第一章 基础知识
基础知识
1
第一节 电热器具的类型与基本结构
2
第二节 电阻式电热元件
3
第三节 红外线电热元件
4
第四节 PTC电热元件
5
第五节 温控器件
6
第六节 温度保险器件
7
第七节 电热器具维修基本知识
第一节 电热器具的类型与基本结构
一、电热器具的类型 按照电热转换方式区分：电热器具有电阻式、
红外式、感应式及微波式。
实验证明，物体最容易吸收红外线，因此，利 用远红外线加热或干燥物品是日益被广泛采用的新 技术。
红外线电热元件是利用辐射方式给物体加热的， 用于取暖器具和烘箱。优点：升温迅速、穿透力强、 加热均匀、节能。
电热器具中采用红外线电热元件的类型： 一、管状红外线辐射元件 （一）金属管远红外线辐射元件
结构：它由普通金属管电热元件加涂远红外线辐射 层制成。
二、PTC电热元件实例 PTC恒温型电熨斗结构图1—1—10
该电熨斗由10片PTC元件并联组成，（其排 列见图C）。图b为图a中小圆圈部分的放大。图a 为剖面示意图。由于采用PTC电热元件，该电熨斗 突出的优点是：利用PTC元件特性，使电热元件本 身具有自动调温控制功能：由于PTC元件的阻值仅
与温度有关，故受电源电压波动的影响小：使用安 全可靠，工作寿命长。
一、双金属式温控器件 （一）双金属式温控器件的工作原理
将两种热膨胀系数不同的金属材料粘合在一起， 当电热器温度升高到某值时，由于两种金属片的热 膨胀系数不同，它们之间会产生内应力，从而使得 双金属片发生弯曲变形。利用这种变形来控制电源 的通断，即可达到控制电热器具温度的目的。
在双金属片上装有电气开关触点，当双金属片 因受热而变形时，触点断开或闭合，导致电路断开 或闭合。这样，温度的变化即被转换成电路控制信 号，从而控制加热温度。
特点：它是集中上述三元件（管状、板状、烧 结式）优点而克服它们的缺点的新型红外线辐射元 件。
第四节 PTC电热元件
一、PTC材料及其特性 （一）PTC材料
是具有正温度系数的半导体陶瓷元件，其主要 代表材料有钛酸钡（BaTio3）系列。它是有机化合 物，可经模压、高温烧结而制作成各种形状与规格的 发热元件。应用时，在其两面加上交流或直流电源， 就可获得额定的发热温度。
优点：可做成不同形状和各种长度，热效率高、升 温快、安装方便。
缺点：难以胜任大功率高温加热。
（二）石英管红外线辐射元件 结构：与普通管状电热元件基本相同，只是外套由
乳白色石英材质的管子构成。
由于乳白石英可以吸收电热丝发射的可见 光及近红外光（0.75—2.5um），引起石英玻璃 中晶格振动，产生远红外辐射，它能使热效率很 低的可见光与近红外光转换为热效率很高的远红 外辐射。
特点是辐射能力较大，常用于空间加热器 （电暖炉）及家用干燥器。外形图：1—1—6
二、板状红外线辐射元件见图1—1—7
结构；它是在罩盖式电热元件的金属罩盖上涂 上红外线辐射物质而构成。
原理：当电热丝通电被加热后，通过对流和辐 射使罩盖加热而射出红外线。
用途：由于板状红外辐射元件加热面积较大， 常用于电热炊具。
绝热材料的分类：表1—1—8 表1—1—8常用绝热材料的分类
二、电阻式电热元件的类型 按其装配方式来划分有：开启式、罩盖式、密
封式。
（一）开启式电热元件 开启式电热元件是裸露的，它利用对流和辐射
方式将热能传给被加热物体。这类电热元件多是嵌 装在绝缘材料制成的凹槽里或缠绕在绝缘构架上。 见图1—1—1电炉与电吹风机中的电热元件都属于开 启式。
3、常用电热材料的特点 表1—1—5常用电热材料的特点
（二）绝缘材料与绝热材料
1、绝缘材料 绝缘材料是不导电的物质，例如空气和某些液体，
以及除金属与碳以外的多数固体在常态下都是绝缘体。 严格地讲，绝缘体并非绝对不导电，而只是电阻极高 而已。
绝缘材料的作用：隔离带电物体，支撑和固定电 热元件。
绝缘材料的种类：无机绝缘材料（如云母、玻璃、 瓷等），有机绝缘材料（如电木、绝缘纸等）以及上 述两种材料合成制出的混合绝缘材料。
截面积以及环境等不同，使得其使用寿命的差异很 显著，因此使用温度的准确值，还应包括这些因素 的影响。 （3）电阻温度系数
该参数表示电热材料在外界温度变化时，其 电阻值随之变化的情况。
电阻温度系数有：正温度系数，负温度系数 正温度系数：电热材料的电阻随温度升高而升高， 则该电热材料具有正温度系数，用PTC表示。
（二）PTC元件的特性 PTC元件的特性线图见1—1—9。
图1—1—9
当温度在100°C以下时， 它呈现普通半导体特性，当 导体温度升高时，电阻下降， 为负温度系数。而当温度升 高到100°C以上的一段范围 内，其电阻随着温度升高而 急剧上升几个数量级（1000 倍 — 100000倍）。呈现强 烈的正温度系数特性。正温 度特性的起始温度称为居里 温度，用Tｐ表示，而称上 述阻抗异常变化的现象为 PTC特性。
特点及用途：该元件热效率高、较脆、经不起碰 撞、成形工艺复杂、多用于烤炉及取暖器具。
四、粘结式红外线辐射元件 结构及原理：将耐热粘结剂涂在电热元件表面，
然后再将红外线辐射陶瓷粘附在电热元件上，通电 后电热元件被加热，红外线辐射陶瓷即可与电热元 件粘结在一起，而制成粘结式红外线辐射元件。
工艺优点：成形后电热元件具有一定弯曲强度， 能胜任较大功率的高温加热。
点是热力散布均匀，热效率高。目前微波式电热 器具最常见的微波频率有915MHZ和2450MHZ两 种。
二、电热器具的基本结构 电热器具的基本结构包括发热部件、温控部件
及安全装置三部分。
（一）发热部件 发热部件的主要功能是将电能转换为热能。
它由各类电热元件构成。常见的电热元件有电热丝、 电阻发热体、红外线灯、管状红外线辐射元件、半 导体加热器（PTC电热元件）等。
电热器具中对绝缘材料的性能要求：机械性能、 导热性能、吸湿度、耐热性能。
表1—1—6常用绝缘材料的绝缘性能 表1—1—7常用绝缘材料的工作温度
2、绝热材料 绝热材料的作用：保温、隔热、提高电热元件的
热效率、防火、减少电热元件对人体的危害。它主要 由导热性能低的材料构成。
对绝热材料的要求：比热容与密度小、耐热、耐火、 导电率低，不易被腐蚀。
图1—1—2
罩盖式电热元件的优点是：电热元件寿命较长， 缺点是：热效率较低。 (三）密封式电热元件
密封式电热元件是用绝缘导热材料将电热元件 密封起来。
内部结构：图1—1—3
将电热丝装入金属管。为防止管壁和电
热丝相碰、在空隙处均匀填入氧化镁等耐热性 绝缘粉末，然后两端接出引出端并且密封。由 于密封，电热器件不直接接触空气，所以电热 丝不易氧化、寿命长、安全、不会污损，密封 式电热元件可以通过辐射，对流或传导传递热 能、效率较高。缺点：检修难，造价高。
（三）感应式电热器具 若将导体置于交变磁场中，其内部将产生
感应电流（涡流），涡流在导体内部克服内 阻流动而产生热量。利用涡流产生热量的电 热器具称为感应式电热器具。其特点是比较 安全，热效率高，其典型产品为电磁灶。
（四）微波式电热器具 微波式电热器具的工作原理是当微波
（波长在1mm-1m的电磁波）照射某些介质 时， 其内部分子会加速运动而发热。微波炉是目前微 波式电热器具中应用最为广泛和完善的产品， 优
应用最广泛的是管状电热器：见图1—1—4
外形结构分：U形、环行、螺旋形 其他形状：扁带形、板形等
图1—1—5为板状发热元件，它是在耐热绝缘 板上涂一层导电涂料的发热元件而构成。
第三节 红外线电热元件
红外线是一种介于可见光与微波 之间的电磁波。 为人眼看不见的射线。物体吸收了红外线就能够发 热。红外线波长在0.75—1000um,其中20—1000um 为远红外线。
1、电热材料分类 常用的电阻式电热材料有贵金属及其合金，
重金属及其合金，镍基合金， 铁基合金等。见 表1—1—1。其中铁基合金及镍基合金在电阻式 电热元件中应用最广泛。
表1—1—1
2、电热材料主要参数 （1）物理与机械性能参数
该参数主要包括电热材料的导热系数、电阻 率、熔点、线膨胀系数、伸长率等。
（一）电阻式电热器具 由焦耳—楞次定律可知，电流通过具有一定
电阻的导体时，导体就会发热。
利用电阻发热原理制成的电热器具称为电阻 式电热器具：例如电饭锅、电热毯、电炉、空间 加热器、电磁灶、电烤箱等。
（二）红外式电热器具 红外式电热器具是通过加热激励某些 红外
线辐射物质，利用这些物质辐射出的红外线 来加热物体。特点是热效率高，常见的有红 外式取暖炉，电烤箱等。
负温度系数：电热材料的电阻随温度升高而降 低，则该电热材料具有负温度系数，用NTC表示。
由于负温度系数的电热材料在通电后随着温
度升高电阻变小，电流增大，升温更快，电阻又随 之变得更小。如此循环，若无温控保险装置，则会 导致器具烧毁。所以，目前电阻式电热器具采用具 有正温度系数的电热材料。
表1—1—4常用电热材料电阻温度系数
缺点：热效率不高，加热速度慢，是发热体与 辐射物之间有空气层的缘故。
三、烧结式红外线辐射元件 图1—1—8
结构：一是将电热丝放在含有红外线辐射物质 的陶瓷器里再以高温烧结，即制成烧结式红外线辐射 元件。另一种是先将电热丝放在陶瓷器里高温烧结成 型，再涂覆红外辐射物质来制作烧结式红外线辐射元 件。
原理：经通电加热的电热丝通过陶瓷层将热传给 红外线辐射涂层，使之辐射红外线。
PTC元件的特点：具有加热与自身控温双重 功能。使它成为一种新型电热元件。在PTC元件的
生产过程中，可通过制作工艺和添加材料上的差别 来改变其居里温度。如：添加锶（Sr）、锡 （Sn），则居里温度超低温移动：添加铅（Pb）， 则居里温度向高温移动。目前，PTC居里温度一般 控制和选定在-20—300℃内。