果好,并且最好的制冷温度也在0度左右,所以还不能取代冰柜、冰箱。温差发电:可以做一些热水发电,汽车尾气发电,还有一些工业废热发电,这些还只在实验室研究,目前转换效率较低,还未能应有到实际当中。 热电偶
热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点 热电偶温度不同时,就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时,显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长,它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关,与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。
热电偶
(1)工作原理
两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路,当两个接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。热电偶就 是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
热电偶实际上是一种能量转换器,它将热能转换为电能,用所产生的热电势测量温度,对于热电偶的热电势,应注意如下几个问题:
①热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差,而不是热电偶冷端与工作端,两端温度差的函数;
②热电偶所产生的热电势的大小,当热电偶的材料是均匀时,与热电偶的长度和直径无关,只与热电偶材料的成份和两端的温差有关;
③当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后,热电偶热电势的大小,只与热电偶的温度差有关;若热电偶冷端的温度保持一定,这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 (2)特点、特性 ◆装配简单,更换方便 ◆压簧式感温元件,抗震性能好 ◆测量精度高
◆测量范围大(-200℃~1300℃,特殊情况下-270℃~2800℃) ◆热响应时间快
◆ 机械强度高,耐压性能好
◆ 耐高温可达2800度 ◆使用寿命长 热电堆
一种温度测量元件。由两个或多个热电偶串接组成,各热电偶输出的热电势是互相叠加的。 用于测量小的温差或平均温度。
热电堆的结构:辐射接收面分为若干块,每块接一个热电偶,把它们串联起来,就构成热电堆。按用途不同,实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型,亦可制成多通道型和阵列型器件。
2.3.3测辐射热效应——热敏电阻
当吸收光辐射而温度升高时,金属的电阻会增加,而半导体材料的电阻会降低。从材料电阻变化可测定被吸收的光辐射功率。利用材料的电阻变化制成的热探测器就是电阻测辐射热器。 热敏电阻
热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。 (1)工作原理
热敏电阻将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于c区时,热敏电阻的散热功率与发热功率接近,因而可能
动作也可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急剧缩短;热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流。
①ptc效应是一种材料具有ptc(positive temperature coefficient)效应,即正温度系数效应,仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有ptc效应。在这些材料中,ptc效应表现为电阻随温度增加而线性增加,这就是通常所说的线性ptc效应。
②非线性ptc效应 经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象,即非线性ptc效应,相当多种类型的导电聚合体会呈现出这种效应,如高分子ptc热敏电阻。这些导电聚合体对于制造过电流保护装置来说非常有用。
③高分子ptc热敏电阻用于过流保护 高分子ptc热敏电阻又经常被人们称为自恢复保险丝(下面简称为热敏电阻),由于具有独特的正温度系数电阻特性,因而极为适合用作过流保护器件。热敏电阻的使用方法象普通保险丝一样,是串联在电路中使用。 当电路正常工作时,热敏电阻温度与室温相近、电阻很小,串联在电路中不会阻碍电流通过;而当电路因故障而出现过电流时,热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升,当温度超过开关温度(ts,见图1)时,电阻瞬间会剧增,回路中的电流迅速减小到安全值.为热敏电阻对交流电路保护过程中电流的变化示意图。热敏电阻动作后,电路中电流有了大幅度的降低,图中t为热敏电阻的动作时间。由于高分子ptc
热敏电阻的可设计性好,可通过改变自身的开关温度(ts)来调节其对温度的敏感程度,因而可同时起到过温保护和过流保护两种作用,如kt16-1700dl规格热敏电阻由于动作温度很低,因而适用于锂离子电池和镍氢电池的过流及过温保护。环境温度对高分子ptc热敏电阻的影响 高分子ptc热敏电阻是一种直热式、阶跃型热敏电阻,其电阻变化过程与自身的发热和散热情况有关,因而其维持电流(ihold)、动作电流(itrip)及动作时间受环境温度影响。当环境温度和电流处于a区时,热敏电阻发热功率大于散热功率而会动作;当环境温度和电流处于b区时发热功率小于散热功率,高分子ptc热敏电阻由于电阻可恢复,因而可以重复多次使用。图6为热敏电阻动作后,恢复过程中电阻随时间变化的示意图。电阻一般在十几秒到几十秒中即可恢复到初始值1.6倍左右的水平,此时热敏电阻的维持电流已经恢复到额定值,可以再次使用了。面积和厚度较小的热敏电阻恢复相对较快;而面积和厚度较大的热敏电阻恢复相对较慢。 (2)主要特点
①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化
②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~55℃
③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度 ④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择 ⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产 ⑥稳定性好、过载能力强。 (3)技术参数
◆标称阻值Rc:一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。 ◆实际阻值RT:在一定的温度条件下所测得的电阻值。
◆材料常数:它是一个描述热敏电阻材料物理特性的参数,也是热灵敏度指标,B值越大,表示热敏电阻器的灵敏度越高。应注意的是,在实际工作时,B值并非一个常数,而是随温度的升高略有增加。
◆电阻温度系数αT:它表示温度变化1℃时的阻值变化率,单位为%/℃。 ◆时间常数τ:热敏电阻器是有热惯性的,时间常数,就是一个描述热敏电阻器热惯性的参数。它的定义为,在无功耗的状态下,当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突然改变时,热敏电阻体的温度变化了两个特定温度之差的63.2%所需的时间。τ越小,表明热敏电阻器的热惯性越小。
◆额定功率PM:在规定的技术条件下,热敏电阻器长期连续负载所允许的耗散功率。在实际使用时不得超过额定功率。若热敏电阻器工作的环境温度超过 25℃,则必须相应降低其负载。
◆额定工作电流IM:热敏电阻器在工作状态下规定的名义电流值。
◆测量功率Pc:在规定的环境温度下,热敏电阻体受测试电流加热而引起的阻值变化不超过0.1%时所消耗的电功率。
◆最大电压:对于NTC热敏电阻器,是指在规定的环境温度下,不便热敏电阻器弓起热失控所允许连续施加的最大直流电压;对于PTC热敏电阻器,是指在规定的环境温度和静止空气中,允许连续施加到热敏电阻器上并保证热敏电阻器正常工作在PCT特性部分的最大直流电压。
◆最高工作温度Tmax:在规定的技术条件下,热敏电阻器长期连续工作所允许的最高温度。
◆开关温度tb:PCT热敏电阻器的电阻值开始发生跃增时的温度。
◆耗散系数H:温度增加1℃时,热敏电阻器所耗散的功率,单位为mW/℃。 (4)主要缺点
①阻值与温度的关系非线性严重; ②元件的一致性差,互换性差; ③元件易老化,稳定性较差;
④除特殊高温热敏电阻外,绝大多数热敏电阻仅适合0~150℃范围,使用时必须注意。 (5)发展现状及应用
热敏电阻可作为电子线路元件用于仪表线路温度补偿和温差电偶冷端温度补偿等。利用NTC热敏电阻的自热特性可实现自动增益控制,构成RC振荡器稳幅电路,延迟电路和保护电路。在自热温度远大于环境温度时阻值还与环境的散热条件有关,因此在流速计、流量计、气体分析仪、热导分析中常利用热敏电阻这一特性,制成专用的检测元件。PTC热敏电阻主要用于电器设备的过热保护、无触点继电器、恒温、自动增益控制、电机启动、时间延迟、彩色电视自动消磁、火灾报警和温度补偿等方面。
热敏电阻的理论研究和应用开发已取得了引人注目的成果.随着高、精、尖科技的应用,对热敏电阻的导电机理和应用的更深层次的探索,以及对性能优良的新材料的深入研究,将会取得迅速发展.
3.小结
可以预见,随着自动化技术的迅猛发展,光电探测器在军用和民用上的应用将会越来越广泛,同时也有利地推动其他技术领域的发展与进步。有理由相信,当光电探测器技术生产较快发展时,必将为信息技术领域及其他技术领域的新发展,新进步带来新的动力与活力。