Как найти эдс термопары

СПРАВОЧНЫЕ
ДАННЫЕ К РАБОТЕ «ТЕРМОПАРА»

В различных
материалах ток проводимости обеспечивается
движением носителей заряда: электронов
проводимости в металлах, дырками в
полупроводниках, ионами в плазме,
молионами в электролитах и т.д.

Концентрация
носителей заряда зависит от температуры.
В общем случае по классической теории
при термодинамическом равновесии
согласно распределению Больцмана-Максвелла
заселенность возбужденных уровней
экспоненциально растет при повышении
температуры :

(1)

где n_o,
n_i
–
заселенность
нулевого и i−го
уровней,
E_i−
энергия i−го
уровня. Такому распределению соответствует
концентрация носителей заряда в плазме,
электролитах, полупроводниках и
изоляторах.

Иначе обстоит дело
в металлах. Внутри металла совокупность
свободных электронов проводимости
образует электронный газ. Уровни энергии
электронов в газе подчинены так
называемому распределению Ферми-Дирака:

(2)

где E_F.
− ферми−энергия,
равная по значению химическому потенциалу
φ.
Электроны газа совершают хаотическое
движение между положительными ионами,
это движение ограничивается так
называемой ферми-поверхностью При
температуре Т=0К
на этой поверхности находятся электроны
с максимальной для -273°C
энергией, которая называется
ферми-энергией E_F.
(рис.1).

При не слишком
высоких температурах уровни сильно
вырождены, и все нижние уровни заселены
полностью − вероятность существования
электрона с такой энергией равно единице
(100%). При повышении температуры некоторые
электроны могут выходить за пределы
этой поверхности − границу. В узком
интервале (порядка kT)
около значения
ферми-энергии вероятность заселенности
уровней меняется плавно от 1 до нуля.
Форма ферми-поверхности для разных
металлов и сплавов различна, работа
выхода электрона также различна.
Вследствие разницы ферми−энергий
возникает разность потенциалов на
границе соприкосновения двух различных
металлов − контактная
электродвижущая сила.

Контактная ЭДС на
границе раздела между полупроводниками,
изоляторами объясняется различием
концентрации носителей зарядов, и

Концентрация
свободных электронов n₁
и n₂
в единице объема разных металлов примерно
одинаковая. Однако их подвижность,
средняя длина свободного пробега
существенно отличаются друг от друга.
Это зависит от структуры атомов и
главное, структуры кристаллической
решетки. У металлов с большим числом
заряда ядра, а следовательно и электронов,
внешние электроны легче переходят в
свободную зону. Энергия ионизации также
меньше у элементов первых групп
периодической системы Менделеева.

Значения давления
электронного газа в разных материалах,
имеющих одинаковую температуру, будут
неодинаковы. Это вызывает перемещение
электронов из одного материала в другой.
Тот металл, в который уходят электроны,
будет заряжаться отрицательно, а тот,
из которого уходят − положительно.

Термоэлектрические
явления — совокупность
явлений, связанных с потоками носителей
заряда,. вы­званных градиентом
температуры ΔV/Δх
и переносом тепла электрическим током
L.

К термоэлектрическим
явлениям относят эффект
Зеебека:
возникновение в замкнутой электрической
цепи, составленной из разных проводников,
термоЭДС в условиях, когда места контактов
поддерживаются при разных температурax
.

В небольшом
интервале температур термоЭДС U
можно считать
пропорциональной разности температур
с коэффициентом пропорциональности α
(коэффициент термоЭДС, удельной термоЭДС):

U
= α (T₁
— T₂).

Коэффициент α
определяется
материалами проводников, но зависит
так­же от температуры.

Другое
термоэлектрическое явление — эффект
Пельтье:
выделение (или поглощение) тепла (в
зависимости от направления тока) в
местах контактов раз­нородных
проводников.

Количество тепла
Q
пропорционально
количеству электричества It,
прошедшему через контакт:

Q
= π I
t,

где I—сила
тока, t
— время, π
— коэффициент Пельтье.

Как термоэлектрическое
явление рассматривается эффект
Томсона: выделение
(или погло­щение) тепла в объеме
проводника при протекании тока (в
дополнение к теплоте Джоуля), если вдоль
проводника существует перепад температур:

Q=
ρ
(Т₁
— Т₂)
I
t,

где Т₁,
Т₂
— температуры на концах проводника, ρ
— коэффициент
Томсона. Томсон вывел термодинамические
соотношения между α,
π, ρ
:

π = αТ,

Классификация
термоэлектрических явлений может быть
осуществлена на ос­нове феноменологической
теории явлений
nepeноса.
В однород­ной
среде имеют место соотношения

где j_i
, q_i
, ∂T/∂x_k
, E’_k
— компоненты векторов плотности тока,
плотности потока тепла, градиенты
температуры и обоб­щенного электрического
поля

, где μ
—химический.
потен­циал для носителей заряда);

σ_ik,
α_ik,
π_ik,
κ_ik
—компоненты
тензоров электропроводности, термоЭДС
Пельтье, тепло­проводности.

При j
= 0 и

имеет место
эффект Зеебека:

При
;

—эффект
Пельтье.

Большинство
полупроводников в отсутствие магнитного
поля термоэлектрически изотропны, т.
е. тензоры σ_ik
и другие — скалярные величины. Для них
эффекты Пельтье и Зеебека можно наблюдать
только в электрических цепях, составленных
из разнородных материалов.

В термоэлектрически
анизотропных материалах (например, Bi,
ZnS)
можно наблюдать поперечные эффекты
Зеебека и Пельтье, если направления
приложенного градиента температуры
или тока не совпадают с главными осями
тензоров α_ik,
π_ik.
В прямоугольной пластинке размерами
l_x,
l_y,
l_z
возникают разность потенциалов между
боковыми гpaнями
U_y
= α_yx
ΔT_x
l_y
/l_x

или поперечный
перепад температуры ΔT_y
=
π_yx
I_x
/κ_yy
l_z
.

Изменения тензоров
α_ik
и π_ik
в магнитном
поле приводят к продольным и поперечным
термогальвано-магнитным явлениям.

Термоэлектрические
явления лежат в основе различных
технических устройств. Термоэлемен­ты
применяются для непосредственного
превращения тепловой энергии в
электрическую, а также для «перекачки
тепла и холода». Согласно теории Иоффе,
эффективность термогенерирующего и
охлаждающего термоэлементов определяется
параметром
,
где индексы n
и р относятся
соответственно к ветвям с электронной
и дырочной проводимостью. Если κ_n
≈ κ_p,
то Z
= α²
σ/κ.
Для диэлектриков и для металлов Z
мало, а
достигает максимального значения в
легированных полупровод­никах с
концентрацией носителей п
~ I0¹⁴…
10^:о
см^-3

Лит: Ансельм
А.И. Введение в теорию
полупроводников.
2изд.,М.,1978;
Зеегер К. Физика полупроводников./пер.
с англ. М.,
1977; Аскеров Б.И. Электронные явления
переноса в полупроводниках.
М„ 1985.

ТЕРМОЭДС
— электродвижущая сила U,
возникающая в электрической цепи,
состоящей из нескольких разнородных
провод­ников, контакты между которыми
имеют различные температуры (эффект
Зеебека). Если
электрическая цепь состоит из двух
различных проводников, она называется
термоэлементом или термопарой.
Величина
термоЭДС зависит только от температур
горячего Т₁
и холодного
Т₂
контактов и от материалов провод­ников.
В небольшом интервале температур (0…100
С) U
= α(T₁
–T₂).
Коэффициент
α
называемый коэффициентом Зеебека или
термоэлектрической способностью пары,
термосилой зависит от материала
проводников и интерва­ла температур
(табл.1).

Цифры, приведённые
в таблице, условны, так как термоЭДС
чувстви­тельна к микроскопическим
количествам примесей, к ориентации
кристаллических зерен. ТермоЭДС может
возникнуть в цепи, состоящей и из одного
материала, если его равные участки
подвер­гались различным технологическим
операциям. Она не меняется при
последовательном включении в цепь
любого количества других материалов,
если появляющиеся при этом дополнительные
места контактов поддерживают при одной
и той же температуре.

Табл.1

Значения
коэффициента α
металлов и сплавов по отношению к
Pb

Примечание*
Знак «+» указывает, что ток течет от
Рb
к дан­ному
металлу через более нагретый спай, а
знак «—» — через холодный
спай

Если вдоль проводника
существует градиент температуры, то
электроны на горячем конце приобретают
более вы­сокие энергии и скорости. В
полупроводниках, кроме того, концентрация
электронов растет с температурой. В
ре­зультате возникает поток электронов
от горячего конца к холодному, на холодном
конце накапливается отрицательный
заряд, а на горячем остаётся
некомпенсированный положительный
за­ряд. Накопление заряда продолжается
до тех пор, пока возникшая разность
потенциалов не вызовет равный об­ратный
поток электронов. Алгебраическая сумма
таких разнос­тей потенциалов в цепи
создаст одну из составляющих термоЭДС,
которую называют объёмной.

Другие составляющие
термоЭДС связаны с
температурной зависимостью контактной
разности по­тенциалов
и с эффектом
влечения
электронов фононами Так
как число фононов, движущихся от горячего
конца к хо­лодному, больше, чем число
электронов, движущихся на­встречу,
то в результате увлечения ими электронов
на холодном конце накапливается
отрицательный заряд. Эта состав­ляющая
термоЭДС, называемая термоЭДС увлечения,
при низких температурax
может быть в десятки и сотни раз больше
других. В магнетиках играет роль также
увлечение электронов магнонами.

ТермоЭДС металлов
очень мала, сравнительно больше термоЭДС
в полу­металлах
и их сплавах,
а также в некоторых переходных металлах
и их сплавах (например, в сплавах Pd—Ag
термоЭДС дости­гает 86 мкВ/К. ТермоЭДС
в этих случаях велика из-за того, что
средняя энергия электронов в потоке
сильно отличается от энергии Ферми.

Иногда быстрые
электроны обладают меньшим коэффициентом
диффузии, чем медленные, и термоЭДС
меняет знак. Вели­чина и знак термоЭДС
зависят также от формы ферми-поверхности,
различные
участки которой могут давать в термоЭДС
вклады противоположного знака. Знак
термоЭДС металлов иногда меняет­ся
на противоположный при низких температурах.

В полупро­водниках
n-типа
на холодном контакте скапливаются
дыр­ки, а на горячем остаётся
некомпенсированный отрицательный заряд
(если аномальный механизм рассеяния
носителей заряда или
эффект увлечения не приводит к перемене
знака термоЭДС). В термоэлементе,
состоящем из полупроводников р-
и n
-типов термоЭДС складываются. В
полупроводнике со смешанной проводимостью
к холодному контакту диффундируют и
электроны и дырки и их заряды взаимно
компенсируют­ся.
Если концентрации и подвижности
электронов и дырок равны,
то термоЭДС равна нулю.

ЭФФЕКТ
ЗЕЕБЕКА—
возникновение ЭДС (термоЭДС) в электрическом
контуре, состоящем из двух проводников
А и
В, контакты
между которыми поддерживаются при
разных температуpax
Т₁
и
Т₂.
Открыт в 1821 Т.И. Зеебеком (Th.J.
Seebeck).
Эффект 3еебека используется для прямого
преобразования тепловой энергии в
электрическую (термоэлектрогенераторы)
и в термо­метрии.

ТермоЭДС контуpa
определяется формулой:

,,

где α_A
и α_В
называются
абсолютными термоЭДС проводников А
и
В, Абсолютная
термоЭДС — характеристика проводника,
равная α=
dU/dT,
где U
— ЭДС,
возникающая в провод­нике при наличии
в нём градиента температур.

Эффект 3еебека
связан с другими термоэлектрическими
явлениями
(эф­фектом Пельтье и
эффектом
Томсона) соотношениями
Кель­вина:

π = αТ,
(2)

где ρ
и π
— коэффициенты Томсона и Пельтье.

Градиент температуры
создает в проводнике градиент концентраций
«холодных» и «горячих» носителей
за­ряда. В результате этого возникают
два диффузион­ных потока носителей
— вдоль и против градиента температуры.
Так как скорости диффузии и концентрации
«горячих» и «холодных» носителей заряда
различны, то на одном конце проводника
создается избыточный положительный
заряд, а на другом — отрицательный. Поле
этих нарядов приводит к установлению
стационарного состояния; число носителей-
проходящих через по­перечное сечение
образца в обоих направлениях, оди­наково.
Возникающая диффузионная термоЭДС
опре­деляется температурной зависимостью
концентрации носителей заряда и их
подвижностью µ,
обусловлен­ной характером их
взаимодействия с фононами,
примесями
и т. д.

В металлах
электронный газ вырожден и термоЭДС
определяется только различием подвижностей
«горя­чих» и «холодных» электронов,
В полупроводниках термоЭДС обусловлена
зависимостью от Т
как подвиж­ности, так и концентрации
электронов и дырок. Обычно вклад в
термоЭДС,
связанный с температурной зависи­мостью
концентрации носителей, превышает
вклад, обусловленный различием в
подвижности µ(Т),
хотя последний в
полупроводниках
(вследствие распределе­ния
Больцмана носителей)
на несколько порядков больше, чем в
ме­таллах. Именно поэтому термоЭДС в
полупроводниках значительно выше, чем
в металлах.

Теоретическое
описание.
Выражение для термоЭДС может быть
получено из кинетического уравнения
Больцмана:

(3)

где величины К₁
и K₀

определяются
формулой:

(n
= 0, 1)

Здесь v—
скорость
носителей (
i,j
=
x,y,z)
, τ
— время их релаксации, η|
— химический
потенциал; f₀
— функция
распределении Ферми, е
— заряд
носителей, E
— их энергия,
k
— волновой
вектор.

Для металлов
выражение (3) принимает вид:

(4)

где σ(E)
— проводимость при Т=К,
С помощью
(4) может быть описана термоЭДС
кристаллических, аморфных и жидких
металлов. Для металлов величина α
по­рядка
kT/η,
так как с
одной стороны, электронный газ вырожден
и только малая часть электронов (порядка
kT/η)
участвует
в диффузионном токе, с другой стороны,
для большинства механизмов рассеяния
зависимость проводимости от энергии
слабая:

Однако существуют
механизмы релаксации, для которых
термоЭДС в металлах порядка k/e.
К
ним отно­сятся процессы асимметричного
упругого и иеупругого рассеяния
электронов в ферромагнетиках
с немаг­нитными
примесями; процессы интерференции
рассея­ния, независящего от спинового
взаимодействия эле­ктронов с примесью
и кондо-решётках. В этих случаях

.

В приближении
τ = τ
₀ Е S
^r
, где
r
— параметр, зависящий от природы
процессов рассеяния, из (3) следует:

(5)

Для полупроводников
в случае квадратичного изотропного
закона дисперсии
носителей
из (3) следует:
(6)

Знак термоЭДС
определяется знаком носителей заряда.
Первый член суммы в (6) связан с изменением
подвиж­ности, а второй — с изменением
концентрации носи­телей. Аналогичный
вид имеет зависимость S(T)
для аморфных
и стеклообразных полу проводников.

Влияние «увлечения»
электронов фононами н магнонами.
Диффузионная
термоЭДС рассматривалась вы­ше в
предположении, что фононная система
находится в равновесии. В действительности
наличие градиента температуры вызывает
отклонение фононной системы от равновесия
— возникает поток фоноиов от «горячего»
конца проводника к «холодному».
Взаимодействуя с электронной системой,
они передают им свой избыточный импульс,
в результате чего возникает дополнительный,
так называемый термоЭДС фононного
увлечения α_Ф
. Она
определяется характером электронно-фононного
взаимодействия и зависит от других
механизмов рассеяния фононов. Если
фононная система полностью релаксирует
на электронах (эффект «насыщения»), то
при T
« θ_D
(θ_D
— темпера­тура Дебая)
α_Ф
~ T^-1.
α_Ф
~ T³
как для
металлов, так и для полупроводников.
Если же фононы взаимодействуют не только
с электронами, но и друг с другом,
зависи­мость α_Ф
(T)
иная. В металлах при T
»
θ_D
В полупро­водниках
электроны взаимодействуют только с
длинноволновыми фононами, а α_Ф
определяется их взаимодействием с
коротковолновыми фононами, которым
длинноволновые фононы передают свой
импульс;

α_Ф
~ T
^{— (9 –
n)/2},
n
= l,
2. (7)

Два значения n
соответствуют двум механизмам
фонон-фононной релаксации, в которых
либо учитывается (n
= 1), либо
не учитывается (n
= 2) затухание тепловых фононов. При
низких температурах главную роль играют
процессы рассеяния на границах образца:
α_Ф
~ D
T
^3/2,
где D
— характерный
размер образца.

В магнетиках
существует эффект «увлечения» элект­ронов
магнонамн, который также вносит вклад
в термоЭДС (Спиновые
волны).

Для металлов с
многолистной ферми-поверхностью
и полупроводников
с многотонным характером прово­димости
выражения для диффузионной термоЭДС и
термоЭДС увлечения обобщаются:
(8)

Здесь σ_i
и α_i
—
парциальные вклады в проводимость и
термоЭДС (i-го
листа поверхности Ферми или i—той
энергетической зоны.

Эффект Зеебека
в сверхпроводниках.
Под действием градиента температуры в
сверхпроводниках
появляется
объемный ток нормальных возбуждений
по природе такой же, как и в обычных
проводниках. Этот ток обусловливает
объёмный ток куперовских пар, который
компенсирует ток нормальных возбуждений.
Так как полный объёмный ток равен 0, а
электрическое поле в сверхпроводниках
отсутствует, исследовать тормоЭДС,
связанную с нор­мальными возбуждениями
в сверхпроводниках, можно, измеряя
сверхпроводящую компоненту тока.

Лит,: Ландау
Л. Д.. Л и ф ш и ц Е. М.. Электродинамика
сплошных сред, 2
изд_.
М.,1982; Цицильковский
11. ML,
Термомагнитные явления в полупроводниках,
М., 1960; Зырянов
П. С, Клингер
М. И., Квантовая
теория
явления электронного переноса в
кристаллических полупроводниках, М.,
1976;
Термоэлектродвижущая сила ме­таллов./пер.
с англ.—М.,
1980; Абрикосов
А.А.. Основы теории металлов. — M.,
1987.

ТЕРМОПАРА
— датчик температуры. состоящий из двух
со­единённых
между собой разнородных электропроводящих
элементов
(обычно из металлических проводников,
реже из полупроводников)
Действие термопары основано на эффекте
Зеебека. Если контакты (обы­чно
спаи) проводящих элементов, образующих
термопару (их часто называют
термоэлектродами), находятся при разных
температурах, то
в цепи термопары возникает ЭДС,
величина
которой однозначно
определяется температурами горячего
и холодного контактов
и природой материалов, применённых в
качест­ве
термоэлектродов.

ЭДС термопары из
металлических проводников обычно лежит
в пре­делах 5—60 мкВ/К. ЭДС термопары
из полупроводников может быть на порядок
выше. Точность определения температуры
с
помощью термопары составляет, как
правило, нескольких К (градусов), а у
некоторых термопар
достигает 0,01 К.

Термопары
используются в самых различных диапазонах
температуры (от нескольких К до примерно
2800 К), Применяются в устройствах для
измерения температуры и различных
автоматизированных
системах управления и контроля. В
сочетании с электроизмерительными
приборами (милливольтметром, потенциомет­ром
и т. п.) термопара образует термоэлектрический
термометр.

Литература:
Сосновский
Л.Г.,
Столярова
Н.И.
Измерение температур.
М . 1970

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Главное условие: исправная термопара для котла должна выдавать напряжение не менее 0.02 вольта. Если прибор показывает нули, напряжение скачет или не превышает 20 мВ, элемент нужно поменять. Современные датчики не подлежат ремонту путем перепайки.

Можно ли с помощью мультиметра измерить термоЭДС термопары?

Выходным сигналом термопары является термоЭДС, измеряемая в милливольтах (мВ). Для измерения выходного сигнала можно использовать цифровой мультиметр и затем, применив градуировочные таблицы или номограммы по величине измеренного напряжения определить измеряемую температуру.

Какое должно быть сопротивление у термопары?

Сопротивление изоляции

Как определить тип термопары?

Итак, сначала нужно посмотреть на бирку на кабельном выводе термопары или на ее головке. В некоторых случаях бирки делают металлическими. Вне зависимости от производителя датчика, на бирке обычно указываются в явном виде тип термопары – ХА (К), ХК (L), ЖК (J), НН (N), ПП (S) и др.

Что такое термопара и как она работает?

Термопара — датчик температуры, состоящий из двух соединенных между собой разнородных металлических проводников (или полупроводников). Действие термопары основано на возникновении термоЭДС в контуре, составленном из двух различных металлов со спаями, нагретыми до различных температур.

Как работает термопара на газовом котле?

Принцип работы термопары газового котла основан на физическом явлении, получившем название – эффект Зеебека. Было замечено, что при нагревании, два металла с разной плотностью и теплотехническими характеристиками, соединенными между собой спайкой, вырабатывают электрическое напряжение.

На каком эффекте работает термопара?

Принцип действия термопары – термоэлектрический эффект, или эффект Зеебека. Явление это было открыто ученым в 1821 году и состоит в следующем: в замкнутой цепи из двух разнородных проводников возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС), если места их соединения, или спаи, поддерживать при разной температуре.

Для чего применяется термопара?

Термопары используются везде, где требуется измерение температуры в технологической среде. Они применяются в автоматизированных системах управления в качестве датчиков температуры.

Что означает термопара?

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь) — устройство в виде пары проводников из различных материалов, соединённых на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения.

В чем измеряется термо эдс?

Величина термо-ЭДС составляет единицы милливольт на 100 °С разности температур спаев. Например, пара медь-константан даёт 4,28 мВ/100 °С, хромель-алюмель — 4,1 мВ/100 °С.

Как можно измерить температуру с помощью термопары?

Измерение температуры с помощью термопары выполняется косвенным методом: сначала измеряется напряжение между свободными концами термопары и их температура . Затем путем решения уравнения (6.2) относительно находится измеряемая температура.

Какую температуру можно измерить мультиметром?

Подавляющее большинство тестеров способны измерять, снимать показатели температуры с объектов в пределах от -40 до 1000°С. При покупке дешевых и недорогих тестеров, рекомендуется обращать внимание на качество термопары, которой штатно комплектуется устройство.

Как выглядит термопара?

Внешне такое устройство выглядит в виде двух тонких проволочек сваренных на одном конце между собой, образуя маленький шарик. Многие китайские мультиметры имеют в комплекте такие термопреобразователи, что дает возможность измерять температуру разных нагретых элементов устройств.

Для чего нужна термопара в газовой плите?

Термопара представляет собой датчик, преобразующий изменение температуры в электрический сигнал. В дальнейшем электрическая энергия от такого датчика участвует в работе электроники и автоматики плит, газовых котлах и колонках.

Как работает термопара в газовой плите?

Принцип работы термопар основан на эффекте Зеебека, что в физическом понимании означает, что частицы-транспортировщики изменяют свой заряд при нагревании. В зависимости от выбранных материалов, электроны могут двигаться к холодному полю либо притягиваться к точке нагрева.

Как обозначается класс допуска термопар?

Классы допуска и диапазоны измерений для термоэлектрических термометров

Какие градуировки термопар вы знаете?

Для измерения комнатных температур – термопары типа К, Е, Т; Для измерения температур до 300 °С – термопары типа К; Для измерения температур от 300 до 600°С – термопары типа N; Для измерения температур выше 600 °С – термопары типа К или N.

Что такое хромель копель?

Термопара хромель-копель представляет собой термочувствительный элемент (датчик), применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах для измерения температур, а также в различных автоматических системах контроля и управления.

Как работает термоэлектрический преобразователь?

Принцип действия термопреобразователя основан на том, что нагревание или охлаждение контактов между проводниками, отличающимися химическими или физическими свойствами, сопровождается возникновением термоэлектродвижущей силы (термоэдс). Термопара состоит из двух металлов, сваренных на одном конце.

На чем основан принцип работы термоэлектрического термометра?

Принцип действия данных термометров основан на возникновении термотоков при соединении одинаково нагретых концов двух проводников термопары из разнородных материалов (спаев), вследствие чего в результате диффузии электронов проводники заряжаются противоположными зарядами и возникает термо-ЭДС.

Чему равен ЭДС термопары?

ЭДС термопары равна разности двух действующих навстречу друг другу Т. ЭДС, появляющихся на ее концах в спаях 1 и 2. При равенстве температур обоих спаев результирующая Т. ЭДС равна нулю.

Для чего нужен термоэлектрический термометр?

прибор для измерения температуры, основанный на Зеебека эффекте. Состоит из термопары в кач-ве чувствит. элемента и электроизмерит.

Какие металлы используются в Термопарах?

В качестве материалов для термопар используются металлы (платина, медь, родий, рений, иридий и др.) и сплавы (хромель, алюмель, копель, медноникеливые сплавы, платинородий, вольфрамрений и др.)

Что такое термопара в физике?

Термопара – датчик температуры, состоящий из двух соединённых между собой разнородных электропроводящих элементов (обычно из металлич. проводников, реже из полупроводников).

Что такое Термоэлектродвижущая сила?

Проводниковые материалы

1), состоящей из двух различных проводников, контакты которых находятся при различных температурах (T1 и Т2) называется термоэлектродвижущей силой (эффект Зеебека) U » αт(T2-T1), (5) где αт – относительная дифференциальная (удельная) термоЭДС.

Какие методы измерения температуры вы знаете?

В зависимости от диапазона измеряемых температур различают две основные группы методов измерения: контактные (собственно термометрия) – жидкостные, манометрические, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления и др.

Какие термопары применяются?

Термопары и их применение

Как устроена и работает термопара?

Принцип действия термопары – термоэлектрический эффект, или эффект Зеебека. Явление это было открыто ученым в 1821 году и состоит в следующем: в замкнутой цепи из двух разнородных проводников возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС), если места их соединения, или спаи, поддерживать при разной температуре.

Какую роль играет термопара в газовом котле?

Термопара активно применяется в газовых котлах и котельных установках. Основное назначение термопары — измерение температуры в камере сгорания и автоматическое перекрытие подачи газа в случае исчезновения пламени. Такие случаи возникают нередко, начиная от внезапных порывов ветра и заканчивая обычным отключением газа.

Что выдаёт термопара?

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры.

Что внутри термопары?

Состоит термопара из двух проводников и трубки, которая служит защитой для термоэлектродов. Термоэлектроды состоят из неблагородных и благородных металлов, чаще всего из сплавов, закрепленные друг с другом на одном конце(рабочий конец или горячий спай), таким образом они образуют одну из частей устройства.

Какое напряжение на термопаре котла?

Главное условие: исправная термопара для котла должна выдавать напряжение не менее 0.02 вольта. Если прибор показывает нули, напряжение скачет или не превышает 20 мВ, элемент нужно поменять.

Как работает термопара для газовой плиты?

Когда от электрического поджига зажигается газ, происходит нагревание одного конца термопары в духовке, благодаря описанному выше эффекту в цепи возникает ЭДС. При замкнутых контактах термореле электрический ток протекает от термопары через замкнутые контакты термореле по катушке электромагнитного клапана.

Какие материалы образуют термопару?

ТЕРМОПАРЫ

• Хромель-алюмель
• Хромель-копель
• Железо-константан
• Вольфрам-рений

Какое напряжение на выходе термопары?

Выходное напряжение лежит в диапазоне от –10 до 77 мВ (в зависимости от типа термо- пары и измеряемой температуры). Корреляция температуры с напряжением устанавливает отношения, уникальные для различных типов термопар.

Сколько Спаев бывает у термопары?

Типы спаев

Существуют одноэлементные и двухэлементные спаи. Они могут быть как заземлёнными на корпус колбы, так и незаземленными. Понять схемы таких конструкций можно из рисунка 5.

Как измерить температуру с помощью термопары?

Измерение температуры с помощью термопары выполняется косвенным методом: сначала измеряется напряжение между свободными концами термопары и их температура . Затем путем решения уравнения (6.2) относительно находится измеряемая температура.

Для чего нужен Термобаллон?

Термобаллон — устройство, которое используется как датчик температуры в составе манометрических термометров и регуляторов температуры прямого действия.

Как работает автоматика на газовых котлах?

Такой прибор работает по простому принципу: после того как температура станет требуемой, то на клапан подачи газа поступает сигнал, затем котел выключается. Если температура понизилась, то котел автоматически включается.

Где ставить Трв?

ТРВ устанавливается перед испарителем на жидкостном трубопроводе, а термобаллон крепится на трубопроводе линии всасывания как можно ближе к испарителю. При использовании линии внешнего уравнивания ее трубопровод врезается во всасывающую магистраль сразу после термобаллона.

Что регулирует Трв?

ТРВ является обязательной деталью фреонной магистрали холодильных агрегатов. Он предназначен для регулировки подачи хладагента на вход испарителя в зависимости от степени нагрева (интенсивности кипения) фреона в испарителе.

Как рассчитать Трв?

Qтрв = Qо · КΔР · К1 Вт, где Qо — холодопроизводительность системы, Вт; КΔР — поправочный коэффициент, учитывающий потери давления; К1 — поправочный коэффициент, учитывающий разность значений температуры кипения.

Какое сопротивление должно быть у термо пары?

Сопротивление изоляции

Можно ли с помощью мультиметра измерить термоэдс термопары?

Выходным сигналом термопары является термоЭДС, измеряемая в милливольтах (мВ). Для измерения выходного сигнала можно использовать цифровой мультиметр и затем, применив градуировочные таблицы или номограммы по величине измеренного напряжения определить измеряемую температуру.

Как проверить термопару на газовой плите?

Для этого область спая и нисходящий участок стержня термопары газовой колонки помещается над фитилем свечи. Далее на терминальные концы термопары подключается измерительный прибор (тестер), после чего свечу зажигают. Формируемый потенциал наблюдают на рабочей шкале измерительного прибора.

Как правильно отрегулировать Трв?

Рекомендуемая технолоrия настройки ТРВ заключается в том, чтобы сначала вывести ТРВ на предельный режим, при котором начинаются пульсации. Для этоrо при постоянной величине перегрева (показания термометра и манометра НД не меняются) нужно медленно открывать ТРВ до тех пор, пока не начнутся пульсации.

Какие бывают Трв?

Существуют следующие виды ТРВ:

• Фильтрующий патрон Это наиболее простое устройство, применяемое в торговых холодильниках.
• Терморегулирующие вентили Danfoss TU/TC.
• Терморегулирующий клапан AKV.
• Терморегулирующие вентили ТЕ 5-55.
• Терморегулирующие вентили Т2 и ТЕ2.
• Терморегулирующие вентили РНТ
• Терморегулирующий клапан ETS.

Что такое Дюза в Трв?

Дюза для ТРВ является важным элементом для каждой холодильной системы – это специальная вставка терморегулирующего вентиля. Ее устанавливают, учитывая производительность прибора и его рабочие температуры.

Что такое компенсация холодного спая?

Выходное напряжение термопары должно быть компенсировано с учетом влияния потенциала холодного спая при ненулевой температуре. Это и называется — компенсация холодного спая. Данные о температуре холодного спая можно получить с помощью различных датчиков и устройств.

Что такое термопара где применяется?

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны.

• Термоэлектрический эффект Зеебека.
• Электротермический эффект Пельтье.
• Электротермический эффект Томсона.
• Термопара.
• Термоэлектрические свойства металлов.
• Термоэлектрические свойства полупроводников.
• Термоэлектрические приборы.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВО, явление прямого преобразования теплоты в электричество в твердых или жидких проводниках, а также обратное явление прямого нагревания и охлаждения спаев двух проводников проходящим током. Термин «термоэлектричество» охватывает три взаимосвязанных эффекта: термоэлектрический эффект Зеебека и электротермические эффекты Пельтье и Томсона. Все они характеризуются соответствующими коэффициентами, различными для разных материалов. Эти коэффициенты связаны между собой так называемыми соотношениями Кельвина. Они определяются как параметрами спаев, так и свойствами самих материалов. Другие явления, в которых участвуют теплота и электричество, такие, как термоэлектронная эмиссия и тепловое действие тока, описываемое законом Джоуля – Ленца, существенно отличаются от термоэлектрических и электротермических эффектов и здесь не рассматриваются.
См. также ТЕПЛОТА; ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ; ТЕРМОДИНАМИКА.

Термоэлектрический эффект Зеебека.

В 1820 появилось сообщение Г.Эрстеда о том, что магнитная стрелка отклоняется вблизи провода с электрическим током. В 1821 Т.Зеебек отметил, что стрелка отклоняется также, когда два стыка замкнутой электрической цепи, составленной из двух разных проводящих материалов, поддерживаются при разной температуре. Зеебек сначала полагал, что это чисто магнитный эффект. Но впоследствии стало ясно, что разность температур вызывает появление электрического тока в цепи (рис. 1). Важной характеристикой термоэлектрических свойств материалов, составляющих цепь, является напряжение на концах разомкнутой цепи (т.е. когда один из стыков электрически разъединен), так как в замкнутой цепи ток и напряжение зависят от удельного электросопротивления проводов. Это напряжение разомкнутой цепи V_AB(T₁, T₂), зависящее от температур T₁ и T₂ спаев (рис. 2), называется термоэлектрической электродвижущей силой (термо-ЭДС). Зеебек заложил основы для дальнейших работ в области термоэлектричества, измерив термо-ЭДС широкого круга твердых и жидких металлов, сплавов, минералов и даже ряда веществ, ныне называемых полупроводниками.

Электротермический эффект Пельтье.

В 1834 французский часовщик Ж.Пельтье заметил, что при прохождении тока через спай двух разных проводников температура спая изменяется. Как и Зеебек, Пельтье сначала не усмотрел в этом электротермического эффекта. Но в 1838 Э.Х.Ленц, член Петербургской академии наук, показал, что при достаточно большой силе тока каплю воды, нанесенную на спай, можно либо заморозить, либо довести до кипения, изменяя направление тока. При одном направлении тока спай нагревается, а при противоположном – охлаждается. В этом и состоит эффект Пельтье (рис. 3), обратный эффекту Зеебека.

Электротермический эффект Томсона.

В 1854 У.Томсон (Кельвин) обнаружил, что если металлический проводник нагревать в одной точке и одновременно пропускать по нему электрический ток, то на концах проводника, равноудаленных от точки нагрева (рис. 4), возникает разность температур. На том конце, где ток направлен к месту нагрева, температура понижается, а на другом конце, где ток направлен от точки нагрева, – повышается. Коэффициент Томсона – единственный термоэлектрический коэффициент, который может быть измерен на однородном проводнике. Позднее Томсон показал, что все три явления термоэлектричества связаны между собой уже упоминавшимися выше соотношениями Кельвина.

Термопара.

Если материалы цепи рис. 2 однородны, то термо-ЭДС зависит только от выбранных материалов и от температур спаев. Это экспериментально установленное положение, называемое законом Магнуса, лежит в основе применения т.н. термопары – устройства для измерения температуры, которое имеет важное практическое значение. Если термоэлектрические свойства данной пары проводников известны и один из спаев (скажем, с температурой T₁ на рис. 2) поддерживается при точно известной температуре (например, 0° C, точке замерзания воды), то термо-ЭДС пропорциональна температуре T₂ другого спая. Термопарами из платины и платино-родиевого сплава измеряют температуру от 0 до 1700° C, из меди и многокомпонентного сплава константана – от —160 до +380° C, а из золота (с очень малыми добавками железа) и многокомпонентного хромеля – до значений, лишь на доли градуса превышающих абсолютный нуль (0 К, или —273,16° C).

Термо-ЭДС металлической термопары при разности температур на ее концах, равной 100° C, – величина порядка 1 мВ. Чтобы повысить чувствительность измерительного преобразователя температуры, можно соединить несколько термопар последовательно (рис. 5). Получится термобатарея, в которой один конец всех термопар находится при температуре T₁, а другой – при температуре T₂. Термо-ЭДС батареи равна сумме термо-ЭДС отдельных термопар.

Поскольку термопары и их спаи могут быть выполнены небольшими и их удобно использовать в самых разных условиях, они нашли широкое применение в устройствах для измерения, регистрации и регулирования температуры.

Термоэлектрические свойства металлов.

Эффект Зеебека обычно легче других термоэлектрических эффектов поддается надежным измерениям. Поэтому его обычно и используют для измерения термоэлектрических коэффициентов неизвестных материалов. Поскольку термо-ЭДС определяется свойствами обеих ветвей термопары, одна ветвь должна быть из некоего «опорного» материала, для которого известна «удельная» термо-ЭДС (термо-ЭДС на один градус разности температур). Если одна ветвь термопары находится в сверхпроводящем состоянии, то ее удельная термо-ЭДС равна нулю и термо-ЭДС термопары определяется величиной удельной термо-ЭДС другой ветви. Таким образом, сверхпроводник – идеальный «опорный» материал для измерения удельной термо-ЭДС неизвестных материалов. До 1986 самая высокая температура, при которой металл можно было поддерживать в сверхпроводящем состоянии, составляла лишь 10 К (—263° C). В настоящее время сверхпроводники можно использовать приблизительно до 100 К (—173° C). При более высоких температурах приходится проводить измерения с несверхпроводящими опорными материалами. До комнатной и несколько более высоких температур опорным материалом обычно служит свинец, а при еще более высоких – золото и платина.
См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.

Эффект Зеебека в металлах имеет две составляющие – одна из них связана с диффузией электронов, а другая обусловлена их фононным увлечением. Диффузия электронов вызывается тем, что при нагревании металлического проводника с одного конца на этом конце оказывается много электронов с высокой кинетической энергией, а на другом – мало. Электроны с высокой энергией диффундируют в сторону холодного конца до тех пор, пока дальнейшей диффузии не воспрепятствует отталкивание со стороны избыточного отрицательного заряда накопившихся здесь электронов. Этим накоплением заряда и определяется компонента термо-ЭДС, связанная с диффузией электронов.

Компонента, связанная с фононным увлечением, возникает по той причине, что при нагревании одного конца проводника на этом конце повышается энергия тепловых колебаний атомов. Колебания распространяются в сторону более холодного конца, и в этом движении атомы, сталкиваясь с электронами, передают им часть своей повышенной энергии и увлекают их в направлении распространения фононов – колебаний кристаллической решетки. Соответствующим накоплением заряда определяется вторая компонента термо-ЭДС.

Оба процесса (диффузия электронов и их фононное увлечение) обычно приводят к накоплению электронов на холодном конце проводника. В этом случае удельная термо-ЭДС по определению считается отрицательной. Но в некоторых случаях из-за сложного распределения числа электронов с разной энергией в данном металле и из-за сложных закономерностей рассеяния электронов и колеблющихся атомов в столкновениях с другими электронами и атомами электроны накапливаются на нагреваемом конце, и удельная термо-ЭДС оказывается положительной. Наибольшие термо-ЭДС характерны для термопар, составленных из металлов с удельными термо-ЭДС противоположного знака. В этом случае электроны в обоих металлах движутся в одном и том же направлении.

Термоэлектрические свойства полупроводников.

В 1920–1930-х годах ученые обнаружили ряд материалов с низкой проводимостью, ныне называемых полупроводниками, удельные термо-ЭДС которых в тысячи раз больше, чем у металлов. Поэтому полупроводники в большей степени, чем металлы, подходят для изготовления термобатарей, от которых требуются большие термо-ЭДС либо интенсивное термоэлектрическое нагревание или охлаждение. Как и в случае металлов, термо-ЭДС полупроводников имеют две составляющие (связанные с диффузией электронов и с их фононным увлечением) и могут быть отрицательными или положительными. Наилучшие термобатареи получаются из полупроводников с термо-ЭДС противоположного знака.

Термоэлектрические приборы.

Если создать хороший тепловой контакт одной группы спаев термобатареи с каким-либо источником теплоты, например небольшим количеством радиоактивного вещества, то на выходе термобатареи будет вырабатываться напряжение. КПД преобразования тепловой энергии в электрическую в таких термоэлектрических генераторах достигает 16–17% (для паротурбинных электростанций тепловой КПД составляет 20–40%). Термоэлектрические генераторы находят применение в удаленных точках на Земле (например, в Арктике) и на межпланетных станциях, где от источника питания требуются большая долговечность, малые размеры, отсутствие движущихся механических деталей и пониженная чувствительность к условиям окружающей среды.

Можно также, присоединив к зажимам термобатареи источник тока, пропускать через ее термоэлементы ток. Одна группа спаев термобатареи будет нагреваться, а другая – охлаждаться. Таким образом, термобатарею можно использовать либо как термоэлектрический нагреватель (например, для бутылочек с детским питанием), либо как термоэлектрический холодильник. См. также ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА.

Эффективность термоэлементов для термоэлектрических генераторов оценивается сравнительным показателем качества

Z = (S²sT)/k,

где T – температура, S – удельная термо-ЭДС, k – удельная теплопроводность, а s – удельная электропроводность. Чем больше S, тем больше термо-ЭДС при данной разности температур. Чем больше s, тем больше может быть ток в цепи. Чем меньше k, тем легче поддерживать необходимую разность температур на спаях термобатареи.