Термоэлектрические приборы и их практическое применение

Если электрическая цепь состоит из двух различных проводников, она называется термоэлементом или термопарой (рис. 7).

Термопара является простейшим термоэлектрическим прибором. Она представляет собой две проволоки из разных металлов, концы которых спаяны или сварены. Для защиты от внешних воздействий проволоки обычно помещают в тугоплавкий чехол (керамическую трубку).

В измерительной практике получили распространение термопары, характеристики которых показаны в таблице 1.

В технике термопары применяют для контроля и измерения температуры. Если для термопары известна постоянная С и один спай её держать при известной, постоянной температуре (например, Т₂), то по возникающей, измеренной вольтметром, ЭДС можно определить измеряемую температуру Т₁ (формула 16). Третий закон Вольта утверждает, что промежуточные проводники не оказывают существенного влияния на показания термопар. Это дает возможность применять их для дистанционного контроля температуры (в загазованных цехах и т.д.)

Таблица 1

Сравнительная таблица постоянной термопары и рабочего диапазона температур для термопар из различных материалов

Материалы термопары	Постоянная , мкВ/К	Рабочий диапазон температур, º С
Медь-константан (40% Ni + 60% Cu)	41, 6	(-200) ÷ (+600)
Железо-константан		(-190) ÷ (+800)
Хромель-алюмель		(0) ÷ (+1000)
Платина-платина + 10% родия	6, 4	(-140) ÷ (+1600)

Для повышения чувствительности измерительной схемы термопары можно соединять последовательно в термобатареи (рис. 8). ЭДС такой батареи будет равна сумме ЭДС отдельных термопар.

Для измерения энергии теплового излучения применяют термостолбики. Они представляют собой термобатарею из большого числа термопар, расположенных так, что излучение может падать только на четные или нечетные спаи. Термостолбики обладают очень высокой чувствительностью, по сравнением с отдельной термопарой.

Термобатареи представляют интерес и как генераторы электрического тока. Они непосредственно преобразуют тепловую энергию в электрическую. Однако КПД их низок (примерно 0, 1%), и поэтому на практике они мало используются. Более высоким КПД обладают термоэлементы, изготовленные не из металлов, а из полупроводников (их КПД имеет величину порядка 6 – 8 %, а постоянная С ≈ 10^-3 В/К).

Существуют также термоэлектрические приборы для измерения токов и напряжений. Они представляют собой амперметры или вольтметры в сочетании с термопреобразователем (термопарой или термобатареей). При прохождении тока по проводнику термопреобразователя (рис. 9) в нем выделяется ленц-джоулево тепло, которое нагревает один из спаев термопары, и величину возникшей термо-ЭДС фиксирует прибор. Тепло, выделяемое переменным током, практически не зависит от его частоты, поэтому термоэлектрическими приборами можно измерять в цепях как постоянного, так и переменного тока.