Термоелектричі перетворювальні елементи
Принцип дії термоелектричного перетворювача (термопари) базується на використанні термоелектричного ефекту, суть якого полягає у виникненні термо-ЕРС в колі, що складається з двох різнорідних провідників чи напівпровідників, які називають термоелектронами, якщо температури Т1 i Т2 відповідних частин перетворювача piзні.
Виникнення термо-ЕРС пояснюється сумарною дією двох термоелектричних ефектів: явища Томпсона i явища Зеєбека. Явище Томпсона полягає у появі на кінцях однорідного провідника, який має температурний градіент, деякої різниці потенціалів внаслідок того, що електрони дифундують з гарячого кінця провідника до холодного. ЕРС, що виникає при цьому i називається термо-ЕРС Томпсона, визначається виразом
(1.1.1)
де σ- коефіцієнт Томпсона для даного провідника.
Якщо скласти коло з двох різних провідників а i b, то сумарна термо- ЕРС Томпсона дорівнює різниці термо-ЕРС Томпсона кожного провідника i визначається виразом
(1.1.2)
де σа i σb, - коефіцієнти Томпсона для провідника а i b відповідно.
Суть явища Зеєбека така. При стиканні двох різнорідних провідників у місці їх контакту виникає контактна різниця потенціалів, зумовлена різною концентрацією носіїв заряду. Зеєбеком було встановлено, що в замкненому колі двох різнорідних провідників, cпaї яких мають piзнi температури, електрорушійна сила Eab(T1), яка виникає при переході від провідника а до провідника b в точці з температурою T1 i електрорушійна сила Еьа(Т2), яка виникає при переході від провідника b до провідника а, мають протилежні знаки i не дорівнюють одна одній.
Сумарна термо-ЕРС, яка виникає у колі, що складається з двох різних провідників а i b є сумою контактних ЕРС i ЕРС Томпсона:
(1.1.3)
Ця сумарна термо-ЕРС для даної пари провідників залежить тільки від значень температур Т1 i Т2 i може бути подана різницею відповідних функцій:
(1.1.4)
Якщо різниці температур малі, можна припустити, що термо-ЕРС яка розвивається термопарою, пропорційна різниці температур спаїв:
(1.1.5)
де k -коефіцієнт пропорційності, різний для різних матеріалів термоелектродів.
Якщо один спай помістити в середовище з постійною температурою, наприклад Т2, то термо-ЕРС, що виникне в загальному випадку, є нелінійною функцією температури Т1 :
(1.1.6)
Спай термопари, який поміщають в досліджуване середовище, називають робочим або гарячим, а кінці, температура яких підтримується переважно постійною, вільними або холодними.
Рисунок 1.1 - Найпростіші термоелектричні кола
Оскільки в коло термопари під'єднується вимірювальний прилад чи інший перетворювач, то в місці під'єднання утворюються інші cпaї i коло термопари в простішому випадку треба розглядати як коло, що складається з трьох провідників a, b і с (рис 1.1 б).
Сумарна термо-ЕРС такого кола:
) (1.1.7)
Оскільки згідно з закономірністю Вольта:
(1.1.8)
то даний вираз можна записати в такому вигляді:
(1.1.9)
Враховуючи, що:
отримаємо
.
3 цього виразу випливає, що якщо температури Т2 і Т3 на границях третього провідника не е однаковими, то термо-ЕРС термопари аb спотворюється ЕРC e bc(Т2,Т3) паразитної термопари bс. Якщо Т2=Т3=Т0 , то ebc(T2,T3)=0 і e = eab(T1,T0), тобто наявність в колі третього провідника, на границях якого температури є однакові, не зумовлює спотворень термо-ЕРС основної термопари.
Цікаві статті з розділу
Геоінформаційні системи як системи вивчення, аналізу та оцінки впливу екологічних факторів на навколишнє середовище
Розвиток сучасних технологій
передбачає комп`ютеризацію практично всіх систем аналізу та спостереження.
Новий вік технічного розвитку характеризується появою геоінформаційних ситем
(ГІС). Г ...
Екологічна оцінка впливу діяльності ЗАТ Юрія м. Черкаси на довкілля
Молочна промисловість належить до провідних у харчовій і переробній
промисловості та формує достатньо привабливий за обсягами ринок. Це пов'язано з
тим, що продукція молочної галузі займає в ...
Вплив живих організмів на географічну оболонку
В епоху науково-технічного прогресу особливого значення набувають знання
про життєві процеси на Землі в цілому. Важливу роль у цих процесах відіграють
живі організми. За мільярди років, які ...