Հեքիաթներ

Չափման տեխնոլոգիա. Ջերմազույգի էլեկտրաշարժիչ ուժի և հատուկ ջերմային ուժի որոշում

9.1. Աշխատանքի նպատակը

Ջերմազույգի ջերմաէլեկտրաշարժիչ ուժի կախվածության որոշումը միացումների միջև ջերմաստիճանի տարբերությունից:

Փակ շղթայում (նկ. 9.1), որը բաղկացած է տարբեր հաղորդիչներից (կամ կիսահաղորդիչներից) A և B-ից, առաջանում է էլեկտրաշարժիչ ուժ (emf) E T և հոսում է հոսանք, եթե այդ հաղորդիչների 1-ին և 2-րդ կոնտակտները պահպանվում են տարբեր ջերմաստիճաններում T 1 և Տ 2. Այս էլ.մ.ֆ. կոչվում է ջերմաէլեկտրաշարժիչ ուժ (թերմո-էմֆ), իսկ երկու տարբեր հաղորդիչների էլեկտրական շղթան կոչվում է ջերմազույգ։ Երբ փոխվում է միացման ջերմաստիճանի տարբերության նշանը, փոխվում է ջերմազույգի հոսանքի ուղղությունը: Սա
երեւույթը կոչվում է Զեբեքի ֆենոմեն։

Ջերմային EMF-ի առաջացման երեք հայտնի պատճառ կա՝ դիրիժորում լիցքակիրների ուղղորդված հոսքի ձևավորում՝ ջերմաստիճանի գրադիենտի առկայության դեպքում, ֆոնոններով էլեկտրոնների ներգրավում և Ֆերմի մակարդակի դիրքի փոփոխություն։ կախված ջերմաստիճանից. Դիտարկենք այս պատճառները ավելի մանրամասն:

Հաղորդավարի երկայնքով dT / dl ջերմաստիճանի գրադիենտի առկայության դեպքում էլեկտրոնները նրա տաք ծայրում ունեն ավելի մեծ կինետիկ էներգիա և, հետևաբար, քաոսային շարժման ավելի մեծ արագություն, համեմատած սառը ծայրում գտնվող էլեկտրոնների հետ: Արդյունքում հաղորդիչի տաք ծայրից դեպի սառը էլեկտրոնների արտոնյալ հոսք է տեղի ունենում, սառը ծայրում բացասական լիցք է կուտակվում, իսկ տաք ծայրում մնում է չփոխհատուցված դրական լիցք։

Կուտակումը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև ստացված պոտենցիալ տարբերությունը առաջացնի էլեկտրոնների հավասար հոսք։ Շրջանակի նման պոտենցիալ տարբերությունների հանրահաշվական գումարը ստեղծում է ջերմաէմֆ-ի ծավալային բաղադրիչը։

Բացի այդ, հաղորդիչում առկա ջերմաստիճանի գրադիենտը հանգեցնում է ֆոնոնների (հաղորդիչի բյուրեղային ցանցի թրթռման էներգիայի քվանտա) արտոնյալ շարժման (դրեյֆի) առաջացմանը տաք ծայրից մինչև սառը ծայրը։ Նման դրեյֆի առկայությունը հանգեցնում է նրան, որ ֆոնոններով ցրված էլեկտրոններն իրենք են սկսում ուղղորդված շարժում կատարել տաք ծայրից դեպի սառը: Հաղորդավարի սառը ծայրում էլեկտրոնների կուտակումը և տաք ծայրում էլեկտրոնների սպառումը հանգեցնում են ջերմաէմֆ-ի ֆոնոնային բաղադրիչի առաջացմանը։ Ավելին, ցածր ջերմաստիճաններում այս բաղադրիչի ներդրումը հիմնականն է ջերմային էմֆ-ի առաջացման գործում:

Երկու գործընթացների արդյունքում էլ հաղորդիչի ներսում առաջանում է էլեկտրական դաշտ՝ ուղղված դեպի ջերմաստիճանի գրադիենտ։ Այս դաշտի ուժը կարելի է ներկայացնել որպես

E = -dφ / dl = (-dφ / dT)· (-dt / dl) =-β·(-dT / dl)

որտեղ β = dφ / dT:

Հարաբերակցությունը (9.1) միացնում է էլեկտրական դաշտի ուժը E ջերմաստիճանի գրադիենտ dT / dl: Ստացված դաշտը և ջերմաստիճանի գրադիենտը ունեն հակառակ ուղղություններ, ուստի ունեն տարբեր նշաններ։

(9.1) արտահայտությամբ սահմանված դաշտը արտաքին ուժերի դաշտն է։ Այս դաշտի ուժը ինտեգրելով AB շղթայի հատվածի վրա (Նկար 9.1) 2-ից մինչև 1 հանգույց և ենթադրելով, որ T 2 > T 1, մենք ստանում ենք այս հատվածում գործող ջերմային էմֆ-ի արտահայտությունը.

(Նշանը փոխվեց, երբ փոխվեցին ինտեգրման սահմանները:) Նմանապես, մենք որոշում ենք B հատվածում գործող ջերմային էֆֆեկտը՝ 1-ից մինչև հանգույց 2:

Թերմո-էմֆ-ի առաջացման երրորդ պատճառը. կախված է Ֆերմի մակարդակի դիրքի ջերմաստիճանից, որը համապատասխանում է էլեկտրոնների զբաղեցրած ամենաբարձր էներգիայի մակարդակին։ Ֆերմի մակարդակը համապատասխանում է Ֆերմի էներգիային E F, որը էլեկտրոնները կարող են ունենալ այս մակարդակում:

Ֆերմիի էներգիան առավելագույն էներգիան է, որը կարող են ունենալ մետաղի հաղորդման էլեկտրոնները 0 Կ-ում: Որքան բարձր է էլեկտրոնային գազի խտությունը, այնքան բարձր կլինի Ֆերմիի մակարդակը: Օրինակ (Նկար 9.2), E FA-ն A մետաղի համար Fermi էներգիան է, իսկ B մետաղի համար՝ E FB: E PA և E PB արժեքները համապատասխանաբար A և B մետաղներում էլեկտրոնների ամենաբարձր պոտենցիալ էներգիան են: Երբ երկու աննման մետաղներ A և B շփվում են, Fermi մակարդակների տարբերության առկայությունը (E FA > E FB) հանգեցնում է էլեկտրոնների անցման (ավելի բարձր մակարդակով) մետաղից B մետաղի (a-ով): ցածր Ֆերմի մակարդակ):

Այս դեպքում մետաղը A-ն դառնում է դրական լիցք, իսկ B մետաղը բացասական: Այս լիցքերի հայտնվելը առաջացնում է մետաղների էներգիայի մակարդակի փոփոխություն, ներառյալ Ֆերմիի մակարդակները: Հենց որ Ֆերմիի մակարդակները հավասարվեն, անհետանում է էլեկտրոնների արտոնյալ փոխանցումը մետաղից A մետաղից B մետաղի վրա, և մետաղների միջև հաստատվում է դինամիկ հավասարակշռություն: Սկսած Նկ. 9.2 պարզ է, որ մետաղի A-ում էլեկտրոնի պոտենցիալ էներգիան փոքր է, քան B-ում E FA - E FB քանակով: Համապատասխանաբար, A մետաղի ներսում պոտենցիալը ավելի մեծ է, քան B ներսում) քանակով)

U AB = (E FA - E FB) / լ

Այս արտահայտությունը տալիս է ներքին շփման պոտենցիալ տարբերությունը: Այս քանակով պոտենցիալը նվազում է մետաղից A-ից մետաղ B-ին անցնելու ժամանակ: Եթե երկու ջերմազույգ հանգույցները (տես նկ. 9.1) նույն ջերմաստիճանում են, ապա շփման պոտենցիալների տարբերությունները հավասար են և ուղղված են հակառակ ուղղություններով:

Այս դեպքում նրանք փոխհատուցում են միմյանց։ Հայտնի է, որ Ֆերմի մակարդակը, թեև թույլ է, բայց կախված է ջերմաստիճանից։ Հետևաբար, եթե 1-ին և 2-րդ հանգույցների ջերմաստիճանները տարբեր են, ապա կոնտակտներում U AB (T 1) - U AB (T 2) տարբերությունը իր կոնտակտային ներդրումն է ունենում ջերմա-էմֆ-ում: Այն կարող է համեմատվել ծավալային ջերմային էմֆ-ի հետ: և հավասար է.

E կոնտակտ = U AB (T 1) - U AB (T 2) = (1/l) · ( + )

Վերջին արտահայտությունը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.

Ստացված ջերմային էմֆ. (ε T) բաղկացած է 1-ին և 2-րդ կոնտակտներում գործող emf-ից և A և B հատվածներում գործող emf-ից:

E T = E 2A1 + E 1B2 + E կոնտակտ

(9.3) և (9.6) արտահայտությունները փոխարինելով (9.7)-ով և կատարելով փոխակերպումներ՝ մենք ստանում ենք.

որտեղ α = β - ((1/l) (dE F / dT))

α մեծությունը կոչվում է ջերմաէմֆ գործակից։ Քանի որ և β, և dE F / d T-ը կախված են ջերմաստիճանից, α գործակիցը նույնպես T-ի ֆունկցիա է:

Հաշվի առնելով (9.9) ջերմա-էմֆ արտահայտությունը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.

α AB մեծությունը կոչվում է դիֆերենցիալկամ ժամը արդյունավետ ջերմա-EMFտրված զույգ մետաղներ. Այն չափվում է V/K-ով և էապես կախված է շփվող նյութերի բնույթից, ինչպես նաև ջերմաստիճանի միջակայքից՝ հասնելով մոտ 10 -5 ÷10 -4 V/K: Ջերմաստիճանի փոքր միջակայքում (0-100°C) հատուկ ջերմային էմֆ. թույլ է կախված ջերմաստիճանից: Այնուհետև բանաձևը (9.11) կարող է ներկայացվել բավականաչափ ճշգրտությամբ հետևյալ ձևով.

E T = α (T 2 - T 1)

Կիսահաղորդիչներում, ի տարբերություն մետաղների, կա լիցքակիրների կոնցենտրացիայի և նրանց շարժունակության խիստ կախվածությունը ջերմաստիճանից։ Հետևաբար, վերը քննարկված ազդեցությունները, որոնք հանգեցնում են ջերմային էմֆ-ի ձևավորմանը, ավելի ցայտուն են կիսահաղորդիչներում՝ հատուկ ջերմային էմֆ-ում: շատ ավելի մեծ և հասնում է 10-3 V/K կարգի արժեքների:

9.3. Լաբորատոր կազմավորման նկարագրությունը

Ուսումնասիրել ջերմաէմֆ-ի կախվածությունը։ հանգույցների (կոնտակտների) միջև ջերմաստիճանի տարբերության վերաբերյալ, այս աշխատանքում մենք օգտագործում ենք երկու կտոր մետաղալարից պատրաստված ջերմակույտ, որոնցից մեկը քրոմի վրա հիմնված համաձուլվածք է (քրոմել), իսկ մյուսը` ալյումինի վրա հիմնված համաձուլվածք (ալումել): Մեկ հանգույցը ջերմաչափի հետ միասին դրվում է ջրով տարայի մեջ, որի ջերմաստիճանը T 2-ը կարող է փոխվել էլեկտրական վառարանի վրա տաքացնելով։ Մյուս T 1 հանգույցի ջերմաստիճանը պահպանվում է հաստատուն (նկ. 9.3): Ստացված ջերմային էմֆ. չափվում է թվային վոլտմետրով:

9.4. Փորձարարական ընթացակարգ և արդյունքների մշակում
9.4.1. Փորձարարական տեխնիկա

Աշխատանքում օգտագործվում են ջերմակույտում առաջացած էմֆ-ի ուղղակի չափումներ: Միացումների ջերմաստիճանը որոշվում է ջերմաչափի միջոցով անոթների ջրի ջերմաստիճանով (տես Նկար 9.3):

9.4.2. Աշխատանքային կարգը

Միացրեք վոլտմետրի հոսանքի լարը:
Սեղմեք հոսանքի կոճակը թվային վոլտմետրի առջևի վահանակի վրա: Թողեք, որ սարքը տաքանա 20 րոպե։
Թուլացրեք սեղմիչի պտուտակը ջերմակույտի տակդիրի վրա, բարձրացրեք այն և ամրացրեք այն: Երկու բաժակների մեջ էլ լցնել սառը ջուր։ Ջերմազույգների հանգույցները գցեք բաժակների մեջ ջրի խորության մոտավորապես կեսին:
Գրեք այն աղյուսակում: 9.1 հանգույցների (ջրի) սկզբնական ջերմաստիճանի T 1 արժեքը ըստ ջերմաչափի (մյուս հանգույցի համար այն մնում է հաստատուն ողջ փորձի ընթացքում):
Միացրեք էլեկտրական վառարանը:
Գրանցեք emf արժեքները: և T 2 ջերմաստիճանները աղյուսակում: 9.1 յուրաքանչյուր տասը աստիճան:
Երբ ջուրը եռա, անջատեք էլեկտրական վառարանը և վոլտմետրը։

9.4.3. Չափումների արդյունքների մշակում

Չափման տվյալների հիման վրա կառուցեք emf-ի գրաֆիկը: ջերմային զույգեր 8T (օրդինատների առանցք) միացումների միջև ջերմաստիճանի տարբերությունից ΔT = T 2 - T 1 (աբսցիսային առանցք):
Օգտագործելով ΔT-ից E T-ի գծային կախվածության գրաֆիկը, որոշեք հատուկ ջերմային էմֆ: բանաձևի համաձայն՝ α = ΔE T / Δ(ΔT)

9.5. Ստուգաթերթիկ

Ո՞րն է Զեբեքի երևույթի էությունը և որն է:
Ինչո՞վ է պայմանավորված ջերմաէմֆ-ի ծավալային բաղադրիչի տեսքը:
Ինչի՞ց է առաջանում թերմոէմֆ-ի ֆոնոնային բաղադրիչը:
Ինչն է առաջացնում շփման պոտենցիալ տարբերության առաջացումը:
Ո՞ր սարքերն են կոչվում ջերմազույգ և որտեղ են դրանք օգտագործվում:
Ո՞րն է Պելտիերի և Թոմսոնի երևույթների էությունը և ո՞րն է:

Սավելև Ի.Վ. Ընդհանուր ֆիզիկայի դասընթաց. Տ.3. - M.: Nauka, 1982. -304 p.
Epifanov G.I. Պինդ վիճակի ֆիզիկա. Մ.: Բարձրագույն դպրոց, 1977. - 288 էջ.
Սիվուխին Դ.Վ. Ֆիզիկայի ընդհանուր դասընթաց. Էլեկտրականություն. Տ.3. - Մ.: Նաուկա, 1983. -688 էջ.
Տրոֆիմովա T.I. Ֆիզիկայի դասընթաց. M.: Բարձրագույն դպրոց, 1985. - 432 p.
Detlaf A. A., Yavorsky V. M. Physics դասընթաց. Մ.: Բարձրագույն դպրոց, 1989. - 608 էջ.

Ջերմաէլեկտրական փոխարկիչներ. Գործողության սկզբունքը, օգտագործվող նյութերը:

Ջերմային փոխարկիչը փոխարկիչ է, որի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է ջերմային գործընթացների վրա, և որի բնական մուտքային քանակությունը ջերմաստիճանն է: Նման փոխարկիչները ներառում են ջերմային զույգերև թերմիստորներ, մետաղական և կիսահաղորդչային: Ջերմային փոխակերպման հիմնական հավասարումը ջերմային հաշվեկշռի հավասարումն է, որի ֆիզիկական իմաստն այն է, որ փոխարկիչին մատակարարվող ողջ ջերմությունը գնում է բարձրացնելու նրա ջերմության պարունակությունը QTC և, հետևաբար, եթե փոխարկիչի ջերմության պարունակությունը մնում է անփոփոխ (ջերմաստիճանը և ագրեգացման վիճակը չի փոխվում), ապա քանակությունը Ստացված ջերմության քանակությունը միավոր ժամանակում հավասար է արտանետվող ջերմության քանակին: Փոխարկիչին մատակարարվող ջերմությունը նրանում էլեկտրական հոսանքի արտանետման արդյունքում առաջացած Qel ջերմության գումարն է, և այն ջերմության քանակությունը, որը Qto է մտնում փոխարկիչի մեջ կամ արտազատվում դրա հետ ջերմափոխանակման արդյունքում: միջավայրը։

Ջերմաէլեկտրականության ֆենոմենը հայտնաբերվել է 1823 թվականին Զեբեքի կողմից և հետևյալն է. Եթե դուք երկու տարբեր հաղորդիչների (կամ կիսահաղորդիչների) A և B շղթա եք կազմում՝ միացնելով միմյանց իրենց ծայրերում (նկ. 1) և միացման կետի 1 ջերմաստիճանը տարբերվում է մյուսի 0 ջերմաստիճանից, ապա. Շղթայում կհայտնվի էմֆ, որը կոչվում է ջերմաէլեկտրաշարժիչ ուժ (թերմո-էմֆ) և ներկայացնում է ջերմաստիճանների, հաղորդիչների միացումների ֆունկցիաների տարբերությունը:

Նման շղթան կոչվում է ջերմաէլեկտրական փոխարկիչ կամ այլ կերպ ջերմազույգ; հաղորդիչները, որոնք կազմում են ջերմազույգը, կոչվում են ջերմաէլեկտրոդներ, իսկ դրանց միացումները՝ հանգույցներ։

Նկ.1.

Միացումների միջև ջերմաստիճանի փոքր տարբերությամբ, ջերմա-էմֆ. կարելի է համարել ջերմաստիճանի տարբերությանը համաչափ:

Փորձը ցույց է տալիս, որ ցանկացած զույգ միատարր հաղորդիչների համար, որոնք հնազանդվում են Օհմի օրենքին, ջերմաէմֆ-ի մեծությունը: կախված է միայն հաղորդիչների բնույթից և հանգույցների ջերմաստիճանից և կախված չէ հանգույցների միջև ջերմաստիճանի բաշխումից:

Ջերմազույգի աշխատանքը հիմնված է Seebeck էֆեկտի վրա։ Seebeck էֆեկտը հիմնված է հետևյալ երևույթների վրա. Եթե հաղորդիչի երկայնքով կա ջերմաստիճանի գրադիենտ, ապա տաք ծայրի էլեկտրոններն ավելի մեծ էներգիա և արագություն են արտադրում, քան սառը ծայրում գտնվող էլեկտրոնները: Արդյունքում էլեկտրոնների հոսք է տեղի ունենում տաք ծայրից դեպի սառը ծայրը, իսկ սառը ծայրում կուտակվում է բացասական լիցք, իսկ տաք ծայրում մնում է չփոխհատուցված դրական լիցք։ Քանի որ էլեկտրոնների միջին էներգիան կախված է հաղորդիչի բնույթից և տարբեր կերպ է ավելանում ջերմաստիճանի հետ, նույն ջերմաստիճանի տարբերության դեպքում տարբեր հաղորդիչների ծայրերում ջերմա-EMF-ը տարբեր կլինի.

E1 = k1 (T1 - T2); e2 = k2 (T1 - T2)

Որտեղ T1 և T2 համապատասխանաբար տաք և սառը ծայրերի ջերմաստիճաններն են. k1-ը և k2-ը գործակիցներ են, որոնք կախված են համապատասխանաբար 1-ին և 2-րդ հաղորդիչների ֆիզիկական հատկություններից: Ստացված պոտենցիալ տարբերությունը կոչվում է ծավալային ջերմա-EPC.

Eob = e1 - e2 = (k1 - k2) (T1 - T2):

Այն վայրերում, որտեղ տարբեր հաղորդիչներ են զոդվում, առաջանում է շփման պոտենցիալ տարբերություն, որը կախված է հարակից մակերեսների տարածքից և նյութերից և համաչափ է դրանց ջերմաստիճանին.

Ek1 = kpovT1; ek2 = kpovT2

Որտեղ kpov-ը շոշափող մետաղների մակերեսների գործակիցն է: Արդյունքում հայտնվում է սկզբնական լարման երկրորդ բաղադրիչը՝ կոնտակտային thermo-EPC.

Ek = ek1 - ek2 = ksur (T1 - T2)

Ջերմազույգի ելքի լարումը որոշվում է որպես ծավալային և կոնտակտային ջերմա-EMF-ի գումար.

Uin = erev + ek = (k1 - k2 + ksur) (T1 - T2) = k (T1 - T2)

Որտեղ k-ն փոխանցման գործակիցն է:

Ջերմազույգի թերությունները.

Ցածր զգայունություն (մոտ 0.1 mV/°K);
- բարձր նախնական դիմադրություն;
- ծայրերից մեկի մշտական ջերմաստիճանը պահպանելու անհրաժեշտությունը.

Ջերմաէլեկտրականության ֆենոմենը շրջելի երևույթներից է, հակադարձ էֆեկտը հայտնաբերվել է 1834 թվականին Ժան Պելտիեի կողմից և անվանակոչվել նրա անունով։
Եթե էլեկտրական հոսանք անցնում է երկու տարբեր հաղորդիչներից կամ կիսահաղորդիչներից բաղկացած շղթայով, մի հանգույցում ջերմություն է առաջանում, իսկ մյուսում կլանվում է: Peltier ջերմությունը կապված է ընթացիկ ուժի հետ գծային հարաբերություններում, ի տարբերություն Ջուլի ջերմության, և կախված հոսանքի ուղղությունից՝ հանգույցը տաքացվում կամ սառչվում է։
Կլանված կամ թողարկված ջերմային հզորությունը համաչափ է ընթացիկ ուժին, կախված է հանգույցը կազմող նյութերի բնույթից և բնութագրվում է Պելտիերի գործակցով։

Արդյունավետություն ջերմաէլեկտրական գեներատորը կախված է նյութերի ջերմաստիճանի տարբերությունից և հատկություններից և առկա նյութերի համար շատ փոքր է (=300°-ում չի գերազանցում =13%, իսկ =100°-ում արժեքը=5%), հետևաբար ջերմաէլեկտրական գեներատորներն օգտագործվում են որպես էներգիայի գեներատորներ։ միայն հատուկ պայմաններում։ Արդյունավետություն ջերմաէլեկտրական ջեռուցիչը և սառնարանը նույնպես շատ փոքր են, իսկ հովացման արդյունավետությունը՝ բարձր 5° ջերմաստիճանի տարբերությամբ այն կազմում է 9%, իսկ 40° ջերմաստիճանի տարբերությամբ՝ ընդամենը 0,6%; սակայն, չնայած նման ցածր արդյունավետությանը, ջերմային տարրերը օգտագործվում են սառնարանային սարքերում: Չափման տեխնոլոգիայի մեջ ջերմային զույգերը լայնորեն օգտագործվում են ջերմաստիճանի չափման համար. Բացի այդ, կիսահաղորդչային ջերմային տարրերը օգտագործվում են որպես հակադարձ ջերմային կերպափոխիչներ՝ էլեկտրական հոսանքը փոխակերպելով ջերմային հոսքի և ջերմաստիճանի։

Ջերմազույգ, որի վրա միացված է միլիվոլտմետր, որն օգտագործվում է ջերմաստիճանը չափելու համար։
Եթե ջերմային միացումներից մեկը, որը կոչվում է աշխատանքային հանգույց, տեղադրվում է միջավայրում, որի ջերմաստիճանը պետք է լինի 1, իսկ մյուս 2-ի ջերմաստիճանը, ապա ոչ աշխատանքային հանգույցների ջերմաստիճանը պահպանվում է հաստատուն, ապա f(0) = const և EAB(1) = f(1) – C= f1(1): անկախ նրանից, թե ինչպես են միացված ջերմաէլեկտրոդները (զոդում, եռակցում և այլն): Այսպիսով, ջերմազույգի բնական մուտքային արժեքը նրա աշխատանքային հանգույցի ջերմաստիճանն է, իսկ ելքային արժեքը՝ թերմո-է։ դ.ս., որը ջերմակույտը զարգանում է 2 չաշխատող հանգույցների խիստ հաստատուն ջերմաստիճանում։

Ջերմազույգերի համար օգտագործվող նյութեր. Աղյուսակում Նկար 1-ը ցույց է տալիս ջերմաէլեկտրոդը, որը մշակվում է տարբեր ջերմաէլեկտրոդների կողմից, որոնք զուգակցված են պլատինի հետ աշխատանքային հանգույցի ջերմաստիճանում 1 = 100°C և չաշխատող հանգույցի ջերմաստիճանը 2 = 0°C: Ջերմաէլեկտրոդի կախվածությունը . ջերմաստիճանի լայն տիրույթում սովորաբար ոչ գծային է, ուստի աղյուսակի տվյալները չեն կարող տարածվել ավելի բարձր ջերմաստիճանների վրա:

Աղյուսակ 1.

Նյութ	Thermo-emf, mV	Նյութ	Thermo-emf, mV



		Ալյումինե


Մոլիբդեն
		Պալադիում
Վոլֆրամ
Մանգանին

		Կոնստանտան


		Մոլիբդեն

Աղյուսակային տվյալները օգտագործելիս պետք է նկատի ունենալ, որ ջերմաէլեկտրոդների կողմից մշակված ջերմաէլեկտրոդը: մեծապես կախված են ամենափոքր կեղտից, մեխանիկական մշակումից (կարծրացում) և ջերմային մշակումից (կարծրացում, եռացում):

Ջերմազույգեր նախագծելիս մեկը բնականաբար ձգտում է միավորել ջերմաէլեկտրոդները, որոնցից մեկը պլատինի հետ զարգացնում է դրական թերմոէմֆ, իսկ մյուսը՝ բացասական ջերմաէլեկտրոդ։ Այս դեպքում անհրաժեշտ է նաև հաշվի առնել որոշակի ջերմաէլեկտրոդի պիտանիությունը տվյալ չափման պայմաններում (միջավայրի, ջերմաստիճանի և այլնի ազդեցությունը ջերմաէլեկտրոդի վրա) օգտագործման համար։
Արդյունք emf-ն ավելացնելու համար: Ջերմապիլ ձևավորելու համար օգտագործվում են մի քանի ջերմազույգ: Ջերմազույգերի աշխատանքային հանգույցները գտնվում են սևացած բլթի վրա, որը կլանում է ճառագայթումը, սառը ծայրերը՝ զանգվածային պղնձե օղակի վրա, որը ծառայում է որպես ջերմատախտակ և ծածկված է էկրանով։ Օղակի զանգվածայնության և ջերմության լավ փոխանցման շնորհիվ ազատ ծայրերի ջերմաստիճանը կարելի է համարել հաստատուն և հավասար սենյակային ջերմաստիճանին։

Ջերմազույգի չափումների սխալներ և ուղղումներ:

Չափիչ սարքը կամ էլեկտրոնային չափիչ համակարգը միացված է կամ ջերմաէլեկտրոդների ծայրերին (նկ. 2, ա), կամ դրանցից մեկի բացվածքին (նկ. 2, բ):

Նկ.2 Չափիչ սարքի միացումը ջերմակույտին

Ջերմազույգի չաշխատող հանգույցների ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառով առաջացած սխալ: Ջերմազույգի չափաբերումն իրականացվում է չաշխատող հանգույցների զրոյական ջերմաստիճանում: Եթե ջերմաէլեկտրական պիրոմետրի գործնական կիրառման ժամանակ չաշխատող հանգույցների ջերմաստիճանը 0 °C-ից տարբերվում է 0 արժեքով, ապա անհրաժեշտ է համապատասխան ուղղում կատարել ջերմաչափի ցուցմունքներում:

Այնուամենայնիվ, պետք է նկատի ունենալ, որ էմֆ-ի միջև ոչ գծային հարաբերությունների պատճառով. ջերմազույգը և աշխատանքային հանգույցի ջերմաստիճանը, ցուցիչի ընթերցումների ուղղման չափը, ուղղակիորեն աստիճաններով չափաբերված, հավասար չեն լինի ազատ ծայրերի ջերմաստիճանի տարբերությանը 0:
Ուղղման մեծությունը կապված է ազատ ծայրերի ջերմաստիճանի տարբերության հետ k գործակցի միջոցով, որը կոչվում է չաշխատող ծայրերի ջերմաստիճանի ուղղման գործոն։ Կ-ի արժեքը տարբեր է կորի յուրաքանչյուր հատվածի համար, հետևաբար տրամաչափման կորը բաժանվում է 100°C հատվածների և յուրաքանչյուր հատվածի համար որոշվում է k-ի արժեքը:

Նման սարքերի թերությունը կամուրջի սնուցման համար հոսանքի աղբյուրի անհրաժեշտությունն է և այս աղբյուրի լարման փոփոխության հետևանքով առաջացած լրացուցիչ սխալի հայտնվելը:

Սխալ՝ գծի, ջերմազույգի և ցուցիչի ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառով: Ջերմաէլեկտրական ջերմաչափերում՝ ջերմաէմֆ-ի չափման համար։ Օգտագործվում են ինչպես սովորական միլիվոլտմետրեր, այնպես էլ ցածր դիմադրության փոխհատուցիչներ՝ ձեռքով կամ ավտոմատ հավասարակշռմամբ մինչև 100 մՎ չափման սահմանաչափով:

Այն դեպքերում, երբ ջերմաէմֆ. չափվում է կոմպենսատորով, ջերմաէմֆ շղթայի դիմադրությունը, ինչպես հայտնի է, դեր չի խաղում։ Նույն դեպքերում, երբ թերմո-էմֆ. միլիվոլտմետրով չափված, սխալ կարող է առաջանալ ջերմա-էմֆ սխեման կազմող բոլոր տարրերի դիմադրության փոփոխությունների պատճառով. հետևաբար, անհրաժեշտ է ձգտել լարերի և հենց ջերմակույտի կայուն դիմադրության արժեքին

Արդյունաբերական ջերմազույգեր

Արդյունաբերական ջերմազույգերի հիմնական պարամետրերը.

աղյուսակ 2

Ջերմազույգի նշանակումը	Թերմոէլեկտրոդների նշանակումը	Նյութեր	Չափման սահմանները երկարաժամկետ օգտագործման համար	Չափման վերին սահմանը կարճաժամկետ օգտագործման համար
		Պլատինորհոդիում (10% ռոդիում) պլատին	-20-ից մինչև 1300 թ
		Պլատինորհոդիում (30% ռոդիում)
		Chromel-alumel
		Chromel-kopel

-50°C-ից ցածր ջերմաստիճանը չափելու համար կարող են օգտագործվել հատուկ ջերմազույգեր, օրինակ՝ պղինձ-կոնստանտան (մինչև ~-270°C), պղինձ-կոպել (մինչև -200°C) և այլն: 1300-ից բարձր ջերմաստիճանը չափելու համար: -1800 ° Ջերմազույգերը արտադրվում են հրակայուն մետաղների հիման վրա՝ իրիդիում-ռենիում-իրիդիում (մինչև 2100°C), վոլֆրամ-ռենիում (մինչև 2500°C), անցումային մետաղի կարբիդների հիման վրա՝ տիտան, ցիրկոնիում, նիոբիում, թալիա, հաֆնիում:
(տեսականորեն մինչև 3000-3500 ° C), հիմնված ածխածնի և գրաֆիտի մանրաթելերի վրա:
Հիմնական տեսակների ջերմազույգերի տրամաչափման բնութագրերը տրված են աղյուսակում: 3. Այս աղյուսակը ցույց է տալիս աշխատանքային հանգույցի ջերմաստիճանը աստիճաններով
Ցելսիուսը և ջերմաէմֆ-ի արժեքները տրված են: համապատասխան ջերմազույգերը միլիվոլտներով 0 ° C ազատ ծայրերի ջերմաստիճանում:

Աղյուսակ 3

Ավարտական նշանակում	Աշխատանքային հանգույցի ջերմաստիճանը
	12.2, 16.40, 20.65, 24.91, 33.32, 41.26, 48.87
	2.31, 3.249, 4.128, 5.220, 7.325, 9.564, 11.92, 14.33, 16.71
	4.913, 6.902, 9.109, 11.47, 13.92

Իրական ջերմաէմֆ-ի շեղումները թույլատրվում են: աղյուսակում տրված արժեքներից: 3, ըստ աղյուսակում նշված արժեքների: 4.

Աղյուսակ 4

Արդյունաբերական տիպի ջերմազույգի ձևավորում. Սա բազային մետաղներից պատրաստված ջերմաէլեկտրոդներով ջերմազույգ է, որը տեղադրված է կոմպոզիտային պաշտպանիչ խողովակի մեջ, որի ամրացման համար շարժական եզր է: Ջերմային միացման աշխատանքային հանգույցը մեկուսացված է ծայրով: Ջերմոէլեկտրոդները մեկուսացված են ձողերով։ Պաշտպանիչ խողովակը բաղկացած է աշխատանքային և ոչ աշխատանքային հատվածից։ Շարժական եզրը պտուտակով ամրացված է խողովակին: Ջերմազույգի գլուխն ունի ձուլածո պատյան՝ պտուտակներով ամրացված ծածկով. Գլուխը ամրացված է ճենապակյա բարձիկներով (պտուտակներ) լողացող (չամրացված) սեղմիչներով, որոնք թույլ են տալիս ջերմաէլեկտրոդներին երկարացնել ջերմաստիճանի ազդեցության տակ՝ առանց մեխանիկական լարումների առաջացման, որոնք հանգեցնում են ջերմաէլեկտրոդների արագ ոչնչացմանը: Թերմոէլեկտրոդներն այս սեղմակներին ամրացվում են պտուտակներով, իսկ միացնող լարերը՝ պտուտակներով։ Այս մետաղալարերն անցնում են ասբեստի կնիքով կցամասի միջով:

Ազնիվ մետաղի ջերմազույգերի համար հաճախ օգտագործվում են ոչ մետաղական խողովակներ (քվարց, ճենապակե և այլն), սակայն այդպիսի խողովակները մեխանիկորեն փխրուն են և թանկարժեք։ Ճիշտ կազմի ճենապակե խողովակները կարող են օգտագործվել մինչև 1300-1400°C ջերմաստիճանում:
Ասբեստն օգտագործվում է միմյանցից ջերմաէլեկտրոդները մինչև 300°C, քվարցային խողովակները կամ ուլունքները մինչև 1000°C, ճենապակե խողովակները մինչև 1300°C ջերմաէլեկտրոդները մեկուսացնելու համար: Ցածր ջերմաստիճանը չափելու համար օգտագործվող լաբորատոր ջերմային զույգերի համար օգտագործվում է նաև ջերմակայուն կաուչուկ մինչև 150°C: °C, մետաքս մինչեւ 100 -120°C, էմալը մինչեւ 150-200°C։

Միջին և բարձր ջերմաստիճանների կոնտակտային էլեկտրական չափումների մեթոդներ, օգտագործելով ջերմազույգներ

Ջերմաչափության մեջ 500-ից մինչև 1600 °C (սպիտակ ջերմություն) ջերմաստիճանները համարվում են միջին, իսկ բարձր ջերմաստիճանները՝ 1600-ից մինչև 2500 °C, որոնց վրա հնարավոր է տարածել ջերմաէլեկտրական մեթոդը՝ օգտագործելով բարձր ջերմաստիճան, ջերմություն։ - դիմացկուն նյութեր.
Ջերմաէլեկտրոդների մեթոդի սկզբունքը և ջերմաէլեկտրոդների հիմնական հատկությունները քննարկվել են վերևում 1-ին պարբերությունում: Միջին և բարձր ջերմաստիճանները չափելու համար այս մեթոդի կիրառման հիմնական խնդիրը ջերմաէլեկտրոդների պաշտպանությունն է շրջակա միջավայրի քայքայիչ քիմիական և ջերմային ազդեցություններից: Այդ նպատակով ջերմազույգերը հագեցված են պաշտպանիչ կցամասերով՝ հրակայուն նյութերից պատրաստված ծածկոցների, խողովակների կամ գլխարկների տեսքով: Պաշտպանիչ կեղևի հիմնական պահանջը կառուցվածքի բարձր խտությունն է և ջերմաստիճանի դիմադրությունը:

1300 °C-ից ցածր ջերմաստիճանը չափելիս օգտագործվում են ճենապակե ծածկոցներ, ավելի բարձր ջերմաստիճանների դեպքում՝ հրակայուն նյութերից (օրինակ՝ կորունդ, ալյումինի օքսիդ, բերիլիում կամ թորիում) պատրաստված գլխարկներ՝ լցված իներտ գազով:

Ջերմազույգերի ծառայության ժամկետի կախվածությունը պաշտպանիչ թաղանթի ծակոտկենությունից:

Մարմինների մակերևույթի ջերմաստիճանը չափելիս առանձնահատուկ դժվարություն է ջերմազույգի աշխատանքային հանգույցի շփումը տաքացվող մարմնի մակերեսի հետ։
Շփումը բարելավելու համար օգտագործվում են ջերմազույգեր, որոնց աշխատանքային հանգույցը կատարվում է ժապավենի կամ ափսեի տեսքով։ Դեֆորմացիայի ժամանակ աշխատանքային հանգույցի այս կոնֆիգուրացիան հնարավորություն է տալիս վերարտադրել չափման օբյեկտի մակերեսը:

Մինչեւ 2000-2500 °C ջերմաստիճանը չափելու համար օգտագործվում են վոլֆրամի կամ իրիդիումի ջերմազույգեր։ Դրանց օգտագործման առանձնահատուկ առանձնահատկությունը վակուումում, իներտ կամ նվազեցնող միջավայրում չափումն է, քանի որ դրանք օքսիդանում են օդում։ Վոլֆրամ-մոլիբդենային ջերմազույգի զգայունությունը 7 μV/K է, իսկ վոլֆրամ-ռենիումը՝ 13 μV/K։
Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում օգտագործվում են հրակայուն նյութերից պատրաստված ջերմազույգեր (տիտանի կարբիդի զույգեր՝ գրաֆիտ, ցիրկոնիումի կարբիդ՝ ցիրկոնիումի բորիդ և մոլիբդենի դիսիլիցիդ՝ վոլֆրամի դիսիլիցիդ)։ Նման ջերմազույգներում գլանաձև էլեկտրոդի ներսում (տրամագիծը մոտ 15 մմ) կա խողովակի մի ծայրում առաջին էլեկտրոդին միացված երկրորդ ձողային էլեկտրոդը:

Հրակայուն նյութերից պատրաստված ջերմազույգերի զգայունությունը հասնում է 70 μV/K-ի, սակայն դրանց օգտագործումը սահմանափակվում է իներտ և նվազեցնող միջավայրերով։
Հալած մետաղի ջերմաստիճանը ազնիվ մետաղի ջերմազույգերով չափելու համար օգտագործվում է մի մեթոդ, որը ներառում է ջերմազույգը մետաղի մեջ ընկղմել այն ժամանակ, որն անվտանգ է դրա շահագործման համար: Այս դեպքում ջերմակույտը կարճ ժամանակով (0,4-0,6 վ) ընկղմվում է կառավարվող միջավայրում, և չափվում է աշխատանքային հանգույցի ջերմաստիճանի բարձրացման արագությունը։ Իմանալով ջերմակույտի ջեռուցման արագության (դրա ջերմային իներցիա) և ջերմաստիճանի միջավայրի միջև կապը, կարող եք հաշվարկել չափված ջերմաստիճանի արժեքը: Այս մեթոդը օգտագործվում է հալած մետաղի (2000-2500 C) և գազի հոսքի (1800 C) չափման համար:

Ջերմազույգը (ջերմաէլեկտրական փոխարկիչ) սարք է, որն օգտագործվում է արդյունաբերության, գիտական հետազոտությունների, բժշկության և ավտոմատացման համակարգերում ջերմաստիճանը չափելու համար:

Գործողության սկզբունքը հիմնված է Seebeck էֆեկտի կամ այլ կերպ ասած՝ ջերմաէլեկտրական էֆեկտի վրա։ Կապակցված հաղորդիչների միջև կա շփման պոտենցիալ տարբերություն. եթե օղակում միացված հաղորդիչների միացումները գտնվում են նույն ջերմաստիճանում, ապա նման պոտենցիալ տարբերությունների գումարը հավասար է զրոյի: Երբ հոդերը տարբեր ջերմաստիճաններում են, նրանց միջև պոտենցիալ տարբերությունը կախված է ջերմաստիճանի տարբերությունից: Այս կախվածության մեջ համաչափության գործակիցը կոչվում է ջերմա-EMF գործակից: Տարբեր մետաղներ ունեն տարբեր ջերմաէմֆ գործակիցներ և, համապատասխանաբար, տարբեր հաղորդիչների ծայրերի միջև առաջացող պոտենցիալ տարբերությունը տարբեր կլինի: Ջերմաստիճանով միջավայրում ոչ զրոյական ջերմաէմֆ գործակիցներով մետաղների միացում տեղադրելով. Տ 1, մենք ստանում ենք լարումը հակառակ կոնտակտների միջև, որոնք գտնվում են տարբեր ջերմաստիճանում Տ 2, որը համաչափ կլինի ջերմաստիճանի տարբերությանը Տ 1 և Տ 2 .

Ջերմային զույգերի առավելությունները

Ջերմաստիճանի չափման բարձր ճշգրտություն (մինչև ±0,01 °C):
Ջերմաստիճանի չափման մեծ միջակայք՝ −250 °C-ից +2500 °C:
Պարզություն.
Էժանություն.
Հուսալիություն

Ջերմաստիճանի չափման բարձր ճշգրտություն ստանալու համար (մինչև ± 0,01 °C), պահանջվում է ջերմազույգի անհատական տրամաչափում։
Ընթերցումների վրա ազդում է բարձրացող ջերմաստիճանը, որը պետք է շտկվի: Ջերմազույգների վրա հիմնված հաշվիչների ժամանակակից նմուշները օգտագործում են սառը հանգույցի բլոկի ջերմաստիճանի չափումը ներկառուցված թերմիստորի կամ կիսահաղորդչային սենսորի միջոցով և ավտոմատ կերպով ուղղում են չափված էմֆ:
Պելտիերի էֆեկտը (ընթերցումների ժամանակ անհրաժեշտ է բացառել հոսանքի հոսքը ջերմազույգով, քանի որ դրա միջով հոսող հոսանքը սառեցնում է տաք հանգույցը և տաքացնում սառը):
TEMF-ի կախվածությունը ջերմաստիճանից զգալիորեն ոչ գծային է: Սա դժվարություններ է ստեղծում երկրորդական ազդանշանի փոխարկիչների մշակման ժամանակ:
Ջերմաստիճանի հանկարծակի փոփոխությունների, մեխանիկական լարումների, կոռոզիայի և քիմիական պրոցեսների հետևանքով ջերմաէլեկտրական անհամասեռության առաջացումը հաղորդիչներում հանգեցնում է տրամաչափման բնութագրերի փոփոխության և մինչև 5 Կ-ի սխալների։
Ջերմազույգերի և երկարաձգման լարերի երկար երկարությունների վրա գոյություն ունեցող էլեկտրամագնիսական դաշտերի վրա կարող է առաջանալ «ալեհավաք» էֆեկտ:

Ջերմային զույգերի տեխնիկական պահանջները որոշվում են ԳՕՍՏ 6616-94-ով: Ջերմաէլեկտրական ջերմաչափերի (NSH), հանդուրժողականության դասերի և չափման միջակայքերի ստանդարտ աղյուսակները տրված են IEC 60584-1.2 ստանդարտում և ԳՕՍՏ Ռ 8.585-2001-ում:

platinum-rhodium-platinum - TPP13 - Type R
պլատին-ռոդիում-պլատին - TPP10 - տեսակ S
platinumrhodium-platinumrhodium - TPR - տեսակ B
երկաթ-կոնստանտան (երկաթ-պղինձ-նիկել) TLC - տեսակ J
պղինձ-կոնստանտան (պղինձ-պղինձ-նիկել) TMKn - տեսակ T
նիկրոզիլ-նիսիլ (նիկել-քրոմ-նիկել-նիկել-սիլիկոն) TNN - տեսակ N:
քրոմել-ալումել - THA - տեսակ K
քրոմել-կոնստանտան THCn - տեսակ E
chromel-copel - THK - Type L
copper-copel - TMK - Type M
sil-silin - TSS - Type I
վոլֆրամ և ռենիում - վոլֆրամ ռենիում - TVR - տիպ A-1, A-2, A-3

Առցանց հաշվիչը օգտագործելու համար «Thermo-EMF (mV)» դաշտում դուք պետք է մուտքագրեք ջերմակույտի ջերմա-EMF արժեքը, պետք է նաև հաշվի առնել, որ ջերմաստիճանը կցուցադրվի առանց շրջակա միջավայրը հաշվի առնելու: ջերմաստիճանը. Օնլայն հաշվիչի օգտագործման հեշտության համար «Միջավայրի ջերմաստիճան» դաշտում: միջավայր» դուք պետք է մուտքագրեք շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը °C-ով, և բոլոր ցուցումները կլինեն շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի արտահոսքի հետ:

Առցանց հաշվիչջերմային EMF-ի փոխակերպում ջերմաստիճանի (°C) քրոմել-ալյումելային ջերմազույգի համար. TXA - տեսակ K.

Առցանց հաշվիչ

քրոմել-ալումելի տեսակ - TXA - տեսակ K.

Առցանց հաշվիչջերմային էլեկտրոնիկայի փոխակերպումը ջերմաստիճանի (°C) ջերմազույգի տեսակի համար

քրոմել-կոպել - TXK - տեսակ L.