ИМПУЛЬСНЫЙ ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01L37/04 H02N11/00 

Изобретение относится к термомагнитным явлениям физики и может быть использовано для преобразования тепловых импульсов в импульсы электрического тока, например в копировальных устройствах, устройствах отображения информации, медицинских приборах для снятия тепловых карт различных органов и т.п.

Известно устройство магнитно-теплового двигателя, работающего от энергии термальных вод или солнечной энергии, описанной в авт.св. СССР N 1617186, за 1988 г, по кл. F 03 G 7/00,
Известное устройство, обладающее спецификой работы от термальных вод, не приспособлено для работы от импульсного теплового излучения и принципиально не позволяет преобразовывать тепловые импульсы в импульсы электрического тока.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является термореле, описанное в авт.св.СССР N 1413446, Н 01 Н 37/58, за 1988 г. которое содержит термочувствительный элемент и постоянные магниты, а также исполнительные электрические контакты. Постоянные магниты выполнены из специального ферромагнитного материала, обладающего свойством фазового перехода в точке Кюри. В исходном состоянии контакты термореле разомкнуты. По мере приближения температуры контролируемого объекта к области магнитного фазового перехода магнитов, последние начинают переходить в паромагнитное состояние, в результате чего происходит перемещение поршня, замыкая захваты реле.

Недостатком известного устройства является его инерционность, а также невозможность с его помощью осуществлять преобразование тепловых импульсов в импульсы тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащее ферромагнитный элемент и постоянный магнит, введены пружина, корпус, индуктивная катушка и шток, причем ферромагнитный элемент выполнен в виде прямоугольного полого стакана с теплоприемной площадкой-дном, а индуктивная катушка фиксируется неподвижно относительно корпуса, а постоянный магнит, преодолевая противодействие пружины, может перемещаться внутри стакана из ферромагнитного материала.

Сущность изобретения состоит в том, что при достижении определенной температуры нагрева ферромагнитного элемента последний претерпевает фазовый переход в точке Кюри и переходит в парамагнитное состояние, в результате чего между ферромагнитным элементом и постоянным магнитом возникает сила F, втягивающая постоянный магнит в ферромагнитный стакан и равная:

где m масса ферромагнитного элемента;
σ намагниченность ферромагнитного элемента;
Т температура нагрева ферромагнитного элемента;
Н напряженность магнитного поля.

Одновременно передвигающийся постоянный магнит внутри индуктивной катушки наводит в ней электродвижущую силу, которая в нагрузке создает электрический ток.

При импульсном воздействии тепла в катушке и нагрузке будет формироваться импульс тока.

На фиг. 1 представлен эскиз простейшего варианта реализации импульсного термомагнитного преобразователя; на фиг.2 теплоприемное поле, составленное из (n•m) импульсных термомагнитных преобразователей.

Импульсный термомагнитный преобразователь содержит термомагнитный элемент 1, постоянный магнит 2, пружину 3, индуктивную катушку 4, корпус 5 и шток 6, причем ферромагнитный элемент 1, выполненный в виде теплоприемной площадки 1.1, являющийся дном прямоугольного полого стакана 1,2, и индуктивная катушка 4 фиксируются неподвижно относительно корпуса 5, а постоянный магнит 2, преодолевая противодействие пружины 3, может перемещаться внутри индуктивной катушки 4, и внутри стакана 1.2 ферромагнитного элемента 1.

Для пояснения на фиг;1 показаны направления действия теплового импульса 7 и силы F, а также выход 8 индуктивной катушки 4, являющейся выходом устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда температура излучения контролируемого объекта ниже точки Кюри, магнит 2 притянут к торцевой поверхности дна стакана 1.2. ферромагнитного элемента 1 и сжимает пружину 3.

При проецировании теплового излучения 7 на площадку 1.1, по мере приближения температуры нагрева ферромагнитного элемента выше точки Кюри, последний переходит в парамагнитное состояние и при заданном пороговом значении температуры термочувствительного элемента происходит выталкивание магнита 2 из стакана 1.2. под действием растяжения пружины 3. Совершая движение магнит 2 относительно неподвижной катушки 4 на ее выходе 8 индуцируется электродвижущая сила и возникает электрический ток. Периодическое или импульсное облучение (нагревание) термочувствительного элемента 1 приводит к генерированию биполярного импульса напряжения (тока).

Отдельно взятый импульсный термомагнитный преобразователь может использоваться как датчик в системах контроля, сигнализации, управления и т.п.

Одновременное использование нескольких импульсных термомагнитных преобразователей, составленных, например, в теплоприемное поле (см.фиг.2), позволяет значительно расширить функциональные возможности устройства. Если выходы 8 каждого импульсного преобразователя соединены с соответствующими входами матричного электромеханического печатающего устройства, образующих строго соответствующую теплоприемному полю матрицы, то в соответствии с рисунком теплового воздействия оказывается возможным получать печатные копии, как например, при копировании чертежей с использованием теплопоглощающего красителя и лазерным сканированием объекта.

Аналогично предыдущему, данное устройство на основе импульсного термомагнитного преобразователя может быть использовано в виде тепловизора в медицинской практике, для снятия тепловых карт тела человека с целью обнаружения больных органов, а также для снятия тепловых карт, работающих электронных печатных плат с целью выявления перегружаемых интегральных элементов, выделяющих повышенный уровень тепла и т.п.

Использование: в области электротехники. Сущность: импульсный термомагнитный преобразователь содержит ферромагнитный элемент и постоянный магнит, ферромагнитный элемент выполнен в виде прямоугольного полого стакана с теплоприемной площадкой - дном и индуктивная катушка фиксируется неподвижно относительно корпуса, а постоянный магнит, преодолевая противодействие пружины, может перемещаться внутри индуктивной катушки и внутри стакана ферромагнитного элемента. 2 ил.

Импульсный термомагнитный преобразователь, содержащий ферромагнитный элемент и постоянный магнит, отличающийся тем, что в него введены пружина, корпус, индуктивная катушка и шток, причем ферромагнитный элемент выполнен в виде прямоугольного полого стакана с теплоприемной площадкой-дном, и индуктивная катушка фиксируется неподвижно относительно корпуса, а постоянный магнит, преодолевая противодействие пружины, может перемещаться внутри индуктивной катушки и внутри стакана ферромагнитного элемента.