Тв$418-К-й 9.3 Фтнкв-гямнческяе jtafwwefwefiiHB термоэлектродиых

АлюминИ)!

Алю.медь (9,3 \i

Ь % (Л1, Si, Со, М.и)

Висмуг

Волы)ра.\1

Железо химически

чистое

Железо поделочное

Золото

Иридий

Константан (52 %

Си - 48 % Ni)

Копель (55 % Си -

45 % Ni)

Кремний

Кадмии

Кобальт

Молибден

Ме.ть химически

чистая

Медь проводниковая Маигаини (84 Си - 1.3 % Мп - 2 % КЧ -1 % Fe) Магний

Нихром (80 N4 - 20 о Сг) Никель Олово,

Платина Экстра

Платииородий

70 % Pt -30 % Rh

87 % Pt - 13 % Rh

90 % Pt - 10 % Rh

94 % Pt - б % Rh

Палладий

Пирит

Родий

Ртуть

Сурьма

Свинец

Серебро

Сплав 60 о/о Аи -

30 % Pd - 10 % Pt

Теллур

Тантал

Уголь

Хромель (89 %

18,7

0,5 55,0

-40,0

-(16,8...17,0) 13,1 7,6

7,5 8,0

4,1 (1.J...2.11

-(i 5,0... 15,-11 4,

0,00

{i,4 (20,02 при 1600 °C)

6,46 13,0

-5,7 121 6,4 0,4 48,6 4,4 7,2 -23,1

500 5,1 3,0 27,1...31,3

1.50 150

,i)0

10.;.;

2.)50 12:.)... 12,4)

1000

1250

300...452 2800

1450

7, г CM

in (I

К BtX

0 10 . Ом M

10,1 10,0 0 s

0,147 0,140 0,144

:;o.o

8,12 22,1 34.8 417

81,3 .37.7

0,9 13

0,227

0,0147

0,34

0,065 0,7

a. 10-3. [<;-:

4,43

0,96

4,73

4,11

3,79 3,5

Материя.!

i\4 - 9,8 Cr

1 o Fe - 0,2 ,Mn)

Цинк

Натрий

Калий

Сульфид молибдена Оксид цинка Оксид меди Оксид меди (I) Оксид железа (II) Оксид железа (II, III) Оксид железа Оксид никеля Оксид марганца

и,1атииы, пЛ? .K ~

/,t - -2,1 -9,4 -770 -710 -696 1000 -500 -430 -56 240 385

пропорциональное силе протекающего электрического тока: Q

л /

имеет размерность Вт А = В).

Обратимое выделение или поглощение теплоты Пельтье занпси! юль-ко от свойств каждого проводника термопары, т. е. от ;i6co.потных коэффициентов Пельтье каждого из провод1;иков, В TeNnep:irvpiii>ix измерениях это явление может играть существенную роль то.илчо [ipii .тосгаючио больших удельных плотностях электртпескнх токов в и;сме11И1сл1л1ы\ цепях. Эффект Томсона (установленный экспери.миыальпо .4ер\ п 1867 г.) - если вдоль проводника, по которому протекает электрпческиГ! юк, существует градиент температуры, то в дополнение к теплоте Джоуля ь обтллте проводника выделяется или пог.тощается (в зависимости от паправлепия тока) количество теплоты (теплота Томсона). пропор1щопа.тьпое силе roK;i, градиенту температуры и коэффкцнепт\ Томсона (завися;иему от природ:,! материала проводника): = а/ДГ (а имеет размерность Вт/А К = = В/К ).

Применив к трем указанным термоэлектрическим явлениям первое и второе начала термодинамики, Томсон (1856 г,) вывел следующие соотношения: а = Tda/dT, п= Та.

Абсолютный удельный коэффициент термоЭДС. Явление TorcolIa по своей природе абсолютно, что позволяет по измеренным, значениям коэф-фициеттта Томсона найти абсолютные значения коэффициетттов Псльттл и Зеебека, Последний получается интегрированием уравнения

а = Tda/dT; а (Г) =

dT.

Наличие информации об абсолютном удельном коэффициенте термоЭДС хотя бы для материала одного проводника открывает возможность привязки к абсолютной системе отсчета всех данных относительных измерений. В качестве такого эталона при низких температурах припимает-

У\ 0,м м

1.01 110

0,0Н2

ся свтптец (табл. 9.1). прн средних и высоких температурах- платина. Однако чистые медь, серебро, золото и вольф]там имеют низкий абсолютный \,дельнт>1Й коэ 1фицие11Т 1ермоЭДС и могут оказаться предпочтительнее п.татппы (табл. 9,2). В практике измерений п.татипа по.тучила широкое нримепетге благодари ряду по.тожтельпых свойств, связанных с возможностью получения и сохранения высокой степени чистоттл. Поэтому термоэлектрические хар;п;терпстнкн многих металлов были исследованы относительно платины (1абл. 9.3).

Технические возможности ПТ, Термоэлектрические преобразователи удовлетворяют .многим требоваштям идеального ипеобразователя. Они просты, надежны в работе и состоят, по существу, из двух термоэлекою-,Т0в. Их конструктивные фор.мы и разме])ы позволяют обеспечивать малый показатель тепловой nnepinoi. Выбирая соответствующие материалы термоэлектродов, молчпо проводить измерения температур в широком дттапазоне (2.. 3009 К). При этом достигается высокая точность преобразования (инструментальная погрешттость до 0,01 К) и высокая чувствительность (до 100 мкВ К). ПТ представляют собой идеальные приборы д.тя измерения разностей температур, величины которых в отдельтгых случаях могут доходить до 10~ К. Если материалы термоэлектродов однородны, изотропны и не претерпевают физических или химических изменений, то зависимость термоЭДС ПТ от температуры хорошо воспроизводима (табл. 9.3). В связи с этим преобразователи, термопары которых изготовлены из одной и той же партии термоэлектродов, могут быть полностью взаимозаменяемы.

9.2. Основные правила обращения с термоэлектрическими цепями

Правило Магнуса. ТермоЭДС, возникающая в замкнутой цепи, которая образована парой однородных, изотропных проводников, зависит только от температуры спаев и не зависит от распределения температуры по длине проводников.

по ipac lamii!;:-.! ранств Г, > /7 . действует следу;(!пи\

н \ пап, 41 u.p5V.- , Д.а; I аьло; П1;

Правило iioouiiiu,:i4 разности гс\ак;а11: j- ( термоэлсктродп.:1\ чак , отноатення:

материалам. Е-а !,с1а)1 1)ая

4/< - ~~

1. д.

Из последт1х дну \ праинл след>с1 (jwhcc праанло копе;pi арпвапия i.pMo-электрнчсских нзмеригельных neneii; нсодно;н);1посп, проиодпика допла-тима НС юлько изотермической облас1И и, паобо()ог, niTiaoicpMnanociь допустима только is однородном пронодпнке. Недопустимо conoiamie ш-от,-нородности и иеизогермичности. Иоэюму при впедсчии! в шчи TepMoiia]v.i прибора для измерения термоЭДС необходимо обсспечигь его изотермичное гь.

При измерении температуры, кроме погрсшносюй, обусловленных особенностями установки и изменениями окружчюатей среды, термопарам присущи внутренние погрешности, npnainia которых - ноодпо-родность исходных материалов и последующие изменения, происходящие в термоэлектродах.

Химические неоднородности характеризуются нспоеюяпс гвом химического состава по объему термозлектро.юв. Оп]] y\oT\-i еуптеср.ювать в термоэлектроде с самого начала пли возникнуть В1П)СЛслетвип в результате реакций выделения новых фаз, избирательного испарения компонентов или взаимной днф(),зии. Кроме того, они могут был, uai Яаиы взааг-модейсгвием с окружаюнтеп cpe,T(jii, н частности с кК-.1оро.чом, a,JoioM, уг.теродо.м, cepi)ii и Д[) И удаление элементов, составляющих си.нш, и об\-;-зование новых соеднпеипп могут нрнвеепт к изменению термоЭДС.

Физические не ,д1и)ро.и1оети включают негюстоянегво (,а,ю:ч)Го соет.ч.ьм, иаруи1ения \ 1:о)ЯДоченнос 1И, изменения стр\ктур1л зерен но обт,е\.у iejii-o-электро.та и 1а)Лебания К1511пепт раци.и .де(,(:Ктоп крн.еиттлаче!. Кмй репалкп. Такие-неодпородпое1п могут быть вызваны, например, ieiiM(>opa6()i aoii, термоиагру жениями, эффектами де()орма11понпо14) упрочнения (наклеп.)) или воздействием пропнкаюптей раднации. Иод действием ра.тнании :()гyт происходить и ядс)ные превращения, приводящие к изменению xiiNHiae-ского ссклаг.а.

По огно1пению ко времени работы термоэлектродов следует различать начальные нео.п ородноети, т. е. le, которые существовали в мат.рпа.тах, полученных от изготовителей, или возникли в процессе изтотов.:с1;ня п установки преобразователя, и наведенные , которые возникают в процессе работы гермопреобразователя. Можно выделить коротко- и сре.чпепериод-ные вариации термоЭДС, называя их, старением и противопоставляя пх долгопериодным, или дрейфу. Старение может быть обусловлено релаксацией эффектов наклепа или стабилизацией фаз, а дрейф приписат! xinin-ческим процессам.

Методы измерения термоэлектрической неоднородности проволок разделяют на контактные и бесконтактные [208, 712]. Контактные - метод скрутки, скользящего контакта, пружинного контакта и захваьа, бесконтактные - метод ючечной печи, асимметричного нлгревателя, .хвух сред, магнитный и термографический. Методы скрутки и скользящего контакта не применяют из-за большой неопределенности результатов нзмере1!нй; они имеют лишь исторический интерес.

т.л. .юиттниьгь харвктеристян

термов ггекгродов

11естаби,!Ы1ос1ь термоЭДС не является цоцчпшосгыо л прямом . н.е

е .li.JfO СЛОаа, хотя в болЬПЩНСТВС случаев т СТУЖИ ! r.lHBHOH ее iHiiHl-

ой, В связи С этим представляет интерес рят псе е;1ований \ 70п,

аи-.л-нони.х \с1ан.1ВИ1ь нанбо нч-

.Ч7< , 380, 620, 708, 77,), 8.34, 904. 1001

SW ЮО01500 2000 t, V

500 WOO то 2000 i;c

Рис.9.1. Зависимость термоЭДС тер\к)э.1ектродов ВР-,5 (а) и ВР-20 (б) И1 воль(])рймрепиев1,пх сплавов от напряжения и температуры

Оис. О 2 0<[ВН<Ч1\1ост ь наведенной термоЭДС для меди, серебра и никеля:

а - от деформации кручением при 80 °С и D ndjl (а - число оборотов образца, d - диаметр, / - длина); б - от температуры отжига деформированных образцов

вероятную причину возникновения термоэлектрической неоднородности. Экспериментальные данные показывают, что для всех термоэлектродных материалов термоЭДС претерпевает изменения Д£ под действием механической нагрузки. При этом по мере увеличения нагрузки и температуры термоэлектродов Д£ возрастает. Тот факт, что при температурах, превышающих температуру релаксации механических 1!а11ряжений, величина АЕ падает, заставляет предположить, что основной источник возникновения величины Д£ - механические напряжения в термоэлектродзх (рис. 9,1,9.2).