Типы термоэлектрических преобразователей: Преобразователи термоэлектрические ТП — термопреобразователи (термопары) |

Типы термопар. Статьи. Поддержка. ТД Эталон

Широкое применение в промышленности получили термоэлектрические преобразователи, или термопары. Они отличаются точностью, простотой и удобством монтажа, возможностью определения локальной температуры, значительным рабочим диапазоном измерения: от -270 до +2500°С.

Термоэлектродные материалы, предназначенные для изготовления термопар, должны быть прочными и обладать жаростойкостью, высокой чувствительностью, стабильностью, термоэлектрической однородностью, химической инертностью. Но в настоящее время не существует такого материала, который удовлетворил бы все требования. Поэтому возникает необходимость подбора пары термоэлектродов из различных сплавов таким образом, чтобы минимизировать отклонения реальной термо-ЭДС, развиваемой термопарой при заданных температурах, от стандартных значений, что и определяет конкретный тип термопары.

В качестве термоэлектродных материалов для изготовления термоэлектрических преобразователей применяются, главным образом, чистые металлы и их сплавы, такие как платина, платина-родий, хромель, алюмель, медь, железо и др.

Основные параметры термоэлектрических преобразователей и требования к типам термопар нормализованы в Межгосударственном стандарте ГОСТ 6616694 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия». Согласно стандарту определено двенадцать типов термопар.

Тип термопары	Обозначение градуировки		Материал термоэлектродов		Пределы измерения температур, °С			Примечания
	РФ	МЭК*	положительного	отрицательного	нижний	верхний	кратков-ременно
Хромель-алюмелевая	ХА	К	Хромель Ni+9,5 Cr	Алюмель Ni+Isi+2Al+2,5Mn	-200	+1200	+1300	Термопара ХА обладает широким диапазоном температур и высокой чувствительностью. Основной проблемой хромель-алюмелевых термопар являются коррозия и охрупчивание термоэлектрода. Для защиты от коррозии используют вентилируемые защитные чехлы большого диаметра или чехлы с помещенными внутри газопоглотителями (геттерами).
Хромель-копелевае	ХК	L	Хромель Ni+9,5 Cr	Копель Cu+(42-44)Ni+0,5Mn+0,1Fe	-200	+600	+800	ТХК является самой распространенной в промышленности термопарой, часто применяется при измерении малых разностей температур. Характеризуется наибольшей чувствительностью и стабильностью, но восприимчива к деформации термоэлектрода. Рабочая среда окислительная или содержащая инертные газы.
Хромель-константовая	ХКн	E	Хромель Ni+9,5 Cr	Констант Cu+(40-45)Ni+1,0Mn+0,7Fe	-200	+700	+900	Преимуществами ТХКн является высокая чувствительность, термоэлектрическая однородность материалов электродов, возможность использования при низких температурах.
Медь-копелевая	МК	M	Медь Cu	Копель Cu+(42-44)Ni+0,5Mn+0,1Fe	-200	+100	—	ТМК может работать в окислительной или восстановительной атмосфере, а также в вакууме. Не чувствительна к повышенной влажности. Оба термоэлектрода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.
Медь-константовая	МКн	T	Медь Cu	Констант Cu+(40-45)Ni+1,0Mn+0,7Fe	-200	+350	+400	Термопара МКн может использоваться в атмосфере с небольшим избытком или недостатком кислорода, не чувствительна к повышенной влажности. Оба вывода могут быть отожжены для удаления материалов, вызывающих термоэлекрическую неоднородность.
Железо-константовая	ЖК	J	Железо Fe	Констант Cu+(40-45)Ni+1,0Mn+0,7Fe	-200	+750	+900	ТЖК работает с окислительными, восстановительными, инертными средами и вакуумом. Особенностью является возможность измерения положительных температур совместно с отрицательными.
Нихросил-нисиловая	НН	N	Нихросил Ni+14,2Cr+1,4Si	Нисил Ni+4,4Si+0,1Mg	-270	+1200	+1300	ТНН считается самой точной термопарой из неблагородных металлов. Отличается высокой стабильностью при температурах от +200 до +500°С.
Сильх-силиновая	СС	I	Сильх Ni+9Cr+0,9Si	Силин Ni+(2-2,8)Si	0	+800	—
Платинородий-платиновая	ПП13 ПП10	R S	Платина-родий Pt+13Rh Pt+10Rh	Платина Pt Pt	0	+1300	+1600	Термопары ПП самые распространённые для измерения очень высоких температур в окислительных и инертных средах. К достоинствам можно отнести точность измерений, хорошую воспроизводимость и стабильность термо-ЭДС. К недостаткам – повышенную чувствительность к химическим загрязнениям отрицательного платинового электрода.
Платинородий-платинородиевая	ПР	В	Платина-родий Pt+30Rh	Платина-родий Pt+6Rh	+600	+1700	—	ТПР применяются в окислительных и инертных средах, а также в вакууме. В сравнении с ПП, термопары ПР обладают немного меньшей термо-ЭДС, но большей механической прочностью и стабильностью, меньшей чувствительностью к загрязнениям, способностью измерять более высокие температуры.
Вольфрамрений-вольфрамрениевая	ВР	A-1; A-2; A-3	Вольфрам-рений W+5%Re	Вольфрам-рений W+20Re	0	+2200	+2500	Термопары ВР предназначены для длительного измерения температуры в чистых инертных средах, сухом водороде и вакууме. Даже небольшое количество кислорода существенно уменьшает срок службы термопары. В окислительных средах термопары данного типа могут быть использованы только для измерения температуры в быстротекущих процессах. При значениях температуры выше значений, при которых начинается катастрофическое окисление, срок службы термопары исчисляется минутами.

*МЭК — международный электротехнический комитет.

В заключение отметим, что выбирая конкретный тип термопары, учитывать нужно, главным образом, диапазон измеряемых температур и контролируемую среду, так как значительные температурные колебания или же присутствие агрессивных к материалам термопары элементов существенно уменьшает срок службы. Точность и стабильность измерений также важны — наиболее точными являются термопары из благородных металлов, именно их используют в качестве эталонных термоэлектрических преобразователей, но высокая стоимость является главным недостатком термопар типа ПП и ПР. Термопары из неблагородных металлов дешевы и просты в обращении, устойчивы к вибрациям, могут выпускаться во взрывозащищенном исполнении, но имеют ограничения по характеристикам.

Если возникнут сложности с выбором термопары, наши специалисты всегда помогут вам подобрать термоэлектрический преобразователь под вашу задачу.

Преобразователи термоэлектрические ZETLAB

Преобразователи термоэлектрические (термопары, ТП) типа ТХА и ТХК предназначены для измерения и контроля температуры жидких, твердых, газообразных и сыпучих сред в различных отраслях промышленности. Термопары применяются в составе цифровых датчиков температуры ZET 7020 TermoTC-485 и ZET 7120 TermoTC-CAN.

Преобразователи термоэлектрические (термопары) платиновые типа ТТПП, ТТПР

Внешний вид	Наименование	Краткое описание
	ТТПП-53-1 и ТТПР‑53-1	Применяются в составе цифровых датчиков температуры ZET 7020 TermoTC-485 и ZET 7120 TermoTC-CAN для измерения температуры газообразных химически неагрессивных и агрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру.
	ТТПП-53-3 и ТТПР‑53-3	Применяются в составе цифровых датчиков температуры ZET 7020 TermoTC-485 и ZET 7120 TermoTC-CAN для измерения температуры газообразных химически неагрессивных и агрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру.

Измерительная Система

Цифровой датчик температуры ZET 7020

Цифровой датчик температуры ZET 7120

Термопары преобразуют воздействующую на них температуру в электрический сигнал, который еще требуется измерить для определения значения температуры. Термопара в составе с измерительным модулем является интеллектуальным датчиком температуры, поскольку пользователь получает готовые данные, не требующие дополнительной обработки. Результаты измерений передаются в цифровом виде по интерфейсу RS-485 (с использованием модуля ZET 7020 TermoTC-485) или CAN (с использованием модуля ZET 7120 TermoTC-CAN) и могут использоваться для автоматического регулирования температуры, записываться регистратором температуры или отображаться на индикаторе — цифровом или виртуальном (на ПК).

Как купить термометр сопротивления?

Для того, чтобы купить измерительную систему, а также задать все интересующие вас вопросы, свяжитесь с нашими менеджерами по многоканальному телефону 8(495)739-39-19 или напишите нам с помощью специального окна в правом нижнем углу сайта, консультант ответит вам в кратчайшие сроки.

Наименование	Краткое описание
ZET 7020	Цифровые термопреобразователи сопротивления ZET 7020 TermoTC-485 предназначены для измерения температуры жидких, твердых, газообразных и сыпучих сред, неагрессивных к материалу корпуса термопары.
ZET 7120	Цифровой датчик температуры состоит из термопары и модуля ZET 7120 TermoTC-CAN, который осуществляет преобразование сигнала с датчика в значения температуры.

Технические характеристики преобразователей термоэлектрических типа ТХА, ТХК

По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающей среды термопары соответствуют группе исполнения С2 по ГОСТ Р 52931 — −40…+70 ºС. По устойчивости к механическим воздействиям термометры соответствуют группе N3 по ГОСТ Р 52931. Климатическое исполнение — У3, ТВ. Возможно изготовление ТП в климатическом исполнении УХЛ2 для работы при температурах от −60 до +70 ºС. Термопары, имеющие тропическое исполнение имеют в обозначении дополнительно ТВ (например, ТХА-1-3 ТВ).

Диапазон измеряемых температур для выпускаемых термопар соответствует ГОСТ 6616-94 и составляет:

• Для ТП типа ТХА — от минус 40 до 1200 °С;
• Для ТП типа ТХК — от минус 40 до 600 °С

Номинальные статические характеристики (НСХ), их обозначения, материал термоэлектродов согласно ГОСТ 6616-94 приведены ниже:

Тип термопары	НСХ	Материал термоэлектродов
		положительный	отрицательных
ТХА	XA(K)	хромель	алюмель
ТХК	XK(L)	хромель	копель

Положительный термоэлектрод маркируется красным цветом. Термопары выпускаются по классу допуска 1 или 2 согласно ГОСТ 6616-94.

Ниже приведены значения допусков по температуре для соответствующих классов термопар типа ТХА и ТХК (ГОСТ 6616-94):

Тип термопары	Класс	Диапазон температур, °С	Предел допускаемого отклонения от НСХ, °С
ТХА	1	от −40 до 375	1,5
		свыше 375 до 1000	0,004·|t|
	2	от −40 до 333	2,5
		свыше 333 до 1200	0,0075·|t|
ТХК	2	от −40 до 300	2,5
		свыше 300 до 800	0,0075·|t|

где |t| — абсолютное значение температуры, °С

Преобразователь термоэлектрический (термопара) ТХК, ТХА конструктивно представляет собой два разнородных термоэлектрода (хромель-алюмель для ТХА, хромель-копель для ТХК), изолированных термостойкой изоляцией и сваренных с одного конца в рабочий спай. Защитная арматура выполняется из жаростойких и коррозионностойких сталей или из керамики (для измерения температуры в особо агрессивных высокотемпературных средах). Свободные концы термоэлектродов присоединяются к монтажной головке или выводятся при помощи кабеля. Рабочий спай может быть изолирован (И) или неизолирован (Н) от защитного корпуса. Изготавливаются преобразователи, имеющие два рабочих спая — две термопары одного типа, размещенные в одном корпусе (при обозначении указывается количество спаев −2). Головка преобразователей из прессматериала АГ-4В применяется в неагрессивной среде при окружающей температуре до 120°С; из полиамида — до 80°С. Максимальный диаметр выводного кабеля 10 мм. Каждая жила (провод) кабеля крепится на винт гайкой М4×0,7. Головка металлическая из сплава алюминия АК-12 (АЛ-2) (силумин) применяется в неагрессивной среде при окружающей температуре до 300°С. Максимальный диаметр выводного кабеля 12 мм. Каждая жила (провод) кабеля диаметром до 1,2 мм крепится на винт гайкой М4×0,7.

Технические характеристики преобразователей (термопар) платиновых типа ТТПП, ТТПР

Обозначение НСХ

Тип термопары	Обозначение НСХ
ТТПП — термопара ПП (платинородий 10 — платина)	S
ТТПП — термопара ПП (платинородий 13 — платина)	R
ТТПР — термопара ПР (платинородий 30 — платинородий 6)	B

Допускаемые отклонения от НСХ

Обозначение НСХ	Класс допуска	Рабочий диапазон температур, °С	Пределы допускаемых отклонений от НСХ, °С
ПП (S)	1	0…1100	± 1,0
ПП ®	2	1100…1300	± 1,0 +0,003(t-1100)
		0…600	± 1,5
		600…1300	0,0025·t
ПР (В)	2	600…1700	± 0,0025·t
	3	600…800	± 4,0
		800…1700	± 0,0050·t

Диаметр термоэлектродов

Тип термопары	Диаметр термоэлектродов, мм
ТТПП	0,4 (0,5) для ПР-10 (+) и 0,5 для ПлТ (-) 0,4 (0,5) для ПР-13 (+) и 0,5 для ПлТ (-)
ТТПР	0,4 (0,5) для ПР-30 (+) и 0,5 ПР-6 (-)

Конструкция, принцип работы и применение

Термоэлектрический генератор представляет собой устройство, в котором электрическая энергия производится непосредственно из тепловой энергии. Их также называют генераторами Зеебека, поскольку они использовали эффект Зеебека для производства электроэнергии. На обычных электростанциях, таких как тепловые электростанции, атомные электростанции, топливо используется для нагрева воды. Как правило, в этом процессе сжигается уголь. После того, как вода начинает кипеть и превращается в пар под высоким давлением, этот пар используется для вращения турбины, и, следовательно, механическая энергия преобразуется в электрическую по закону электромагнитной индукции Флеминга. В этом процессе происходит двухступенчатое преобразование энергии, сначала тепловая энергия преобразуется в механическую энергию, а затем механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Из-за этого двухэтапного процесса эффективность всей системы снижается. Если мы сможем напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую, эффективность будет выше. В термоэлектрическом генераторе тепловая энергия напрямую преобразуется в электрическую энергию, что имеет большие экономические преимущества. В основе термоэлектрических генераторов лежит термоэлектрический принцип работы, основанный на градиенте температуры.

Что такое термоэлектрический генератор?

Определение: Это устройство преобразования энергии, в котором тепловая энергия преобразуется в электрическую энергию. В основе термоэлектрического генератора лежит термоэлектрический эффект. В термоэлектрическом эффекте, основанном на градиенте температуры, электроны перемещаются из одного места в другое. Градиент температуры получается, когда существует разница в уровнях температуры между двумя точками.

Термоэлектрический генератор

Тепловая энергия, которая теряется на теплоэлектростанциях, может быть использована для создания температурного градиента между двумя концами. При этом КПД термоэлектрического генератора увеличивается по сравнению с обычными генераторами. Самое лучшее в термоэлектрических генераторах то, что в них нет движущихся частей. При этом потери уменьшаются в геометрической прогрессии. Теория термоэлектрического генератора поясняется ниже.

Конструкция термоэлектрического генератора

Конструкция изготовлена ​​из полупроводниковых материалов для создания температурного градиента. Полупроводниковые материалы используются для формирования термопары, которая создает градиент температуры и создается разность потенциалов. Для этого полупроводникового устройства используются материалы как p-типа, так и n-типа. Металлические сплавы формируются с использованием этого полупроводникового устройства. Металлические сплавы, такие как Bi2Te3, Sb2Te3, используются для создания полупроводникового пути для потока зарядов.

Термоэлектрический генератор Рабочий

Как уже упоминалось, он работает на концепции эффекта Зеебека термоэлектрического эффекта. В эффекте Зеебека между двумя концами создается температурный градиент или разница температур. Когда создается температурный градиент, электроны перетекают с одного конца на другой. Электроны на высокотемпературном конце будут на высоких энергетических уровнях. Поэтому они начинают двигаться к другим концам.

Из-за движения электронов на двух концах создается разность потенциалов. Который формирует выходное постоянное напряжение. Для потока электронов используется подходящий материал, чтобы эффективность была выше. Материал должен иметь высокую электропроводность и низкую теплопроводность. Для этого используются металлические сплавы, изготовленные из полупроводниковых приборов. Эти металлические сплавы, соединенные таким образом, образуют термопару. Термоэлектрический генератор можно назвать набором термопар, соединенных вместе.

Теория

Термоэлектрический генератор работает по принципу термоэлектрического эффекта. Термоэлектрические эффекты означают, что с двух сторон генератора создается температурный градиент. Градиент температуры означает разницу уровней температуры. Например, если мы возьмем металлический стержень, и нагреем один конец, а другой конец охладим. Между двумя концами создается температурный градиент. Электроны, присутствующие на горячем конце, будут иметь более высокий энергетический уровень по сравнению с электронами, присутствующими на стороне холодного конца. Это означает, что горячие электроны будут пытаться двигаться к холодному концу из-за температурного градиента.

Конструкция термоэлектрического генератора

Из-за движения электронов горячий конец будет заряжаться положительно, а холодный — отрицательно. Поскольку электроны на обоих концах находятся на разных энергетических уровнях, они имеют тенденцию двигаться в каждую сторону с относительно разной скоростью. Электроны на стороне горячего конца будут двигаться быстрее и создавать разность потенциалов между двумя концами. Создание разности потенциалов из-за градиента температуры в двух точках определяется как термоэлектрический эффект. Тот же принцип используется в термоэлектрических генераторах.

Конструкция термоэлектрического генератора

Для создания температурного градиента горячие электроны должны течь от одного конца к другому без использования какого-либо внешнего материала. Например, мы не можем соединить два провода между термоэлектрическими генераторами, чтобы протекал ток. Следовательно, теперь видно, что материал, используемый для термоэлектрического генератора, должен иметь высокую электропроводность и низкую теплопроводность.

При повышении температуры электроны не должны двигаться быстро. В идеале для создания таких термоэлектрических генераторов используются полупроводники, обладающие высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью. Используя полупроводники, эффект Зеебека или термоэлектрические эффекты используются для создания температурного градиента. Это устройство или когда полупроводники соединены вместе, образуя генератор, называется термопарой.

Блок-схема

Блок-схема термоэлектрического генератора показана на схеме. Вход в генератор представляет собой отработанное тепло, или также называемое потерями тепла. Эти потери тепла также могут быть получены от автомобилей или других источников выработки энергии. Эта потеря тепла создает температурный градиент. При подаче на вход термоэлектрического генератора на основе эффекта Зеебека вырабатывается мощность постоянного тока. Энергия постоянного тока может быть дополнительно преобразована в переменный ток с помощью схемы инвертора.

Блок-схема

В современных гибридных автомобилях эта мощность постоянного тока преобразуется в переменную мощность постоянного тока и подается на другие нагрузки, такие как кондиционер, освещение и т. д. Для этого устройства преобразования используется прерыватель. Для рассеивания потерь на стороне генератора используется радиатор. Для устройств с высоким рейтингом также требуются вентиляторы для отвода тепла.

Принцип работы

Принцип работы термоэлектрического генератора заключается в том, что он работает на концепции термоэлектрического эффекта или эффекта Зеебека. Согласно этому эффекту, когда между двумя концами создается градиент температуры, электроны начинают течь от одного конца к другому и создают разность потенциалов. Для создания температурного градиента необходимо использовать термопарные устройства. Устройства термопары в основном полупроводниковые устройства, которые имеют высокую электропроводность и низкую теплопроводность. Для этого используются свойства полупроводниковых приборов.

Как правило, у них есть четыре валентных электрона на внешней орбите. Таким образом, они могут быть как p-типа, так и n-типа. В полупроводнике n-типа основными носителями заряда являются электроны. Их еще называют донорами. В полупроводниках p-типа большинство носителей заряда являются дырками. Дырки также называют отсутствием электронов. Материал р-типа также называют акцепторами. Таким образом, когда материал p-типа и n-типа соединен надлежащим образом и создается температурный градиент, он образует разность потенциалов в двух точках. Из-за чего электроны начинают течь с одного конца на другой. Это создает термоэлектрический генератор. По этому принципу создается перепад температур термоэлектрического генератора.

Уравнение эффективности термоэлектрического генератора

Эффективность термоэлектрического генератора определяется как отношение выходной мощности к входной мощности. С точки зрения устройства его можно определить как

, где это температура источника, а Tc температура стока. T — среднее значение температуры на этих двух концах. Z определяется как

Где «s» — коэффициент Зеебека, сигма — электрическая проводимость, а гамма — теплопроводность. На основании вышеизложенного оценивается константа Z и рассчитывается эффективность. Можно отметить, что КПД генератора основан исключительно на перепаде температур и не зависит от внешних факторов.

Различные типы

Классификация термоэлектрических генераторов зависит от способа производства входного тепла. Различные типы термоэлектрических генераторов :

• Генераторы на ископаемом топливе — В этом типе тепло вырабатывается путем сжигания ископаемого топлива. Ископаемое топливо, используемое для этой цели, — это природный газ, пропан, бутан и т. Д. от 10 Вт до 100 Вт.
• Солнечные генераторы – В этом типе тепло производится с использованием солнечной энергии.
• Генераторы на ядерном топливе — В этом типе ядерная энергия используется для подачи тепла. Его номинальная мощность высока по сравнению с другими генераторами. Может выйти 1000 Вт.

Преимущества и недостатки

К преимуществам термоэлектрических генераторов относятся следующие.

• Экономичный
•  Рециркулирует отработанное тепло
• Надежный источник энергии
• Снижение производственных затрат

К недостаткам термоэлектрических генераторов можно отнести следующее.

• Низкая эффективность
• Ограниченное применение
• Требуется постоянный источник тепла
• Энергия не может быть сохранена

Применения

Применения термоэлектрических генераторов включают следующее.

• Электроника
• Космические приложения
• Возобновляемые источники энергии
• Газопроводы
• Радиосвязь

Итак, это все обзор термоэлектрического генератора. Таким образом, мы увидели принцип работы и особенности конструкции термоэлектрического генератора. Одним из основных недостатков является ограниченное количество приложений. Следует подумать, как, используя выходное напряжение термоэлектрического генератора, его можно в дальнейшем использовать для большего количества применений. Конечно, это требует большего количества операций преобразователя и сложной конструкции.

Научное руководство по пониманию и использованию TEG Power!

Науку (эффект Зеебека), лежащую в основе термоэлектрической генерации, часто называют явлением. Мы думаем, что ТЭГ — это что-то необычное и впечатляющее! Они также могут иногда сбивать с толку и сложны в использовании. Вот почему мы составили это краткое руководство, чтобы объяснить, как ТЭГ преобразуют тепло в энергию, из каких частей и компонентов они сделаны и как их можно легко использовать для практических решений в области альтернативной энергетики. Независимо от того, находитесь ли вы вне сети, живете в отдаленном районе или в холодных условиях, возможно, для вас найдется приложение, в котором ТЭГ можно использовать для преобразования отработанного тепла в электричество.

Для начала, ТЭГ, сокращение от Термоэлектрический Генератор, представляет собой устройство, которое преобразует разницу температур в электричество. Я объясню, как именно это происходит (эффект Зеебека) позже. Но сначала давайте рассмотрим некоторую распространенную терминологию TEG. Знание этих терминов и их связи друг с другом поможет упростить понимание TEG.

Термоэлектрический модуль
В основе ТЭГ лежит термоэлектрический модуль (ТЭМ), который мы также называем модулем ТЭГ (на рисунке справа показан модуль ТЭГ от TEGpro). И внутри этого модуля TEG происходит волшебство (эффект Зеебека).

Термоэлектрический генератор
Генератор ТЭГ представляет собой устройство, в котором в качестве основных компонентов используется один или несколько модулей ТЭГ, за которыми следует система охлаждения. Система охлаждения может быть пассивной воздушной, активной воздушной или водяной. Затем эти компоненты собираются в сборку, которая функционирует как единое целое, называемое термоэлектрическим генератором (здесь изображен генератор ТЭГ Devil Watt с активным воздушным охлаждением).

Термоэлектрическая система
Идя дальше, система ТЭГ включает в себя другое аппаратное обеспечение ТЭГ, например, водяные насосы, электронику и встроенное программное обеспечение. Это помогает расставить приоритеты по питанию и поддерживать охлаждение системы. Хорошим примером системы TEG является система TEGpro 100W TEG с водяным охлаждением, которая обеспечивает циркуляцию воды из системы водяного отопления плинтуса через TEG с водяным охлаждением.

Теперь о науке.

Эффект Зеебека
Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что разница температур между двумя разными металлами вызывает разницу напряжений. Потратьте несколько секунд, чтобы просмотреть изображение справа, вы увидите два разных электрических проводника, называемых: P-тип и N-тип. Происходит то, что нагретые электроны движутся к более холодным (см. положительные/отрицательные стрелки, указывающие вниз). И когда эта пара соединена через электрическую цепь, по этой цепи протекает постоянный ток.

Эффект Зеебека против эффекта Пельтье
Эффект Пельтье — это обратное явление. Вместо применения перепада тепла через материалы пропускается электрический ток, в результате чего происходит нагрев или охлаждение. Наша цель состояла в том, чтобы определить их как можно проще и предоставить изображения для их представления, но если вам нужны определения из Википедии, их можно увидеть здесь.

Эффект Зеебека внутри модуля ТЭГ
Напряжения, создаваемые эффектом Зеебека, малы и зависят как от используемого материала, так и от разницы температур. Однако внутри модуля ТЭГ есть несколько пар P-типа и N-типа, которые можно соединить последовательно для увеличения выходного напряжения или параллельно для увеличения тока. На изображении справа вы можете видеть материалы P-типа и N-типа, соединенные последовательно желтыми линиями.

Как производятся модули термоэлектрических генераторов?
Конструкция силового модуля Тег состоит из пар полупроводниковых материалов p-типа и n-типа с высоким коэффициентом термоЭДС. Хотя можно использовать многие сплавы, теллурид висмута является наиболее распространенным материалом, используемым сегодня. Этот материал нарезан на небольшие блоки, один из которых образует проводник p-типа, а другой — проводник n-типа. Каждая пара образует термоэлектрическую пару (ТЭП). Эти термопары чаще всего соединены электрически, образуя массив из нескольких термопар (термобатареи). В отличие от припоя, используемого в конструкции ТЭП, для модулей термоэлектрических генераторов часто требуются припои, способные оплавляться при температурах, превышающих 400 °C9.0003

Большинство компаний-производителей модулей термоэлектрических генераторов используют множество термоэлектрических пар, которые зажаты между двумя кусками неэлектропроводных материалов. Также необходимо, чтобы этот материал был теплопроводным, чтобы обеспечить хорошую теплопередачу, обычно используются две тонкие керамические пластины, чтобы сформировать так называемый термоэлектрический модуль.

Каждый модуль может содержать десятки пар термоэлектрических пар и называться модулями термоэлектрического генератора, модулями ТЭП и иногда модулями Пельтье или Зеебека, что просто означает, используются ли они для выработки электроэнергии (Зеебек) или для производства тепла или холода (Пельтье). ). Функционально между ними нет никакой разницы. Они оба способны производить тепло и холод или генерировать электричество, в зависимости от того, применяется ли тепло или электрический ток.

Однако существуют различия в производительности различных модулей в зависимости от того, для чего они были изготовлены. Например, если модуль изготавливается для использования в автомобильном охладителе на 12 В постоянного тока, термоэлектрические пары будут иметь более толстый калибр, как и провод, соединяющий модули с источником питания на 12 В постоянного тока. В большинстве случаев сам модуль довольно большой. Это связано с тем, что модуль будет проводить большую нагрузку по току и должен быть в состоянии справиться с нагрузкой. Хотя этот тип модуля можно использовать для производства электроэнергии, он не очень подходит для этой задачи, поскольку имеет высокое внутреннее сопротивление (снижение выходной мощности) и более низкую температуру припоя, который может расплавиться при использовании для целей Зеебека. Это означает, что электрическое соединение может выйти из строя, когда к модулю прикладывается более высокая температура, необходимая для производства значительного количества электроэнергии.

Если термоэлектрический модуль изготавливается для использования в термоэлектрическом генераторе, к нему предъявляются свои уникальные требования. Во-первых, они должны иметь самое низкое внутреннее сопротивление и высокотемпературный припой, содержащий, например, серебро, для соединения проводов. Кроме того, для работы при высоких температурах необходимо использовать проволоку с покрытием из ПТФЭ или стекловолокна. На провода можно надеть рукава из силиконового стекловолокна, чтобы обеспечить дополнительную защиту от высоких температур.

Сколько электроэнергии можно произвести?
Возможно, вы сильно удивитесь! Несмотря на то, что дровяная печь не считается источником отработанного тепла, ниже приведен пример того, сколько энергии вы можете произвести. Используется 15-ваттный генератор Devil Watt, построенный на термоэлектрических модулях Tegpro. Выходная мощность этого термоэлектрического генератора составляет до 15 Вт, а свет представляет собой 10-ваттный светильник EverLed LVL2 для скрытого монтажа. Компания Tegpro разработала термоэлектрические генераторы для дровяных печей, мощность которых превышает 200 Вт при выработке термоэлектрической энергии!

Потребность в мощности термоэлектрического генератора
Электричество необходимо. Если вам когда-либо приходилось страдать от длительного отключения электроэнергии, вы бы знали, каково это потерять всю еду в холодильнике. Если вы живете в холодном климате, ваш дом был холодным, потому что у вас нет тепла, так как большинству систем отопления требуется электричество для работы. Миллионы людей оказались в таком положении, когда зимний шторм отключил электроэнергию на больших территориях.

Солнечные панели — отличный возобновляемый источник энергии, но они производят энергию только в дневное время. Их дневная производительность значительно снижается в более короткие дни в зимние месяцы. Использование генераторов TEG в холодном климате в сочетании с солнечными батареями может обеспечить все потребности вашего дома в энергии.

Преимущества термоэлектрического генератора
Если вы сравните стоимость солнечных и термоэлектрических генераторов, живущих в холодном северном климате (исходя из количества электроэнергии, которое они фактически производят в день), вы обнаружите, что термоэлектрические генераторы TEG Power стоят намного меньше в расчете на одну единицу. кВтч, чем солнечная. Фотоэлектрический эквивалент 100 Вт мощности ТЭГ, работающей на дровяной печи, составляет 660 Вт солнечных панелей или 2,4 кВтч в день. Это означает, что в среднем 125 Вт термоэлектрической энергии в доме в Вермонте могут производить такое же количество электроэнергии в день, как 1000 Вт солнечных фотоэлектрических панелей.