电热体级型对电热元件功率密度一温度关系的形象
    选用1K碳素纤维制备样品电热元件(样品如表4.1所示),仅调整电热体线型而外型规格及其它工艺均相同,测试其功率密度一温度关系如图4.4所示。从图中可以看出,电热元件稳定工作的表面温度随输入功率密度的增加而提高。对于图4.4(a)中的碳素纤维电热元件来说,采用(1KX4)x3股线型电热体,电热元件(CFE-2)在相同功率密度下的稳定工作温度基本上均要高于1KX12线型的样品(CFE-3)和无捻编织电热元件(CFE-1),在功率密度较高的情况下这种差别更加明显。对于图4.4(b)中的无支撑芯复合材料电热元件来说,以上两种电热体线型电热元件(CCE-1和CCE-2)的稳定工作温度均高于碳毡电热元件(FELT )。可见在其它工艺一定的条件下,通过改变碳素纤维电热体线型可以调整最终电热元件在稳定工作状态的表面温度,采用捻制缠绕的股线型电热体有利于电热元件稳定工作温度的提高,性能可以优于碳毡电热元件。
2、电热体经型对电热元件阻温特性的形象
    图4.5是以上电热元件的阻温特性变化曲线。从图中可以看出,电热体线型对电热元件的阻温特性有较大影响。对于图4.5(a)中带支撑芯的样品来说,无捻编织电热元件(CFE-1 )在相同表面温度下的电阻变化率最小,(1Kx4)x3线型电热元件(CFE-2)的电阻变化率最高,而1KX12线型电热元件(CFE-3)的电阻变化率居中。对比图4.5(b)中的无支撑芯电热元件,编织型电热元件(CCE-1)的电阻变化率随温度的变化幅度与碳毡电热元件(FELT)相近,而股线型电热元件(CCE-2)的电阻变化率要低于碳毡电热元件(FELT)。可见带支撑芯时,股线型电热体所取的单股数越多,电热元件的电阻变化率越大;而脱离支撑芯后,多股线型电热元件的电阻变化率反而较低,这是由于适宜的定型处理改善了原来碳素纤维电热体多股线较差的传导特性而引起的。由此可见,多股线捻制缠绕工艺与定型工艺相结合,可以使无支撑芯碳素复合材料电热元件的电阻变化率降低至碳毡电热元件以下,这有利于电热元件电阻稳定性的提高。
3、电热体经型对电热元件热饭性的形象
    图4.6为以上电热元件在瞬时升温120s内的热惯性曲线。对于图4.6(a)中的带支撑芯电热元件来说,相同升温时间内(1Kx4)x3线型电热元件(CFE-2)的瞬时表面温度最高,1Kx12线型(CFE-3)电热元件居中,而无捻编织电热元件(CFE-1)的瞬时温度最低。对于图4.6(b)中的样品,碳素复合材料电热元件(CCE-1和CCE-2)的瞬时工作温度均不同程度大于碳毡电热元件(FELT),而且随着升温时间的延长,CCE-2样品的瞬时表面温度明显要高于碳毡电热元件(FELT)o可见采用多股线型及适宜定型处理的碳素复合材料电热体,可以在一定程度上提高电热元件的瞬时工作温度,使其热响应时间缩短,热惯性减小。
    综上所述,通过不同线型带支撑芯和无支撑芯电热元件样品的功率密度一温度关系、阻温特性以及热惯性的分析可知:采用不同股线捻制缠绕的碳素纤维电热体可以调整最终电热元件的电热性能,通过减小单股内单丝数、增加电热体股数的多股线捻制缠绕工艺,可以在一定程度上提高电热元件的稳定工作温度和瞬时工作温度,使其热惯性减小,此外结合适宜的定型工艺制备股线型碳素复合材料电热体,又可降低电热元件的电阻变化率。www.beritawan.com

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