1.      固體恒溫加熱,。

1.1 固體加熱器結(jié)構(gòu)。 

    在有導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料（如：鋁,、銅,、石墨塊等）傳導(dǎo)熱量的情況下，被加熱的固體與PTC加熱器的距離S應(yīng)在30mm內(nèi),；在導(dǎo)熱系數(shù)稍大的材料（如：鋼鐵、不銹鋼,、鈦,、導(dǎo)熱陶瓷等）傳導(dǎo)熱量的情況下，被加熱的固體與PTC加熱器的距離應(yīng)在10mm內(nèi),；在導(dǎo)熱系數(shù)較差的材料（如：塑料,、無氣孔橡膠、絕緣紙,、云母片等）傳導(dǎo)熱量的情況下，被加熱的固體與PTC加熱器的距離應(yīng)在3mm內(nèi),；不可使用絕熱材料（如纖維紙,、橡塑、發(fā)泡板等）來傳導(dǎo)熱量。用導(dǎo)熱系數(shù)較好的材料,，被加熱的固體與PTC加熱器的距離較小,，則被加熱固體將會(huì)獲得比較穩(wěn)定的溫度,。

散熱結(jié)構(gòu)的面積與PTC陶瓷體的傳熱面積比，最好不要超過3倍,。散熱結(jié)構(gòu)的面積所占比例過大,，會(huì)使被加熱固體獲得的溫度不穩(wěn)定。

    在25℃±5℃的環(huán)境溫度下，PTC陶瓷加熱片的溫度公差見表1,。但是如果PTC陶瓷加熱片安裝在散熱結(jié)構(gòu)中,，溫度精度變差，公差要增加,。在加熱器內(nèi)部傳熱較差、以及散熱結(jié)構(gòu)的面積與PTC陶瓷體的傳熱面積比較大的情況下,，溫度精度都會(huì)下降,。

表1。

    圖2是PTC發(fā)熱/散熱平衡關(guān)系圖,。PTC加熱器的電阻值,，隨自身溫度的上升而急劇增加。所以當(dāng)自身溫度上升時(shí),，發(fā)熱功率也會(huì)急劇下降,；當(dāng)發(fā)熱功率與散熱功率達(dá)到平衡時(shí)，溫度不再上升,，功率也不再變化,。但是，當(dāng)散熱條件（如環(huán)境溫度,、吹風(fēng),、浸水等）發(fā)生改變時(shí)，PTC的功率和溫度重新調(diào)整,，達(dá)到新的平衡,。

影響PTC表面溫度的因素,，見表2。

  表2,。

    影響PTC加熱器的表面溫度因素很多,，所以表面恒溫溫度的精度不可能很高。在需要控溫精度很高的場(chǎng)合,，可以采用PTC加熱器,，外加溫度控制器的方法。當(dāng)外加溫度控制器出現(xiàn)故障時(shí),，PTC加熱器的加熱表面溫度不會(huì)超過設(shè)定的恒溫溫度,，具有超溫保護(hù)功能。

1.3   升溫速度,。

PTC加熱器的升溫速度的影響因素見表3,。

表3。

1.4   應(yīng)用場(chǎng)合,。

    電熱驅(qū)蚊器,、按摩器、保暖器,、電烙鐵,、電熨斗、加濕機(jī),、卷發(fā)器,、直發(fā)器、過膠機(jī),、電熱加香器,、熱熔膠槍、電熨斗,、熔蠟器,、電子元件保溫、電路板驅(qū)潮等,。

    用PTC加熱器作為固體恒溫加熱,，適應(yīng)的加熱溫度為0~300℃，在常溫下的加熱溫度為50~300℃,。適應(yīng)的環(huán)境溫度為-40~250℃。表面溫度太高或太低的PTC比較難制造,，甚至沒有PTC特性,。

    工作電壓3.7V~420V，交直流均可,。工作電壓較低時(shí),，PTC的常溫電阻很小,，電阻-溫度變化率也比較小，恒溫溫度精度要差些,；另外在低電壓下,，加熱功率較小，升溫速度較慢,，甚至不能上升到較高的溫度,。

從安全性、可靠性考慮,，PTC加熱器普遍要比傳統(tǒng)的電熱絲安全性高,，耐絕緣電壓高，漏電流比較小而且比較穩(wěn)定,。有的應(yīng)用場(chǎng)合使用傳統(tǒng)電熱絲不能通過安全認(rèn)證,，而用PTC加熱器可以通過安全認(rèn)證，所以PTC可以用在安全性要求比較高的場(chǎng)合,。但是并不是所有廠家的PTC,，所有的PTC，安全性都會(huì)達(dá)到要求,，所以要選擇質(zhì)量優(yōu)良的PTC生產(chǎn)廠供貨,。PTC用于固體加熱，主要的安全,、可靠性問題：一是,，PTC陶瓷體擊穿燒毀，導(dǎo)致短路,，燒毀絕緣層,；二是，絕緣層擊穿漏電,，使外殼帶電,。

    從成本上考慮，小面積的恒溫加熱,，用PTC加熱器可以省掉溫度控制和超溫保護(hù)部分,，PTC的體積可以做到很小，安裝也相對(duì)簡單,。大加熱面積的恒溫加熱,，使用PTC加熱器加熱溫度更均勻性。PTC恒溫加熱器壽命比傳統(tǒng)電熱絲加熱器壽命長幾倍,，使用PTC也節(jié)省壽命成本,、維修成本。

2.      液體（包括水,、柴油,、液壓油等）加熱,。

2.1液體加熱器結(jié)構(gòu)。 

    圖4是通過式液體加熱器的結(jié)構(gòu),，用于加熱流動(dòng)的液體；如果液體是靜止的,，則需要增加水泵（或液壓泵）來驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng),。

    圖5是加熱器在容器中的擺放位置。垂直加熱管安裝相對(duì)簡單,，但是液體上,、下層的溫度不夠均勻。平臥加熱管的加熱溫度比較均勻,，但是安裝時(shí),，需要在容器上打孔,，而且安裝孔上需要密封處理,。彎形加熱管的加熱溫度比較均勻，不需要打孔，但是成本較高,。容器底部加熱器安裝在底部時(shí),，加熱溫度比較均勻,。

    與被加熱液體接觸的金屬外殼的材料可以選擇：鋁硅合金,、鋁鋅合金,、鋁鎂合金、紫銅、黃銅,、鐵（鍍鋅等）,、304不銹鋼,、316不銹鋼,、鈦,、銅鎳合金等，根據(jù)用途,、液體的性質(zhì),、液體對(duì)金屬的腐蝕性等因素來確定選用金屬外殼材料,。用于油的加熱,，可用成本較低的鋁合金外殼,；用于洗滌用水的加熱,，也可以用鋁合金,、紫銅、黃銅外殼,；食用水的加熱可用304不銹鋼,、316不銹鋼,。水質(zhì)比較差時(shí),，或是海水,，或是用于電鍍水溶液的加熱，可用鈦外殼,；腐蝕性較強(qiáng)的液體，可用銅鎳合金。此外,，在金屬外殼表面附著一層氟塑料層，在耐受溫度下，可以抵抗絕大多數(shù)液體的腐蝕,，但是加熱功率會(huì)顯著下降。

    容器底部（或側(cè)面）液體加熱器,，加熱器不直接接觸液體，液體不會(huì)腐蝕加熱器的外殼。但是這種加熱器的體積較大，功率較低，成本較高,。

2.2 加熱功率。

       PTC加熱管的加熱功率-加熱時(shí)間的關(guān)系,，與傳統(tǒng)的電熱絲加熱管相差較大,。在加熱初期PTC加熱管的功率從小到大，到達(dá)最大值（最大沖擊功率）后,，逐漸下降,，最后穩(wěn)定（煮水穩(wěn)定功率）。而干燒的穩(wěn)定功率要比煮水穩(wěn)定功率要小很多（干燒功率約為煮水的8%）,。

    穩(wěn)定功率與液體溫度有關(guān),，液體溫度越高，則穩(wěn)定功率越小,?？筛鶕?jù)實(shí)際使用的條件，規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的液體溫度,，當(dāng)加熱管加熱后,，液體溫度從低到高，液體溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí),，記錄的功率即是標(biāo)準(zhǔn)液體溫度下的穩(wěn)定功率,。

    穩(wěn)定功率與液體的種類有關(guān)。液體為水時(shí)功率比較大,，因?yàn)樗谋葻崛葺^大,，流動(dòng)性較好，容易形成對(duì)流,；加熱其他液體時(shí)穩(wěn)定功率一般都比水小,。

PTC加熱管干燒表面溫度越高，穩(wěn)定功率則越大。但是提高表面溫度則會(huì)引起功率衰減增加,，PTC加熱片擊穿機(jī)會(huì)增加,，粘膠、電線,、絕緣層等性能下降,，可靠性下降。

    當(dāng)PTC加熱管干燒表面溫度與液體溫度一樣時(shí),，加熱功率基本為0,，就是不再加熱。所以PTC加熱管干燒表面溫度總是會(huì)高于液體溫度20℃以上,，否則無法加熱,。PTC加熱管干燒表面溫度與液體溫度的差越小，加熱管的功率密度就越小,，體積就需要越大,，成本就要越高。

    最大沖擊功率大的加熱管,，穩(wěn)定功率不一定大,。最大沖擊功率過大，則會(huì)影響整個(gè)供電電路,、開關(guān)的正常工作,；但是如果最大沖擊功率過小，則會(huì)引起穩(wěn)定功率達(dá)不到要求,。

2.3   功率衰減,。

    由于各PTC制造廠的質(zhì)量有差異，讓使用者覺得PTC功率衰減太大,。東莞天成的PTC液體加熱管,，連續(xù)一年不間斷工作的功率衰減一般在10%左右，完全在用戶能夠接受的范圍,。而一些PTC制造廠的PTC,，一個(gè)月的功率在30%左右，一年連續(xù)不間斷工作的功率衰減在40~50%,，實(shí)際上已經(jīng)無法使用,。所以在購買PTC加熱管時(shí)，一定要做測(cè)試功率衰減試驗(yàn),。

    功率衰減與PTC陶瓷加熱片的表面溫度成正相關(guān),，表面溫度越高，功率衰減越大,。也就是說,，降低PTC加熱片的表面溫度,，可以減少功率衰減，但是加熱管的體積會(huì)增加,，成本也會(huì)增加,。

    功率衰減主要有兩種原因，一是PTC陶瓷加熱片常溫電阻的增加/沖擊電流的下降,；二是傳熱結(jié)構(gòu)的松動(dòng),，使傳熱變差。

2.4   應(yīng)用場(chǎng)合,。

貯水式熱水器,，即熱式熱水器，電開水壺,，熱飲水機(jī),，洗菜、洗碗,、洗臉,、洗澡、泡腳,、足浴的熱水,，太陽能、熱泵熱水器的輔助加熱,，光伏太陽能熱水器的電加熱，吸油煙機(jī),、清洗劑的熱水清洗,，熱水床，電鍍槽,、柴油汽車油箱,、濾清器加熱，液壓油,、潤滑油,、食用油加熱，桑拿,、美容,、消毒、加濕的產(chǎn)生蒸汽,，藥水熏蒸,，水族、魚缸池的保溫,，水管,、水龍頭,、管道、油管的防凍,，三元催化,、尿素溶液的加熱，水熱地暖,，油汀型,、水熱散熱片的采暖等。

穩(wěn)定加熱功率可以從10W到10KW,。但是對(duì)于功率較大的加熱管,，使用的PTC陶瓷加熱片數(shù)量比較多，會(huì)造成PTC陶瓷加熱片擊穿的機(jī)會(huì)增加,；此外絕緣面積也比較大,，絕緣的失效機(jī)會(huì)也會(huì)增加。所以最好能夠分成幾根加熱管,，每根加熱管的功率都小些,，這樣可以減少失效和廢品。工作電壓范圍12V~420V,，交直流均可,。工作電壓較低而且加熱功率較大時(shí)，沖擊電流和穩(wěn)定電流都會(huì)很大,，電源難于承受,，所以當(dāng)需要大功率時(shí)，最好不用低電壓,。

電熱絲電熱管的優(yōu)點(diǎn)是成本較低,。存在的問題：一是，使用一段時(shí)間后,，絕緣耐壓,、漏電流、絕緣電阻超標(biāo),；二是,，不能干燒，如果溫度保護(hù)裝置出現(xiàn)故障,，則電熱管會(huì)因干燒而燒毀,，甚至燒壞周邊材料，出現(xiàn)火災(zāi),；三是,，電熱絲長期工作后，可能氧化燒毀,，影響壽命,，甚至造成漏電,；四是，當(dāng)水質(zhì)不良,，含陽離子（鈣,、鎂等）濃度比較大，電熱管表面容易出現(xiàn)水垢,，表面?zhèn)鳠嶙儾?，?dǎo)致內(nèi)部電熱絲燒毀。

PTC液體發(fā)熱管可以克服電熱絲電熱管的缺點(diǎn),，絕緣耐壓,、漏電流、絕緣電阻優(yōu)良而穩(wěn)定,，耐干燒,，使用壽命長，有水垢也不會(huì)燒壞,。但是如果PTC制造質(zhì)量不良,，也還可能會(huì)出現(xiàn)問題：一是，PTC陶瓷體擊穿燒毀,，導(dǎo)致短路,，燒毀絕緣層；二是,，絕緣層擊穿漏電,，使外殼帶電；三是加熱功率隨使用時(shí)間增加而衰減,；四是沖擊電流過大,，造成供電線路和開關(guān)故障。PTC發(fā)熱管用戶,，應(yīng)慎重選擇PTC加熱片，以保證質(zhì)量的可靠,。

3.      空氣加熱,。

3.1 空氣加熱器結(jié)構(gòu)。

空氣加熱的結(jié)構(gòu),，按散熱器是否帶電區(qū)分,，分為帶電型與絕緣型。

圖7是帶電型空氣加熱器,，散熱器是帶電的,，PTC陶瓷加熱片的電極層直接接觸鋁散熱器，而且鋁散熱器作為一個(gè)電極引出端,。帶電型空氣加熱器容易獲得較大的功率,，成本也比較低,；但是由于散熱器是帶電的，容易存在安全隱患,。

圖8是絕緣型空氣加熱器,，散熱器與PTC陶瓷加熱片是由絕緣的，散熱器不帶電,。絕緣型空氣加熱器比較安全,，但是功率較低，成本較高,。 

按散熱器的結(jié)構(gòu)分,，有波紋結(jié)構(gòu)，插片結(jié)構(gòu),，鋁擠型結(jié)構(gòu),，壓縮空氣管道型加熱等。波紋結(jié)構(gòu)的空氣加熱器,，結(jié)構(gòu)比較靈活,，長度、寬度,，比較容易調(diào)整,，組成各種尺寸，各種功率,，以適應(yīng)各種風(fēng)扇尺寸,、風(fēng)管尺寸、以及發(fā)熱功率的要求,。波紋結(jié)構(gòu)加熱器的散熱器與PTC加熱片（或加熱管）之間,，是通過粘膠粘接的，在高溫長時(shí)間使用,，或長期無風(fēng)干燒后,，粘接膠可能會(huì)脫落。插片結(jié)構(gòu)與鋁擠型結(jié)構(gòu)的長度可以適當(dāng)調(diào)整,，但是寬度難于調(diào)整,。插片結(jié)構(gòu)給人的印象是結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)實(shí),，而且風(fēng)阻也相對(duì)較小,。

按是否需要吹風(fēng)來區(qū)分，又分為吹風(fēng)型與自然對(duì)流型空氣加熱器,。吹風(fēng)型空氣加熱器的功率比較大,，但是需要增加風(fēng)扇，而且風(fēng)扇會(huì)產(chǎn)生噪聲,。對(duì)流型空氣加熱器不需要風(fēng)扇,，沒有噪聲,，特別適合臥室加熱、床底加熱,，但是加熱功率較小,。

3.2 加熱功率。

    加熱功率隨加熱時(shí)間的變化,，見圖9,。剛開始通電時(shí)，初始功率還比較?。ǔ跏脊β室话闶亲畲鬀_擊功率的1/3到1/5）,，然后加熱功率逐漸增加到最大沖擊功率，隨后功率下降,，最后達(dá)到穩(wěn)定功率,。在散熱過快的情況下，加熱器始終處在初始功率,，不能達(dá)到最大功率,，所以穩(wěn)定的加熱功率很小。

最大沖擊功率 =C * 使用電壓/常溫電阻

    最大沖擊功率的數(shù)值取決于PTC陶瓷加熱片的常溫電阻,、表面溫度,、陶瓷體內(nèi)部的晶粒尺寸、使用電壓等,。其中倍數(shù)C為1~6,，PTC陶瓷加熱片的表面溫度越高，則C越大,；常溫電阻越大,，C也會(huì)越大。如果一個(gè)加熱器內(nèi)有多個(gè)不同電阻的PTC陶瓷加熱片,，加熱器在冷態(tài)（室溫下）開始通電的最大沖擊電流會(huì)較?。坏菬釕B(tài)（比表面溫度低40℃左右的溫度下）開始通電,，最大沖擊電流會(huì)較大,。最大沖擊功率大的空氣加熱器，穩(wěn)定功率會(huì)稍大一些,。最大沖擊功率過大，則會(huì)影響整個(gè)供電電路,、開關(guān)的正常工作,；但是如果最大沖擊功率過小，則會(huì)引起加熱功率達(dá)不到要求,，甚至吹風(fēng)風(fēng)速越大時(shí)加熱功率越小,。

      PTC空氣加熱器的穩(wěn)定加熱功率與風(fēng)速有關(guān),，一般來說風(fēng)速越大，散熱越快,，加熱功率越大,。一般風(fēng)扇的風(fēng)速為3~5m/s。沒有吹風(fēng)的功率是5m/s風(fēng)速下的功率的10%左右,。有需要時(shí),，可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)速來調(diào)節(jié)加熱功率。如果加熱器的沖擊功率與低風(fēng)速時(shí)的穩(wěn)定功率接近,，則提高風(fēng)速不能增加功率,；風(fēng)速太大反而會(huì)降低功率。

    非絕緣型PTC空氣加熱器的散熱比絕緣型的散熱快,，所以加熱功率也比較大,。散熱器比較密，受風(fēng)面積增加,，也會(huì)增加散熱,，發(fā)熱功率也會(huì)增加。

       PTC發(fā)熱片的數(shù)量增加,，穩(wěn)定加熱功率并不會(huì)完全成正比例增加,，每個(gè)加熱片的加熱功率會(huì)有所下降。

       PTC空氣加熱器的加熱功率與影響因素的關(guān)系式如下：

穩(wěn)定加熱功率 = 散熱系數(shù)*（干燒溫度－進(jìn)風(fēng)溫度）

    加熱功率與進(jìn)風(fēng)溫度有關(guān),，進(jìn)風(fēng)溫度越高,，則穩(wěn)定功率越小。當(dāng)PTC陶瓷加熱片的無風(fēng)干燒表面溫度與進(jìn)風(fēng)溫度一樣時(shí),，加熱功率基本為0,，就是不再加熱。所以PTC陶瓷加熱片的無風(fēng)干燒表面溫度總是會(huì)高于進(jìn)風(fēng)溫度20℃以上,，否則無法加熱,。PTC陶瓷加熱片的無風(fēng)干燒表面溫度與進(jìn)風(fēng)溫度的差越小，加熱功率密度就越小,，體積就需要越大,，成本就要越高。

    當(dāng)一個(gè)加熱器的出風(fēng)溫度不能達(dá)到所需的高溫時(shí),，要增加出風(fēng)溫度的話,，則需要在沿風(fēng)向擺放第二個(gè)PTC空氣加熱器。這時(shí),，靠近風(fēng)扇的第一個(gè)加熱器功率較高,；遠(yuǎn)離風(fēng)扇的第二個(gè)加熱器的進(jìn)風(fēng)溫度較高，所以功率就會(huì)低得多，穩(wěn)定功率往往不到第一個(gè)加熱器的50%,。

       PTC陶瓷加熱片的無風(fēng)干燒表面溫度越高,，加熱功率則越大。但是提高PTC陶瓷加熱片的表面溫度,，加熱功率隨使用時(shí)間衰減增加,，PTC加熱片擊穿機(jī)會(huì)增加，粘膠,、電線,、絕緣層等性能下降，鋁外殼返松,，加熱器可靠性下降,。

3.3   功率衰減。

       PTC空氣加熱器功率衰減的因數(shù)主要有：PTC陶瓷加熱片電阻增大,，粘膠松動(dòng),，鋁散熱器松動(dòng)等。一些PTC制造廠的PTC,，一個(gè)月的功率在30%以上,，所以選擇質(zhì)量好的PTC非常重要，在購買PTC空氣加熱器時(shí),，一定要測(cè)試功率衰減,。

    功率衰減與PTC陶瓷加熱片的表面溫度成正相關(guān)，表面溫度越高,，PTC加熱片的電阻增加越多,，粘接膠越容易松脫，鋁散熱器越容易返松,，功率衰減越大,。若使用表面溫度250℃以上的PTC加熱片來做空氣加熱器，無風(fēng)狀態(tài)下通電,，粘膠會(huì)在200小時(shí)以后強(qiáng)度逐漸下降,，松脫。也就是說,，降低PTC加熱片的表面溫度,，可以減少功率衰減，但是空氣加熱器的體積會(huì)增加,，成本也會(huì)增加,。

3.4   應(yīng)用場(chǎng)合。

暖風(fēng)機(jī),，空調(diào)機(jī),，衣物,、鞋、手,、干燥劑、茶葉,、農(nóng)產(chǎn)品的熱風(fēng)烘干,，衣柜、書柜,、鞋柜,、房間、浴室,、廠房,、商場(chǎng)、倉庫,、電控柜,、高鐵動(dòng)車車廂、電氣設(shè)備,、儲(chǔ)物的加熱或干燥,，隧道式烘箱，壓縮空氣加熱,，電池放電負(fù)荷,。

穩(wěn)定加熱功率可以從100W到10KW。如果單個(gè)加熱器的功率小些,，可以減少失效,，提高合格率，需要功率較大的則可以用多個(gè)加熱器,。工作電壓12V~420V,，交直流均可。工作電壓較低時(shí),，沖擊電流和穩(wěn)定電流都會(huì)很大,，所以當(dāng)需要大功率時(shí)，最好不用低電壓,。

電熱絲吹風(fēng)加熱器的優(yōu)點(diǎn)是成本較低,，出風(fēng)溫度可以做得比較高，體積可以較小,。存在的問題：一是,，使用一段時(shí)間后，絕緣耐壓,、漏電流,、絕緣電阻超標(biāo),；二是，不能無風(fēng)通電,，如果風(fēng)扇停轉(zhuǎn),，風(fēng)道被遮擋，溫度保護(hù)裝置出現(xiàn)故障,，則加熱器會(huì)因無風(fēng)超溫而燒毀,，甚至燒壞周邊材料，出現(xiàn)火災(zāi),；三是,，電熱絲長期工作后，可能氧化燒毀,，影響壽命,，甚至造成漏電；四是,，當(dāng)有可燃性物質(zhì)附著都在加熱器上時(shí),，可能會(huì)引起燃燒。

PTC空氣加熱器可以克服電熱絲加熱器的缺點(diǎn),，絕緣耐壓,、漏電流、絕緣電阻優(yōu)良而穩(wěn)定,，可無風(fēng)通電,，自動(dòng)保護(hù)，不會(huì)起火燃燒,，使用壽命長,。但是如果PTC加熱器制造質(zhì)量不良，也還可能會(huì)出現(xiàn)問題：一是,，PTC陶瓷體擊穿燒毀,，導(dǎo)致短路，燒毀絕緣層,；二是,，加熱功率隨使用時(shí)間增加而衰減，不能達(dá)到預(yù)期使用壽命,。有些PTC加熱器生產(chǎn)廠為了降低生產(chǎn)成本而使用低檔材料,，制造工藝不能嚴(yán)格控制，沒有壽命測(cè)試試驗(yàn),。不是所有PTC生產(chǎn)廠的PTC加熱器都能保證質(zhì)量,，各廠的PTC，在功率衰減,、功率精度,、沖擊電流,、耐電壓、絕緣性能,、使用可靠性等各項(xiàng)性能的控制都有參差,，應(yīng)慎重選擇PTC生產(chǎn)廠，以保證質(zhì)量的可靠,。

朱小榮編著,。2015年11月2日