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

Психологічні аспекти екології
Сучасна наукова психологія є досить розмаїтою системою дисциплін і галузей. Однією з них є екологічна психологія. Розвиток суспільства і його взаємодія з навколишнім середовищем показує що ...

Екологічні проблеми спиртової промисловості
Технологія спирту - це наука про способи та процеси переробки різних видів сировини у етиловий спирт. Спиртова промисловість на початку XX сторіччя була представлена малими заводами, кожний з яких ви ...

Історичний аналіз створення та розвитку екологічного права в Україні
Актуальність теми. Еколого-правова наука України ще зовсім молода. Екологія - це наука, яка висвітлює проблеми взаємодії живих організмів з тим природним середовищем, в якому вони перебу ...