Термоэлектрические преобразователи

90 
нейшем термопара). Спай Т
1
погружаемый в измеряемую среду, называется 
рабочим или горячим спаем термопары, второй спай Т
2
носит название холодного 
или свободного. 
Рисунок 15.4 - Распределение потенциалов в цепи идеальной термопары 
Согласно электронной теории, во всех проводниках имеются свободные 
электроны. Число электронов, приходящихся на единицу объема, различно для 
проводников. По мере повышения температуры проводника концентрация 
свободных электронов о единице его объѐма возрастает. Эти свободные электроны 
диффундируют из мест с большей концентрацией в места с меньшей, т.е. в общем 
случае, когда концы проводника имеют разную температуру, свободные 
электроны диффундируют от горячего конца проводника к холодному. 
Следовательно, при электронной проводимости холодный конец проводника 
заряжается отрицательно, а нагретый – положительно. Термоэлектродвижущая 
сила, развивающаяся па концах однородного проводника (термоЭДС Томсона), 
зависит от его природы. Величина этой термоЭДС Е
Ta
 для конкретною проводника 
а определяется соотношением


2
1
T
T
a
Ta
dT
E

(15.3) 
где 
a

- коэффициент Томсона для данного проводника, зависящий от его 
материала а. 
Если замкнутая цепь состоит из двух различных однородных проводников а и 
Ь, то суммарная термоЭДС (Томсона) в цепи равна разности термоЭДС, 
возникающих в каждой ветви, и определяется по формуле



2
1
)
(
T
T
b
a
Tab
dT
E


(15.4) 
т.е. в замкнутой цепи, состоящей из пары проводников а и Ь, суммарная термоЭДС 
зависит от абсолютных температур Т
1
и Т
2
 в местах их соединений. 
Зеебек, проводя исследования термоэлектрических явлений в замкнутых 
цепях разнородных проводников, обнаружил, что в цепи, состоящей из двух 
разнородных проводников а и Ь, находящихся в соприкосновении при одинаковой 
температуре, в месте контакта возникает термоЭДС (явление Зеебека), вследствие 
разности концентраций свободных электронов в каждом из проводников и 
контактной разности потенциалов. Если число свободных электронов, 
приходящихся на единицу объѐма, обозначить соответственно через N
a
и N
b
и 

91 
принять, что N
a
> N
b
, , то электроны проводника а будут диффундировать в 
проводник b в большем количестве, чем обратно из проводника b в проводник а. 
Вследствие этого проводник а будет заряжаться положительно, проводник b 
отрицательно, при этом свободные концы проводников будут иметь некоторую 
разность потенциалов 
b
a
b
a
N
N
e
kT
U
U
ln


(15.5) 
где е -заряд электрона; k -постоянная Больцмана. 
Изложенные выше закономерности позволяют заключить по термоЭДС в 
цепи, составленной из двух разнородных проводников, имеющих различные 
температуры мест их контактирования T
1
и Т
2
определится в следующем виде:
)
(
)
(
)
,
(
2
1
2
1
T
l
T
l
T
T
E
ab
ab
ab


(15.6) 
Рисунок 15.5 - Схемы включения измерительного прибора в цепь
термоэлектрического преобразователя 
Таким образом, если одно из мест контактирования термопары, составленной 
из термоэлектродов а и Ь, выдерживать при постоянной температуре (Т
2
= const), 
то термоЭДС ее Е
ab(T1)
будет зависеть только от температуры Т
1
. Следовательно,
проградуировав ее, т. е. построив зависимость термоЭДС термопары от 
температуры Т
1 
(рабочего конца) и выдерживая постоянной температуру Т
2
 
(свободного конца), можно в дальнейшем по величине измеренной термоЭДС 
определить температуру рабочего спая. Обычно градуировку термопары 
производят при температуре свободных концов Т
2
= 273,75 К (0°С) 
Следует отметить, что рассматриваемый термоэлектрический эффект 
обладает и обратным свойством, заключающимся в том, что если в такую цепь 
извне подать электрический ток, то в зависимости от направления тока один из 
спаев будет нагреваться, а другой охлаждаться (эффект Пельтье). 
Для измерения термоЭДС в цепь термопары включается измерительный 
прибор (милливольтметр, потенциометр и т.п.) по одной из двух схем (см рисунок 
15.5). 
Подключение измерительного прибора в контур термопары по обеим 
схемам (см. рисунок 15.5а, б) одинаково правомочно. Влияние третьего 
проводника с не оказывается при равенстве температур 2 и 3 (см. рисунок 15.5, а) 
или 3 и 4 (см. рисунок 15.5, б).

92 

жүктеу/скачать 1.55 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: