25 Термоэлектрические преобразователи, принцип работы, применение.

Если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис.1), причем температуру t₁ одного места соединения сделать отличной от температуры t₀ другого, то в цепи появится э.д.с., называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.) и являющаяся разностью функций температур мест соединения проводников:

Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем, или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, - термоэлектродами, а места их соединения – спаями.

Термопара может быть применена для измерения температуры. Если один спай термопары, называемый рабочим спаем, поместить в среду с температурой t₁, подлежащей измерению, а температуру другого – нерабочего – спая поддерживать постоянной, то и

независимо от того, каким образом произведено соединение термоэлектродов (спайкой, сваркой и т.д.). Последняя взаимосвязь и положена в основу измерения температур при помощи термопар. Таким образом, естественной входной величиной термопары является температура t₁ ее рабочего спая, а выходной величиной термо-э.д.с., которую термопара развивает при строго постоянной температуре t₀ нерабочего спая.

Приборы, представляющие собой сочетание термопары и указателя, используемые для измерения температуры, часто называют не термометрами, а термоэлектрическими пирометрами, хотя никакого принципиального различия между этими терминами нет.

26 Схемы включения термоэлектрических преобразователей, их погрешности.

Включить указатель в цепь термопары можно как по наиболее часто применяемой схеме рис.2,а (здесь два нерабочих спая), так и по схеме рис.2,б. Для того чтобы включение в цепь термопары указателя (т.е. третьего проводника) не изменило значения термо-э.д.с., места соединения указателя с термоэлектродами должны иметь одинаковую температуру.

Рис.1. Термоэлек­трическая цепь

Рис. 2. Включение указателя в термоэлектрическую цепь

Погрешности, обусловленная изменением температуры нерабочих спаев термопары. Градуировка термопар осуществляется при температуре нерабочих спаев, равной нулю. Если при практическом использовании термоэлектрического пирометра температура нерабочих спаев будет отличаться от 0С, то это вызовет появление погрешности измерения. Для устранения этой погрешности термостатируют нерабочие спаи в ванне с тающим льдом

Погрешность, обусловленная изменением температуры линии, термопары и указателя.

В термоэлектрических пирометрах для измерения термо-э.д.с. применяют как обычные милливольтметры, так и низкоомные компенсаторы с ручным или автоматическим уравновешиванием на предел измерения до 100мв.

В тех случаях, когда термо-э.д.с. измеряется компенсатором, сопротивление цепи термо-э.д.с., как известно, роли не играет. В тех же случаях, когда термо-э.д.с. измеряется милливольтметром, может возникнуть погрешность, обусловленная колебаниями температуры всех элементов, составляющих цепь термо-э.д.с.

Погрешности, обусловленные тепловыми потерями преобразо­вателей термоэлектрических пирометров и паразитными термо - э. д. с. При помощи термоэлектрического пирометра, по существу, измеряется температура места соединения термоэлектродов в рабо­чем спае термопары.

2 2 Пьезоэлектрические преобразователи - электромеханич. или электроакустический преобразователь, действие которого основано на пьезоэлектрическом эффекте. Основная часть П. п. состоит из отдельных или объединённых в группы, электрически и механически связанных друг с другом пьезоэлементов, т. е. изготовленных из пьезоэлектрика деталей простой геометрической формы (стержень, пластинка, диск и т. п.) с нанесёнными на их поверхности электродами. П. п. применяются в различных областях техники ( гидролокации, радиовещании, виброметрии, акустоэлектронике) в качестве излучателей и приёмников УЗ, элементов гидроакустических антенн, микрофонов и гидрофонов, пьезоэлектричиских трансформаторов, резонаторов, фильтров и др. Соответственно этому весьма широк диапазон рабочих частот П. п.- от единиц Гц в сейсмич. исследованиях до ГГц в акустоэлектронике.

В зависимости от назначения и диапазона рабочих частот в П. п. используются различные пьезоэлектрики. Наиб. широкое распространение в УЗ-технике и гидроакустике получили П. п. из пьезо-керамики, в акустоэлектронике - пьезоэлектрич. и пьезополупроводниковые монокристалличические П. п. Пьезоэлектрич. преобразователи - излучатели, вибраторы, пьезорезонаторы - используются в узком диапазоне частот вблизи резонанса их механич. системы, а П. п.- приёмники - как на резонансе, так и в широком диапазоне частот вне резонанса. В зависимости от диапазона частот, назначения и условий работы применяются П. п. различных типов. В области высоких частот (> 100 кГц) преим. используют П. п. в виде оболочек и пластин, совершающих колебания по толщине, на частотах выше 10 МГц и в диапазоне ГГц - спец. П. п. в виде тонких пластин или плёнок из пьезо-полупроводников, при резонансных рабочих частотах 40-100 кГц - стержни, совершающие продольные колебания. В качестве излучателей и приёмников звука часто применяют П. п. в виде пьезокерамич. цилиндров с использованием поперечного и продольного пьезоэффекта. В области частот ниже 5-10 кГц используют П. п. в виде биморфных пластин, совершающих поперечные изгибные или крутильные колебания. Свойства таких П. п. существенно зависят от условий закрепления пластин. П. п. в виде полых пьезокерамич. сфер применяются как широкополосные, ненаправленные гидрофоны.

Используются также т. н. пьезокомпозиты и пьезополимеры (гл. обр. для приёмников звука).