Принцип действия. Термоэлектрические преобразователи основаны на термоэлектрическом эффекте, который был открыт в 1821 г

Термоэлектрические преобразователи основаны на термоэлектрическом эффекте, который был открыт в 1821 г. немецким физиком Зеебеком. {3К22}

Этот эффект (рис. 3.21) состоит в том, что если любым способом соединить два проводника А и Б из разных материалов (сварить, спаять, просто скрутить) и место этого соединения нагреть до некоторой температуры θ, а свободные концы оставить при исходной температуре θ₀ < θ, то между ними образуется разность потенциалов, т.е. возникает ЭДС Е, которая является разностью функций θ и θ₀:

E = F(θ) – F(θ₀). (3.18)

Эту ЭДС называют термоэлектродвижущей силой (термо-ЭДС), а проводники А и Б – термоэлектродами.

Рис. 3.21. К пояснению сущности термоэлектрического эффекта.

У разных металлов и сплавов термо-ЭДС сильно отличаются друг от друга. Существуют таблицы термо-ЭДС для различных металлов и сплавов в паре с платиной при θ = 100 ⁰С и θ₀ = 0 ⁰С, например, у железа + 1,8 мВ; у никеля – 1,5 мВ. При выборе пар – их называют термопарами – желательно иметь:

· высокую чувствительность при θ₀ = 0 ⁰С;

· линейную функцию преобразования Е(θ);

· широкий рабочий диапазон θ_min ÷ θ_max;

· химическую стойкость в агрессивных средах;

· механическую прочность.

На термопары, получившие наибольшее применение имеется стандарт. {3К23}

Основным вопросом при конструировании промышленных термоэлектрических преобразователей является выбор материала защитной трубы (арматура) и изоляция термоэлектродов. Защитная арматура должна оградить преобразователь от воздействия горячих, химически агрессивных газов, быстро его разрушающих. Арматура должна быть газонепроницаемой, хорошо проводящей тепло, прочной и жароупорной. Кроме того, при нагревании она не должна выделять газа или пара, вредных для термоэлектродов. При температурах до 600 ⁰С обычно применяют стальные трубы, до 1100 ⁰С – трубы из легированных сталей, до 1400 ⁰С – фарфоровые. В качестве изоляции термоэлектродов применяют кварцевые (до 1000 ⁰С) и фарфоровые (до 1400 ⁰С) трубки или бусы. {3К24}