小型节能电烙铁的设计丁珮璐指导老师：鄢玉霞一、创意设计简介现有普通内热式电烙铁的热效率低、寿命短、外壳温度高，在使用市电进行长时间操作时会使烙铁头子因过烧氧化而“烧死”，而且功率不能自动调节亦不可变化。本创意设计从我校已有作品产生灵感，除了旨在解决上述问题，而且也在于解决原先作品存在的体积过大等问题。它采用小型红外辐射卤钨加热灯管作为电烙铁的内热式加热元件，用薄形紫铜管作为烙铁头，用隔热耐高温的保温棉内插铝箔作为复合保温层，用可调节式热电偶控温器监控和调节电压电流的输入。其主要优点有预热快、电耗小、寿命长、外壳温度低、烙铁头子不易过烧、功率可调等优点，而因所需功率较小，甚至可直接使用干电池或小型蓄电池作为备用电源，方便野外、井下等非正常环境下操作使用，成为一种小型便携式节能电烙铁。二、问题及解决方案1.延长加热元件的寿命为尽量节约成本，普通电烙铁的金属丝大多裸露在空气中，在高温状态下容易氧化而变细，降低了使用寿命。本创意设计中使用一只小型红外辐射玻壳卤钨加热灯管作为加热元件，利用卤钨灯的再生循环工作原理（在一定的温度范围内，从灯丝上蒸发出的钨在灯壳内壁附近与卤素反应生成气态的卤化钨，再通过对流和扩散到达灯丝的高温区，分解成钨和卤素，钨沉积在灯丝表面，而卤素则被扩散到温度较低的灯壳内壁附近再继续与蒸发的钨化合。这一过程称为卤钨的再生循环。），钨丝不易氧化且减少了蒸发量，提高了加热元件的寿命。为降低制作成本，还可用价廉的硬质玻璃取代昂贵的石英玻璃作为卤钨灯的玻壳。2.节约能源由于电烙铁利用电能所产生的热量主要用于两个方面：少量用于融化焊锡，加热电子元件，而大量是以传导、对流、辐射方式向空间散发热量。普通电子制作用的电烙铁由于追求小型化而没有使用保温隔热材料，其外端温度都较高，容易烧坏桌子或将手烫伤，在使用时需要小心操作，停止使用时要放在专用支架上慢慢冷却。本设计中的电烙铁外加了复合保温隔热技术，即将硅酸铝陶瓷纤维棉毯与薄金属层螺旋缠绕，不仅能减弱热量通过传导、辐射、对流的传递方式向空气中散失，而且不会发生烫伤事故，使热能得到充分利用。同时卤钨灯的预热时间短，色温低于普通的卤钨灯，发热量高，且便于更换和维护，不会因加热元件的废弃而影响其他部件的使用寿命，既可节约能源又有利于环保。3.可调节电功率因钨丝的冷态电阻与热态电阻相差很大，例如，220伏100瓦的白炽灯的冷态电阻是50欧姆，而热态电阻达484欧姆，相差近10倍，这对卤钨灯的使用寿命不利，但作为本电烙铁本的加热元件却是一个有利因素：由于开启时金属丝处于暂冷态，电阻小而电功率大，升温快；而在工作一段时间后，温度较高使其处于热态时电阻会增大，功率变小；在焊接过程中热量散失较多，其温度会下降，电阻会变小而功率会变大，起到自动恒温与调节功率的作用。*本创意设计获得第二届上海市中学生创意设计竞赛一等奖普通电烙铁使用220伏单相电加热，其电功率分为15瓦、25瓦、50瓦、100瓦几种型号，不可以通过调节和改变电功率而适应不同的使用条件。当焊接对象变化时(例如有时需1/8瓦功率范围焊接微型电阻，而有时需10瓦功率范围焊接大型元件)，这时需要用不同功率的电烙铁，单一的一把电烙铁无法胜任不同对象焊接体。本创意中涉及的电烙铁由一个可调节式热电偶控温器来监控和自动调节电压电流的输入，可使卤钨加热灯管的工作电压调节到最佳值。只要在使用前设定焊接对象所需的最高温度，在启动升温时可调高电压，而在待焊保温时调低电压；焊小件时调低电压，焊大件时调高电压。4.烙铁头不会轻易烧死在温度过高时，普通电烙铁的焊接头子会在其紫铜表面产生黑色氧化铜。这样焊锡就会脱落，无法正常焊接，造成“死焊”。这时需切断电源，用锉刀将焊接头子表面的氧化层锉去，待露出新鲜光亮的金属表面再焊，影响工作进程。本文所述的小型电烙铁因配备有温度监控和可调装置，可时时监测当前温度值，只要使用者选择好正常电压，可保证使用过程中烙铁头温度不超过设定温度（为利于使用环保型无铅焊锡，设定温度一般不超过350～370℃），即使长期使用也不会发生因过热而出现的烙铁头“烧死”现象。5.电源配置多样化普通电子制作用电烙铁一般都是使用市电作为电源，有的还会使用大型笨拙得的变压器以适应不同电烙铁的电源需要。由于本电烙铁中所用加热元件是卤钨加热器，对于10～15伏的低压卤钨灯可用9V干电池作为电源对其供电，卤钨加热器也可以适用此种电源，这样可实现在没有市电（例如野外、井下等非正常环境）情况下使用本电烙铁进行焊接，而在有市电时可加装小型变压器也可正常使用。三、原理与结构设计小型便携式节能电烙铁的结构是在现有电烙铁的结构基础上加以改进设计的，主要进行了以下几个方面改进设想：1.加热元件的改进：用红外辐射式卤钨加热器替代普通的电