Термоелектричні перетворювачі

Принцип їх дії оснований на явищі термоелектричного ефекту, що полягає у виникненні термоелектрорушійної сили (термо - е.р.с.) у ланцюзі, що складається з двох різних провідників А і В, якщо температури t₁ і t₂ на їх кінцях різні (рис. 2.2).

Представлений на рис.2.2 ланцюг є термоелектричним перетворювачем і називається термопарою; провідники, що складають термопару, називаються термоелектродами, а місця їх з'єднань - спаями.

Виникаюча термо-е.р.с. являє собою різницю функцій температур спаїв:

При сталій температурі одного спаю (t₂ = const)

. /2.1/

Залежність /2.1/ використовують для вимірювання температури. Одержати цю залежність аналітичним шляхом не можна через відсутність строгої теорії термоелектричного явища. Тому залежність /2.1/ знімають експериментально і задають у виді градуювальної таблиці, складеної для температури холодних кінців термопари t₂=0°С.

Щоб одержати великі значення термо-е.р.с. для виготовлення термопар, використовують в основному спеціальні сплави, наприклад, платинородій – платина (10% родію), хромель - копель (56% міді і 44% нікелю) і ін.

Рис. 2.2. Схема термоелектричного перетворювача (а) та залежності електричного опору від температури (б): 1 — мідного провідника; 2 —напівпровідника.

Термопари із благородних металів мають більш високу точність у порівнянні з термопарами з неблагородних металів. Електроди термопар із благородних металів виготовляють із дроту діаметром 0,5 мм, а із неблагородних — діаметром 3,5 мм.

Для захисту від зовнішніх впливів (механічних, хімічних і ін.) електроди, ізольовані порцеляновим намистом, поміщують у захисну арматуру у виді циліндра зі спеціальної сталі. Однак вона створює додаткову інерційність, що обмежує застосування даних термопар для дослідження динаміки теплових процесів.

Інерційність теплових перетворювачів характеризується показником теплової інерції , визначеним як час, необхідний для того, щоб при внесенні перетворювача в середовище зі сталою температурою різниця температур середовища і перетворювача стала рівною 0,37 значення, яке вона буде мати в момент настання стаціонарного теплового режиму. У стандартних термопар значення складає кілька хвилин.