Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата

Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразова . телем или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, — термоэлектродами, а места их соединения — спаями.

[pic]

Рис. 1

Рис. 2

При небольшом перепаде температур между спаями термо-э. д. с. можно считать пропорциональной разности температур: EAB = SAB??.

Опыт показывает, что у любой пары однородных проводников подчиняющихся закону Ома, величина термо-э.д.с. зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температур между спаями.

Явление термоэлектричества принадлежит к числу обратимых явлений, обратный эффект был открыт в 1834 г. Жаном Пельтье и назван его именем.
Если через цепь, состоящую из двух различных проводников или полупроводников, пропустить электрический ток, то тепло выделяется в одном спае и поглощается в другом. Теплота Пельтье связана с силой тока линейной зависимостью в отличие от теплоты Джоуля, и в зависимости от направления тока происходит нагревание или охлаждение спая.

Поглощаемая или выделяемая тепловая мощность пропорциональна силе тока, зависит от природы материалов, образующих спай, характеризуется коэффициентом Пельтье ?AB и равна qAB = ?AB?I.

Во второй половине XIX в. Томсоном был открыт эффект, заключающийся в установлении на концах однородного проводника, имеющего температурный градиент, некоторой разности потенциалов и в выделении дополнительной тепловой мощности при прохождении тока по проводнику, имеющему температурный градиент. Однако э.д.с. Томсона и дополнительное тепло настолько малы, что в практических расчетах ими обычно пренебрегают.

На рис. 1б показана принципиальная схема термоэлектрического преобразователя, который в зависимости от положения переключателя Кл может работать в режиме генератора электрической энергии (положение 1) и в режиме переноса тепла от источника с температурой ? к резервуару с температурой
?0.

К.п.д. термоэлектрического генератора зависит от разности температур и свойств материалов и для существующих материалов очень мал (при ?? = 300° не превышае ? = 13%, а при ?? = 100° значение ? = 5%), поэтому термоэлектрические генераторы используются как генераторы энергии лишь в специальных условиях. К.п.д. термоэлектрического подогревателя и холодильника также очень малы, и для охлаждения к.п.д. при температурном перепаде 5° составляет 9%, а при перепаде 40° — только 0,6%; однако, несмотря на столь низкие к.п.д., термоэлементы используются в холодильных устройствах. В измерительной технике термопары получили широкое распространение для измерения температур; кроме того, полупроводниковые термоэлементы используются как обратные тепловые преобразователи, преобразующие электрический ток в тепловой поток и температуру.

Термопара с подключенным к ней милливольтметром, применяемая для измерения температуры, показана на рис. 2.

Если один спай термопары, называемый рабочим, поместить в среду с температурой ?1, подлежащей измерению, а температуру ?2, других, нерабочих, спаев поддерживать постоянной, то f(?0) = const и

EAB(?1,?0) = f(?1) – C= f1(?1). независимо от того, каким образом произведено соединение термоэлектродов
(спайкой, сваркой и т. д.). Таким образом, естественной входной величиной термопары является температура ?1 ее рабочего спая, а выходной величиной — термо-э. д. с., которую термопара развивает при строго постоянной температуре ?2 нерабочего спая.
Материалы, применяемые для термопар. В табл. 2 приведены термо-э.д.с., которые развиваются различными термоэлектродами в паре с платиной при температуре рабочего спая ?1 = 100° С и температуре нерабочих спаев
?2 = 0° С. Зависимость термо-э.д.с. от температуры в широком диапазоне температур обычно нелинейна, поэтому данные таблицы нельзя распространить на более высокие температуры.

Таблица 2
|Материал |Термо |Материал |Термо |
| |э.д.с., | |э.д.с., |
| |мВ | |мВ |
|Кремний |+44,8 |Свинец |+0,44 |
|Сурьма |+4,7 |Олово |+0,42 |
|Хромель |+2,4 |Магний |+0,42 |
|Нихром |+2,2 |Алюминий |+0,40 |
|Железо |+1,8 |Графит |+0,32 |
|Сплав(90% Pt+10% Ir) |+1,3 |Уголь |+0,30 |
|Молибден |+1,2 |Ртуть |0,00 |
|Кадмий |+0,9 |Палладий |-0,57 |
|Вольфрам |+0,8 |Никель |-1,5 |
|Манганин |+0,76 |Алюмель |-1,7 |
|Медь |+0,76 |Сплав (60%Au+30% Pd+10%Pt) |-2,31 |
|Золото |+0,75 |Константан |-3,4 |
|Цинк |+0,75 |Копель |-4,5 |
|Серебро |+0,72 |Пирит |-12,1 |
|Иридий |+0,65 |Молибденит |-69 ч -1|
| | | |04 |
|Родий |+0,64 | | |
|Сплав (90% Pt+10% Rh) |+0,64 | | |

При пользовании данными таблицы следует иметь в виду, что развиваемые термоэлектродами термо-э.д.с. в значительной степени зависят от малейших примесей, механической обработки (наклеп) и термической обработки (закалка, отжиг).

При конструировании термопар, естественно, стремятся сочетать термоэлектроды, один из которых развивает с платиной положительную, а другой — отрицательную термо-э.д.с. При этом необходимо учитывать также пригодность того или иного термоэлектрода для применения в заданных условиях измерения (влияние на термоэлектрод среды, температуры и т. д.).

Для повышения выходной э.д.с. используется несколько термопар, образующих термобатарею. На рис. 3 рис. 3показан чувствительный элемент радиационного пирометра. Рабочие спаи термопар расположены на черненом лепестке, поглощающем излучение, холодные концы — на массивном медном кольце, служащем теплоотводом и прикрытом экраном. Благодаря массивности и хорошей теплоотдаче кольца температуру свободных концов можно считать постоянной и равной комнатной.

1.2. УДЛИНИТЕЛЬНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОДЫ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ, ПОГРЕШНОСТИ ТЕРМОПАР

Удлинительные термоэлектроды. Свободные концы термопары лолжны находиться при постоянной температуре, лучше всего при 0°С (рис. 4). Однако не всегда возможно сделать термоэлектроды термопары настолько длинными и гибкими, чтобы свободные концы ее можно было разместить в достаточном удалении от рабочего спая (рис. 4). Кроме того, при использовании благородных металлов делать длинные термоэлектроды экономически невыгодно, поэтому приходится использовать провода от другого материала.
Соединительные провода A1 и B1 (рис. 4), идущие от зажимов в головке термопары до места нахождения нерабочих спаев и выполняемые из дешевых материалов, называют удлинительными термоэлектродами. Чтобы при включении удлинительных термоэлектродов из материалов, отличных от материалов основных термоэлектродов, не изменилась термо-э.д.с. термопары, необходимо выполнить два условия. Первое — удлинительные термоэлектроды должны быть термоэлектрически идентичны с основной термопарой, т. е. иметь ту же термо- э.д.с. в диапазоне возможных тем-

Рис. 4 ператур места соединения термоэлектрод- ов в головке термопары (примерно в диапазоне от 0 до 100° С). И второе—места присоединения удлинительных термоэлектродов к основным термоэлектродам в головке термопары должны иметь одинаковую температуру,

Для термопары платинородий — платина применяются удлинительные термоэлектроды из меди и сплава ТП, образующие термопару, термоидентичную термопаре платинородий — платина в пределах до 150° С. Такие же удлинительные термоэлектроды с измененными знаками полярности применяют для термопары вольфрам — молибден. Для термопары хромель — алюмель удлинительные термоэлектроды изготовляются из меди и константана. Для термопары хромель — копель удлинительными являются основные термоэлектроды, но выполненные в виде гибких проводов.

Погрешность, обусловленная изменением температуры нерабо-ihx спаев термопары. Градуировка термопар осуществляется при температуре нерабочих спаев, равной нулю. Если при практическом использовании термоэлектрического пирометра температура нерабочих спаев будет отличаться от 0° С на величину
??0 , то необходимо ввести соответствующую поправку в показания термометра.

Однако следует иметь в виду, что из-за нелинейной зависимости между э.д.с. термопары и температурой рабочего спая величина поправки к показаниям указателя ??, градуированного непосредственно в градусах, не будет равна разности температур ??0 свободных концов, что очевидно из рис.
5.

Величина поправки ?? связана с разностью температур свободных концов через коэффициент k (?? = ??0?k) называемый поправочным коэффициентом на температуру нерабочих концов. Величина k различна для каждого участка кривой, поэтому градуировочную кривую разделяют на участки по 100° С и для каждого участка определяют значение k.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: решебник по русскому, скачать решебник.



Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки