Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Термоэлектрические датчики

Г Е Н Е Р А Т О Р Н Ы Е Д А Т Ч И К И

Если два разнородных по материалу проводника (или полупроводника) соединить концами и поместить их в среды с разными температурами t1 и t2, то в контуре этих проводников возникает термоэлектродвижущая сила (термо-эдс). Эта термо-э.д.с. в определенном интервале температуры будет пропорциональна разности температур двух концов электрической цепи и зависит от материала проводников.

С точки зрения теории электронного строения материалов физическая сущность возникновения термо-э.д.с. объясняется следующим образом.

В разных металлах свободные электроны обладают различными энергией и скоростью движения (при t = 2730 К). Вследствие различной плотности, при соединении двух разнородных металлов (электродов), свободные электроны одного металла проникают в другой, при этом металл с большей активностью приобретает положительный потенциал (благодаря потери некоторой части электронов), а металл с меньшей активностью свободных электронов, получает отрицательный потенциал.

Таким образом, один металл заряжается положительно, а другой отрицательно. Возникает контактная разность потенциалов, которая будет тем больше, чем выше температура термоэлектродов. Если спаять между собой два разнородных проводника обоими концами, то в образованном замкнутом контуре при одинаковой температуре t1 обоев спаев, сумма э.д.с. равна нулю и ток в цепи не возникает.

Цепь, составленная из двух разнородных металлов, называется термопарой – рисунок 2.26.

Термопары являются датчиками генераторного типа, т.к. преобразуют тепловую энергию в э.д.с. Проводники А и В, составляющие термопару, называются термоэлектродами, а места их стыка - спаями. Спай, температура которого поддерживается постоянной, называется холодным или свободным концом, а спай, непосредственно соприкасающийся с измеряемой средой - горячим.

Термопары применяются в САК и САР при изменении температур до 2000 К. Для измерения термо-э.д.с. в цепь термопары включают измерительный прибор. Термо-э.д.с. термопары не изменяется от введения в ее цепь третьего проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Т.е. способ изготовления спая на величину термо-э.д.с. не влияет, если только размеры спая таковы, что температура его во всех точках одинакова.

Термопары используют для измерения разности температур. Если нагреть один из спаев (рабочий) до температуры t1, то контактная разность потенциалов в нагретом спае увеличится, а в не нагретом (холодном) спае температура остается без изменений. В результате в контуре возникает термо-э.д.с. , величина которой зависит от разности температур нагрева спаев. Таким образом, по величине термо-э.д.с. можно судить о разности температур t1 - t2. Если t1 = t2 , то термо-э.д.с. будет отлична от нуля.

 

 

 

 

Рисунок 26

 

Полярность термо-э.д.с. показывает, в какой из контролируемых точек температура, выше и в какой ниже.

Для измерения малых разностей температур в целях получения большей термо-э.д.с. применяют термобатареи. При последовательном соединении нескольких термопар их термо-э.д.с. суммируются.

Термоэлектрическая цепь характеризуется следующими свойствами:

1) величина термо-э.д.с. зависит только от материала термоэлектродов и температуры каждого спая;

2) термо-э.д.с. не зависит от размеров термоэлектродов и от распределения температуры вдоль термоэлектродов (если температура спаев неизменна).

3) в термоэлектрическую цепь можно включить измерительный прибор, так как в этом случае величина термо-э.д.с. не изменяется.

В зависимости от назначения термопары изготовляют из благородных и неблагородных металлов, а также из полупроводниковых материалов. К термопарам из благородных металлов относятся платинородиевые сплавы ( t = 1600 К).

Термопары из неблагородных металлов - хромель-алюмель и хромель-копель (t = 1300 ¸ 1100 К); вольфрам-молибден (t = 1900 К); низкотемпературные - медь константан.

Термопары применяются для измерения температур и обладают следующими достоинствами:

1) простота устройства;

2)небольшие габариты;

3) возможность измерения больших температур.

К недостаткам термопар можно отнести тепловую инерционность (постоянная времени колеблется от нескольких минут до десятых долей секунды).

Термопары из полупроводниковых материалов обладают более высокой чувствительностью. К недостаткам - малая механическая прочность и небольшой температурный диапазон измерения. На основе полупроводниковых термопар разработаны преобразователи солнечной энергии в электрическую. Мощность таких термогенераторов достигает несколько десятков ватт, а КПД примерно равен 4% (теллур+сурьма) - (висмут-сурьма).

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:569

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.