Выход термоэлемента в стационарный режим
Если на холодных гранях ветвей температура поддерживается постоянной (T° = const) и к термоэлементу приложен ступенчатый импульс теплового потока (рис.2.17б), то на теплой грани термоэлемента температура изменяется по экспоненциальному закону (рис.2.17а)
Формулы (2.138), (2.139) описывают переход термоэлемента из стационарного изотермического режима при q = 0в стационарный режим при q = const, когда температура теплой грани ветви достигает максимального значения Tst. В формулах учитывается (рис.2.18) 1 - ветвь, 2 - источник тепла, q1 - по- теплоемкость источника тери тепла. тепла (например, корпуса электрического нагревателя, пиротехнического устройства или преобразователя энергии топлив в тепловую энергию, коллектора солнечного или другого вида излучения и др.). В формулах учитываются и потери тепла q1 от нагревателя в окружающую среду или по элементам конструкции. Переходной режим позволяет определить, сколько затрачивается времени для достижения стационарного режима. Для практических целей достижение стационарного режима соответствует условию t» 3-4 хг. ЭДС термоэлемента в переходном режиме определяется при известной зависимости перепада температуры от времени
Коэффициент полезного действия термоэлемента в переходном режиме существенно меньше, чем в стационарном из-за дополнительных потерь тепловой энергии, затрачиваемой на разогрев ветвей.
Для описания свойств термоэлемента в этом режиме используются граничные условия, при которых холодная грань ветви адиабатически изолирована (рис.2.16, граничное условие В). При воздействии на термоэлемент стационарным тепловым потоком холодная грань термоэлемента будет постепенно нагреваться (рис.2.19). В импульсном режиме время работы термоэлемента выбирается настолько малым, чтобы разогревом холодной грани ветви можно было пренебречь. В этом случае для описания термоэлемента может быть использовано приближение полубесконечного пространства. Ниже приводятся описания термоэлемента для различных тепловых режимов.
Источник тепла с постоянной плотностью теплового потока.
Одномерное уравнение нестационарной теплопроводности имеет вид
Граничное условие постоянства теплового потока на горячей грани термоэлемента:
Эффекты Пельтье и Джоуля в импульсном режиме мало влияют на распределение температур в ветвях, поэтому в большинстве случаев их влиянием можно пренебречь.
К преимуществам термоэлементов в импульсном режиме относят [23] возможность его кратковременной работы без теплоотвода. Его роль выполняет неразогретая часть термоэлемента.