7 Тепловые преобразователи

Тепловые преобразователи основаны на уравнении теплового баланса, физический смысл которого заключается в том, что вся теплота, поступающая к преобразователю, идет на повышение его теплосодержания и, следовательно, если теплосодержание преобразователя остается неизменным (не меняется температура и агрегатное состояние), то количество поступающей в единицу времени теплоты равно количеству отдаваемой теплоты. Теплота является суммой количества теплоты Q_э, создаваемой в результате выделения в нем электрической мощности, и количества теплоты Q_т.о., поступающей в преобразователь или отдаваемой им в результате теплообмена с окружающей средой.

7.1 Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Термоэлектрические преобразователи построены на эффектах Зеебека и Пельтье.

Эффект Зеебека: если цепь составить из двух различных проводников (полупроводников), соединив их между собой концами, причем температуру одного места соединения сделать отличной от температуры другого, то в цепи потечет ток под действием ЭДС, называемой термоэлектродвижущей силой.

Эффект Пельтье (обратный): если через цепь, состоящую из двух различных проводников или полупроводников, пропустить электрический ток, то теплота выделяется в одном спае и поглощается в другом.

Рис. 7.1. Принципиальная схема термоэлектрического преобразователя

Преобразователь (рис. 7.1) в зависимости от положения переключате-ля К может работать в режиме генератора электрической энергии (положе-ние 1) и в режиме переноса теплоты между спаями (положение 2).

Термопары применяются для измерения тепловой радиации, температуры нагревателей в термоанемометрах и вакуумметрах, в термоэлементных термоэлектрических амперметрах, вольтметрах и ваттметрах.

Достоинства: прочность, экономичность, хорошие динамические свойства, миниатюрность, широкий температурный диапазон. Недостатки: неточность градуировки, изменение температуры свободных концов термопары, изменение сопротивления измерительной цепи [5,18,1].

7.2 Терморезисторы

Полупроводниковый стержень (рис. 7.2) покрыт эмалевой краской, заключен в металлическую капсулу и герметизирован.

Рис. 7.2. Терморезистор ММТ – 4а

Достоинства: малые габариты, большие значения температурного коэффициента, дешевизна. Недостатки: нестабильность, перегрев, малая эксплуатация, нелинейность, разброс показаний [5].

7.3 Термометры сопротивления

Термометры сопротивления основаны на зависимости сопротивления проводников (металлов) и полупроводников от температуры: R = f (t). При этом сопротивление металлических термометров (платиновых, медных) увеличивается с ростом контролируемой температуры в объеме и выражается зависимостью

R_t = R₀ (1 + α · t), (12)

где R₀ – сопротивление термометра при t = 0 ⁰С;

α – температурный коэффициент электрического сопротивления 1/град.

Достоинства: большие значения температурного коэффициента, дешевизна. Недостатки: нестабильность, перегрев, малая эксплуатация, нелинейность, разброс показаний [18,5].