Термопара Советский патент 1992 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения криогенных температур с помощью термопар.

Известна термопара для измерения низких температур, содержащая отрицательный электрод, выполненный из сплава на основе меди, и положительный электрод из меди.

Недостатком этой термопары является невысокая чувствительность в области криогенных температур - не выше 15 мкВ/К.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является термопара, отрицательный электрод которой выполнен из сплава на основе золота с добавкой железа, а положительный - из меди.

Недостатком известной термопары является невысокая чувствительность в области гелиевых температур (максимальная чувствительность не более 20 мкВ/К), обусловленная малой величиной абсолютной термоЭДС меди в этой области температур (4 мкВ/К).

Цель изобретения - повышение чувствительности в диапазоне криогенных температур.

Поставленная цел достигается тем, что в положительный термоэлектрод из полупроводникового материала на основе теллурида свинца, легированного таллием и натрием, при следующем соотношении ингредиентов, мае %:

Таллий0,612-1.220

Натрий0,034-0,140

Теялурид свинцаОстальное

В таблице 1 приведены данные о чувствительности предлагаемой термопары при Т 10 К, из которой видно, что наиболее оптимальными свойствами обладает термопара, имеющая положительный электрод, описываемый формулой

Pbo,975 Tlo.oi Nao.oi5 Те,

со С

ч

N СЛ

На чертеже представлен график температурной зависимости чувствительности предлагаемой термопары.

Предлагаемая термопара имеет высокую чувствительность в интервале 4,2 - 77 К, чувствительность термопары при криогенных температурах превосходит чувствительность известных термопар, что обусловлено брль- шей величиной положительной термоЭДС теллурида свинца, легированного одновременно таллием и натрием, по сравнению с медью.

Использование в качестве положительного электрода теллурида свинца с концентрацией таллия ниже 0,612 мас.% и натрия менее 0,034 мас.% приводит к значительному снижению величины абсолютной термоЭДС материала. Применение теллурида свинца с концентрацией примеси таллия, превышающей 1,22 мас.% и натрия более 0,14 мас.% также приводит к снижению величины термоЭДС, что обусловлено следующим.

Легирование теллурида свинца таллием приводит к возникновению в валентной зоне полосы квазилокальных состояний на фо- не разрешенного зонного спектра. Введение дополнительно акцепторной примеси натрия с высокой растворимостью, позволяет создавать концентрацию дырок, варьирующую в широких пределах, что дает возможность изменять положение уровня Ферми относительно полосы квазилокальных состояний. Сканирование уровнем Ферми по полосе квазилокальных состояний позволяет управлять процессом оезо- нансного рассеяния, которое в зависимости от взаимного положения середины примесной полосы и уровня Ферми может обеспечивать вклад противоположного знака в суммарную термоЭДС при более чем половинном заполнении примесной полосы таллия. При этом чувствительность материала возрастает с удалением уровня Ферми от середины примесной полосы по энергии. Образцы были приготовлены методом заполнения твердых кварцевых капилляров

расплавом Pbi-x-yTlx под давлением с последующей его кристаллизацией, синтез исходного вещества, отвечающего приведенной химической формуле, осуществляли

сплавлением исходных компонентов (Pb, TI, Na, Те), взятых в соответствующей пропорции, по известной методике получения соединений типа А4В6.

Типичная экспериментальная зависимость чувствительности от температуры приведена на чертеже При понижении температуры наблюдается падение чувствительности, которое при некоторой температуре сменяется ростом. Дальнейшее уменьшение температуры опять приводит к падению чувствительности. Это обусловлено возникновением на фоне раз-, решенного зонного спектра полосы квазилокальных состояний, сканирование по

которой и приводит к наблюдаемому явлению.

Предлагаемая термопара, имеющая положительный электрод на основе теллурида свинца, легированного таллием и натрием,

отличается от известных термопар более высокими значениями чувствительности в области гелиевых и водородных температур. Это обеспечивает широкие возможности для использования предлагаемой

термопары в низкотемпературной термо- метрии.

Формула изобретения Термопара, содержащая отрицатель- ный электрод, выполненный на основе золота, содержащего железо в количестве 0,02 - 0,07 мас.%, и положительный термоэлектрод, отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствительности в диапазоне криогенных температур, положительный термоэлектрод выполнен из материала на основе теллурида свинца, легированного таллием и натрием, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Таллий0,612-1,220

Натрий0,034-0,140

Теллурид снинцаОстальное

$,пк&1к

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению криогенных температур с помощью термопар. Целью изобретения является повышение Чувствительности термопары в диапазоне криогенных температур. В термопаре положительный термоэлектрод выполнен из полупроводникового материала на основе теллурида свинца, имеющего формулу РЬТе. в который дополнительно вводят акцепторную примесь элементов 1 и III групп периодической системы элементов в следующем соотношении ингредиентов, мас.%: таллий 0,612 - 1,220; натрий 0,034 - 0,14р, теллурид свинца остальное. 1 ил.

W35

30

50

100 T,K