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设计液态金属电加热丝的方案

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了用液态金属GaIn24.5设计出喷墨打印在织物上的合适的电加热丝,需要考虑以下问题:加热丝的发热功率,供电电压和电流,加热丝的电阻值,加热丝长度和形状的设计,以及打印加热丝的布料基底的选择。因此,液态金属电加热丝的总电阻范围应在3~5 Ω。打印过程中,通过手动调整打印时间以及喷枪移动的速度,可以改变实际打印出来的液态金属电加热丝的阻值大小。

设计液态金属电加热丝的方案

为了用液态金属GaIn24.5设计出喷墨打印在织物上的合适的电加热丝,需要考虑以下问题:加热丝的发热功率,供电电压和电流,加热丝的电阻值,加热丝长度和形状的设计,以及打印加热丝的布料基底的选择。

加热丝发热可提供贴附人体的热源,保证在寒冷的条件下维持或增加人体皮肤温度,从而提高身体的代谢机能以及在严苛环境中的舒适程度[3]。因此,加热丝的总发热功率应该和人体在寒冷情况下的散热功率相匹配。考虑到人体正常活动会产生热量,以及正常穿衣减少散热的实际情况,结合市场上现有加热服的发热功率,可将液态金属电加热丝的总功率设定在5~8W左右;考虑到电加热服供电电源的可携带性,这里直接采用了用于手机充电的移动直流电源,其输出电压为5V。因此,液态金属电加热丝的总电阻范围应在3~5 Ω。

进一步,根据表15.2中喷雾打印在6种不同布料基底上的液态金属导线的电阻值,可以发现5号布料作为液态金属电加热丝的打印基底最为合适,整个加热电路由多根电加热丝并联构成,其中每根电加热丝可以根据人体穴位或者实际需求放置在人体背部的不同区域位置,从而实现背部大面积范围内的持续供热。(www.xing528.com)

如图15.12所示,通过AutoCAD设计出单个电阻丝的液态金属喷雾打印掩膜板。电阻丝宽度为1.2 mm,长度为500 mm;两段接头处采取了5.8mm×4.6mm的面积加宽设计,以方便外接导线和电源。为了合理利用布料面积,整个电阻丝以蛇形弯曲的形式布置在68.2 mm×20 mm的矩形区域内。打印过程中,通过手动调整打印时间以及喷枪移动的速度,可以改变实际打印出来的液态金属电加热丝的阻值大小。因此,可以通过使用该设计的掩膜板打印出一些外观尺寸相同但电阻值不同的液态金属加热丝,通过测试它们各自的电加热性能,可确定单个液态金属电加热丝阻值以及整件电加热服所需并联的电加热丝数量。

图15.12 单个电阻丝的打印掩膜板设计图[3]

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