Раздел III

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКРЫТЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ

Цель работы: 1. Ознакомиться с методикой исследования открытых проволочных нагревателей.

2. Получить характеристики работы нагревателей в воздушной среде при различной скорости воздуха.

1. Общие сведения:

Для исследования нагревателей используется центробежный вентилятор регулируемой производительности с коротким воздуховодом прямоугольного сечения.

Рис.1 Схема расположения нагревательных элементов в воздуховоде:

1, 2, 3, 4 - нагревательные элементы (1 - проволока нихромовая диаметром 1 мм; 2 - проволока диаметром 1,5 мм; 3 - спираль из проволоки нихромовой диаметром 1,5 мм; 4 - спираль из проволоки диаметром 1,5 мм на керамическом стержне); 5, 6 - верхняя и нижняя крышки воздуховода; 7 - изолирующая планка для крепления нагревательных элементов; 8 - воздуховод; 9 - жалюзийная заслонка.

Внутри воздуховода (рис.1) расположены нагреватели (нагревательные элементы) в виде проволок 1 и 2 из нихрома диаметром 1 и 1,5 мм, открытой спирали 3 и спирали на керамическом стержне 4, выполненных также из нихромовой проволоки диаметром 1,5 мм. Нагревательные элементы расположены горизонтально и перпендикулярно к направлению движения воздуха. Верхняя 5 и нижняя 6 крышки камеры воздуховода, в которой размещены нагревательные элементы, сделаны съемными.

Диаметры проволок всех элементов и их активная длина должны быть известны. На середине каждого элемента в стороне, обратной направлению потока воздуха, тонкой проволочкой закрепляют спаи хромель-копелевых термопар. Выводы термопар подключают к переключателю с общим холодным спаем и выходом на потенциометр, или гальванометр (рис.2).

Рис. 152. Электрическая схема.

2. Программа работы и порядок выполнения

Подобрать оборудование и электроизмерительные приборы для регулирования и измерения напряжения от 0 до 220 В, тока до 50 А, термо-э.д.с. термопар от 0 до 10 мВ, активного сопротивления от 0 до 50 Ом, приборы для измерения скорости воздуха.

Работа выполняется в следующем порядке:

1. Собрать электрическую схему, изображенную па рисунке 2.

2. Измерить сопротивление спирали на керамическом стержне в холодном состоянии и по результатам опытов определить температурный коэффициент сопротивления нихрома.

3. Исследовать зависимость температуры нагревательных элементов от силы тока нагрузки и скорости обдувающего воздуха.

4. Определить постоянные времени нагрева и коэффициенты монтажа и среды нагревательных спиралей.

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 1.

Таблица 1

Измерения

Вычисления

τ, с

U, В

I, А

ω, м/с

t1

t2

t3

t4

α, °С-1

T, с

Kм, -

Кс, -

°С

Здесь ω - скорость воздуха, обдувающего элементы;

t_l, t₂, t₃, t₄ - установившаяся температура нагревательных элементов (1, 2, 3-го и т.д.);

α. - температурный коэффициент сопротивления нагревательного сплава;

Т - постоянная времени нагрева спиралей;

К_н, К_с - коэффициенты монтажа и среды спиралей.

Скорость воздуха, обдувающего нагревательные элементы, регулируют жалюзийной заслонкой на входе в воздуховод. Температуру нагревательных элементов для каждого значения тока измеряют только после наступления установившегося режима. Зависимость t = f(I) для каждого элемента исследуют:

1. в спокойном воздухе (ω = 0) при снятых верхней и нижней крышках камеры воздуховода;

2. для 5 - 6 значений скорости воздуха (в пределах 0,5 - 5 м/с) при закрытых крышках.

По результатам опытов строят:

1. кривые нагрева t = f₁ (τ) при w = 0;

2. зависимости t = f₂(I) при ω = 0;

3. зависимости t = f₃(ω) при I постоянном и одинаковом для всех элементов.

Для вычислений используют зависимость:

где: I₀ - ток в спирали в холодном состоянии при температуре t₀;

I_t - то же, при температуре t

Постоянные времени определяют графически по кривым нагрева.

Коэффициент монтажа спиралей определяют при ω = 0 и одном и том же значении тока для 2, 3 и 4-го элементов, где t_пр - установившаяся температура проволоки (2-го элемента); t_cп - установившаяся температура спирали.

Коэффициент среды определяют как:

где: t_пр - установившаяся температура проволоки (2-го элемента) в спокойном воздухе (при ω = 0);

t'_cп - установившаяся температура спиралей при данном значении ω.

По данным измерений и вычислений строят зависимости К_с= f₄(ω) для обеих спиралей.