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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Thermoélectricité. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant Si nous mesurons la chaleur dégagée au cours de l'un ou l'autre processus physique, nous pouvons alors juger à la fois de la présence du processus et de l'intensité de son flux. Il est incomparablement plus commode de fonctionner avec des grandeurs électriques. Les capteurs thermoélectriques permettent d'effectuer des mesures dans la plage de température la plus large - du cœur d'une chaudière nucléaire aux profondeurs de l'espace. Selon la méthode de conversion, les capteurs peuvent être divisés en groupes. Un groupe comprend des capteurs qui modifient leur résistance ohmique sous l'influence de la chaleur. Ce sont les soi-disant thermistances, ou thermistances. Les thermistances PTC (Positive Temperature Coefficient) sont des résistances semi-conductrices à coefficient de température positif. Ils augmentent fortement leur résistance lorsqu'une certaine température caractéristique est dépassée et sont utilisés dans les réseaux électriques automobiles pour la protection contre les surintensités, comme protection des compresseurs frigorifiques, comme fusibles à réarmement automatique et dans de nombreux autres cas. Les thermistances NTC (Negative Temperature Coefficient) sont des résistances semi-conductrices à coefficient de température négatif. Structurellement, ils sont conçus sous la forme de disques et sont utilisés pour la compensation de température des circuits électroniques, la limitation du courant de démarrage, etc. La courbe de changement de résistance n'est linéaire que dans certaines zones de changement de température et la plage de température de fonctionnement est de -40 . .. + 200 ° C. Dans ce sous-groupe, il convient de mentionner en particulier les thermistances NTC TRA-1 et TRA-2, fabriquées à base de monocristaux de diamant artificiel, qui se distinguent par la stabilité à long terme des paramètres et une inertie thermique particulièrement faible. De petites dimensions (diamètre 1,2 mm) permettent de les intégrer, par exemple, dans une tige de fer à souder. Plage de température de fonctionnement - 80...600°K. Les capteurs à thermistance sont volatils, c'est-à-dire nécessitent une tension de mesure. Un autre grand groupe comprend les thermocouples, c'est-à-dire capteurs thermiques, dans lesquels EMF apparaît au point de contact de deux métaux différents (Fig. 1). Les capteurs de ce type ne sont pas volatils, car lorsque la jonction est chauffée, la thermoEMF émergente est tout à fait suffisante pour les mesures.
Si vous connectez deux extrémités de conducteurs constitués de métaux différents, puis chauffez la jonction, vous pouvez observer l'apparition d'EMF aux extrémités libres. La valeur de contact thermoEMF ne dépend ni de la zone de contact ni de la forme des conducteurs, mais est déterminée uniquement par les métaux en contact et leur température. Dans la pratique de l'utilisation de thermocouples, il est d'usage de faire la distinction entre deux connexions conductrices - les jonctions chaudes et froides. Une soudure chaude est une connexion située dans la zone de chauffage, et une soudure froide est en dehors de la zone mesurée. Dans ce cas, le nom "jonction" froide est purement conditionnel, car. le circuit électrique est complété par l'impédance du circuit de mesure (instrument). Si les deux extrémités de la soudure froide sont fermées, la valeur thermoEMF sera égale à zéro. De même, si les deux jonctions sont chauffées uniformément, alors les forces perturbatrices seront équilibrées par des forces électriques. La valeur EMF est décrite par une formule simple : ЕТ=KТ(T1-T2), (1) où Kт - coefficient constant. De la formule (1), il s'ensuit que thermoEMF est proportionnel à la différence de température de métaux différents. Facteur de proportionnalité KT est appelé thermoEMF spécifique, et ses valeurs pour la combinaison de différents métaux et de leurs alliages sont différentes. Par exemple, pour le composé cuivre-constantan KT= 53 * 10-3 mV/°C, pour connexion argent-platine KT= 12 * 10-3 mV/°C. Pour obtenir un contact thermoEMF, les métaux doivent être assemblés par soudage-fusion avec une électrode neutre (carbone) (de préférence dans un environnement de gaz inerte ou sous vide, afin d'empêcher même les molécules de substances étrangères de pénétrer dans la jonction). Le collage par dépôt sous vide sur un substrat neutre en verre de quartz ou en céramique donne de bons résultats. Donc le mot "espion" dans ce cas est purement conditionnel. Dans des conditions d'amateur, vous pouvez réaliser un bon thermocouple si vous soudez deux fils avec une électrode en carbone (tension ne dépassant pas 36 V), combinant cuivre, constantan, nichrome, fechral, nickel et argent. Vous pouvez utiliser des grilles à partir d'une lampe électrique. Les diodes au silicium peuvent remplacer à la fois les thermistances et les thermocouples, et la thermopuissance qu'elles développent est tout à fait suffisante pour une utilisation pratique. L'inconvénient est une grande dispersion des paramètres et la complexité dans l'organisation des conclusions. Dans les années 30 ... 50 du XXe siècle, un grand nombre de générateurs thermoélectriques ont été produits, fonctionnant à partir de différents types de fluides caloporteurs (lampe à pétrole, gaz kérosène et même un feu). Des générateurs thermiques ont également été utilisés dans une centrale nucléaire. L'intérêt pour leur généralisation s'est progressivement affaibli en raison du très faible rendement, atteignant au mieux à peine 3 %. Certes, il n'y a pas si longtemps, des spécialistes japonais ont mis au point un générateur de bracelet fonctionnant à la chaleur du corps humain et alimentant un récepteur à transistor.Malheureusement, les piles alcalines bon marché et les piles au nickel-cadmium ont "fermé" le développement des thermogénérateurs. Il existe une autre application de la thermoélectricité, ou plutôt un phénomène découvert en 1834 par l'horloger Peltier, qui attira l'attention sur les anomalies de température qui se produisaient près de la jonction de deux conducteurs de métaux différents lorsqu'un courant électrique les traversait. Plus tard, E.Kh. Lenz a enquêté et expliqué la nature de ce phénomène. Dans l'expérience de Lenz, une goutte d'eau était placée dans un renfoncement à la jonction de deux conducteurs de bismuth et d'antimoine, qui, lorsqu'un courant passait dans un sens, gelait et bouillait dans l'autre. Le phénomène, découvert pour la première fois par Peltier, s'appelait l'effet Peltier et les éléments thermoélectriques fabriqués sur cette base étaient appelés éléments Peltier (Fig. 2).
Dans la fabrication des éléments, les meilleurs résultats ont été obtenus en connectant des paires de matériaux semi-conducteurs : sulfure de plomb, bismuth, antimoine, zinc. Dans les éléments Peltier, le processus de chauffage et de refroidissement des jonctions peut être considéré comme un transfert de chaleur sous l'influence d'une FEM appliquée d'une jonction à une autre et, pour ainsi dire, une augmentation de la conductivité thermique des conducteurs. il y a des jonctions chaudes et froides, mais une tension est appliquée à un circuit fermé de métaux différents. La jonction chaude est réchauffée et la jonction froide est refroidie, et plus la chaleur dégagée est évacuée intensément, plus la jonction froide est refroidie. Lorsque la polarité de la tension d'alimentation est inversée, le processus change également de signe, ce qui peut conduire à la destruction de l'élément. Pour obtenir une différence de température significative, un bon liquide de refroidissement est nécessaire pour refroidir efficacement la soudure chaude. Actuellement (selon le catalogue CHIP-DIP), des éléments Peltier sont proposés pour le refroidissement REA et à d'autres fins où l'efficacité ne joue pas un rôle significatif. littérature
Auteur: I.Semenov, Doubna, région de Moscou
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