30. Термоэлектрические преобразователи: принцип действия, материалы термоэлектродов, характеристики термопар.

Принцип действия преобразователей основан на эф-те Зеебека: если соединить 2 проводника из разнородных мет-ов в замкнутую цепь то в этой цепи будит течь эл. ток, если места соед-я, кот-ые наз-ся спаями, будут нах-ся при разных t-ах.

Проводники А и В наз-ют термоэлектр-ми. Спай кот. нах-ся в объекте в кот-ом измерения t наз. гор-чий спаем (t1), а другой спай наз-ют холл-ым (t0). Проводник от которого течет ток в спае с меньшей t0, наз-ют положительным (А).

Термоэл-й эф-т объясняется тем что в различ. мет-х из-за разной работы выхода электронов различна концентрация свободных электронов.

При соединении 2-х мат-ов (мет-ов) электроны из обл-ти с больш-ей концентрацией начинают переходить в область с меньшей, при этом область из которой электроны ушли преобразуют положительный заряд, а область куда электроны пришли приобретают отрицательный заряд, т.е. соз-ся эл. поле действующее на встречу движения электронов. Наступ динамич равновесие, когда количество электронов перешедших в одном направлении = кол-ву электр, перешедших в обрат-е направл-е под действием эл. поля. Величина этого поля определяется хар-ками мет-ов и t: в принц 2 любых разнородных мет. образуют термопару, но для прим-я термопары в кач-ве средства измерений эти проводники должны соответствовать определенным требованиям:

1 Однозначное и близкое к нелинейному зав-ть термо ЭДС от t.

2 Жаростойкость и мех прочность, чтобы м.б. измерить выс-ую t.

3 Термоэлект-я однородность по длинне проводника что позволяет восст-ть термопару без переградуировки, а также помещать в иссл-й объект на люб глубину.

4 технологичность изготовления с целью получения идентичных по термоэлектрическим свойствам материалов.

5 Стабильность и воспроизводимость статич-й хар-ки.

6 Стойкость

Если разорвать замкнутую цепь то можно измерить термо ЭДС.

E_AB(t₁,t₀)=e_AB(t₁)-e_AB(t₀)

Где е –контактные разности потенциалов, термопара измеряет разность температур.

Чтобы получить показания пропорциональные t гор. спая, холодный спай помещают в среду с t=0⁰С, либо вводят автоматическую коррекцию.

Сегодня выпускают 5 типов стандартных термопар: хромель копель ТХК(L), хромель алюминий ТХА (К), Платинародий платина ТПП(S), платинародий платинародий ТПР, вольфрам рений ТВР.

ЭДС термопар невелика, поэтому измерить её достаточно сложно и выполнить это с помощью потенциометров или вольтметров.

Принцип действия основан на уравновешивании (компенсации) неизвестной ЭДС известным падением напряжения, которое создаётся током от дополнительного источника.

Компенсационный метод измерения термоЭДС наиболее точен из-за отсутствия тока в цепи в момент измерения. Наиболее распростр-е получили потенциометры пост-ого тока.

Эл-ая схема сост-ит из 3-х контуров. Контур 1 – контур рабочего тока; 2 – измерительный контур; 3 – контрольный контур. Е – источник питания; Rp – резистор для установки рабочего тока; Rн – контрольный резистор; Rp – реохорд; НЭ – нормальный элемент (его значение 1,0186В); НИ – нуль индикатор.

Преимущество метода в том что в момент измерений отсутствует ток в измерит-ой цепи, что позволяет не учитывать R соединяющих проводов, а также изменение t o/ср.

Работает потенциометр след.: перед измер-ем ключ устанавливается в положение К таким образом к источнику питания потключ-ся контур 1 и 3. С помощью R0 добив-ся отсутствие тока в контуре 3. В этом случае для контура 3 на основании 2-го з-на Кирхгофа можно написать: E н.э.=Ip·Rk

Rk подбирается таким образом, чтобы при протекании по нему раб тока под U на нем было E н.э. Ip=Eнэ/Rk

Далее ключ перекл в положение измерения U перемещая движок реохорда добив-ся отсутствие тока в измерительном контуре Еаб(t,t0)=Ip·Rab

Rab – сопротивление участка реохорда м/у точками а и б. Это R можно представить в виде: Rab=Rp·X/L и подставив получим: Eab(t,t0)=Енэ·Rp/Rk·X/L

Т.о измерение термоЭДС сводится к изменению длины участка реохорда, которая проградуирована в единицах напряжения.

Если отградуировать реохорд в ⁰С, то получ линейную статич-ую хар-ку потенциометра. Потенциометры имеют погрешность (0,02-0,005)⁰/₀ используются для лабораторных и научных исследований.

Автоматические потенциометры имеют класс точности 0,2-0,5. Имеют разные конструкции, иногда с встроенными регуляторами.

Милливольметры непосредственно измеряют термоЭДС термопары и благодаря появлению соврем операц усилителей удалось резко улучшить их точностные характеристики.