金屬管狀電熱元件的設計程序較為復雜，相關參數(shù)較多，要合理最優(yōu)化的確定電阻絲綜合數(shù)據(jù)，往往需要反復計算，而這些參數(shù)的計算又是一環(huán)套一環(huán)，所以說最佳方案的確定必須花費一定精力和時間。因此說如何快速計算，提高工作效率也是電熱制造行業(yè)廣大技術人員的共同愿望。
　　
　　1、電阻加熱基本原理及相關內(nèi)容
　　
　　將電能轉(zhuǎn)換為熱能，并加以利用是電學中的一個重要效應。
　　
　　其以電轉(zhuǎn)化為熱的方式也是多種的，有等離子加熱、電子束加熱、電弧加熱、感應加熱和電阻加熱（不單純限于電阻絲加熱）。
　　
　　1.1電阻加熱：利用導體的電阻而產(chǎn)生熱量在相關媒界物質(zhì)的輔助下加熱各種物質(zhì)是電阻加熱的基本原理和工作原理。電阻加熱的依賴材料有多種，但是以合金電阻絲作為發(fā)熱材料是用途最廣泛的主流材料，而作為金屬管狀電熱體的電熱絲材料基本以鎳鉻Ni-Cr，鐵鉻鋁Fe-Cr-AL和帶鉬的鉻鋁Cr-AL-Mo為主要材料。對合金電阻絲最基本的條件和技術要求有：電阻率、電阻值的均勻性、化學穩(wěn)定性、抗氧化性、高溫強度等。
　　
　　1.2電阻絲的相關參數(shù)
　　
　　1.2.1電阻率
　　
　　電阻絲的電阻率又稱電阻系數(shù)或比電阻，它是表示導體抵抗電流通過特性的一個電氣參數(shù)，導體的電阻率同電阻間的關系如下：
　　
　　R=ρC/S
　　
　　R—導體的電阻Ω
　　
　　L—導體的長度m
　　
　　S—導體的橫斷面積（截面積）mm2
　　
　　ρ—導體的電阻率μΩ.m
　　
　　電阻率同合金的化學成份、金相結(jié)構、工作溫度相關，是計算不同規(guī)格電阻絲米電阻值的重要數(shù)據(jù)。所以說我們可以通過以上公式，只要知道其材質(zhì)的電阻率，就可以隨時計算出各種規(guī)格電阻絲的米電阻（每米長度的電阻值）。
　　
　　1.2.2電阻絲的溫度系數(shù)
　　
　　合金電阻絲隨著溫度的變化其電阻值（電阻率）也進行變化，這個變化的數(shù)值稱之為電阻溫度系數(shù)。在工作溫度下的電阻率Pt與20℃時的電阻率P20之比稱之為電阻率修正系數(shù)，其關系式如下：
　　
　　Ct=Rt/R
　　
　　Ct—溫度為℃時電阻溫度系數(shù)
　　
　　Rt—溫度為t時的電阻值
　　
　　R—溫度常溫狀態(tài)下的電阻值
　　
　　如果已知某種牌號電阻絲Ct（電阻溫度系數(shù)）那么就可以利用以上關系式計算出不同溫度時的電阻值。
　　
　　電阻絲的溫度系數(shù)在管狀電熱元件設計時是一個重要參數(shù)，直接影響產(chǎn)品的功率大小，實際工作中要參考上圖的大致變化曲線，同時要結(jié)合元件的實際工作狀況進行模擬測試，即在常溫狀態(tài)下電阻值與工作溫度下的阻值之比，根據(jù)這個系數(shù)（實測）確定常溫狀態(tài)下的電阻值。（這里指成品電阻值）
　　
　　1.2.3表面負荷
　　
　　絲表面負荷是指電熱絲的展開總長度的單位表面積所擔負的電功率值W/cm2。通常情況下元件的工作條件越差（散熱條件差），絲表面負荷應選擇越小，反之元件的工作條件較好（散熱條件好）絲表面負荷相對可以選擇稍大，當然散熱條件取決于加熱物質(zhì)、物體的大小、流體的流動、空氣的風速等等條件，如果說單純以加熱介質(zhì)來定管表面負荷和絲表面負荷這是不全面的。比如說加熱元件功率是一樣，但是鑄造在1Kg鋁材和鑄造在3Kg材料中其散熱條件是不一樣。又如說同樣是流動空氣加熱風速不一樣其效果是不一要的。所以在考慮加熱介質(zhì)的同時考慮其它條件來決定絲表面負荷才是可靠的。
　　
　　電阻絲的表面負荷計算式為：
　　
　　W/cm２＝P/（D.л.L）
　　
　　式中W/cm２—絲表面負荷
　　
　　P—電功率
　　
　　D—電阻絲直徑
　　
　　L—展開長度
　　
　　1.2.4繞制圈徑
　　
　　根據(jù)管狀電熱元件中的額定電壓、額定功率、加熱介質(zhì)條件及所選擇確定的絲表面負荷后，確定電阻絲規(guī)格并合理地、科學地組裝固定到電熱元件中央。要達到這一目的就必須要對電阻絲進行螺旋圈繞制（特殊的極少數(shù)產(chǎn)品不需要繞制）。在其它條件不變的情況下，合理選擇繞制芯棒，達到理想圈徑的電熱絲也是設計過程中的一個重要內(nèi)容，具體如下：
　　
　　A.繞制圈徑不宜太大、太大了會使電阻絲與金屬管的距離減小，這樣會降低元件的絕緣耐壓性能。其次圈徑太大會使電阻絲的機械張力（彈力）減小，這樣在加粉過程易帶來電阻絲下垂現(xiàn)象，從而帶來成品發(fā)熱不均勻結(jié)果。當然有時用戶來圖對引出棒的直徑要求就是大一點，那么我們?nèi)匀灰哉�體性能考慮，應該什么樣的圈徑就是什么樣的圈徑，寧可把引出棒與電阻絲連接的一端減小直徑（見圖）進行連接，也不可以影響繞制圈徑的合理性。
　　
　　B.圈徑不宜太小，繞制圈徑太小了會降低電阻絲產(chǎn)生的熱量不能快速地傳遞到金屬管外殼。由于不能快速地傳遞熱量，那必然會帶來自身溫度增高，從而縮短了產(chǎn)品的壽命。其次，對于少數(shù)特殊的產(chǎn)品，發(fā)熱區(qū)還很長，但是功率并不大，如果按照正常熱負荷計算電阻絲往往是在繞制后密繞長度太短，拉開后絲距太大，好像就逼著往繞制芯棒減小方面發(fā)展，其實大有不必，完全可以把電阻絲選擇再大一點，或者采用雙絲繞制，這樣即可解決這一矛盾。
　　
　　從目前大多數(shù)廠家設計中對電阻絲與芯棒之間的選擇大致是：
　　
　　4＜D/ｄ＜8
　　
　　D－芯棒直徑
　　
　　ｄ－電阻絲直徑
　　
　　1.2.5繞制距離
　　
　　螺旋電阻絲每圈之間必須有一定的距離，這個距離我們稱之為絲距（節(jié)距）。絲距是電熱元件在設計時所考慮一個極其重要參數(shù)，它對產(chǎn)品的發(fā)熱均勻性，填料密實度及產(chǎn)品壽命影響很大。通常情況下我們習慣把絲距的說法定為是電阻絲直徑的倍數(shù)來進行。
　　
　　A.絲距不宜太小，太小了危險之一是會使電阻絲所產(chǎn)生的熱量不能快速地傳遞到金屬管外殼，導致電阻絲自身溫度升高，這樣易降低電性能。危害之二是產(chǎn)品在制作過程中，在加粉時帶來“分篩”現(xiàn)象，即產(chǎn)品在填料加粉時，氧化鎂粉不能充分地密實地填入到圈徑內(nèi)，因為密實的電阻絲成了一層“篩子”擋住了鎂粉進入到螺旋圈中間去。由于這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，同樣會帶來電阻絲自身溫度升高，燒毀電阻絲周圍的氧化鎂降低電性能，縮短產(chǎn)品壽命。
　　
　　B.絲距也不是越大越好
　　
　　一般情況下絲距大一點對產(chǎn)品的性能是有益的，但是也不是無限地大。如果絲距大到一定的范圍時將會帶來斷絲現(xiàn)象（小直徑電阻絲最易有這種現(xiàn)象）�；螂娮杞z絲徑減小現(xiàn)象。所以說，要適當選擇絲距比。通常情況下應以以下數(shù)據(jù)為好。
　　
　　2.5＜S/ｄ＜5
　　
　　S—絲距
　　
　�。�—電阻絲直徑
　　
　　注意：這里提示對＜Φ0.2mm，電阻絲的下限有時要考慮必須大于2.5倍了（或更大些）。
　　
　　2、快速計算電阻綜合參數(shù)的技巧
　　
　　管狀電熱元件的設計中電阻絲設計優(yōu)劣對其整體產(chǎn)品性能和材料的消耗有著密切的影響。能掌握一些快速設計的技巧無疑對提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量將會起到積極的作用。
　　
　　2.1技巧之一，快速計算出任何規(guī)格的米電阻
　　
　　大家知道電阻絲的米電阻是電熱絲設計綜合參數(shù)中最基本參數(shù)，無論是絲表面負荷，還是電阻絲絲距都離不并首先要考慮電阻絲的米電阻為前題。對于常用幾個規(guī)格的電阻絲米電阻應該說能夠記住，但是如果所有規(guī)格電阻絲能記住可能不太容易。前面已敘，只要記住某種牌號的電阻絲的電阻率也能算出，但是要算出這個值仍然是很繁鎖。本人總結(jié)的技巧是以Φ0.2mm一個規(guī)格的米電阻值為一個基準數(shù)（實際上這也是一個電阻率）。如Cr25AC5牌號Φ0.2mm的米電阻是45.2Ω，那么只要記住這個數(shù)值，求任何一個規(guī)格的米電阻就容易了。具體計算方法是把要求的這個規(guī)格的半徑的平方算出，然后45.2去除以這個數(shù)的100倍就得出這個規(guī)格的米電阻。
　　
　　例1：求Φ0.76mm的米電阻值
　　
　　1）0.38２=0.1444
　　
　　2）45.2/14.44=3.13Ω
　　
　　例2：求Φ0.11mm的米電阻值
　　
　　1）0.0552=0.003025
　　
　　2）45.2/0.3025=149Ω
　　
　　對于鎳鉻合金或其它合金材料的電阻只要Φ0.2mm的米電阻同樣可計算出。
　　
　　2.2技巧之二：通過計算列出管狀電熱元件常用電阻絲綜合參數(shù)速查表。
　　
　　這張表是以Cr25AC5材料為基準計算得出，使用時只要根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格（額定電壓、額定功率）和管徑，發(fā)熱區(qū)長度就快速查出你需要的相關性數(shù)據(jù)，然后稍加以計算即可得出綜合參數(shù)。
　　
　　例1：220V、1000W、管徑Φ8、發(fā)熱區(qū)長度900mm，使用場合為流動空氣（空調(diào)用）。
　　
　　首先應知道Φ8管徑的元件通常情況電阻絲繞制圈徑應＜Φ3mm
　　
　　假如說繞制電阻值取52縮變后為47.4Ω為中心值的話，那么取Φ0.3～Φ0.4之間均可的話那么取Φ3.6mm規(guī)格，對應表芯桿直徑為Φ2mm，繞制100mm時電阻值為28.6Ω，絲表面積為27.2cm2。
　　
　　計算：
　　
　　1）52/28.6=1.818
　　
　　已知：密繞長度=181.8mm
　　
　　2）已知：發(fā)熱區(qū)長度為900
　　
　　密繞長度為181.8mm
　　
　　絲距為900/181.8=4.95倍
　　
　　3）已知100mm密繞長度表面積為27.2cm2，那么該支元件絲表面積為：
　　
　　27.2×1.818=49.45
　　
　　單位負荷：1000/49.45=20.2W/cm2
　　
　　如果覺得20.2W/cm2這個負荷認為太大的話可以再查表計算。
　　
　　總之通過這個表要快速算出電阻絲綜合參數(shù)那也是很容易的事了。