碳纤维发热线温升特性研究

The temperature rise curve is fitted and the mathematical relationship between temperature change and time is obtained. The results show that
the maximum temperature and length of carbon fibre heating wire in air are inversely proportional to the voltage. The research results will pro⁃
2019 年 第 48 卷 第 3 期 Vol. 48 No .3 2019 DOI: 10.3969/j. issn. 1002-1639.2019.03.003
INDUSTRIAL HEATING
碳纤维发热线温升特性研究
·9·
张永超 1，赵录怀 2，徐 微 1
（1.西安交通大学城市学院，陕西 西安 710018；2.西安交通大学 电气工程学院，陕西 西安 710049）
710049，China） Abstract: It is an inexorable trend that carbon fiber heater replaces metal heater. In this paper，the temperature，time，voltage and current of carbon fibre heating wire working in air are studied. The temperature rise tests of different specifications，lengths and voltages are carried out.
vide engineering reference for the application of carbon fibers.
Key words: carbon fiber heating wire；temperature rise characterist；temperature rise time
摘要：碳纤维发热体替代金属发热体是一种必然的趋势。研究了碳纤维发热线在空气中工作时的温度、时间、电压、电流的变化规律，
进行了不同规格、长度、电压的升温试验，拟合温升曲线得到了温度变化与时间的数学关系式。研究结果表明：碳纤维发热线在空气中
工作时最高温度和长度成反比、和电压成正比。其研究成果将为碳纤维的应用提供工程参考。
收稿日期：2019⁃01⁃14 基金项目：陕西省教育厅 2017 年科研专项项目 （17JK1011） 作者简介：张永超 （1977—），男，硕士，副教授，研究方向为
自动控制.
用表电流，通电 10 min 后断电，得到第一组数据。进行 下次试验时，丝束至少断电 1 h 待完全冷却后进行，重 复第一次试验 10 次，得到 10 组 200 个数据，剔除粗大
——————————————————————— 碳纤维是国民经济与国防军工的重要战略物资， 作时的温度、电流、电压和温升时间的变化规律，为此，
属于技术密集型关键材料，使用碳纤维制作发热材料 设计了两类试验。
的技术和产品也逐渐普及。在当今世界高速工业化的
（1）在额定电压 220 V 下，测量其温度、电流、电压
2.1 试验材料及仪器 3K（3 000 根）的铁氟龙（碳纤维发热线的包皮）碳
纤维发热线，长度分别是 4 、5 、6 m；6K 的硅胶（碳纤维 发热线的包皮）碳纤维发热线，长度分别是 6、7、8 m；三 相 交 流 调 压 器 其 型 号 为 TDGC2- 3KVA；福 禄 克 （FLUKE）F62MAX 红外测温仪，测量温度范围-30~ 5 000 ℃，万用表型号为 FY890D。 2.2 试验数据及分析
关键词：碳纤维发热线；温升特性；温升时间
中图分类号：TQ342
文献标志码：A
文章编号：1002⁃1639（2019）03⁃0009⁃03
Study on Temperature Rise Characteristics of Carbon Fiber Heating Wire
ZHANG Yongchao1，ZHAO Luhuai2，XU Wei1 （1.Xi’an JiaoTong University City College，Xi’an 710018，China；2.School of Electrical Engineering，Xi’an JiaoTong University，Xi’an
· 10 ·
INDUSTRIAL HEATING
2019 年 第 48 卷 第 3 期 Vol . 48 No . 3 2019
大背景下，碳纤维用途正趋向多样化[1]。碳纤维发热线 和温升时间的变化规律。
由碳纤维编绕而成，发热线具有强度高、质量轻、耐热
（2）在 200、220、240 V 电压下，测量其温度和温升
性好、热膨胀系数小、电热转换效率高、功耗低、使用寿 时间的变化规律。
命长，并且具有安全性能好、绿色环保、能够耐 2 000 ℃ 高温等特点，且具有良好的导电性能[2-4]。在使用过程中
2 试验过程及数据分析
电磁辐射波为零，不易断裂、氧化、脱落，且更换方便[5]。 21 世纪，碳纤维发热体替代金属发热体将成为一种必 然的趋势[6-8]。
综合现有参考文献，仅有少量对碳纤维发热线的 发热特性进行研究。本文对常用的两种规格、不同长度 碳纤维发热线进行了温升试验，研究了温度、电流、电 压和温升时间的变化规律，其研究成果将为碳纤维的 应用提供工程参考。
1 试验设计
（1）额定电压 220 V 下其最高温度、电阻、功率和 温升时间。在环境温度为 23.1 ℃的空气中给 3K 型 4 m
本文主要研究常用的两种规格发热线在空气中工 发热线通电，利用 F62MAX 测量发热线的表面温度，每
—————————————————
百度文库
0.5 min 计录 1 次温度计数据，温度达到稳态时记录万