Сплави спеціального призначення План викладу матеріалу розділу

1	Сплави для термопар
2	Тензометричні сплави
3	Контактні матеріали
4	Припої
5	Флюси
6	«Благородні» метали

У 1821 р. Томас Зєєбек проводив дослід|дослід| (його схема зображена|змальовувати| на рис.1), нагріваючи місце|місце-милю| спаю двох різнорідних металів. При цьому він сполучав|з'єднував| їх мідним дротом і поміщав всередину петлі, утвореної провідником, магнітну стрілку. По відхиленню стрілки він виявив, що нагрівання спаю двох різнорідних металів породжує електричний струм|тік|. Експериментуючи з|із| різними речовинами, він помітив|помітив|, що коли одним з елементів спаю служив сульфід свинцю або деякі інші матеріали, відхилення стрілки різко зростало.

Хоча багато неметалічних матеріалів (в першу чергу напівпровідники) мають велику терморушійну силу їх частіше використовують для виготовлення термогенераторів рис.2.

Для застосування в термоелектричній термометрії, технологія їх виготовлення є досить складною. Тому переважну більшість термопар виготовляють з металевих компонентів рис.3.

Контактна різниця потенціалів виникає при стиканні металів, у яких різні значення роботи виходу електронів і різні концентрації носіїв заряду.На рис.4. показано включення термопари.

Якщо температури точок стискання (“спаїв”) в замкнутому колі однакові, то результуюча різниця потенціалів дорівнює нулю. Якщо ці температури відрізняються, то термо-е.р.с. буде визначатись

(1)

де k = 1,38·10^-23 Дж/К – стала Больцмана; е – заряд електрона;n_А і n_В – концентрації вільних електронів в металах А і В.

Формулу (1) можна записати у вигляді

(2)

де К – стала для даної пари провідників - “коефіцієнт термо-е.р.с.”, тобто термо-е.р.с. пропорційна різниці температур спаїв.

Рис.3. Термопара Рис.4. Включення термопари

Значення К досягають 10-50 мкВ/К для деяких пар металів. Два сполучених різнорідних провідника (“термопара”) можуть бути використані для вимірювання температур.

В термопарах використовують провідники з великим коефіцієнтом термо - е.р.с. Навпаки, в вимірювальних приладах та еталонних резисторах прагнуть застосовувати провідникові метали та сплави з можливо меншим коефіцієнтом термо - е.р.с. відносно міді, щоб уникнути появи в вимірювальних схемах паразитних термо - е.р.с., які дають похибки при точних вимірюваннях.

Найбільш часто застосовують наступні сплави: 1) копель (56% Сі і 44% Ni); 2) алюмель (95% Ni, інші — А1, Si і Мп); 3) хромель (90% Ni і 10% Сг); 4) платинородий (90% Pt і 10% Rh).

Невеликі зміни складу сплаву можуть привести до значних змін термо-е. р. с. Проте це не лімітує точності вимірювань, якщо тільки термопара не використовується без попереднього градуювання.

Термопари можна застосовувати для вимірювання наступних температур: платинородій — платина до 1600°С; мідь — константан і мідь — копель до 350°С, залізо — константан, залізо — копель і хромель — копель до 600°С; хромель — алюмель до 900—1000°С. З вживаних в практиці термопар найбільшу термо-е. р. с. при даній різниці температур має термопара хромель — копель (рис.5).

Рис.5. Залежність термо-е.р.с. від різниці температур спаїв.

1-хромель – копель, 2- залізо – копель, 3- мідь-копель, 4- залізо-константан,

5- мідь-константан, 6- хромель-алюмель, 7-платинородій-платина

У холодному спаї струм направлений від першого названого в парі матеріала до другого (тобто від хромелю до копелю, від міді до константану і т. д.), а в гарячому спаї — в обратному напрямі.

Більшість термопар стійко працює лише в окислювальному середовищі. В процесі тривалої експлуатації може спостерігатися поступова зміна питомої термо-е. р. с. Причинами нестабільності є забруднення домішками з навколишньої атмосфери, летючість компонентів, окислення, різкі перегини і деформації, які вносять внутрішні напруги і створюють фізичну неоднорідність. Найвищу точність, стабільність і відтворність мають платинородієві термопари, не дивлячись на малу питому термо – е.р.с. Ці якості пояснюються хімічною інертністю матеріалу і можливістю одержувати його з високим ступенем чистоти.

Зворотний ефекту Зеебека електротермічний ефект Пельтьє - процес виділення або поглинання тепла при проходженні  електричного струму через спай двох різних провідників (рис.6).При одному напрямі струму спай нагрівається, а при протилежному – охолоджується.

Найбільш сильно ефект Пельтьє спостерігається при використанні напівпровідників p- та n-типу провідності (Рис.7).

На рис. 8 представлений зовнішній вигляд охолоджувача для мікропроцесора, в склад якого входить напівпровідниковий модуль Пельтьє.

Тензометричні сплави застосовуються в перетворювачах деформації різних типів. Дія таких перетворювачів заснованих на зміні опору при деформаціях тензометрического елемента. Найпоширеніший тип тензорезисторів зображений на (рис.9). На смужку тонкого паперу або лакової плівки наклеюються так звані ґрати із зигзагообразно покладеного тонкого дроту діаметром 0,02 - 0,05 мм. До кінців дроту приєднуються (пайкою або зварюванням) вивідні мідні провідники. Після висихання зверху перетворювач покривається захисним шаром лаку. Якщо такий перетворювач наклеїти на поверхню випробуваної деталі, то він буде сприймати деформації її поверхневого шару рис.10. Вимірювальною базою перетворювача є довжина деталі, займана дротом. Найбільше часто використаються дротові перетворювачі з базами 5-20 мм, що мають опорір 50-500 Ом.

Рис.10.Закріплення тензорезисторів на об’єкті

Коефіцієнт тензочутливості визначається виразом

де — зміна опору R при зміні Δl довжини елемента l.

Значення d може бути розраховано по формулі

d = l+ .

Тут Δρ — зміна питомого опору р матеріалу тензоперетворювача під впливом механічного навантаження F; S — площа поперечного перетину дроту перетворювача; E — модуль Юнга; μ— коефіцієнт Пуассона матеріалу цього дроту.

Основним матеріалом для тензоперетворювачів працюючих при порівняно невисоких температурах, є константан.