Термоэлектричество. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

Если измерить выделяющуюся теплоту при том или другом физическом процессе, то можно судить как о наличии процесса, так и об интенсивности его протекания. Оперировать электрическими величинами при этом несравненно удобнее.

Термоэлектрические датчики позволяют проводить измерения в широчайшем диапазоне температур - от активной зоны атомного котла до глубин космоса. По способу преобразования датчики можно разделить на группы. К одной группе относятся датчики, изменяющие свое омическое сопротивление от влияния теплоты. Это так называемые терморезисторы, или термисторы.

РТС-термисторы (Positive Temperature Coefficient) - полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом. Они резко увеличивают свое сопротивление при превышении некоторой характеристической температуры и применяются в автомобильных сетях электропитания для защиты от бросков тока, как защита компрессоров холодильных установок, в качестве самовосстанавливающихся предохранителей и в ряде других случаев.

NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient) - полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом. Конструктивно они оформлены в виде дисков и применяются для температурной компенсации электронных цепей, ограничения пускового тока и пр. Кривая изменения сопротивления линейна лишь на некоторых участках изменения температуры, а диапазон рабочих температур - -40...+200°С.

В данной подгруппе следует особо выделить NTC-термисторы ТРА-1 и ТРА-2, выполненные на основе монокристаллов искусственного алмаза, которые отличаются долговременной стабильностью параметров и уникально малой тепловой инерционностью. Незначительные размеры (диаметр 1,2 мм) позволяют встраивать их, к примеру, в стержень паяльника. Диапазон рабочих температур - 80...600°К.

Датчики на основе термисторов энергозависимы, т.е. требуют наличия измерительного напряжения.

К другой обширной группе относятся термопары, т.е. термодатчики, в которых появляется ЭДС в месте контакта двух разнородных металлов (рис. 1). Датчики данного типа энергонезависимы, т.к. при нагревании места соединения появляющаяся термоЭДС вполне достаточна для измерений.

Рис. 1

Если соединить два конца проводников из разнородных металлов и затем нагреть место спая, то на свободных концах можно наблюдать появление ЭДС. Величина контактной термоЭДС не зависит ни от площади контакта, ни от формы проводников, а определяется лишь тем, какие металлы соприкасаются и какова их температура. В практике применения термопар принято различать два соединения проводников - горячий и холодный спаи. Горячий спай - соединение, находящееся в зоне нагрева, а холодный - вне измеряемой зоны. В данном случае название холодный "спай" - чисто условное, т.к. электрическая цепь замыкается через импеданс цепи измерения (прибора). Если замкнуть оба конца холодного спая, то величина термоЭДС будет равна нулю. Аналогично, если нагреть равномерно оба спая, то возмущающие силы будут уравновешены электрическими. Величина ЭДС описывается простой формулой:

Е_Т=К_Т(Т1-Т2), (1)

где К_т - постоянный коэффициент.

Из формулы (1) следует, что термоЭДС пропорциональна разности температур разнородных металлов. Коэффициент пропорциональности К_T называется удельной термоЭДС, и его значения для сочетания различных металлов и их сплавов различны. Например, для соединения медь-константан К_T=53*10^-3 мВ/°С, для соединения серебро-платина К_T=12*10^-3 мВ/°С. Для получения контактной термоЭДС металлы следует соединять свариванием-сплавлением нейтральным (угольным) электродом (лучше в среде инертного газа или в вакууме, дабы исключить попадание в спай даже молекул постороннего вещества). Хорошие результаты дает соединение вакуумным напылением на нейтральную подложку из кварцевого стекла или керамики. Так что слово "спай" в этом случае - чисто условное.

В любительских условиях можно изготовить неплохую термопару, если сварить угольным электродом (напряжение не выше 36 В) две проволоки, сочетая медь, константан, нихром, фехраль, никелин и серебро. Можно применить проволочные стойки от электролампы.

Альтернативной заменой как термисторов, так и термопар могут явиться кремниевые диоды, причем развиваемая ими термоЭДС вполне достаточна для практического применения. Недостаток - большой разброс параметров и сложности в организации выводов.

В 30-х...50-х годах XX века было выпущено большое количество термоэлектрических генераторов, работавших от различного типа теплоносителей (керосиновой лампы, керогаза и даже костра). Термогенераторы были применены и на атомной электростанции. Интерес к их широкому использованию постепенно ослаб ввиду очень низкого КПД, в лучшем случае, едва достигавшего 3%. Правда, не так давно японские специалисты разработали генератор-браслет, работающий от тепла человеческого тела и питающий транзисторный приемник К сожалению, дешевые алкалиновые элементы и никель-кадмиевые аккумуляторы "закрыли" развитие термогенераторов.

Существует еще одно применение термоэлектричества, вернее, явления, открытого в 1834 году часовщиком Пельтье, обратившим внимание на температурные аномалии, возникавшие вблизи спая двух проводников из разнородных металлов при прохождении через них электрического тока. Позднее Э.Х.Ленцем была исследована и объяснена природа этого явления.

В опыте Ленца в углублении на стыке двух проводников из висмута и сурьмы помещалась капля воды, которая при прохождении тока в одном направлении замерзала, при другом - закипала. Явление, впервые обнаруженное Пельтье, получило название эффекта Пельтье, а термоэлектрические элементы, выполненные на этой основе - элементами Пельтье (рис. 2).

Рис. 2

При изготовлении элементов наилучшие результаты были получены при соединении пар из полупроводниковых материалов: сернистого свинца, висмута, сурьмы, цинка. В элементах Пельтье процесс нагрева и охлаждения спаев можно рассматривать, как перенос тепла под влиянием приложенной ЭДС от одного спая к другому и как бы увеличения при этом теплопроводности проводников В элементах Пельтье существуют горячий и холодный спай, но напряжение подается в замкнутую цепь из разнородных металлов. Происходит разогрев горячего спая и охлаждение холодного, и чем интенсивнее отводится выделяющееся тепло, тем сильнее охлаждается холодный спай. При изменении полярности напряжения питания процесс также меняет знак, что может привести к разрушению элемента. Для получения значительного перепада температур нужен хороший теплоноситель для эффективного охлаждения горячего спая.

В настоящее время (по каталогу ЧИП-ДИП) предлагаются элементы Пельтье для охлаждения РЭА и иных целей, где КПД не играет существенной роли.

Литература

1. А.Ф Иоффе. Полупроводниковые термоэлементы. - РАН.
2. Б.С. Поздняков, Е.А. Коптелов. Термоэлектрическая энергетика. - Атомиздат, 1974 г.

Автор: И.Семенов, г.Дубна, Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Самое большое в мире здание, напечатанное на трехмерном принтере 18.12.2019 Компания Apis Cor, специализирующаяся на технологиях строительной трехмерной печати, недавно завершила сооружение того, что можно назвать самым большим в мире на сегодняшний день "напечатанным" зданием. Это здание, расположенное в Дубае, представляет собой корпус административного здания, оно было возведено при помощи единственного трехмерного принтера, хотя стоит признать, что значительная часть работ была выполнена по старинке людьми-строителями. Двухэтажный административный корпус имеет высоту в 9,5 метров и общую площадь в 640 квадратных метров. Его строительство велось совершенно традиционным способом, путем выдавливания цементной смести через носик принтера, который слой за слоем формировал всю структуру здания. Поскольку возводимое здание имело достаточно большие габариты, 3D-принтер Apis Cor был подвешен в воздухе при помощи подъемного крана и мог возводить за один раз только одно отдельное помещение. Из-за этого на весь процесс строительства здания ушло три недели времени. Достаточно большая часть работы была выполнена людьми-строителями, которые заложили фундамент, занимались установкой окон, дверей, перекрытий и крыши, плюс проводили все внутренние коммуникации. Более того, люди вручную заливали бетоном те редкие места, куда не мог дотянуться носик трехмерного принтера.

Другие интересные новости:

▪ Ноутбуки с HDD исчезнут из магазинов Западной Европы

▪ Билл Гейтс создаст суперкорову

▪ Мобильные процессоры Intel Alder Lake-HX

▪ Генератор для наноприбора

▪ Арктику ждут новые рекорды таяния

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Узлы радиолюбительской техники. Подборка статей

▪ статья Адвокатура и нотариат. Шпаргалка

▪ статья Какое животное человек одомашнил первым? Подробный ответ

▪ статья Автомаляр. Должностная инструкция

▪ статья Регулятор мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регуляторы вращения двигателей переменного тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026