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

Сучасні екологічні проблеми озера Сиваш та шляхи їх вирішення
Дипломна робота представлена на 50 сторінках, має 7 рисунків та 2 таблиці. При написанні роботи було використано 56 літературних джерел. Тема дипломної роботи – Сучасні екологічні проблеми озер ...

Наукові нормативи гранично допустимих викидів (ГДВ)
В умовах науково-технічного прогресу значно ускладнились взаємовідносини суспільства з природою. Людина отримала можливість впливати на хід природних процесів, підкорила сили природи, почал ...

Рослинність України та вплив на неї антропогенної радіонуклідної аномалії
Розвиток атомної промисловості, випробування ядерної зброї, аварії на атомних реакторах різного походження призводять до локальних підвищень рівня діючих радіаційних доз і до глобального збі ...