DE1539281B1

DE1539281B1 - Thermocouple

Info

Publication number: DE1539281B1
Application number: DE19671539281D
Authority: DE
Inventors: Samoilovic Anatol Grigorijevic; Anatycuk Lukjan Ivanovic; Izrail Pilat
Original assignee: CERNOVICKIJ GU
Current assignee: CERNOVICKIJ GU
Priority date: 1967-01-26
Filing date: 1967-02-21
Publication date: 1970-11-12
Also published as: US3530008A

Description

Entsprechend dem oben erwähnten Prinzip ist ein - Thermoelement aus einem Einkristall der Verbindung CdSb hergestellt worden. Die Thermokraft der Anti-45 mon-Kadmium-Einkristalle erwies sich als anisotrop. Es wurden Untersuchungen der Thermo-EMK in den Richtungen [100] und [010] und im Temperaturbereich von 100 bis 400⁰K an Prüflingen aus zwei verschiedenen Blocks vorgenommen, die durch Zonenumkristalliverschiedene Komponenten aufweist, ist die Differen- 50 sierung gewonnen wurden. Die größte Anisotropie tialthermokraft in zwei lotrecht zueinander liegenden konnte bei Temperaturen über 300⁰K festgestellt Richtungen verschieden. Die Anisotropie der Thermo- werden, was dem Einsetzen der Eigenleitfähigkeit entkraft ist dabei gewöhnlich mit den kristallographischen spricht. Der Höchstwert für «,, — % betrug 150 μ Vj Richtungen verbunden. Wenn man die entlang der
kristallographischen Richtung [100] (Fig. 1) auf 55
Grund eines Temperaturgefälles in derselben Richtung
auftretende Komponente des Tensors mit a_n, und die
Komponente in der Richtung [010] sinngemäß mit
Oi₁ bezeichnetund denFall betrachtet, daß das Temperaturgefälle im Kristall eine willkürliche Richtung gegen- 60 ergab sich die Möglichkeit, aus solchen Elementen über den kristallographischen Achsen aufweist und eine Batterie mit kleinen Abmessungen herzustellen, sich in gleichen Ebenen mit diesen Achsen befindet,
ist der Winkel φ gleich dem Winkel zwischen der
X-Achse und der Richtung [100].According to the above-mentioned principle, a thermocouple has been manufactured from a single crystal of the compound CdSb. The thermopower of the anti-45 mon-cadmium single crystals was found to be anisotropic. There have been made investigations of the thermal electromotive force in the directions [100] and [010], and in the temperature range of 100 to 400 ⁰ C on specimens from two different blocks, comprising by Zonenumkristalliverschiedene components that differentiation is 50 tion was obtained. The largest anisotropy tialthermokraft in two perpendicular to each other lying was observed at temperatures over 300 ⁰ K different directions. The anisotropy of the thermo- are, what the onset of the intrinsic conductivity is relieved, usually speaks with the crystallographic. The maximum value for «,, -% was 150 μ Vj connected directions. If you go along the
crystallographic direction [100] (Fig. 1) to 55
Reason for a temperature gradient in the same direction
occurring component of the tensor with a _n , and the
Component in the direction [010] correspondingly with
Oi ₁ and consider the case that the temperature gradient in the crystal has an arbitrary direction against- 60 it was possible to produce a battery with small dimensions from such elements above the crystallographic axes, which is located in the same planes with these axes,
the angle φ is equal to the angle between the
X-axis and the direction [100].

Das Temperaturgefälle sei entläng der F-Achse gerichtet. Es kann dann nachgewiesen werden, daß infolge der Anisotropie der Thermokraft entlang der X-Achse eine EMK V auftritt, die sich durch nachLet the temperature gradient be directed along the F-axis. It can then be demonstrated that due to the anisotropy of the thermoelectric force along the X axis, an EMF V occurs, which extends through to

Grad.Degree.

Aus den CdSb-Eiakristallen, die mit einer bestimmten kristallographischen Orientierung gezüchtet wurde^ wurde eine Reihe anisotroper Thermoelemente gefertigt. Die höchste Thermokraft erreichte 0,1 V bei einer Temperaturdäfferenz T₂ — T₁ = 14O⁰K. DamitA number of anisotropic thermocouples were made from the CdSb egg crystals, which were grown with a specific crystallographic orientation. The highest thermal force reached 0.1 V at a temperature difference T ₂ - T ₁ = 14O ⁰ K. This means

die genügend große Spannungen bei geringen Temperaturgefällen liefert.which supplies sufficiently high voltages with low temperature gradients.

Es wurde beispielsweise eine Thermobatterie aus 8 Elementen hergestellt; jedes von ihnen wies die nachstehend aufgeführten Abmessungen auf: Länge = 9 mm, Dicke = 0,7 mm, Breite = 1,2 mm. Das Gesamtgewicht der Batterieelemente lag unter 0,5 g.For example, a thermal battery has run out 8 elements made; each of them had the following dimensions: length = 9 mm, thickness = 0.7 mm, width = 1.2 mm. The total weight of the battery elements was less than 0.5 g.

Die Elemente wurden auf einem Kupferblock montiert, der auch zur Wärmeableitung diente. Die Thermobatterie wurde unter den nachstehenden Bedingungen geprüft: die eine Fläche der Thermobatterie wurde auf einer Temperatur von 296⁰K gehalten, die Temperatur der zweiten Fläche wurde durch einen Vorwärmer erhöht und im Bereiche von Zimmertemperatur bis 410°K verändert. Die Temperaturen wurden mittels Kupfer-Konstantan-Elementen gemessen. Die Versuchsergebnisse sind in der F i g. 2 (Kurve A) angeführt. Die Höchst-EMK der Batterie erreichte 1,1 V bei T₂ - T₁ = 116°K.The elements were mounted on a copper block, which was also used for heat dissipation. The thermal battery was tested under the following conditions: the one surface of the thermal battery was maintained at a temperature of 296 ⁰ K, the temperature of the second surface was increased by a pre-heater and changed in the range of room temperature to 410 ° K. The temperatures were measured using copper constantan elements. The test results are shown in FIG. 2 (curve A) . The maximum emf of the battery reached 1.1 V at T ₂ - T ₁ = 116 ° K.

Erwähnt werden sollte, daß bei entsprechender Legierung des Ausgangswerkstoffes und entsprechender Auswahl der Batterieabmessungen je nach dem gewünschten Verwendungszweck größere Kennwerte erreicht werden können. Bei der oben beschriebenen Batterie sind die Möglichkeiten einer Gewinnung maximaler Thermokräfte nicht völlig ausgenutzt worden. Insbesondere kann das vorgegebene Temperaturgefälle vergrößert werden. Eine Steigerung der EMK kann gleichfalls durch Verringerung der Dicke und Vergrößerung der Gesamtlänge der Elemente erreicht werden.It should be mentioned that with a corresponding alloy of the starting material and corresponding Selection of the battery dimensions depending on the desired application, larger parameters can be achieved. In the case of the battery described above, the possibilities of extraction are maximum thermal forces have not been fully exploited. In particular, the specified temperature gradient be enlarged. An increase in the EMF can also be achieved by reducing the thickness and increasing the overall length of the elements can be achieved.

Die bereits erzielten Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den nach der Formel (2) errechneten Werten (F i g. 2, Kurve B). Geringe Abweichungen sind dadurch bedingt, daß die Temperaturabhängigkeit der Thermo-EMK nicht berücksichtigt wurde, und daß für den ganzen Temperaturbereich Oi_n-K₁ = 150 μ. V/Grad angenommen wurde.The results already obtained show good agreement with the values calculated according to formula (2) (FIG. 2, curve B). Slight deviations are due to the fact that the temperature dependence of the thermo-EMF was not taken into account, and that Oi _n -K ₁ = 150 μ for the entire temperature range. V / grade was adopted.

Als Werkstoffe für die Herstellung von Thermoelementen eignen sieh auch Einkristalle folgender eine Anisotropie der Thermokraft aufweisender Stoffe: Wismut, Wismut-Antimon, Mischkristalle, Graphit, Zink-Antimon, Chromsilicide.As materials for the manufacture of thermocouples see also single crystals of the following one Substances exhibiting anisotropy of thermopower: bismuth, bismuth-antimony, mixed crystals, graphite, Zinc-antimony, chromium silicides.

Die anisotropen Batterien können schon bei geringen Temperaturgefällen in Funkanlagen Verwendung finden, bei denen verhältnismäßig hohe Spannungen bei geringen Stromstärken erforderlich sind. Sie können auch für die Speisung der Ionisationsröhren von Teilchenzählern und in verschiedenen automatischen Einrichtungen als empfindliche Temperaturdifferenzgeber eingesetzt werden.The anisotropic batteries can be used in radio systems even at low temperature gradients where relatively high voltages and low currents are required. They can also be used for feeding the ionization tubes from particle counters and in various automatic ones Facilities are used as sensitive temperature differential sensors.

Claims

Patent claims:

1. Thermocouple made of a single crystal, which has an anisotropic differential thermopower in at least has two mutually perpendicular crystallographic axes, characterized in that that the cross-section of the single crystal in the plane of two mutually perpendicular crystallographic axes with anisotropic Thermopower is a rectangle of which two mutually parallel sides that are on different Temperatures are maintained, form an angle with the crystallographic axes, the size of which is chosen so that that occurring between the other two sides of the rectangle electromotive force is maximum.

2. Thermocouple according to claim 1, characterized in that the single crystal from the chemical Connection CdSb exists.

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