航空航天
2011-4-9
一、铜-康铜热电偶产生电动势的原理

　　1.塞贝克电动势
　　将铜与康铜两种不同的导体两端连接,组成一个闭合回路,当两个接头处具有不同的温度T和T0时,回路中便产生电流,这种电流称为温差电流,这个环路便构成铜-康铜热电偶,产生的电动势称为温差电动势,亦称为塞贝克电动势,其数值一般只与两个接头的温度有关。

　　2.接触电势
　　产生的电动势除了有温差电动势的贡献外,还有接触电势。由于不同导体的自由电子密度是不同的,当两个不同导体——铜和康铜连接在一起时,在铜与康铜接触处就会因电子密度差而引起电子的扩散。由于铜的自由电子密度大于康铜的自由电子密度,在单位时间内,由铜扩散到康铜的电子数要大于康铜扩散到铜的电子数,这时,铜因失去电子带正电,康铜因得到电子带负电,于是在接触面形成一个电场,这个电场将阻碍电子由铜向康铜进一步扩散。当电子的扩散作用与阻碍扩散的作用相等时,接触处的自由电子的扩散达到动态平衡,电场达到稳定状态,于是在铜与康铜接触处形成一个电势差,随着温度的变化,电势差将发生相应的变化。

　　3.铜-康铜热电偶接入测量仪表
　　铜-康铜热电偶的两个接点,一个为工作端或热端(T),测量时置于被测温度场中,另一端称为自由端或冷端(T0)要求恒定于某一温度,在实际测量中,铜-康铜热电偶还要接入测量仪表,这相当于在回路中引入第三导体,理论研究证明,当引入的第三导体两端温度(T1)相等时,铜-康铜热电偶所产生的电动势不会受到影响。

二、铜-康铜热电偶应用领域的探讨

　　由于铜-康铜热电偶具有良好的线性关系,所以对于额定功率的加热器来说,在一定范围内,其所产生的电动势随时间呈线性变化,这种关系可以在科学技术诸多领域得到推广应用。

　　在航空航天领域,铜-康铜热电偶也可以得到有效应用。航空发动机及火箭推进器的喷口处喷射的高温火焰使喷口温度急剧上升,随着速度的提高,航天器表面温度也会持续上升,我们可以利用热电偶对该处温度进行实时监测,应用线性关系计算出到达预警温度所剩余的时间,并及时传回地面,提醒地面操作人员采取相应的措施,或传达到智能控制系统,使其自动对温度进行调控,从而有效防止航天事故的发生。

　　在战斗机作战领域,我们可以应用铜-康铜热电偶对受到攻击而起火的战斗机进行温度监测,可以计算出距离战斗机失控爆炸的临界温度剩余的时间,从而提醒飞行员利用剩余时间采取迫降或弃机逃生。

　　随着加热时间的增加,当被测物体接近稳定温度时,铜-康铜热电偶所产生的电动势不再随时间呈线性变化。