Là thời gian dõy đốt giảm đi 20 % diện tớch bề mặt so với ban đầu. Ký hiệu là τsd
Quỏ trỡnh oxy hoỏ diễn ra dọc theo chiều dày, khụng đồng đều ở
dõy đốt. Chỗ oxy hoỏ nhiều nhất là nơi cú khuyết tật trong chế tạo, nơi bị
gấp khỳc va đập cơ học, những nơi khú toả nhiệt. Oxy hoỏ tăng lờn ở
mụi trường ẩm ướt, hoỏ chất, thường những nơi như vậy nờn chọn dõy
đốt kớn nếu điều kiện cho phộp. Khi ở nhiệt độ khụng đổi thời gian sử
dụng τsd tỷ lệ với tiết diện và khối lượng đặc của dõy đốt, cho nờn cần chọn dõy đốt cú tiết diện tăng hơn giỏ trị tớnh toỏn và cú khối lượng đặc. Khối lượng đặc đú là tỷ số diện tớch tiết diện và chu vi dõy đốt. Khối lượng đặc lớn nhất với loại dõy đốt cú tiết diện trũn.
Thời gian sử dụng dõy đốt cú thể tớch theo cụng thức sau: ' . . sd K d τ = τ Trong đú: '
τ - thời gian sử dụng dõy đốt cú đường kớnh đơn vị d = 1mm thường cho trong bảng trờn đồ thị với đơn vị là h
d(mm)- đường kớnh dõy đốt
K- hệ số, với dõy đốt trũn chọn K = 1, với dõy đốt dẹt chọn K = 1,75
τ cũn phụ thuộc vào số lần đúng cắt, bởi rằng sựđúng cắt làm tăng co dón của vật liệu chế tạo dõy đốt và màng chống oxy hoỏ trờn bề mặt dõy đốt, làm xuất hiện những hư hỏng vi nhỏ, và từ đú chớnh là nơi quỏ nhiệt.
Khi thiết bị phải làm việc với tần số đúng cắt nhiều thỡ khi tớnh chọn dõy đốt phải chọn nhiệt độ làm việc cho phộp tcp càng nhỏ ( tlvcp nhỏ) để tăng thời gian sử dụng lờn.
Hỡnh dưới là đồ thịđể tớnh thời gian sử dụng τ' theo nhiệt độ làm việc t(0c) của một số loại dõy đốt như Cr20Ni80, Cr20Ni80T, Cr15Ni60 nhận thấy khi nhiệt độ làm việc của dõy đốt tăng cao thỡ thời gian sử dụng giảm xuống rất nhanh. (h) C Cr15Ni80 Cr15Ni80 Cr15Ni60 4500 t 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 Hỡnh 4 4. Nhiệt độ làm việc cực đại của dõy đốt tmax
Trong tớnh toỏn chọn dõy đốt phải luụn chọn nhiệt độ làm việc của dõy đốt tlv nhỏ hơn nhiệt độ làm việc cực đại tmax. Nhiệt độ tmax là nhiệt độ
mà dõy đốt phải chịu quỏ trỡnh oxy hoỏ diễn ra mạnh nhất, cú tớnh đột biến.
Theo kinh nghiệm thường chọn nhiệt độ làm việc của dõy đốt tlvmax nhỏ hơn tmax ớt nhất là 100 0C.
Dõy đốt là bộ phận chịu nhiệt độ cao nhất và bịăn mũn trong quỏ trỡnh biến đổi điện thành nhiệt. Sự bền của dõy đốt được xỏc định bằng thời gớan sử dụng của dõy đốt. Khi chọn dõy đốt đỳng, thời gian làm việc dõy đốt khụng quỏ 5 ữ 10 nghỡn giờ. Trong khi đú thiết bịđược chế tạo cho 5 – 10 năm như vậy đối với vật liệu chế tạo dõy đốt cần cú yờu cầu cao.
Yờu cầu đối với vật liệu chế tạo dõy đốt như sau:
1. Bền vững chịu nhiệt, ở nhiệt độ cao vẫn bền vững trong điều kiện cú oxy hoỏ.
2. Bền cơ cao trong chịu nhiệt độ cao, dõy đốt phải cú độ bền về cơđể cú thể chịu được trọng lượng bản thõn trong điều kiện nhiệt độ làm việc. 3. Điện trở suất lớn, làm tăng điện trở khi cựng kớch thước nhờđú giảm khối lượng dõy đốt, làm cho dễ bố trớ trang thiết bị và kinh tế hơn. 4. Hệ số nhiệt điện trở nhỏ Với dõy đốt điện trở, điện trở suất xỏc định theo: ( ) 20 1 t ρ ρ= +αθ Hệ số nhiệt điện trởα là hàm của nhiệt độ
Với kim loại nguyờn chất hệ số α rất lớn, vớ dụ với dõy đồng hệ số
0 10, 004 C 0, 004 C
α = − , ở nhiệt độ 100 0C với 0 1 0, 004 C
α = − thỡ điện trở tăng 40 %, khi ở nhiệt độ 1000 0C điện trở tăng 4- 5 lần. Sự thay đổi điện trở
làm khú khăn hơn cho điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị.
5. Cỏc thụng số như điện trở suất, hệ số nhiệt điện trở… cỏc thụng số điện, vật lý ổn định, ớt thay đổi theo nhiệt độ.
6. Cỏc kớch thước vật lý, ổn định, cú một số vật liệu dưới nhiệt độ cao, kớch thước chảy ra (30 ữ 40) % làm cho cụng suất thay đổi, lắp đặt khú khăn.
7. Dễ gia cụng, đồng đều, giỏ thành rẻ.
Để thoả món cỏc yờu cầu trờn khú cú hợp kim vật liệu nào đỏp ứng
đầy đủ, người ta chọn ra được những hợp kim, vật liệu tương đối tốt đỏp
ứng được phần lớn cỏc yờu cầu ở mức độ tốt. Đú là hợp kim Niken- Crụm hay cũn gọi là NiCrụm, hợp kim Crụm – nhụm là những hợp kim khụng từ tớnh, hợp kim Crụm – nhụm - sắt, hợp kim Ni40Cu60 cũn gọi là
congstantan…
Dõy đốt kim loại tinh khiết ớt được dựng cỏc loại dõy đốt kim loại tinh khiết như Vonfram: W0, Moliphoden M0, Tantan (Ta ) tuy cú nhiệt
độ làm việc rất cao, từ hàng nghỡn độ0C trở lờn song trong điều kịờn thụng thường tiễp xỳc với mụi trường thỡ dễ bị oxy hoỏ, chúng hỏng. Bởi vậy phải làm việc trong mụi trườg cú khớ bảo vệ hoặc chõn khụng.
Ở những thiết bị nhiệt độ thấp cú thể dựng thộp xõy dựng hoặc dõy
Dõy đốt hợp kim: phổ biến hợp kim Crụm- Niken. Cr- Ni, Crụm- Nhụm. Cr- Al, Crụm – nhụm - sắt CrAlFe… loại này cú điện trở suất lớn.
a. Hợp kim Crụm – Niken gọi là hợp kim NiCrụm : nhờ cú màng oxytcrụm ( Cr2 03 ) bảo vệ vững chắc, cú tớnh cơ lý tốt ở nhiệt độ trung bỡnh và cao. Loại này dẻo, dễ gia cụng, dễ hàn, cú hệ số nhiệt điện trở
nhỏ, già hoỏ ớt…
Cú nhiều loại vớ dụ: Cr20Ni80, Cr20 Ni80-N; Cr20 Ni80-T trong đú 20 % Cr, 80 % Ni đõy là loại tốt, đắt tiền hơn trong cựng loại này. Ngoài ra cũn cú loại: Cr15Ni60- N khoảng 13 – 15 % Cr, 60 % Ni cũn lại là sắt loại này rẻ tiền hơn.
Loại Cr15Ni60 Al3A- cú khả năng chịu nhiệt rất cao hoặc dựng thộp khụng gỉ loại 1Cr 18 Ni 9T tuỳ từng loại cụ thể song dõy đốt NiCrụm chịu nhiệt độ cao, cú nhiệt độ làm việc cho phộp tới 1000 – 1300 0C.
Điện trở suất Nicrụm cao từ (1 ữ 1,2) .10-4 Ω, hệ số α thấp hơn hàng chục lần sơ với thộp cacbon.
Nicrụm là loại dõy đốt khụng từ tớnh, khi thiết bị làm việc ở nhiệt
độ thấp để kinh tế cú thể thay dõy đốt Nicrụm bằng cỏc loại dõy đốt khỏc. b. Hợp kim sắt – crụm – nhụm FeCrAl
Loại này chịu nhiệt độ cao, thoả món được phần lớn cỏc yờu cầu nhưng cú nhược điểm là giũn khú gia cụng, kộm bền cơ khi ở nhiệt độ
cao.
Ở nhiệt độ cao cỏc oxýt SiO2 tỏc dụng phỏ huỷ màng bảo vệ Al2O3; Cr2O3 .Vỡ vậy khi đặt ở tường lũ nơi tiếp xỳc với dõy đốt phải chứa nhiều Alumin ( Al O2 3≥70%;Fe O2 3 ≤1%) khi ở nhiệt độ cao độ dón dài của loại này cú thểđạt tới 30 ữ 40 % gõy khú khăn cho lắp đặt.
c. Hợp kim эи
Đõy là hợp kim được sản xuất ở Nga, trong thành phần cú lượng lớn Cr, được biến tớnh bằng lượng nhỏ cỏc kim loại kiềm thổ nờn loại này cú độ bền nhiệt cao, làm việc đạt nhiệt độ tới 1300 0C. Cú hai loại phổ
biến là эи – 595 và эи – 626, loại эи – 626 cú 0Cr27Al5A loại эи- 595 cú 0Cr23Al5A
d. Hợp kim Ni40Cu60 gọi là congstantan loại này cú hệ số nhiệt điện trở α rất nhỏ, làm việc ở nhiệt độ thấp từ 300 0C, rẻ tiền hơn cỏc loại hợp kim ở
trờn.
e. Dõy đốt là thộp xõy dựng, đú là loại thộp cỏcbon, loại này làm việc ở
nhiệt độ thấp, là loại rẻ tiền, được dựng trong nhà kớnh để trồng trọt ở
những nơi giỏ lạnh.
Cỏc dõy điện trởđược tiờu chuẩn hoỏ khi sản xuất, vớ dụ một số
loại Nicrụm và эи do Nga sản xuất được dựng trong cụng nghiệp như sau: Với dõy đốt trũn cú đường kớnh (mm) 0,1 0,2 0,3 …0,9 1 1,1 1,2 …1,8 2 2,5 3 4 5
Ở Nga người ta chế tạo hai hợp kim эи – 595 và эи -626, nhiệt độ
làm việc đạt 1300 0C. Chỳng là hợp kim crụm cú hàm lượng lớn,được biến tớnh bằng một lượng cỏc kim loại kiềm thổ, nờn tăng độ dẻo ở 1000 0C, chỳng cú độ bền cao.
Cỏc dõy điện trởđược tiờu chuẩn hoỏ khi sản xuất. Dõy điện trở
bằng hợp kim X13ю4, OX23юA, ( эи – 595); OX27ю5A ( эи- 626); X20H80 cú đường kớnh dõy: 2 2,2 2,5 2,8 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 mm Dõy điện trở cú tiết diện chữ nhật (a bì ) 1.8 1.10 1,2.10 1,2.12 1,2.15 1,2.20 1,4.10 1,4.15 1,4.20 1,5.10 1,5.12 1,5.15 1,5.20 1,8.15 1,8.18 1,8.20 2.15 2.20 2.25 2,2.20 2,2.25 2,5.20 2,5.25 2,5.30 2,5.40 3.25 3.30 3.40 mm
Những kớch thước được dựng phổ biến nhất trong lũ điện trở cụng nghiệp là: a. Dõy điện trở cú dạng xoắn lũ xo Đường kớnh dõy: 5; 5,5; 6; 6,5 và 7 mm b. Dõy điện trở dạng lừi, cấu trỳc kiểu dớc dắc Đường kớnh dõy: 8; 8,5; 9 mm c. Dõy cú tiết diện chữ nhật, cấu trỳc kiểu dớc dắc 2.20; 2,5. 25; 3.30 mm
d. Trong cỏc lũ đối lưu tuần hoàn, hoặc trong cỏc buồng nung khụng khớ, người ta dựng cỏc dõy điện trở cú đường kớnh: 3; 3,5; 4 và 4,5 mm hoặc dõy băng cú tiết diện: (1.10); (1,2.12); (1,5.15) ( xem phần phụ lục giới thiệu một số vật liệu và dõy đốt)
Dõy đốt phi kim loại: là loại dõy đốt từ vật liệu than, gốm, grafit, cacborun, loại này cú ưu điểm là chịu được nhiệt độ cao từ
1000 ữ 3000 0C, rẻ tiền hơn loại hợp kim. Nhược điểm là điện trở thay
đổi nhiều khi ở nhiệt độ cao, thời gian làm việc thấp do bị oxy hoỏ nhiều, xột một số loại:
a. Vật liệu than và grafit
Than và grafit được dựng để chế tạo dõy đốt dưới dạng thanh,ống, tấm… Thường trộn thờm một lượng nhỏ samốt vào grafit để tăng độ bền, nhưng lại giảm nhiệt độ làm việc. Khi làm việc than và grafit dễ bị oxy
hoỏ trong khụng khớ, nờn thường dựng trong cỏc lũ cú khớ bảo vệ hoặc tớnh chọn thời gian làm việc ngắn.
b. Vật liệu Cacbonrun (SiC)
Được chế tạo dõy đốt dưới dạng thanh,tấm, ống. Làm việc ở nhiệt
độ từ 1000 – 1400 0C, điện trở suất cacbonrun lớn hơn nhiều so với hợp kim. Cỏc thanh cacbonrun giũn trong sử dụng thường phải tăng nhiệt độ
từ từ, điện trở tăng lờn khi tăng thời gian sử dụng.
Sau thời gian sử dụng 60 – 80 giờ, điện trở tăng khoảng 20 % sau
đú tăng chậm. Đểđảm bảo cụng suất lũ khụng đổi lũ dựng thanh
cacborun thường phải điều chỉnh được điện ỏp để khi tăng điện trở thỡ sẽ điều chỉnh tăng điện ỏp, để giữ cho cụng suất của lũ khụng giảm.
Thời gian làm việc của thanh cacbonrun là 1000 – 2000 h . Khi ở
nhiệt độ 1400 0C khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn thỡ thời gian giảm xuống. Nờu nhiệt độ làm việc là 1200 – 1300 0C thỡ thời gian sử dụng cú thể tăng 2- 3 lần so với ở 1400 0C. Tiết diện hai đầu thanh cú tiết diện lớn hơn 6- 8 lần tiết diện làm việc của dõy đốt để hạn chế toả nhiệt ở hai đầu. c. Cripton – là hỗn hợp của grafit, cacbonrun và đất sột. Chỳng được tạo hạt cú đường kớnh 2 – 3mm. Ở dạng hạt do điện trở tiếp xỳc giữa cỏc hạt lớn, nờn điện trở suất của Cripton lớn hơn điện trở suất của than và grafit. Nú phụ thuộc nhiều vào độ nộn chặt. Loại dõy đốt Cripton làm việc ở
nhiệt độ cao khoảng 1800 – 2000 0C. Trong thời gian làm việc Cripton chỏy dần,loại này cấu tạo đơn giản và rẻ tiền.
Đ7. Cấu trỳc của dõy điện trở kim loại
Trong cỏc lũ điện trở, dõy đốt cú thể chọn loại trũn hoặc loại chữ nhật. Từ
hai loại trũn và dẹt này người ta cấu trỳc thành kiểu lũ xo hoặc ziczăc như
sau:
-Dõy điện trở trũn cú cấu trỳc dớc dắc.
-Dõy điện trở cú tiết diện chữ nhật, cấu trỳc dớc dắc. Khi chọn dõy điện trở và khi lắp đặt lũ điện trở cần lưu ý:
a) Khả năng ăn mũn hoỏ học giữa dõy điện trở và lớp lút tiếp xỳc với dõy. b) Khả năng ăn mũn hoỏ học của khớ lũ đối với dõy. Khi nhiệt độ dõy
điện trở cao hơn 9000C khụng được đặt dõy điện trở trực tiếp lờn tường lũ bằng samốt (để trỏnh tạo ra hợp chất dễ chảy giữa dõy và samốt). Để giữ
dõy điện trở, ta dựng gạch gốm chất lượng tốt làm gạch đỡ dõy điện trở
(samốt loại A, vật liệu Alumin, vật liệu giàu AL2O3). Dõy điện trở săt- crụm-nhụm dễ bị giũn trong mụi trường chứa khớ CO, do đú trong mụi trường CO thường dựng dõy Cr-Al. Sau đõy ta xột cấu tạo và bố trớ dõy