Upon creation of precision temperature control systems it is necessary to consider many factors affecting the functional and operational characteristics of thermoelectric systems. In this work, the created metrological assurance for studying and monitoring the parameters of thermoelectric materials, structures and devices at all stages of the development and production of thermoelectric systems is considered. The developed and obtained effective nanostructured materials on the basis of BiTeSe and BiSbTe with dimensionless thermoelectric figure of merit of 1.16 and 1.24, respectively, are presented. Complex studies of these materials were carried out, the mechanisms of electrical and thermal conductivity were determined, and the relationship between their structure and parameters was established. The technology of metal-dielectric commutation matrices based on oxidized aluminum alloys for thermoelectric modules was developed. The kinetics of growth of porous anodic oxide films on aluminum alloys was determined. Connection formation techniques and employed contact materials in thermoelectric modules are substantiated, the specific contact resistance of which is 10–9 Ohm·m2 and the adhesion strength is up to 19 MPa. A technology for sealing thermoelectric modules with increased reliability and mechanical strength was developed. Design criteria were determined and justified, based on which the power supplies for thermoelectric systems were manufactured, having low pulsation level (0.3 %) and high efficiency (93 %). To calculate temperature in electronic thermometers mathematical models allowing the temperature determination within the accuracy of 5·10–3 K have been developed and justified. The presented high-precision electronic temperature measuring instruments, as well as precision thermoelectric thermostats, calibrators, heat and cold chambers have operating temperatures ranging from –50 to +60 °C.
При создании прецизионных систем регулирования температуры необходимо учитывать множество факторов, которые влияют на функциональные и эксплуатационные характеристики термоэлектрических систем. В работе рассмотрено метрологическое обеспечение для исследования и контроля параметров термоэлектрических материалов, структур и приборов на всех этапах разработки и изготовления термоэлектрических систем. Представлены разработанные и полученные эффективные наноструктурированные материалы на основе BiTeSe и BiSbTe с безразмерной термоэлектрической добротностью 1,16 и 1,24 соответственно. Проведены комплексные исследования данных материалов, определены механизмы электро- и теплопроводности, установлена взаимосвязь между структурой и их параметрами. Разработана технология металл-диэлектрических коммутационных матриц на основе оксидированных сплавов алюминия для термоэлектрических модулей. Определена кинетика роста пористых анодных оксидных пленок на сплавах алюминия. Обоснованы способы формирования и применения материалов контактов в термоэлектрических модулях, удельное контактное сопротивление которых равно 10–9 Ом·м2, а адгезионная прочность составляет до 19 МПа. Разработана технология герметизации термоэлектрических модулей с повышенной надежностью и механической прочностью. Определены и обоснованы критерии проектирования, на основе которых изготовлены источники питания для термоэлектрических систем с низким уровнем пульсаций (0,3 %) и высоким КПД (93 %). Для расчета температуры в электронных термометрах разработаны и подтверждены математические модели, позволяющие определять температуру с точностью до 5·10–3 К. Представленные высокоточные электронные средства измерения температуры, а также прецизионные термоэлектрические термостаты, калибраторы, камеры тепла и холода имеют рабочие температуры от –50 до +60 °С.