Термоелектричні перетворювачі та їх застосування

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НІЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНІЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ МИКОЛИ ГОГОЛЯ

КАФЕДРА ФІЗИКИ

Курсова робота

Термоелектричні перетворювачі та їх застосування

Студента 4-го курсу групи ПФ-41

фізико-математичного факультету

ТРОФИМЧУКА Леоніда Володимировича

Науковий керівник: доцент

ЗАКАЛЮЖНИЙ В.М.

Ніжин 2009

Зміст

1. Термоелектричні явища

2. Термопари

3. Технічні можливості термоелектричних перетворювачів

4. Основні правила поводження з термоелектричними колами

5. Домішки і неоднорідність термоелектродних матеріалів (термоелектрична неоднорідність)

6. Виготовлення термопар

7. Термопари для вимірювання низьких температур

Висновки

Список використаних джерел

1. Термоелектричні явища

Термоелектричні перетворювачі - це прилади, в яких змінюється термоелектрорушійна сила при встановленій різниці температур. За певними розрахунками, при відомому значенні коефіцієнта термоЕРС, чи за допомогою графіка залежності ∆ E (∆ T ) можна визначити дану різницю температур.

Дія термоелектричних перетворювачів основана на ефекті Зеєбека - одному із 12 термоелектричних явищ, відомих у фізиці твердого тіла.

Ефект Зеєбека - в електричному колі, що складається із послідовно з’єднаних різних провідників, виникає термоЕРС, якщо в місцях контактів підтримується різниця температур. В простішому випадку, коли таке коло складається з двох різних провідників, воно називається термопарою. ТермоЕРС термопари залежить від температури вімірюваного і вільного спаю та від складу матеріалу провідників, що утворюють термопару.

Термоелектрику відкрив Зеєбек ще в дводцятих роках ХІХ ст. Для її спостереження до мілівольтметра досить приєднати дві мідні дротини і замкнути їх дротиною з іншого матеріалу, наприклад, заліза. Поки температура обох спаїв однакова, мілівольтметр не виявляє ніякої термоЕРС. Але при нагріванні одного із спаїв у колі виникає термоЕРС і стрілка мілівольтметра відхиляється. Якщо нагрітий спай охолодити і потім нагріти другий спай, то знак термоЕРС змінюється і стрілка мілівольтметра відхиляється в другий бік.

У певних невеликих діапазонах температур термоЕРС можна вважати, з достатньою для практики точністю, пропорційною різниці температур і коефіцієнту термоЕРС:

Коефіцієнт термоЕРС α залежить, в першу чергу, від матеріалу термоелектродів, а також від діапазону температур, в якому використовується термопара; в деяких випадках із зміною температури α змінює знак.

У таблиці подано значення α в мілівольтах (10^-6 В) на градус для деяких металів відносно платини при 0^о С .

Метал	α, мкВ/град	Метал	α, мкВ/град
Вісмут	-65,0	Нікель	-16,4
Залізо	+16,0	Сурма	+47,0
Мідь	+7,40	Константан	-34,4

Користуючись цією таблицею, можна знайти термоЕРС α не тільки відносно платини, а й для будь-якої іншої комбінації металів. Так, наприклад, термоЕРС пари залізо - константан дорівнює: залізо - константан = (залізо - платина) - (константан - платина) = + 16,0 - ( - 34,4) = 50,4 мкв/град .

Знак при α введений для визначення напряму термоструму і означає, що в нагрітому спаї струм проходив від металу з меншим (алгебраїчно) значенням α до другого. Отже, в парі залізо - константан струм у гарячому спаї має напрям від константану ( - 34,4) до заліза (+ 16,0).

2. Термопари

Термоперетворювачі, які працюють на основі ефекта Зеєбека, використовуються лише для вимірювання різниці температур. У більшості випадків потрібно, щоб вимірювання температури було прив’язане до термодинамічної шкали, тому простіше всього це досягається, використанням диференційованої термопари, температура із спаїв якої добре відома.

Як правило, вимірювана температура перевищує температуру оточуючого середовища, тому вимірюваний спай називається гарячим . Температуру холодного спаю простіше за все одержати, помістивши його в термоізольовану ванну з танучим льодом.

Розлянемо принципову схему термоелектричного перетворювача (рис.1).

І - Область холодного спаю,

ІІ - область гарячого спаю,

ІІІ - область вимірюваного приладу,

1 - холодний спай,

2 - гарячий спай,

3 - вимірюваний прилад,

4 - диференційний електрод,

Рис.1.5 - вивідний електрод.

У вимірюваному приладі 3 є контакт вивідного електрода 5 з вхідними контактами приладу. Необхідно, щоб матеріали, з яких виготовляються клеми були термоелектрично нейтральними.

Області І та ІІ являють собою термоелемент, у якого термоЕРС пропорційна різниці температур, але як правило має невеликі значення.

Для підвищення чутливості термоперетворювачів, їх з’єднують послідовно і отримують термобатарею (рис.2). Позначення відповідають позначенням, що і на рис.1.

Рис.2.

3. Технічні можливості термоелектричних перетворювачів

Термоелектричні перетворювачі задовольняють багатьом потребам ідеального перетворювача. Вони пр

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать