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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Termoelettricità. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante Se misuri il calore rilasciato durante un particolare processo fisico, puoi giudicare sia la presenza del processo che l'intensità del suo verificarsi. In questo caso è incomparabilmente più conveniente operare con grandezze elettriche. I sensori termoelettrici consentono di effettuare misurazioni in un'ampia gamma di temperature, dal nucleo di una caldaia nucleare alle profondità dello spazio. In base al metodo di conversione, i sensori possono essere divisi in gruppi. Un gruppo comprende sensori che modificano la propria resistenza ohmica a causa dell'influenza del calore. Questi sono i cosiddetti termistori, o termistori. I termistori PTC (Positive Temperature Coefficient) sono resistori a semiconduttore con un coefficiente di temperatura positivo. Aumentano notevolmente la loro resistenza al superamento di una determinata temperatura caratteristica e vengono utilizzati nelle reti di alimentazione automobilistica per la protezione contro i picchi di corrente, come protezione per i compressori di refrigerazione, come fusibili autoripristinanti e in numerosi altri casi. I termistori NTC (Negative Temperature Coefficient) sono resistori a semiconduttore con un coefficiente di temperatura negativo. Strutturalmente, sono progettati sotto forma di dischi e vengono utilizzati per la compensazione della temperatura dei circuiti elettronici, la limitazione della corrente di avviamento, ecc. La curva di variazione della resistenza è lineare solo in alcune aree della variazione di temperatura e l'intervallo di temperatura operativa è -40 ...+200°C. In questo sottogruppo, una menzione speciale merita i termistori NTC TPA-1 e TPA-2, realizzati sulla base di singoli cristalli di diamante artificiale, che si distinguono per la stabilità a lungo termine dei parametri e un'inerzia termica eccezionalmente bassa. Le loro piccole dimensioni (diametro 1,2 mm) consentono di integrarli, ad esempio, nell'asta di un saldatore. Intervallo di temperatura operativa - 80...600°K. I sensori basati su termistori sono volatili, vale a dire richiedono la misurazione della tensione. Un altro ampio gruppo comprende le termocoppie, ad es. sensori termici in cui appare una fem nel punto di contatto di due metalli diversi (Fig. 1). I sensori di questo tipo non sono volatili, perché Quando la giunzione viene riscaldata, la termoEMF risultante è abbastanza sufficiente per le misurazioni.
Se colleghi due estremità di conduttori realizzati con metalli diversi e poi riscaldi la giunzione, puoi osservare la comparsa di una fem alle estremità libere. L'entità della termoEMF di contatto non dipende né dall'area di contatto né dalla forma dei conduttori, ma è determinata solo da quali metalli sono in contatto e quale è la loro temperatura. Nella pratica dell'utilizzo delle termocoppie, è consuetudine distinguere tra due connessioni di conduttori: giunzioni calde e fredde. Il giunto caldo è un collegamento situato nella zona di riscaldamento, mentre il giunto freddo è all'esterno della zona misurata. In questo caso il nome giunto freddo è puramente condizionale, perché il circuito elettrico è chiuso attraverso l'impedenza del circuito di misura (dispositivo). Se entrambe le estremità del giunto freddo sono cortocircuitate, il valore termoEMF sarà zero. Allo stesso modo, se entrambe le giunzioni vengono riscaldate in modo uniforme, le forze perturbatrici saranno bilanciate da quelle elettriche. L'entità dell'EMF è descritta da una semplice formula: ЕТ= KТ(T1-T2), (1) dove Kт - coefficiente costante. Dalla formula (1) ne consegue che il termoEMF è proporzionale alla differenza di temperatura tra metalli diversi. Coefficiente proporzionale KT è chiamato termoEMF specifico e i suoi valori per la combinazione di diversi metalli e loro leghe sono diversi. Ad esempio, per un composto rame-costantana KT= 53 * 10-3 mV/°C, per collegamento argento-platino KT= 12 * 10-3 mV/°C. Per ottenere la termoEMF da contatto, i metalli devono essere uniti mediante saldatura e fusione con un elettrodo neutro (di carbonio) (preferibilmente in un ambiente di gas inerte o sotto vuoto, per evitare che anche molecole di una sostanza estranea entrino nella giunzione). Buoni risultati si ottengono unendo mediante deposizione sotto vuoto su un substrato neutro di vetro di quarzo o ceramica. Quindi la parola “sonno” in questo caso è puramente condizionale. In condizioni amatoriali, è possibile realizzare una buona termocoppia saldando due fili con un elettrodo di carbonio (tensione non superiore a 36 V), combinando rame, costantana, nicromo, fechral, nichel e argento. È possibile utilizzare i supporti metallici di una lampada elettrica. Un sostituto alternativo sia per i termistori che per le termocoppie può essere rappresentato dai diodi al silicio, e la termoEMF che sviluppano è abbastanza sufficiente per l'uso pratico. Lo svantaggio è una vasta gamma di parametri e difficoltà nell'organizzare le conclusioni. Negli anni '30...'50 del XX secolo furono prodotti un gran numero di generatori termoelettrici, alimentati da vari tipi di refrigeranti (lampade a cherosene, gas cherosene e persino fuoco). I generatori termici venivano utilizzati anche nelle centrali nucleari. L'interesse per un loro utilizzo diffuso è gradualmente diminuito a causa del rendimento molto basso, che nella migliore delle ipotesi raggiunge appena il 3%. È vero, non molto tempo fa gli specialisti giapponesi hanno sviluppato un generatore a braccialetto che funziona con il calore del corpo umano e alimenta un ricevitore a transistor, ma sfortunatamente gli elementi alcalini economici e le batterie al nichel-cadmio hanno "chiuso" lo sviluppo dei generatori termici. Esiste un'altra applicazione della termoelettricità, o meglio, un fenomeno scoperto nel 1834 dall'orologiaio Peltier, che attirò l'attenzione sulle anomalie di temperatura che si verificavano vicino alla giunzione di due conduttori di metalli diversi quando venivano attraversati da una corrente elettrica. Successivamente, E.H. Lenz indagò e spiegò la natura di questo fenomeno. Nell'esperimento di Lenz, una goccia d'acqua è stata posta in una rientranza alla giunzione di due conduttori di bismuto e antimonio, che si congelavano quando la corrente passava in una direzione e bollivano nell'altra. Il fenomeno scoperto per primo da Peltier fu chiamato effetto Peltier e gli elementi termoelettrici realizzati su questa base furono chiamati elementi Peltier (Fig. 2).
Nella fabbricazione degli elementi, i migliori risultati sono stati ottenuti collegando coppie di materiali semiconduttori: solfuro di piombo, bismuto, antimonio, zinco. Negli elementi Peltier, il processo di riscaldamento e raffreddamento delle giunzioni può essere considerato come il trasferimento di calore sotto l'influenza di un campo elettromagnetico applicato da una giunzione all'altra e, per così dire, un aumento della conduttività termica dei conduttori. c'è una giunzione calda e fredda, ma la tensione viene applicata a un circuito chiuso di metalli diversi. La giunzione calda viene riscaldata e la giunzione fredda viene raffreddata e quanto più intenso viene rimosso il calore generato, tanto maggiore è il raffreddamento della giunzione fredda. Quando cambia la polarità della tensione di alimentazione, il processo cambia anche di segno, il che può portare alla distruzione dell'elemento. Per ottenere una differenza di temperatura significativa, è necessario un buon liquido refrigerante per raffreddare efficacemente il giunto caldo. Attualmente (secondo il catalogo CHIP-DIP) gli elementi Peltier vengono offerti per il raffreddamento REA e altri scopi in cui l'efficienza non gioca un ruolo significativo. Letteratura
Autore: I. Semenov, Dubna, regione di Mosca.
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