CN111629459A - 一种基于钨材的电热丝设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于钨材的电热丝设计方法，方法为：建立直线钨丝制造成螺旋型钨电热丝时的生产参数简便计算公式，解决目前钨电热丝计算过程中，各损耗功率的边界条件不易确认，计算公式复杂，计算量大的弊病；克服了目前采用经验法计算钨电热丝时，因为简化忽略了一些影响因素带来的误差较大，需要试做样品不断修正，导致计算时间长的缺点；设计方法简单实用，具有较好工程实践意义。

Description

一种基于钨材的电热丝设计方法
技术领域
本发明属于电热器件制造领域，具体涉及一种基于钨材的电热丝设计方法。
背景技术
基于钨材的电热丝是常见的一种发热发光元件，其工作原理是在通电后将电能转化为热能和光能，广泛应用在医疗、轻工小家电、电子、照明等行业。钨丝具有正的电阻特性，工作温度时的电阻远大于常温电阻，还有熔点高、合适的电阻率、加工性能好、机械强度高的特性，但是钨丝具有一定蒸发率，并随工作温度而发生变化，特别是高温工作时对使用环境有一定要求，这就给钨电热丝生产制造时技术参数的计算带来复杂性和不确定性。
目前制定钨电热丝生产技术参数的方法有：
（1）能量平衡法，即电热丝电输入功率等于电热丝辐射功率和各种损耗功率之和，该方法缺点是计算各损耗功率时边界条件难以准确确认，计算公式复杂，计算量大，存在一定不确定性。
（2）经验法，即在长期大量的工作基础上，总结出一套计算钨电热丝技术参数的经验公式，该方法的不足处是计算时为忽略了一些不重要的影响因素，导致误差较大，需要试做样品不断修正，过程时间长。
因此，针对以上问题研制出一种针对基于钨材的电热丝进行快速、简便且准确设计的方法是本领域技术人员所急需解决的难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于钨材的电热丝设计方法。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于钨材的电热丝设计方法，方法如下：
建立直线钨丝制造成螺旋型钨电热丝时的生产参数简便计算公式。
进一步地，钨电热丝生产制造参数包括钨丝直径d、钨丝长度L、钨丝螺旋圈数n以及钨丝螺距系数Ks，均通过辐射值Me以及电阻率值ρ进行确定。
进一步地，辐射值Me以及电阻率值ρ通过色温、光效以及寿命中任意一个参数进行确定。
进一步地，钨丝直径d的计算式为：d =(K1 *ρ/Me)1/3 *(W/V)2/3；
式中W为电热丝额定功率；
V为电热丝额定工作电压，为110伏、220伏或者380伏；
K1为工作系数，取值范围为0.45～0.85。
进一步地，钨丝长度L的计算式为：L =K2 *W/(Me* d)；
式中K2为工作系数，取值范围为0.35～0.70。
进一步地，钨电热丝的螺旋圈数n的计算式为：n=L /〔3.14（d+dc）〕；
式中dc为绕制钨电热丝的芯杆直径。
进一步地，钨丝螺距系数Ks的计算式为：Ks =l/(n*d )。
式中l为绕制螺旋成型后的钨电热丝长度。
本发明提供了一种基于钨材的电热丝设计方法，通过对钨丝直径d、钨丝长度L、钨丝螺旋圈数n以及钨丝螺距系数Ks这四个钨电热丝生产制造参数建立简便计算公式，同时由于钨电热丝近似黑体，其色温与光效存在一一对应关系，同时，色温和光效在一定工作环境下和寿命也存在对应关系，因此只要确定色温、光效以及寿命中任意一个参数值，便可确定辐射值Me以及电阻率值ρ，进一步可根据建立的简便计算公式计算钨丝直径d、钨丝长度L、钨丝螺旋圈数n以及钨丝螺距系数Ks。
同时为了使计算更为简便快速，可在数据库基础上，采用C语言或者C++语言为钨丝直径d、钨丝长度L、钨丝螺旋圈数n以及钨丝螺距系数Ks编制算法程序，建立人机交互界面，只需输入色温、光效或者寿命中任意一个参数，即可得到钨丝直径d、钨丝长度L、钨丝螺旋圈数n以及钨丝螺距系数Ks的计算结果。
本发明与现有技术相比，针对基于钨材的电热丝提供了一种简便且快速的设计方法，解决目前钨电热丝计算过程中，各损耗功率时边界条件不易确认，计算公式复杂，计算量大的弊病；克服了目前采用经验法计算钨电热丝时，因为简化忽略了一些影响因素带来的误差较大，需要试做样品不断修正，导致计算时间长的缺点；设计方法简单实用，具有较好工程实践意义。
附图说明
图1、钨丝的结构示意图；
图2、加工成螺旋型的钨电热丝的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明为一种基于钨材的电热丝设计方法，方法如下：
建立直线钨丝制造成螺旋型钨电热丝时的生产参数简便计算公式。
其中，钨电热丝生产制造参数包括钨丝直径d、钨丝长度L、钨丝螺旋圈数n以及钨丝螺距系数Ks，均通过辐射值Me以及电阻率值ρ进行确定，辐射值Me以及电阻率值ρ通过色温、光效以及寿命中任意一个参数进行确定。
钨丝直径d的计算式为：d =(K1 *ρ/Me)1/3 *(W/V)2/3；
式中W为电热丝额定功率；
V为电热丝额定工作电压，为110伏、220伏或者380伏；
K1为工作系数，取值范围为0.45～0.85。
钨丝长度L的计算式为：L =K2 *W/(Me* d)；
式中K2为工作系数，取值范围为0.35～0.70。
钨电热丝的螺旋圈数n的计算式为：n=L /〔3.14（d+dc）〕；
式中dc为绕制钨电热丝的芯杆直径。
钨丝螺距系数Ks的计算式为：Ks =l/(n*d )。
式中l为绕制螺旋成型后的钨电热丝长度。
加工完成后的钨电热丝如图1、2所示。
实施例1：已知条件：钨加热丝的功率W=1000（w）；工作电压V= 220 （v）；加热丝长度l不能超过 200 （mm）；加热丝色温2300（k）；
第一步，给定色温2300（k），此色温下钨的辐射值Me和电阻率值ρ是确定的，从数据库可以查到Me=0.417(w/mm2)和电阻率值ρ=6.6×10-4 (Ω.mm)。
第二步，计算钨丝直径d：d=(K1 *ρ/Me)1/3 *(W/V)2/3 =0.243 (mm)；预选取加热丝螺距系数1.6。
第三步，计算钨丝长度L：L=K2 *W/(Me* d)=3407 (mm)。
第四步，根据钨丝直径d和钨丝长度L计算结果，计算钨电热丝的螺旋圈数n：n=L /〔3.14（d+dc）〕= 588 。
第五步，根据加热丝长度l和钨丝直径d、电热丝的螺旋圈数n，计算出加热丝芯杆直径为1.866mm 。
实施例2：已知条件：钨电热丝的功率W= 1600（w）；工作电压V= 380（v）；加热丝长度l不能超过 230（mm）；加热丝光效6.1（lm/w）；
第一步，给定光效6.1（lm/w），此光效下钨的辐射值Me和电阻率值ρ是确定的，从数据库可以查到Me=0.336 (w/mm2)和电阻率值ρ=6.2×10-4 (Ω.mm)。
第二步，计算钨丝直径d：d=(K1 *ρ/Me)1/3 *(W/V)2/3 =0.245(mm)；预选取加热丝螺距系数1.5。
第三步，计算钨丝长度L：L=K2 *W/(Me* d)=6822 (mm)。
第四步，根据钨丝直径d和钨丝长度L计算结果，计算钨电热丝的螺旋圈数n： n=L/〔3.14（d+dc）〕=626 。
第五步，根据加热丝长度l和钨丝直径d、电热丝的螺旋圈数n，计算出加热丝芯杆直径为3.227mm 。
实施例3：已知条件：钨电热丝的功率W=800（w）；工作电压V= 110 （v）；加热丝长度l不能超过120 （mm）；加热丝寿命不小于1000（h）。
第一步，从加热丝寿命1000（h），从数据库可以查出钨的辐射值Me=0.512 (w/mm2)和电阻率值ρ=6.9×10-4 (Ω.mm)。
第二步，计算钨丝直径d：d=(K1 *ρ/Me)1/3 *(W/V)2/3 =0.317 (mm)。
第三步，计算钨丝长度L：L=K2 *W/(Me* d)=1730 (mm)。
第四步，根据钨丝直径d和钨丝长度L计算结果，计算钨电热丝的螺旋圈数n： n=L/〔3.14（d+dc）〕= 252 。
第五步，根据加热丝长度l和钨丝直径d、电热丝的螺旋圈数n，计算出加热丝芯杆直径为1.866mm 。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于钨材的电热丝设计方法，其特征在于：方法如下：建立直线钨丝制造成螺旋型钨电热丝时的生产参数简便计算公式。
2.根据权利要求1所述的一种基于钨材的电热丝设计方法，其特征在于：所述钨电热丝生产制造参数包括钨丝直径d、钨丝长度L、钨丝螺旋圈数n以及钨丝螺距系数Ks，均通过辐射值Me以及电阻率值ρ进行确定。
3.根据权利要求2所述的一种基于钨材的电热丝设计方法，其特征在于：所述辐射值Me以及电阻率值ρ通过色温、光效以及寿命中任意一个参数进行确定。
4.根据权利要求2所述的一种基于钨材的电热丝设计方法，其特征在于：所述钨丝直径d的计算式为：d =(K1 *ρ/Me)1/3 *(W/V)2/3；
式中W为电热丝额定功率；
V为电热丝额定工作电压，为110伏、220伏或者380伏；
K1为工作系数，取值范围为0.45～0.85。
5.根据权利要求4所述的一种基于钨材的电热丝设计方法，其特征在于：所述钨丝长度L的计算式为：L =K2 *W/(Me* d)；
式中K2为工作系数，取值范围为0.35～0.70。
6.根据权利要求5所述的一种基于钨材的电热丝设计方法，其特征在于：所述钨电热丝的螺旋圈数n的计算式为：n=L /〔3.14（d+dc）〕；
式中dc为绕制钨电热丝的芯杆直径。
7.根据权利要求6所述的一种基于钨材的电热丝设计方法，其特征在于：所述钨丝螺距系数Ks的计算式为：Ks =l/(n*d )；
式中l为绕制螺旋成型后的钨电热丝长度。
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