Cопротивление ТЭНа чайника
Один из основных способов проверить работоспособность и главное эффективность ТЭН любого чайника – измерить его сопротивление. Но при этом недостаточно только получить какое-то значение – основная задача понять, соответствует ли оно, заявленным характеристикам устройства.
Объяснение этому довольно простое – КПД современных Трубчатых ЭлектроНагревателей практически 100%. Соответственно, основная часть электрической мощности тратится именно на нагрев, и она, согласно закону Ома, напрямую связана с сопротивлением ТЭН. Если окажется, что мощность чайника очень низкая – то будет понятна причина медленного кипячения, если высокая — причина деформации корпуса, отключения защитной автоматики при его работе и т.д.
Если вы знаете, какая заявленная мощность у вашего чайника, а об этом говорят маркировка на упаковке, корпусе устройства или самом трубчатом нагревателе, то довольно просто рассчитать сопротивление его ТЭН.
Для этого воспользуемся простой формулой, согласно закона Ома:
R=U 2 /P, где R – электрическое сопротивление, U – напряжение, P — мощность
Чаще всего, при указании мощности бытовой техники, учитывается напряжение сети – 220 Вольт. Мощность, как вы помните, мы уже узнали из паспорта или по маркировке. Это значит, что вся информация необходимая для расчета есть.
Так, например, у чайника мощностью 1800 Ватт, сопротивление ТЭН:
R=220 2 /1800 = 26,9 Ом
Если при измерении мультиметром сопротивления нагревателя вы получили близкое к этому значение – он полностью исправен.
В таблице ниже, для вашего удобства, мы уже рассчитали сопротивление трубчатых ЭлектроНагревателей для чайников, самых популярных мощностей:
Более того, вы можете воспользоваться нашим онлайн-калькулятором, который рассчитывает сопротивление ТЭН чайника, достаточно лишь ввести его мощность.
Простейшие электрические расчеты нагревательных элементов
Электронагреватели широко используются в бытовых электроприборах: чайниках, утюгах, каминах, плитках, паяльниках и т. д. Тепловое действие тока. При прохождении электрического тока через неподвижные металлические проводники единственным результатом работы тока является нагревание этих проводников, и, следовательно,по закону сохранения энергии вся работа, совершенная током, превращается в тепло.
Работа (в джоулях), совершаемая током при прохождении его через участок цепи, вычисляется по формуле:
- U — напряжение, В;
- I — сила тока, А;
- t- время, с.
Количество теплоты (Дж), выделенное в проводнике при прохождении по нему электрического тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока и вычисляется по закону Джоуля — Ленца:
где R — сопротивление проводника, Ом.
Произведем расчет количества теплоты, необходимой для того, чтобы вскипятить воду в чайнике, вмещающем 2 л. Напряжение сети U=220 В. Ток, потребляемый электрочайником, I= 4 А. Определить время закипания воды в чайнике, если КПД его 80% и начальная температура воды 20° С.
- U=220 В;
- I=4 А;
- m=2 кг;
- КПД=0,8;
- t=20° С;
- tкип = 100° С.
- Удельная теплоемкость воды С=4200.
Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды до температуры кипения.
Qпол = cm (tкип — t0) = 4200 * 2(100 — 20) = 672 000 Дж.
Определим общее количество теплоты, которое должен выделить нагревательный элемент электрочайника, с учетом потерь на нагрев керамики, корпуса чайника и внешней среды:
Определим время закипания воды в чайнике:
Отсюда находим t;
Мощность электрического тока. Зная работу, совершаемую током за некоторый промежуток времени, можно рассчитать и мощность тока, под которой, так же как и в механике, понимают работу, совершаемую за единицу времени. Из формулы, определяющей работу постоянного тока А = U//t, следует, что мощность его (Р) равна:
Нередко говорят о мощности электрического тока, потребляемой от сети, желая этим выразить мысль, что при помощи электрического тока (за счет тока) нагреваются утюги, электроплитки и т. д.
В соответствии с этим на приборах нередко обозначается их мощность, т. е. мощность тока, необходимая для нормального действия этих приборов. Так, например, для нормальной работы электроплитки на 220 В мощностью 500 Вт требуется ток около 2,3 А при напряжении 220 В (2.3 * 220 = 500).
На практике применяют более крупные единицы мощности: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт и 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт.
Таким образом, 1 Вт есть мощность, выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.
Единица работы, совершаемой электрическим током в течение 1 с при помощи 1 Вт, называется ватт-секундой, или иначе джоулем. Применяют и более крупные единицы работы: 1 гектоватт-час (гВт*ч) или 1 киловатт-час (кВт*ч), который равен работе, совершаемой электрическим током в течение 1 ч при мощности 1 кВт.
Длину и диаметр проволоки нагревательного элемента рассчитывают исходя из величины напряжения сети и заданной мощности нагревательного элемента. Сила тока при данном напряжении и мощности определяется по формуле:
омическое сопротивление проводника всегда вычисляется по формуле:
Зная величину тока, можно найти диаметр и сечение проволоки.
Основные данные для расчета нагревательных элементов:
| Допустимая сила тока, А |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Диаметр нихромовой проволоки при температуре 700° С, мм |
0,17 | 0,3 | 0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | 0,85 |
| Площадь поперечного сечения проволоки, мм2 |
0,0227 | 0,0707 | 0,159 | 0,238 | 0,332 | 0,442 | 0,57 |
Подставляя полученные значения в формулу:
где: l — длина проволоки, м; S — сечение проволоки, мм^2; R — сопротивление проволоки, Ом; р-удельное сопротивление проволоки (для нихрома р = 1,1, для фехраля р =1,3), Ом*мм^2/м, получим необходимую длину проволоки для нагревательного элемента.
Пример. Определить длину проволоки из нихрома для нагревательного элемента плитки мощностью Р = 600 Вт при напряжении сети U = 220 В.
По этим данным находим диаметр и сечение проволоки: d= 0,45 мм, S = 0,159 мм^2. Тогда длина проволоки будет равна:
Точно так же можно рассчитать нагревательные элементы и для других электронагревательных приборов.
Примечание. При эксплуатации электрорадиотехнической аппаратуры необходимо знать сечение монтажных проводов — в зависимости от величины проходящего по ним тока. В таблице приведены максимально допустимые токи нагрузки для медных проводов различного сечения.
Расчёт проволочного нагревателя
Расчёт проволочного нагревателя нужен в первую очередь для определения потребного источника питания, то есть таких его параметров как напряжение и ток, ну и как следствие – мощности.
Хочу обратить ваше внимание, что существую онлайн-калькуляторы для расчёта сопротивления и остальных параметров проволочного нагревателя (примеры: раз, два)
Вот огромная подробная статья с расчётом ниромовых нагревателей.
Есть много различных сплавов с высоким удельным сопротивлением, из которых можно делать нагреватели. В нашем примере рассмотрим нихром и кантал. Для простоты расчётов ниже приведена таблица, содержащая в себе отношение диаметра проволоки к её сопротивлению на 1 метр (Ом/м).
Чтобы найти полное сопротивление отрезка проволоки, нужно:
- Определить (задать) диаметр проволоки и её материал (это можно сделать при покупке =)
- Согласно полученным (заданным) данным, найти его сопротивление (Ом/м) из таблицы
- Умножить длину отрезка проволоки (в метрах!) на удельное, в итоге получится величина сопротивления (Ом).
Проделав эти шаги в обратной последовательности, можно найти ДЛИНУ проволоки, зная её сопротивление, и варьируя ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ.
Зная сопротивление, можно “подключить” нашу проволоку к источнику питания, чтобы найти потребляемый ток. По закону Ома (I=U/R) ток равен напряжение (в Вольтах) / сопротивление (в Омах), на выходе получится ток в Амперах. Это нужно в такой ситуации: у вас есть блок питания например на 12 вольт и максимум на 3 Ампера. И вам нужно проверить, не будет ли ток от вашего нагревателя превышать максимальный допустимый ток с блока питания. Чтобы найти мощность нагревателя в Ваттах, нужно умножить ток на напряжение (P=U*I), где P – электрическая мощность в Ваттах.
Обратная задача: спроектировать нагреватель заданной мощности. Например, для стульчака с подогревом нужно около 30 Ватт.
- Зададимся источником питания, пусть это будет БП на 12 Вольт от светодиодной ленты.
- Смотрим, какой будет ток: I=P/U=30/12
32 Ватта. Если “реальное” значение вас не устраивает, можно слегка изменить ДЛИНУ нагревателя, и ток и мощность будут такие, как хотелось изначально. То есть берём не 0.5 метра, а чуть больше. Насколько чуть? Новую длину можно найти, разделив изначально нужно сопротивление на табличное удельное сопротивление, то есть в моём примере это 4.8/9.06
Ещё одно важное дополнение: при последовательном соединении нагревателей их сопротивление складывается (R1+R2+R3…..). А вот при параллельном – складывается очень хитро.
Надеюсь данная статья будет полезна желающим разобраться “в сути вещей”. А так конечно можно использовать готовые калькуляторы =)
Как определить сопротивление тэна
В каких случаях нужно определять сопротивление ТЭНа, технология проверки трубчатого электронагревателя. Как использовать мультиметр, способы проверки работоспособности нагревательного элемента без тестера.
Причин неполадок электроприборов, в которых установлены трубчатые электронагреватели, довольно много. И не всегда это выход из строя ТЭНа. Чтобы исключить этот вариант, может потребоваться его тестирование при помощи специального прибора – мультиметра.
Когда может потребоваться определение сопротивления ТЭНа
Знать, как измерить сопротивление ТЭНа, потребуется во многих случаях. Обычно – если бытовое устройство, которое использует ТЭН, начало функционировать неверно. В частности, тревожными симптомами могут быть:
- Отказ устройства включаться;
- Нарушение температурного режима работы устройства;
- Слишком сильное и быстрое нагревание;
- Появление искр или даже дыма;
- Так называемый «пробой» на корпус, а также неисправности иного рода.
Не обязательно они связаны с выходом из строя ТЭНа: причины могут быть самыми разными. Поэтому не будет лишним знать, как проверить сопротивление ТЭНа.
Если вдруг бытовое оборудование стало вести себя подозрительно, необходимо немедленно отключить его от электросети и приступить к диагностике возможных неполадок.
Что нужно выполнить перед проверкой
Перед тем, как измерить сопротивление ТЭНа мультиметром, можно рассчитать значение его сопротивления на бумаге. Для этого потребуется определить мощность устройства. Как правило, данный параметр указан в эксплуатационном паспорте. В крайнем случае можно всегда просмотреть нужную информацию на сайте производителя или поискать данные в Интернете.
Зная значение мощности, нужно сначала рассчитать протекающий через нагреватель ток. Любой, кто знаком со школьным курсом физики за 8 класс, ответит, что сила тока в данном случае будет равна отношению мощности к напряжению (обычно это 220 вольт):
После этого можно будет по Закону Ома (все тот же 8 класс физики) высчитать и значение сопротивления – разделив напряжение на силу тока:
Как вариант – воспользоваться другой формулой:
В качестве примера: перед тем, как определить сопротивление ТЭНа рассчитывается его теоретический показатель при мощности в 2 киловатта (2 000 ватт) при стандартном напряжении в 220 вольт:
R=(220 В)²/2 000 Вт = 24.2 Ом.
Это и будет искомое теоретическое сопротивление. Часто мастера и электрики, тестируя ТЭН мультиметром, просто придерживаются показателей в промежутке между 20 и 30 омами. Это будет не совсем верно: все-таки, чем точнее измеренный показатель будет совпадать с теоретическим, тем лучше.
Технология проверки ТЭНа
Перед тем как проверить сопротивление ТЭНа, устройство необходимо отключить от электропитания. Это обязательно! При необходимости, пользуясь специальными инструкциями, ТЭН извлекается из своего посадочного гнезда в приборе. Как это сделать – зависит от каждого конкретного устройства и его модели, а также от производителя.
После того как ТЭН извлечен и отсоединен от проводов, нужно включить мультиметр в режиме замера сопротивления и выставить диапазон до 200 Ом. Щупами устройства нужно прикоснуться к выводным контактам ТЭНа.
Использование измерительного прибора
Собственно, это и есть проверка сопротивления ТЭНа. Мультиметр может показать разные значения. Возможно три варианта развития событий:
- На дисплее показывается точно такое же значение, какое было рассчитано выше, по формуле. Если это так – ТЭН исправен, причина неполадки бытового прибора кроется в чем-то ином;
- Дисплей показывает нулевое значение. Пользоваться таким ТЭНом категорически запрещается! Ноль свидетельствует о наличии короткого замыкания. Поможет лишь замена нагревателя;
- Если высвечивается значение – единица или знак бесконечности, то где-то в цепи имеет место разрыв. Например, произошло механическое разрушение ТЭНа. Соответственно, его также потребуется заменить.
Кроме как измерить сопротивление ТЭНа мультиметром, можно проверить, нет ли утечки тока. Чтобы это сделать, мультиметр переводится в режим зуммирования, после чего один из его щупов подводится к контакту вывода, а другой – к корпусу ТЭНа. Если зуммер издал сигнал – имеет место пробой. В этом случае нагреватель также подлежит замене.
Можно провести проверку сопротивления изоляционного слоя ТЭНа при помощи мегаомметра. Чтобы это сделать, на приборе выставляется диапазон до 500 В. Один из щупов подводится к выводному контакту ТЭНа, а другой – к корпусу прибора. Считается нормальным показание от 0.5 Ома.
Перед тем, как определить сопротивление ТЭНа посредством прозвона, нужно его внимательно осмотреть. На нем не должно присутствовать механических повреждений. Причиной неисправности может стать накипь. В случае с явными повреждениями – вздутие, трещины (пусть и самые незначительные), сколы и т.д. – ТЭН просто подлежит замене. Можно даже не проводить никаких замеров. Накипь устраняется через вымачивание в течение двух суток элемента в растворе уксуса или лимонной кислоты.
Утечка тока на корпус
Бывает и так, что с течением времени изоляционный слой ТЭНа изнашивается. При этом наблюдается так называемая утечка тока на корпус оборудования. Определить это можно уже описанным выше способом – посредством мегаомметра.
Если в доме стоит УЗО, то из-за износа изоляционного слоя автоматика может отключаться. Происходит это при достижении половины значения от номинального отключающего дифференциального тока. Мультиметром определить этот факт будет невозможно, поскольку у него отсутствует короткое замыкание на корпус.
Проверка ТЭНа без мультиметра
Если под рукой нет мультиметра, бывалый мастер может провести проверку нагревателя на предмет обрыва и без него. Для этого потребуется контрольная лампа электрика. Ее можно изготовить самому, но лучше приобрести заводской прибор.
Для проверки нужно один контакт ТЭНа подать на ноль от сети, а другой – фазу через контрольную лампу. Если лампочка загорелась – обрыва в цепи нет. Минус этого способа в том, что полноценная проверка сопротивления ТЭНа таким образом невозможна, однако проконтролировать целостность цепи все-таки получится.
Аналогичными способами можно выполнять проверку ТЭНа во многих электроприборах – начиная от посудомоечной машины, заканчивая обогревателями и электрическими чайниками.
Советы по поводу того, как продлить срок службы ТЭНа
В заключение – немного о том, как продлить срок работы ТЭНа. Нет ничего приятного в том, когда выходит из строя водонагревательное устройство в бытовой технике. Однако существуют некоторые рекомендации, которые позволят отодвинуть это неприятное событие:
- Необходимо своевременно проводить замену магниевого анода, который защищает ТЭН;
- Самым главным требованием является использование как можно более качественной воды. При необходимости следует установить на водопровод фильтрующие устройства;
- Не повредит минимум один раз в год осматривать ТЭН на предмет целостности и образования на нем накипи;
- Если требуется проводить замену деталей, лучше всего использовать оригинальные комплектующие.
Не нужно без крайней необходимости задавать максимальный нагрев воды в устройстве. Обычно производитель указывает оптимальный температурный режим его работы. Это позволит сэкономить электричество и продлить срок работы ТЭНа.
Ничего особенно сложного в том, как измерить сопротивление ТЭНа, нет. Но только в том случае, если есть полная уверенность в правильности проводимых операций. В противном случае лучшим выходом будет обратиться за помощью к специалисту.