Термоелементи на основі n-ZrNiSn, нечутливі до впливу зовнішнього магнітного поля

Abstract

Наведено обґрунтування та нове вирішення важливої наукової прикладної проблеми підвищення точності та надійності вимірювання температури при наявності зовнішнього магнітного поля у температурному діапазоні 4,2 ÷ 1000 К, що виявляється у розвитку фізичних засад та принципів прогнозування та отримання нових термометричних матеріалів та реалізації на їх основі термоелементів електрорезистивних та термоелектричних термометрів. Вперше на основі результатів дослідження кристалічної та електронної структур термометричних матеріалів Zr1-xYxNiSn, Zr1-xLuxNiSn, Zr1-xHoxNiSn, Zr1-xErxNiSn та Zr1-xTmxNiSn, а також їх електрокінетичних та магнітних характеристик у температурному діапазоні 4,2 ÷ 1000 К здійснено прогнозування термометричних характеристик термоелементів електрорезистивних та термоелектричних термометрів. Із аналізу впливу зовнішнього магнітного поля на зміну електронної структури термометричних матеріалів було прогнозувано, що у термометричних матеріалах Zr1-xYxNiSn та Zr1-xLuxNiSn відсутні локальні магнітні моменти, а значення магнітної сприйнятливості у даних матеріалах будуть визначатися концентрацією вільних електронів (парамагнетизм Паулі). На основі термометричних матеріалів Zr1-xYxNiSn, Zr1-xLuxNiSn, Zr1-xHoxNiSn, Zr1-xErxNiSn та Zr1-xTmxNiSn реалізовані термоелементи електрорезистивних та термоелектричних термометрів, а також встановлені закономірності їх функцій перетворення зі стабільними та відтворюваними характеристиками у температурному діапазоні 4,2 ÷ 1000 К. Вперше показано, що нечутливість до впливу зовнішнього магнітного поля термометричних характеристик термоелементів електрорезистивних та термоелектричних термометрів на основі термометричних матеріалів Zr1-xYxNiSn та Zr1-xLuxNiSn пов’язане із реалізацією стану парамагнетизму Паулі у таких матеріалах. Приведено обоснование и новое решение важнной научной прикладной проблемы повышения точности и надежности измерения температуры при наличии внешнего магнитного поля в температурном диапазоне 4,2 ÷ 1000 К, что проявилось в развитии физических основ и принципов прогнозирования и получения новых термометрических материалов и реализации на их основе термоэлементов электрорезистивных и термоэлектрических термометров. Впервые на основе результатов исследования кристаллической и электронной структур термометрических материалов Zr1-xYxNiSn, Zr1-xLuxNiSn, Zr1-xHoxNiSn, Zr1-xErxNiSn и Zr1-xTmxNiSn, а также их электрокинетических и магнитных характеристик в температурном интервале 4,2 ÷ 1000 К осуществлено прогнозирование термометрических характеристик термоэлементов электрорезистивных и термоэлектрических термометров на основе представленных выше термометрических материалов. Так, на основе анализа влияния внешнего магнитного поля на изменение электронной структуры термометрических материалов было предсказано, что в термометрических материалах Zr1-xYxNiSn и Zr1-xLuxNiSn отсутствуют локальные магнитные моменты, а значения магнитной восприимчивости в упомянутых материалах будут определяться концентрацией свободных электронов (парамагнетизм Паули). Экспериментальные исследования магнитной восприимчивости термометрических материалов Zr1-xYxNiSn и Zr1-xLuxNiSn подтвердили результаты расчета их электронной структуры, что магнитное состояние вещества в основном определяют свободные электроны, а экспериментальные исследования электрокинетических характеристик указанных материалов показли их нечувствительность к влиянию внешнего магнитного поля. Данные исследования позволили предположить, что и термометричекие характеристики термоэлементов электрорезистивных и термоэлектрических термометров, выполненные на основе термометрических материалов Zr1-xYxNiSn и Zr1-xLuxNiSn, также будут нечувствительны к влиянию внешнего магнитного поля. Розработаны, изготовленн и апробированны термометрические элементы электрорезистивных и термоэлектрических термометров, у которых термочувствительный элемент и ветка термопары, соответственно, изготовлены из термометрических материалов Zr1-xYxNiSn, Zr1-xLuxNiSn, Zr1-xHoxNiSn, Zr1-xErxNiSn и Zr1-xTmxNiSn. Установлены закономерности функций преобразования электрорезистивных и термоэлектрических термоэлементов на основе исследованных термометрических материалов со стабильными и возобновляемыми характеристиками в температурном диапазоне 4,2 ÷ 1000 К. Впервые показано, что нечувствительность к влиянию внешнего магнитного поля термометрических характеристик термоэлементов электрорезистивных и термоэлектрических термометров на основе термометрических материалов Zr1-xYxNiSn и Zr1-xLuxNiSn связано с реализацией состояния парамагнетизма Паули в таких материалах. Реализация термоэлементов электрорезистивных и термоэлектрических термеметров на основе исследованных термометрических материалов расширяет круг термоэлементов с однозначними зависимостями и позволяет управлять характеристиками термометрического материала. The ground and the new address important scientific problems applied to improve the accuracy and reliability of temperature measurement in the presence of external magnetic field in the temperature range 4,2 ÷ 1000 K, which is the development of private foundations and principles of forecasting and obtain new thermometric materials and implementation on the basis of thermoelements electrical resistive and thermoelectric thermometers. For the first time on the basis of studies of crystal and electronic structures of thermometric materials Zr1-xYxNiSn, Zr1-xLuxNiSn, Zr1-xHoxNiSn, Zr1-xErxNiSn и Zr1-xTmxNiSn, and their electrokinetic and magnetic characteristics in the temperature range 4,2 ÷ 1000 K by forecasting thermometric characteristics of thermoelements of electrical resistive and thermoelectric thermometers. From the analysis of the external magnetic field to change the electronic structure of thermometric materials were projections that thermometric materials Zr1-xYxNiSn and Zr1-xLuxNiSn with no local magnetic moments and magnetic susceptibility values in these materials will be determined by the concentration of free electrons (Pauli paramagnetism). On the basis of thermometric materials Zr1-xYxNiSn, Zr1-xLuxNiSn, Zr1-xHoxNiSn, Zr1-xErxNiSn and Zr1-xTmxNiSn realized thermoelements of thermoelectric and electrical resistive thermometers and established patterns of transformation functions with stable and reproducible characteristics in the temperature range 4,2 ÷ 1000 K. For the first time shown the insensitivity to external magnetic field of thermometric characteristics of thermoelements of electrical resistive and thermoelectric thermometers based on thermometric materials Zr1-xYxNiSn and Zr1-xLuxNiSn associated with implementation of the Pauli paramagnetism of these materials.