Sensorik/Aktorik

• Nachteil: mäßiges dynamisches Verhalten (Sekunden bis Minuten)
• Anwendung: bei Heizkörperventilen
4.2.2 Thermobimetalle
• Aktoren
• Vorteile: billig, konfigurierbar, große Zyklenzahl
• Nachteil: kleine Stellkräfte und Energiedichte (im Mikrobereich allerdings sehr gut)
• Anwendung: Haushaltsgeräte
4.2.3 Memory-Legierungen
• unterschiedliche Kristallstrukturen je nach Temperatur und anliegender mechanischer Spannung:
– tiefe Temperatur: Martensit
– hohe Temperatur: Austenit
Einwegeffekt: Induzieren von Martensit durch Verformung bei Raumtemperatur; Zurückschnappen in
die ursprüngliche Form nach Erwärmen (siehe Graphen S. 36)
Zweiwegeffekt: Zur Vorbehandlung starke Verformung im martensitischen Bereich (Training, Erziehungsspannung)
→ Zwillingsversetzungen und plastische Verformung im Austenitbereich. Diese
bleibenden Versetzungen erzeugen Spannungen beim Abkühlen
• Beispiel: NiTi, Einwegeffekt 8%, Zweiwegeffekt 5%, Bruchdehnung 40–50%
• Vorteile: Sprungartige Formänderung innerhalb von 10–30 K, hohe Energiedichte
• Nachteile: Stabilität von der Legierungsqualität abhängig, hoher Preis
4.3 Thermoelemente
4.3.1 Seebeckeffekt
• elektromotorische Kraft (Spannung) U ab , wenn zwei miteinander verbundene, homogene Leiter
aus verschiedenem Material verbunden werden und die Nahtstelle einer anderen Temperatur
ausgesetzt ist als die Enden → Thermoelement
• Ursachen (tragen additiv zum Effekt bei):
U ab = α AB ∆T (1)
– Differenz Ferminiveau/Austrittsarbeit temperaturabhängig
– Diffusion der Ladungsträger vom warmen zum kalten Ende (Gasgesetz)
– Phonon Drag: Mitreißen der Elektronen durch Phononen
Herleitung für Metalle
• siehe Bandschema S. 40
• Änderung der Differenz zwischen Fermienergie und Austrittsarbeit führt zu
U ab = 1 ( [(µ a − µ b ) + π6 1
e
6 (kT )2 − 1 )]
µ a µ b
(2)
• bis 530 µV/K (Tellur/Konstantan (55% Cu, 45% Ni)), praktisch bis 68 µV/K
• kleiner als bei Halbleitern
7