Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 33. 15 september 1951 - Andras erfarenheter - Zirkonmotstånd för elugnar, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
’64
TEKNISK TIDSKRIFT
Uqnsremperarur
Fig. 1. Spänningsfall per centimeter
längd av ett zirkonoxidrör, som
fordras för att hålla detta vid en
viss yttemperatur, när
ugnstemperaturen är a i 000°K och b 1 600°K.
Fig. 2. Relationen mellan kritisk
temperatur för ett zirkonoxidelement
och ugnstemperaturen.
Fig. 3. Relationen mellan strålning
från ett zirkonoxidelement vid
kritisk temperatur och
ugnstempera-turen.
bli ojämnt belastade. Den låga ledningsförmågan vid
rumstemperatur medför, att ugnen måste upphettas med yttre
medel, för att oxidelementet skall bli så ledande, att det
kan värmas upp av strömmen.
Den negativa temperaturkoefficienten gör, att
värmeelement av oxider är instabila vid konstant spänning;
antingen blir de allt varmare, tills de förstörs, eller också
svalnar de. Man måste därför använda stabiliserande motstånd,
som förbrukar elektrisk energi, eller dyrbara
reglerings-anordningar för varje värmeelement. I allmänhet har det
nämligen visat sig omöjligt att koppla flera sådana
parallellt utan enskild reglering för vart och ett, därför att om
ett av dem råkar bli litet varmare än de andra, blir dess
motstånd lägre, det tar litet mer ström, och
temperaturskillnaden växer. Detta fortsätter, tills det ensamt leder
nästan all ström, och de övriga elementen blir strömlösa.
Såvitt känt har man ännu icke funnit något medel att
förhindra ojämn fördelning av strömmen i stora
värmeelement. I praktiken har man icke kunnat använda större
godstjocklek än någon centimeter. Det har t.o.m. hänt, att
stavar med 9 mm diameter smält i mitten, medan
yttemperaturen blott varit 1 600°C.
Ändkontakterna vållar emellertid de största svårigheterna.
I Nernsts glödljus användes platinakontakter med
framgång, men de blir alldeles för dyra för större element. Om
en metall förbinds direkt med detta, smälter den, långt
innan den temperatur, som oxiden tål, uppnåtts. Försök
att spänna fast metallkontakter kring värmeelementet
misslyckas oftast på grund av den stora skillnaden mellan
metallens och oxidens utvidgningskoefficienter.
Villkoret för stabilitet hos glödande oxidelement beror på
relationen mellan dess värmeförlust och tillförd elektrisk
energi. Ett element med tillräckligt liten diameter för att
bli jämnt upphettat antas befinna sig i en ugn med den
konstanta temperaturen T0 °K. Om det nu upphettas
elektriskt till T °K, förlorar det värme till omgivningen genom
ledning och strålning. Denna process kan approximativt
beskrivas med ekvationen
H = k (T — To) + ^ (T* — 7V) (1
där H är värmeförlusten i W/cm2, k och k\ är
värmeöverföringskoefficienterna vid ledning och strålning resp. För
med kalciumoxid stabiliserad zirkonoxid (Tekn. T. 1951
s. 651) kan man sätta k = 0,002 och kr = 1,75 • 10"12. I
praktiken kan värmeförlusten genom ledning försummas.
Man kan beräkna värmeförlusten ur ekv. (1) och den
spänning, som behövs för att täcka den, när man känner
zirkonoxids motstånd vid olika temperaturer. Sådana
beräkningar har gjorts för ett rör av stabiliserad zirkonoxid
med stor diameter och 2 mm väggtjocklek för två
ugnstemperaturer. Uttrycks resultatet grafiskt (fig. 1), finner
man, att spänningen har ett maximum för en viss -tempera-
tur hos zirkonoxidelementet. Temperatur-spänningskurvan
stiger brantare och har ett skarpare maximum vid lägre
ugnstemperatur än vid högre.
Det är klart, att elementet är stabilt vid temperaturer
under maximipunktens, ty varje förändring, som ökar dess
temperatur, medför större värmeförlust, än som motsvarar
ökningen i tillförd energi. Elementets temperatur måste
därför falla till ett jämviktsvärde. Vid temperaturer till
höger om maximum är elementet däremot instabilt, ty
varje ökning av spänningen ger större energitillskott, än
som motsvarar ökningen i värmeförlust. Av fig. 1 framgår
vidare, att maximipunkten faller med stigande
ugnstemperatur. En spänning, som icke medför instabilitet vid låg
temperatur, gör det när denna stigit tillräckligt högt.
Värmeelementets temperatur vid maximal spänning kan
kallas dess kritiska temperatur. Denna står i en viss
relation (fig. 2) till ugnstemperaturen, som bestäms av
ekvationen
T* — ^ T* = To* (2)
B
där B är en konstant bestämd av relationen mellan
elementets specifika motstånd R och dess temperatur
R = A eBIT (3)
där A är en storhet, som beror av elementets porositet,
kornstorlek, tvärsnitt och specifika motstånd. Då A icke
ingår i ekv. (2), är elementets stabilitet tydligen oberoende
av dess struktur och form. För stabiliserad zirkonoxid är
B = 13 700.
Av fig. 2 framgår, att den kritiska temperaturen blott är
obetydligt högre än ugnstemperaturen, när denna är låg.
Stabilitetsområdet blir då litet men blir mycket stort vid
hög ugnstemperatur. När denna är över 1 800°K förblir
zirkonoxidelementet stabilt upp till smältpunkten.
Värmeelementets strålning vid dess kritiska temperatur
varierar naturligtvis också med ugnstemperaturen (fig. 3).
När denna är låg, blir strålningen i W/cm2 mycket låg,
men den växer med ugnstemperaturen. En stor
strålnings-yta är därför lämplig för att underlätta ugnens
igångsättning och även därför, att zirkonoxids
värmeledningsförmåga är liten, varigenom temperaturgradienten i godset
måste bli hög. Det är därför bäst alt använda tunnväggiga
rör som värmeelement.
Fig. Tilledningar för ett
värmeelement av
zirkonoxid.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
