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:

Маргарин повышает риск старческого слабоумия 13.06.2025

Деменция, или старческое слабоумие, остается одной из самых серьезных и необратимых проблем современного здравоохранения. Несмотря на прогресс в медицине, эффективных методов лечения пока нет, поэтому особое внимание уделяется выявлению факторов риска и мерам профилактики. Среди них важную роль играют привычки питания, которые могут как снизить, так и повысить вероятность развития нейродегенеративных заболеваний. Одним из спорных продуктов, вызывающих все больше опасений, является маргарин - популярная замена сливочному маслу. Несмотря на свою распространенность, маргарин подвергается интенсивной химической обработке. По мнению Дэвида Винера, специалиста по фитнесу и здоровому образу жизни, работающего с приложением Freeletics на базе искусственного интеллекта, именно содержащийся в маргарине диацетил способен вызывать слипание белка бета-амилоида, который играет ключевую роль в патогенезе деменции и болезни Альцгеймера. Винер утверждает, что этот компонент не только способствует аг ...>>

Контактные линзы с инфракрасным зрением 13.06.2025

Инфракрасный свет представляет собой часть электромагнитного спектра с длиной волны более 700 нанометров - это волны, которые находятся за пределами видимого человеческому глазу диапазона. Благодаря своим свойствам инфракрасный свет широко используется в различных технологиях, от ночного видения до тепловизоров. Однако человеческий глаз не имеет способности воспринимать эти длинноволновые излучения, поэтому для наблюдения инфракрасного света до сих пор требовались громоздкие приборы, такие как ночные очки или камеры с инфракрасными детекторами. Это ограничивало их применение в повседневной жизни и профессиональной деятельности. Недавно команда ученых из Университета науки и технологий Китая под руководством нейроученого Тяня Сюэ разработала инновационные контактные линзы с наночастицами, способными преобразовывать инфракрасный свет в видимый. Этот процесс называется "восходящим преобразованием" (upconversion) - наноматериалы внутри линз меняют длинные инфракрасные волны на короткие ...>>

Ультратонкие водородные мембраны 12.06.2025

Водородные технологии приобретают все большее значение в глобальном переходе к экологически чистой энергетике. Одним из ключевых элементов таких систем являются мембраны, через которые происходит транспорт ионов в топливных элементах. Недавние разработки норвежской исследовательской лаборатории SINTEF открывают новые горизонты в этой области, предлагая ультратонкие мембраны, которые не только повышают эффективность, но и уменьшают затраты и вредное воздействие на окружающую среду. Новая мембрана, представленная специалистами SINTEF, имеет толщину всего 10 микрометров, что составляет примерно две трети от стандартной толщины в 15 микрометров. В пресс-релизе лаборатории описывается, что такой тонкий материал кажется сопоставимым с легчайшим листом бумаги формата А4, который при этом прочнее и тоньше многих аналогов. Этот значительный шаг вперед позволит существенно сократить себестоимость производства топливных элементов - примерно на 20%. При этом снижение толщины мембраны никак н ...>>

Случайная новость из Архива Охлаждение серверов диэлектрической жидкостью 16.04.2014 Метод охлаждения электронных компонентов компьютера путем погружения в охлаждающую жидкость был придуман довольно давно. Но именно сегодня недорогие решения, позволяющие охлаждать серверные компоненты без использования воды и электроэнергии, становятся очень актуальными. Несмотря на увеличение энергоэффективности, мощности, потребляемые отдельными серверами, также растут с каждым годом. Компания Intel, например, два года назад сообщала об экспериментах по погружению в масло процессоров Xeon, которые показали снижение потребления в комплексе на 50-60%. Очередные эксперименты дают надежду, что получиться добиться сокращения энергопотребления системы на 90% и более. Intel создала совместно с компанией SGI систему под названием Ice X. По сути, это полноценный сервер, работающий на процессорах Intel Xeon, погруженный полностью в так называемую "сухую жидкость" Novec производства компании 3M. Данная жидкость не проводит электрический ток, благодаря чему электронные компоненты могут в ней работать без риска окисления контактов или короткого замыкания. Правда, минусы у этой жидкости тоже есть: она не позволяет полноценно действовать оптическим линиям связи, поскольку попадает в недостаточно герметичные разъемы, ухудшая, в результате, качество передачи данных. Поэтому в данном направлении еще предстоит работать, создавая, в том числе, новый дизайн материнских плат, учитывающий использование новых сред. Впрочем, жидкость 3M Novec не первый год используется в реальных условиях в системах пожаротушения, поэтому ее производство отлажено, а поведение достаточно хорошо известно.

Другие интересные новости:

▪ Автобус распознает пешехода

▪ Предубеждения мешают нам понимать друг друга

▪ Инсталляционные проекторы 10000 лм от Epson

▪ 32/64-разрядный процессор от Intel

▪ Сверхтонкая кнопка от Panasonic

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Истории из жизни радиолюбителей. Подборка статей

▪ статья Через тернии к звездам. Крылатое выражение

▪ статья Как отразились в романе Преступление и наказание реальные прогулки Достоевского по Петербургу? Подробный ответ

▪ статья Электромонтер по ремонту и обслуживанию осветительных сетей. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Малогабаритная рамочная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ рефлектометр (100-600 МГц). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025