|
SENZORI TERMOELECTRICI
PENTRU TEMPERATURA
1. Efecte termoelectrice
Fie doua metale A si B sub forma de sarme ale caror capete le unim
prin sudura, lipire sau pur si simplu rasucire realizand in acest fel doua
jonctiuni 1 si 2. Daca cele doua jonctiuni se mentin la temperaturi
diferite T1 T2 atunci prin circuit va circula un curent electric datorita
tensiunii electrice generate de diferenta de temperatura dintre cele doua
jonctiuni. Intrerupand unul din conductori vom putea masura diferenta de
potential generata de diferenta de temperatura dintre cele doua jonctiuni.
Acest fenomen a fost pus in evidenta de Seebeck in anul 1821 si poarta
numele de efect Seebeck [1]. In tabelul alaturat prezentam valoarea
tensiunii termoelectromotoare (t.t.e.m.) U, in milivolti, pentru diverse
materiale fata de platina (Pt) atunci cand o jonctiune este mentinuta la 0
oC si cealalta la 100 oC.
|Metal |Ag |Bi |Cu |Co |Fe |Ge |Mo |
|T(oC) |0 |57 |135 |285|455|513|570|
Temperatura la care tensiunea termoelectromotoare U este maxima se
numeste temperatura neutra (285 oC), iar cea la care sensul t.t.e.m. isi
schimba semnul se numeste temperatura de inversiune (570 oC).
Pentru majoritatea metalelor graficul coeficientului Seebeck in
functie de temperatura este o linie dreapta. Pentru fier diagrama contine o
serie de trepte paralele, temperaturile asociate punctelor de inflexiune de
pe grafic corespunzand temperaturilor critice ale tranzitiilor de faza ale
fierului.
Efectul Seebeck are trei cauze care se reflecta in coeficientul
Seebeck :
S = Sv+Sc+Sf (4)
Sv - componenta volumica a coeficientului Seebeck, datorata difuziei
preponderente a purtatorilor mobili de sarcina electrica de la extremitatea
calda spre cea rece;
Sc - componenta de contact a coeficientului Seebeck, datorata variatiei
potentialului de contact cu temperatura, legat de dependenta de temperatura
a potentialului chimic (nivelului Fermi F)
Sc = - (1/e) dF/dT (5)
Sf - componenta fononica a coeficientului Seebeck, datorata antrenarii
electronilor de conductie de catre fononii (vibratiile retelei cristaline)
care se deplaseaza de la extremitatea calda spre cea rece (importanta doar
la temperaturi joase, criogenice).
Primul principiu al termodinamicii aplicat efectului termoelectric
(conservarea energiei): Lucrul mecanic efectuat asupra sarcinii electrice
"q" deplasate in circuitul inchis format de cele doua metale A si B prin
diferenta de potential termoelectric U [q |