1 Überblick über die Sensorik

Seite 29
56 3.2 Thermoelektrische Sensoren 3.2.4 Leistungsthermoelemente 57
Tab. 3.2.4-1
Wärmequellen und Anwendungsgebiete für thermoelektrische Generatoren (nach
[3.12])
Als Maßstab für die Leistungsfähigkeit eines Thermoelements als Stromgenerator dient
die Umwandlungseffizienz oder der Umwandlungswirkungsgrad
Die Umwandlungseffizienz wird optimal, wenn gilt [3.7]:
Bild 3.2.4-2
Umwandlungswirkungsgrad in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz am
Leistungsthermoelement und der in (2c) definieren Gütezahl (nach [3.7])
Die Gütezahl ergibt sich als Maximum einer Kurve, die sich aus drei Größen zusammensetzt:
– der Seebeck-Koeffizient s muß möglichst groß sein, damit hohe Thermospannungen
entstehen
– die elektrische Leitfähigkeit muß möglichst groß sein, damit der Stromfluß mit
geringen ohmschen Leitungsverlusten erfolgt
– die Wärmeleitfähigkeit muß möglichst niedrig sein, damit durch die nicht nutzbringende
Wärmeleitung möglichst wenig Wärmeenergie verloren geht.
Dabei gibt s die Seebeck-Koeffizienten, sp den spezifischen Widerstand, sp die
spezifische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit an, der obere Index bezeichnet
jeweils die n- oder p-Seite des Thermoelements. Z wird auch der Gütefaktor (figure
of merit) genannt. Bild 3.2.4-2 zeigt die Abhängigkeit des Umwandlungswirkungsgrades
von der Temperaturdifferenz für verschiedene Gütefaktoren:
Bild 3.4.2-3 zeigt die drei Werkstoffgrößen in Abhängigkeit von der Ladungsträgerkonzentration.