هیچ محصولی در سبد خرید نیست.
آموزش المنت
المنت حرارتی از صفر تا صد
06
اسفند
اسفند
یکی از قطعات جذاب در دستگاه‌های الکترونیکی المنت حرارتی است. در این مقاله قصد داریم که به بررسی کار کرد المنت حرارتی بپردازیم و با برخی از مفاهیم اساسی در المنت‌های حرارتی آشنا شویم.
ضمنا جهت خرید المنت و مشاهده قیمت های المنت های حرارتی می توانید به بخش فروشگاه سایت مراجعه کنید.
المنت حرارتی چیست و چه کاربری دارد؟
المنت حرارتی (Thermal Element) که گاهی به آن هیتر (Heater) هم گفته می‌شود، ابزاری است که انرژی الکتریسیته را به انرژی گرمائی تبدیل می‌کند.
طریقه کار المنت‌های حرارتی بر اساس یک روش ساده هدر رفت انرژی کار می‌کند. در همه موادی که در طبیعت می‌شناسیم، یک مقاومت نسبی به عبور جریان الکتریسیته وجود دارد. بر این اساس ما به چند نوع ماده در طبیعت و مواد ساخته شده صنعتی روبرو هستیم:
- مواد عایق یا Insulation: این دسته از مواد جریان الکتریکی را از خود عبور نمی دهند. در واقع مقاومت این مواد در برابر انرژی الکتریکی برابر با بی نهایت در نظر گرفته می‌شود. برای مثال پلاستیک‌ها، سرامیک‌ها و چوب جزء مواد عایق رسانا هستند.
- مواد نیمه رسانا یا Semiconductor: این دسته از مواد به خوبی جریان برق را از خود عبور نمی دهند. به خاطر همین در برابر جریان برق از خود مقاومت نشان داده و بخشی از جریان برق را به صورت انرژی گرمائی (که به ان اتلاف انرژی گفته می‌شود) از خود خارج می‌کنند. نیمه رساناها کاربردهای متنوعی در صنعتی دارند و بر حسب درصد رسانائی آن‌ها در ابزارهای مختلف مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، المنت‌های برق و یا حتی ریزپردازنده‌ای رایانه‌ای از آن‌ها استفاده می‌شود. برخی از فلزات، سرامیک‌های صنعتی و نیز نانوموادها نیمه رسانا محسوب می‌شوند. برخی از پلیمرهای صنعتی نیز به عنوان نیمه رسانا شناخته می‌شوند.
- مواد رسانا یا Conductive: این دسته از مواد به خوبی جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند بدون آنکه اتلاف انرژی در آن‌ها صورت بگیرد. در اینجا اتلاف انرژی و یا مقاومت الکتریکی مقدار بسیار کمی است. از مواد رسانا برای انتقال جریان برق و ساخت مدارهای الکتریکی استفاده می‌کنند. نقره بهترین ماده رسانای طبیعی است. پس از آن مس و سپس فلزات قرار دارند. حتی آب نیز به عنوان یک رسانا شناخته می‌شود. برخی از اسیدها و مواد ترکیبی بر پایه فلزات و کربن هم رسانا هستند. نقره بهترین رسانا است ولی به خاطر محدودیت و قیمت گران آن کمتر به عنوان فلز اصلی در انتقال جریان استفاده می‌شود.
- سوپر رساناها یا Superconducting: این دسته از مواد بدون هیچ مقدار (دقیقا مقاومتی برابر با صفر) انرژی الکتریکی را از خود عبور می‌دهند. سوپررساناها در شرایط خاص و با فرمول‌های پیچیده‌ای تولید می‌شوند و اغلب باید در دمای صفر مطلق و یا چیزی نزدیک به آن کار کنند. در سفینه‌های فضائی، برخی از ریزپردازنده‌ها و یا موارد آزمایشگاهی از سوپررساناها استفاده می‌شود. این دسته از مواد امکان تولید انبوه را ندارند.
اکنون که چهار دسته از مهمترین مواد برای انتقال جریان برق را شناختیم باید ببینم که کدامیک از این مواد مناسب کار ما برای ساخت المنت‌های حرارتی هستند.
در بسیاری از صنایع الکتریکی مواد آلیاژی شبه رسانا (یا Semiconductor) برای ساخت المنت استفاده می‌کنید. پیشوند «شبه» در اینجا به این خاطر است که گرچه ساختار این المنت‌های حرارتی از فلز‌های رسانا مانند مس و یا فولاد است، اما به خاطر تغییرات آلیاژی و اضافه کردن عناصری مانند کربن و تنگستن به آن‌ها، مقاومت این مواد نسبت به جریان الکتریسیته افزایش پیدا کرده و در نتیجه هدر رفت و اتلاف انرژی در آن‌ها بالاتر رفته و ما می‌توانیم انتظار گرمائی با درجه حرارت بیشتری را در این دسته از مواد داشته باشیم.
المنت‌های حرارتی به صورت معمول از یک مغز فلز آلیاژی (مس با ترکیب با مواد مقاوم کننده یا فولاد حاوی تنگستن و کربن زیاد) ساخته می‌شوند. این فلز آلِیاژی می‌تواند به دو صورت در المنت حرارتی مورد نظر ما به کار گرفته شده باشد:
- سیم پیچیده شده (معروف به المنت توری یا المنت مارپیچ): در این حالت مقطع سیم المنت حرارتی ما باریک است، اما به صورت مکرر بر روی یک هسته سرامیکی پیچیده شده است. در این حالت مقاومت الکتریکی المنت حرارتی ما به خاطر افزایش طول المنت زیاد شده و گرمای قابل توجهی تولید می‌شود. بخاری‌های برقی، سشوار و برخی از دستگاه‌های گرم کننده هوا از این روش استفاده می‌کنند. خوبی این روش آن است که برای گرم کردن المنت به جریان برق زیادی نیاز نیست و گرمای آن نیز تا حدود زیادی برای مصارف خانگی قابل کنترل است. در تصویر زیر می‌توانید یک نوع المنت حرارتی با کابل پیچیده شده را مشاهده کنید:
- کابل ضخیم ساخته شده از فلز آلیاژی (معروف به المنت میله ای): در این حالت المنت حرارتی از یک کابل ضخیم بهره می‌برد که مقطع آن بین ۴ تا ۱۰ میلیمتر است. این سطح مقطع سبب مقاومت قابل توجه در برابر جریان عبوری برق می‌شود و در نتیجه گرما تولید می‌شود. این نمونه از المنت‌ها مناسب مصارف صنعتی مانند برج‌های تقطیر، بویلرها و یا خشک کن‌ها است. در اینجا هرچه مقطع کابل ضخیم تر باشد گرمای ایجاد شده نیز بیشتر است. المنت‌های حرارتی صنعتی اغلب بلند و بدون پیچیدگی هستند. اما گاهی برای کم کردن طول یان المنت‌ها ممکن است که المنت به صورت حلزونی یا مارپیچ نیز ساخته شود. دقت کنید که انجام این کار سبب افزایش زیاد درجه حرارت المنت و سوختگی آن می‌شود. برای همین باید با دقت از آن استفاده شود. در تصویر زیر برخی از المنت‌های حرارتی صنعتی را مشاهده می‌کنید:
المنت حرارتی از چه بخش‌های تشیکل شده است؟
هر المنت حرارتی دارای بخش‌های زیر است تا بتواند گرمای مورد نیاز ما را تامین کند:
- بخش مقاومت: همانطور که در بالا اشاره شد بخش مقاومت المنت می‌تواند سیم نازک تابیده شده و یا کابل ضخیم باشد. این بخش در اثر عبور جریان برق مقاومت کرده و انرژی را به شکل گرما از خود خارج می‌کند. (در واقع انرژی را تلف می‌کند).
- بخش اتصال به شبکه برق: هر قسمت مقاومتی در المنت حرارتی باید به شکلی به یک منبع الکتریکی متصل شود. این اتصال می‌تواند به صورت پیچی، لحیم کاری شده، جوشی یا پرسی باشد. ممکن است که ترکیبی از این موارد باشد. بخش اتصال باید توانائی لازم برای عبور جریان برق و حفظ اتصال را داشته باشد و بر اساس گرما ذوب و تخریب نشود.
- سنسور حرارتی: البته سنسور حرارتی خود عنصری جدا محسوب می‌شود، اما در برخی از مدارها زا سنسور حرارتی برای اندازه گیری گرمای المنت استفاده می‌شود (برای مثال در المنت‌های ماشین لباسشوئی یا دستگاه‌های تقطیر سنسور حرارتی که به آن ترومستات هم گفته می‌شود، در کنار المنت قرار می‌گیرد).
- غلاف نگهدارنده: غلاف‌های نگهدارنده می‌تواند به شکل‌های مختلفی باشد. در المنت‌های تابیده شده، مغز سرامیکی به نحوی است که سیم المنت حرارتی در اطراف آن پیچیده می‌شود. اما در المنت‌های میله‌ای غلاف در پائین المنت قرار می‌گیرد. همچنین برای ایستائی بهتر، در کنار کابل المنت موادی نظیر اکسید منگنز، کربن فعال و یا مواد رسانای حرارتی دیگر قرار می‌گیرند. غلاف نگهدارنده وظیه دارد که المنت را در حالت درست در محیط خود نگهدارد. در تصویر زیر می‌توانید انواع غلاف‌ها در المنت‌های حرارتی میله‌ای را مشاهده کنید:
- پوشش المنت: بسته به جائی که المنت کار می‌کنند، باید در برابر محیط ایزوله شده باشد. همچنین باید به گونه‌ای نیز پوشش داده شده باشد که حرارت را به خوبی از خود رد کند. استفاده از پوشش‌های فلزی و گاهی هم سرامیک برای این کار مناسب و مرسوم است.
در تصویر زیر می‌توانید بخش‌های مختلف از یک المنت میله‌ای را مشاهده کنید:
اکنون که با بخش‌ها و انواع و همچنین نحوه کارکرد المنت‌های حرارتی آشنا شدیم، بهتر است که کمی به سمت مباحث فنی تر برویم.
ویژگی‌های فنی المنت‌های حرارتی
اکنون وقت آن رسیده است که به سراغ ویژگی‌های فنی المنت‌های حرارتی برویم. در زمانی که قصد خرید المنت‌های حرارتی را داریم اغلب با دو عبارت وات (Watt) و ولت (Volt) برخورد می‌کنیم. البته مقدار مقاومت (W) هم در برخی از موارد به چشم می‌خورد. اما رابطه بین این موارد به چه صورت است.
به صورت کلی ما از فرمول زیر برای محاسبه توان الکتریکی استفاده می‌کنیم.
در اینجا:
- V نشان دهنده ولتاژ است.
- R نیز نشان دهنده مقاومت الکتریکی بر مبنای اهم (W) است.
- P را هم اغلب بر حسب وات نشان می‌دهند.
برای مثال اگر ما یک المنت ۲۲۰ ولت با مقاومت ۲۰ اهمی بخریم فرمول زیر:
میزان توان این المنت را برابر با ۲۴۲۰w وات را نشان می‌دهد. البته برای تبدیل این میزان توان به مقدار گرمای مورد انتظار باید از فرمول‌ها و جداول دیگری استفاده کرد.
در فرمول زیر می‌توانید مقدار تبدیل مقدار وات به گرما حاصل را حساب کنید:
فرمول بالات به نام BTU یا (British thermal unit) نیز شناخته می‌شود. در واقع هر واحد BTU نشان می‌دهد که چقدر گرما و یا توان نیاز است که بتوانیم درجه حرارت یک پوند آب را به اندازه یک فرانهایت بالاتر ببریم. گاهی از اوقات از واحد BTU/hr (بی تی یو بر ساعت) نیز به استفاد می‌شود.
به صورت کلی هر یک وات برابر با ۳٫۴۱۲ واحد BTU است. به زبان ساده تر برای آنکه بتوانیم دمای یک پوند آب را به اندازه یک فارنهایت بالاتر ببریم به سه دهم وات توان حرارتی در مدت یک ساعت نیاز داریم. در جدول زیر به خوبی این موضوع توضیح داده شده است.
| Watts: | BTU: |
|---|---|
| How many BTU is 500 watts: | 1,705 BTU |
| How many BTU is 1,000 watts: | 3,412 BTU |
| How many BTU is 1,500 watts: | 5,118 BTU |
| How many BTU is 2,000 watts: | 6,824 BTU |
| How many BTU is 3,000 watts: | 10,236 BTU |
| How many BTU is 4,000 watts: | 13,648 BTU |
| How many BTU is 5,000 watts: | 17,060 BTU |
| How many BTU is 10,000 watts: | 34,120 BTU |
| How many BTU is 15,000 watts: | 51,180 BTU |
| How many BTU is 20,000 watts: | 68,240 BTU |
با استفاده از جدول بالا می‌توانید میزان دمای حاصل از توان بر حسب وات را به دست بیاورید.
نکات مهم در زمینه کار با المنت‌های حرارتی
اگر می‌خواهید از المنت حرارتی در دستگاه‌ها و یا سیستم‌های حرارتی خودتان استفاده کنید به این نکات دقت کنید:
- المنت‌های حرارتی باید در محیط عایق کار کنند. حتماً قبل از به کار بردن آن‌ها در محیط‌های کاری از عایق‌بندی درست مطمئن شوید.
- از به کار بردن جریان برق بالاتر برای المنت‌ها خودداری کنید. جریان برق بیشتر می‌تواند سبب گرم شدن بیش از حد توان و یا حتی ذوب شدن المنت حرارتی شود. همچنین در صورتی که این عمل اتفاق بیفتد، مدارها و مواد به کار رفته در المنت حرارتی توانائی خودشان را از دست داده و المنت حرارتی شما خطرساز می‌شود. از سرخ شدن المنت حرارتی حتماً و جداً خودداری کنید.
- پوشش و غلاف المنت‌های میله‌ای را قبل از استفاده چک کنید. خوردگی، سوارخ شدن، خم شدن و غیره را با دقت بررسی کنید. نفوذ سیال به داخل المنت می‌تواند سبب سوختگی و اتصالی شود.
- حتماً بعد از چندبار استفاده سلامت ترموستات را بررسی کنید. ترموستات عامل مهمی در حفظ سلامت المنت حرارتی شما است.
- مطمئن شوید که بعد از استفاده از المنت جریان برق به صورت کامل قطع شده باشد. یکی از مواردی که در برخی از المنت‌های حرارتی اتفاق می‌افتد، ذوب شدن اتصال دهنده‌های (مانند کلید‌ها و پریزهای برق) است. این امر سبب می‌شود که جریان برق حتی بعد از فشردن شاسی متصل باشد و برق در المنت در جریان باشد. بهتر است که المنت شما به صورت فیزیکی (دو شاخت و پریز) باشد تا اطمینان حاصل کنید که جریان برق به صورت قطعی از المنت جدا شده است.
- در المنت‌هائی که در محیط سیال کار می‌کنند، اندازه المنت و نحوه قرار گیری آن را بررسی کنید. در برخی از مواقع پره‌ها جابجا کننده مواد و یا بخش‌های دیگر با المنت برخورد می‌کنند. این کار هم سبب آسیب دیدن پوشش محافظ المنت شده و هم می‌تواند سبب انتقال حرارت زیاد به یک نقطه از بویلر و یا رآکتور شما شود. طول المنت حرارتی میله‌ای مناسبی را برای هر فعالیت انتخاب کنید.