Ce que vous devez savoir sur les chauffages PTC

Type de chauffage résistif

Un élément chauffant à coefficient de température positif (élément chauffant PTC), ou chauffage autorégulant, est un Chauffage à résistance électrique dont la résistance augmente de manière significative avec la température. Le nom chauffage autorégulant vient de la tendance de ces éléments chauffants à maintenir une température constante lorsqu'ils sont alimentés par une tension donnée.

Les éléments chauffants PTC sont un type de thermistor.

Propriétés

Les éléments chauffants PTC ont de grands coefficients de température positive, ce qui signifie que si une tension constante est appliquée, l'élément produit une grande quantité de chaleur lorsque sa température est basse, et une plus petite quantité de chaleur lorsque sa température est élevée. En comparaison, la plupart des éléments chauffants électriques ont également des coefficients de température positifs, mais ces coefficients sont si faibles que les éléments produisent à peu près la même quantité de chaleur, quelle que soit la température.[1]

Certaines PTC sont conçues pour avoir un changement abrupt de résistance à une température particulière. Ces éléments sont appelés autoregulateurs car ils tendent à maintenir cette température même si la tension appliquée[1] ou la charge thermique[2] varie. En dessous de cette température, l'élément produit une grande quantité de puissance calorifique, ce qui tend à augmenter la température de l'élément chauffant. Au-dessus de cette température, l'élément produit peu de puissance calorifique, ce qui tend à lui permettre de refroidir.

Dans certaines applications, cette caractéristique autorégulante permet d'utiliser des chauffages PTC sans thermostats ou circuits de protection contre la surchauffe.[1] Un usage très important des éléments chauffants autorégulants est d'assurer que l'élément chauffant ne devienne pas si chaud qu'il se deteriorerait ou endommagerait d'autres parties du chauffage. Dans certaines applications où l'élément chauffant est directement connecté à l'objet chauffé, un chauffage autorégulant peut également assurer un contrôle adéquat de la température de l'objet à chauffer.

Cependant, de nombreuses applications nécessitent le contrôle de deux températures. Par exemple, les chauffages d'espace utilisent des éléments chauffants beaucoup plus chauds que la pièce chauffée. Dans ces applications, un thermostat peut être mieux à même de détecter et de contrôler la température de l'objet à chauffer. Néanmoins, un élément chauffant autorégulant peut encore être utilisé pour empêcher l'élément chauffant de s'endommager ou d'endommager d'autres parties du chauffage.

Réchauffement rapide

Si la chaleur requise pour maintenir la température désirée est connue, un élément chauffant PTC peut être sélectionné pour fournir la bonne quantité de chaleur à la température souhaitée. Un tel élément chauffant se réchauffera rapidement car il produit plus de chaleur à basse température. En revanche, un élément chauffant conventionnel qui produit la bonne quantité de chaleur à la température souhaitée produira la même quantité de chaleur à basse température, ce qui entraîne des temps de réchauffement prolongés.

Sortie de chaleur ajustable

Dans certaines applications, il est souhaitable de réguler la sortie de chaleur (généralement mesurée en watts) plutôt que de réguler la température. La sortie de chaleur de tout élément chauffant électrique peut être régulée en régulant l'apport de puissance électrique. Les éléments chauffants PTC peuvent également être régulés indirectement. Par exemple, un élément chauffant PTC avec un changement brusque de résistance à une température particulière peut être équipé d'une source de tension constante et d'un ventilateur à vitesse variable. Avec le ventilateur réglé sur un faible débit, l'élément chauffant ne tire qu'un faible courant, ce qui entraîne une faible sortie de chaleur. Avec le ventilateur à un débit élevé, l'air enlève plus de chaleur et l'élément chauffant réagit en produisant plus de chaleur.[citation nécessaire]

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Température ajustable

Si pouvoir ajuster la température est plus important que de maintenir une température fixe, alors un matériau PTC dont la résistance change de manière fluide avec la température peut être utilisé. La température que ce matériau tend à maintenir peut être ajustée en changeant la tension appliquée.

Plus de formes d'éléments chauffants réalisables

Les éléments chauffants PTC peuvent être fabriqués dans plus de formes que les éléments chauffants conventionnels. Les éléments chauffants conventionnels sont contraints d'être longs et fins (souvent enroulés pour gagner de la place) afin d'éviter le piégeage de courant. Si l'élément était réalisé épais ou en forme irrégulière, il existerait plus d'un chemin pour le courant électrique. Le chemin avec la moindre résistance tendrait à chauffer plus que le reste de l'élément. Dans des cas graves, cela provoquerait une défaillance en cascade où le chemin de moindre résistance surchauffe et échoue, redirigeant le courant vers d'autres parties de l'élément, ce qui entraîne également leur surchauffe et leur défaillance.

Les éléments PTC peuvent être fabriqués épais ou de forme irrégulière, car si un chemin à travers l'élément chauffe plus que le reste, la résistance de ce chemin augmentera, redirigeant le courant électrique sans surchauffe.[citation nécessaire]

Une application d'un élément chauffant spécialement conçu est d'augmenter la surface de l'élément chauffant. Une grande surface signifie que l'élément peut fonctionner à une température inférieure tout en fournissant une grande quantité de chaleur. La température plus basse peut rendre un chauffage plus sûr. Cependant, d'autres mesures de sécurité peuvent assurer la sécurité des chauffages conventionnels.[citation nécessaire]

Une autre application d'un élément chauffant spécialement conçu est de correspondre étroitement à la forme de l'objet à chauffer, ce qui aide à s'assurer que l'objet est maintenu proche de la même température que l'élément chauffant.[citation nécessaire]

Matériaux PTC

Les éléments chauffants à coefficient de température positif peuvent être fabriqués à partir de plusieurs matériaux.

Type céramique

Bien que les matériaux céramiques les plus couramment disponibles soient des isolants électriques, certains conduisent l'électricité avec un coefficient de température positif. Ces éléments chauffants céramiques PTC sont souvent appelés « pierres ».[1][3]

Polymère

Certains polymères sont adaptés en tant que matériaux chauffants PTC. Ceux-ci ont la propriété utile d'être fabriqués sous forme d'encres. Les éléments chauffants de forme complexe peuvent être facilement fabriqués en utilisant des techniques d'impression. Si les encres sont imprimées sur un substrat flexible, alors l'ensemble de l'élément chauffant peut être flexible.[4]

Un type de polymère est un caoutchouc PTC, qui est un type de caoutchouc silicone.

Fonctionnement

Étant donné que les éléments chauffants PTC sont un type de thermistor, ils partagent les mêmes principes de fonctionnement. Les détails dépendent du type de matériau, mais une classe de matériaux largement utilisée est celle des céramiques cristallines. Lors de la fabrication, des dopants sont ajoutés pour donner au matériau des propriétés de semi-conducteur. Ces matériaux ont des coefficients de température quelque peu négatifs à basse température et à haute température ; cependant, il existe une plage de température intermédiaire où ils ont des coefficients de température positifs utiles. Ces matériaux ont une température critique où la résistivité change très nettement. Cette température est appelée température de Curie car les propriétés magnétiques du matériau changent également nettement.

Le coefficient de température d'un élément chauffant PTC est généralement une fonction de la température. L'équation de Steinhart-Hart est souvent utilisée pour approximer cette fonction. Dans certaines applications où le chauffage est utilisé uniquement dans une plage de température étroite, une simple équation linéaire peut être adéquate.

Références

Si vous souhaitez en savoir plus, veuillez visiter notre site web Chauffage PTC pour chauffe-serviettes.