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熱電気。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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何らかの物理的プロセス中に放出される熱を測定すると、プロセスの存在とその流れの強さの両方を判断できます。電気量を操作することは比較にならないほど便利です。

熱電センサーを使用すると、原子力ボイラーの中心から宇宙の深さまで、最も広い温度範囲での測定を実行できます。変換方法に応じてセンサーをグループに分けることができます。 XNUMX つのグループには、熱の影響によってオーム抵抗が変化するセンサーが含まれます。これらはいわゆるサーミスタ、またはサーミスタです。

PTC サーミスタ (正の温度係数) は、正の温度係数を持つ半導体抵抗器です。これらは、特定の特性温度を超えると抵抗が急激に増加し、自動車の電力ネットワークで電流サージに対する保護、冷凍コンプレッサーの保護、自己リセットヒューズなど、さまざまな場合に使用されます。

NTC サーミスタ (負の温度係数) は、負の温度係数を持つ半導体抵抗器です。構造的にはディスクの形で設計されており、電子回路の温度補償、起動電流の制限などに使用されます。抵抗変化曲線は温度変化の一部の領域でのみ直線になり、動作温度範囲は-40℃です。 ..+200°С。

このサブグループでは、人工ダイヤモンドの単結晶をベースに作られた NTC サーミスタ TRA-1 および TRA-2 に特に言及する必要があります。これらはパラメータの長期安定性と独特の低い熱慣性によって区別されます。寸法が小さい（直径 1,2 mm）ため、はんだごて棒などに組み込むことができます。動作温度範囲 - 80...600°K。

サーミスタベースのセンサーは揮発性です。電圧の測定が必要です。

別の大きなグループには、熱電対が含まれます。熱センサーでは、1 つの異なる金属の接触点で EMF が発生します (図 XNUMX)。このタイプのセンサーは不揮発性です。接合部が加熱されると、発生する熱起電力は測定には十分です。

図。 1

異なる金属で作られた導体の XNUMX つの端を接続し、その接合部を加熱すると、自由端で EMF の発生を観察できます。接触熱起電力の値は、接触面積や導体の形状には依存せず、どの金属が接触しているか、およびその温度によってのみ決まります。熱電対を使用する場合、通常、XNUMX つの導体接続 (熱接点と冷接点) を区別します。熱接点は加熱ゾーン内にある接続であり、冷接点は測定ゾーンの外側にあります。この場合、コールド「ジャンクション」という名前は純粋に条件付きです。電気回路は測定回路（計測器）のインピーダンスを通じて完成します。冷接点の両端が閉じている場合、熱起電力値はゼロになります。同様に、両方の接合部が均等に加熱される場合、摂動力は電気的な力によってバランスがとれます。 EMF 値は簡単な式で表されます。

Е_Т= K_Т（T1-T2）、（1）

ここでK_т -一定の係数。

式 (1) から、熱起電力は異種金属の温度差に比例することがわかります。比例係数 K_T は特定の熱起電力と呼ばれ、異なる金属とその合金の組み合わせの値は異なります。たとえば、銅とコンスタンタンの化合物 K の場合、_T= 53 * 10^-3 mV/°C、銀-プラチナ接続の場合 K_T= 12 * 10^-3 mV/℃。接触熱起電力を得るには、中性（カーボン）電極を使用して金属を溶接融着する必要があります（異物分子が接合部に侵入するのを防ぐため、不活性ガス環境または真空中でが望ましい）。中性石英ガラスまたはセラミック基板への真空蒸着接合は良好な結果をもたらします。したがって、この場合の「スパイ」という言葉は純粋に条件付きです。

アマチュア条件では、銅、コンスタンタン、ニクロム、フェクラル、ニッケル、銀を組み合わせたカーボン電極（電圧が36 V以下）でXNUMX本のワイヤを溶接すると、良好な熱電対を作成できます。電球からワイヤーラックを使用できます。

シリコンダイオードはサーミスタと熱電対の両方の代替品として使用でき、シリコンダイオードによって開発される熱出力は実用には十分です。欠点は、パラメータのばらつきが大きく、結論の構成が複雑であることです。

30 世紀の 50 年代から 3 年代にかけて、さまざまな種類の冷却剤 (灯油ランプ、灯油ガス、さらには火) で動作する熱電発電機が多数製造されました。火力発電機は原子力発電所でも使用されました。効率が非常に低く、せいぜい XNUMX% に達するのがやっとであるため、その普及への関心は徐々に薄れていきました。確かに、少し前に日本の専門家が人体の熱で動作し、トランジスタ受信機に電力を供給するブレスレット発電機を開発しましたが、残念なことに、安価なアルカリ電池とニッケルカドミウム電池のせいで熱発電機の開発は「閉ざされて」しまいました。

熱電気の別の応用、つまり時計師ペルチェによって 1834 年に発見された現象があります。ペルチェは、電流が流れたときに異なる金属の XNUMX つの導体の接合部付近で発生する温度異常に注目しました。その後、E.Kh. レンツがこの現象の性質を調査し、説明しました。

レンツの実験では、ビスマスとアンチモンの 2 つの導体の接合部のくぼみに水滴を置くと、一方向に電流が流れると凍結し、もう一方の方向では沸騰します。ペルチェによって初めて発見されたこの現象はペルチェ効果と呼ばれ、これに基づいて作られた熱電素子はペルチェ素子と呼ばれました（図XNUMX）。

図。 2

素子の製造では、硫化鉛、ビスマス、アンチモン、亜鉛などの半導体材料のペアを接続することによって最良の結果が得られました。ペルチェ素子では、接合部の加熱および冷却のプロセスは、印加された EMF の影響によるある接合部から別の接合部への熱の伝達、いわば導体の熱伝導率の増加と考えることができます。熱接点と冷接点がありますが、異なる金属の閉回路に電圧が印加されます。熱接点は温められ、冷接点は冷却されます。放出された熱が激しく除去されるほど、冷接点はさらに冷却されます。電源電圧の極性が逆になると符号も変化し、素子の破壊につながる可能性があります。大きな温度差を得るには、熱接点を効果的に冷却するための優れた冷却剤が必要です。

現在 (CHIP-DIP カタログによると) ペルチェ素子は、REA の冷却および効率が重要な役割を果たさないその他の目的に提供されています。

文学

A.F.ヨッフェ。半導体熱電対。 -RAN。
理学士ポズドニャコフ、E.A. コプテロフ。熱電発電工学。 - アトミズダット、1974

著者：I.Semenov、Dubna、モスクワ地域

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