Ich versuche, den spezifischen Strom zu finden, der benötigt wird, um einen Draht auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen. Das Drahtmaterial ist Kanthal. Ich habe den Widerstand aus dem Widerstand und den Abmessungen des Drahtes berechnet. Die Versorgungsspannung habe ich auch.
Aber was ist die Beziehung zwischen Wattzahl und Temperatur? Wie finde ich heraus, wie viel Strom benötigt wird, um den Draht auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen?
Der Teil, der Ihnen fehlt, ist der Wärmewiderstand vom Draht zur Umgebungsluft (oder in welchem Medium Sie ihn auch haben). Dies wird üblicherweise für Halbleiterbauelemente in °C/W angegeben. Bei Drähten hängt die Gesamtleistung natürlich von der Länge ab, also suchen Sie nach Werten wie °C/(W·m).
Nehmen wir zum Beispiel an, Sie möchten, dass die Drahttemperatur 100 °C beträgt und Sie haben festgestellt, dass sein Wärmewiderstand gegenüber der Umgebungsluft 10 °C/(W·m) beträgt. Die Umgebungsluft hat in diesem Beispiel 20 °C, sodass der erforderliche Temperaturanstieg 80 °C beträgt. Das bedeutet, dass Sie 8 W in jeden Meter Kabel stecken müssen. Wenn Ihr Drahtsegment 200 mm lang ist, müssen Sie 1,6 W hineingeben.
Sobald Sie die erforderliche Leistung kennen, können Sie den elektrischen Widerstand verwenden, um die Spannung und den Strom zu berechnen, die diese Leistung erreichen.
Denken Sie daran, dass sich der spezifische Widerstand vieler Substanzen mit der Temperatur erheblich ändert. Alte LEBs (Light Emitting Bulbs) waren ein gutes Beispiel. Das Filament wird so heiß, dass es erhebliches Licht abgibt. Es ist bei dieser Temperatur um ein Vielfaches widerstandsfähiger als bei Raumtemperatur. LEBs hatten daher nach dem Einschalten kurzzeitig große Ströme, bis sie auf Glühtemperatur kamen.
Eine Möglichkeit, mit unterschiedlichen Widerständen umzugehen, besteht darin, sowohl Spannung als auch Strom in einem Mikrocontroller zu messen, die Leistung zu multiplizieren und die Stromversorgung entsprechend anzupassen, um die gewünschte Leistung aufrechtzuerhalten. Das Netzteil ist wahrscheinlich sowieso ein Umschalter, der von einem Mikro gesteuert wird, sodass dies nicht viel Komplexität hinzufügt.
Noch besser ist es, die Temperatur direkt zu regulieren. Dieses Schema nutzt die Tatsache aus, dass sich der Drahtwiderstand mit der Temperatur ändert. Sie messen Spannung und Strom, berechnen aber diesmal den Widerstand. Die Stromversorgung wird dann geregelt, um diesen Widerstand konstant zu halten. Diese Methode ist schwierig, wenn das Material am gewünschten Betriebspunkt keine große Widerstandsänderung pro Temperatur aufweist.
Andreas
Spehro Pefhany