СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА РАБОЧЕГО СПАЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H01L35/34 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при диагностике наличия дефектов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя (ТЭП).

Наличие в сварном шве и околошовной зоне микротрещин, непроваров, свищей, утонения электродов больше допустимого приводит к преждевременному разрушению рабочего спая ТЭП. Известны способы выявления дефектов рабочих спаев, заключающиеся в проведении внешнего осмотра, например, с применение оптических приборов и рентгеновского просвечивания.

Первый метод позволяет выявить только поверхностные дефекты шва и околошовной зоны. Рентгеновское просвечивание выявляет наличие микротрещин и глубину проплавления электродов в сварном шве. Данный способ является трудоемким, т. к. для выявления дефектов необходимо просвечивание в нескольких направлениях, а также требует специального оборудования и помещения. Дефектоскопия методом рентгеновского просвечивания применяется при изготовлении ТЭП, отвечающих требованиям Госатомнадзора.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому является способ термоудара, заключающийся в следующем. Рабочий спай прогревают до температуры около 400^oC в течение 5 мин с последующим резким охлаждением в воде. На чувствительной аппаратуре ведется запись переходного процесса изменения электросопротивления ТЭП. При наличии дефектов в спае процесс изменения электросопротивления идет не монотонно, а с выбросами, причиной которых является появление или расширение микротрещин. Недостатком данного способа является то, что его применение приводит к изменению статической характеристики ТЭП вследствие интенсификации диффузионно-релаксационных процессов в термоэлектродных материалах при скоростях изменения температуры выше 5 Kc^-1. При этом величина изменения статической характеристики ТЭП может превысить допустимые отклонения от номинальной статической характеристики, нормируемые ГОСТ Р 50341-92. Применение данного метода приводит к необходимости повторного определения статической характеристики проверяемого ТЭП. Высока трудоемкость прототипа приводит к тому, что метод термоудара целесообразно применять при дефектоскопии около 10% ТЭП.

Перед авторами стояла задача создания надежного способа контроля качества рабочего спая ТЭП методом неразрушающего контроля, позволяющего достичь цели с небольшими трудозатратами.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля качества рабочего спая ТЭП, включающем изменение температуры его рабочего спая, предлагается изменение температуры проводить импульсом постоянного электрического тока в направлении от отрицательного электрода к положительному, а о качестве рабочего спая ТЭП судить по результатам сравнения термоЭДС проверяемого и эталонного ТЭП, зарегистрированных в момент отключения электрического тока. Предлагается также выбрать величину тока и бдительность его импульса таким образом, чтобы суммарное тепловыделение для эталонного ТЭП, в момент отключения тока, равнялось нулю.

Изменение температуры рабочего спая импульсом постоянного электрического тока в направлении от отрицательного электрода к положительному позволяет отнормировать длительность и величину импульса тока для каждого типа эталонного ТЭП в зависимости от диаметра термоэлектрода. Таким образом достигается указанный технический результат.

Изобретение реализуют следующим образом. Для заведомо хорошего ТЭП, проверенного всеми доступными методами, подбирают величину тока и длительность импульса таким образом, чтобы в момент отключения тока суммарное тепловыделение в рабочем спае равнялось нулю или было близким к нему. Суммарное тепловыделение при прохождении электрического тока через рабочий спай определяется тремя процессами: поглощением тепла за счет эффекта Пельтье, выделением тепла за счет омического нагрева и подводом-отводом тепла за счет теплопроводности термоэлектродов. На чертеже представлена осциллограмма процесса, где E термоЭДС, T время, t₁ момент начала пропускания тока, t₂ момент отключения тока. Кривая 1 получена для качественного (эталонного) ТЭП, кривая 2 для дефектного. На осциллограмме видно, что в момент отключения электрического тока термоЭДС ТЭП с дефектным рабочим спаем заметно выше начального уровня, а термоЭДС эталона не изменилось. Это обусловлено тем, что в дефектном спае за счет внутренних дефектов или утонения шва возросло его электрическое сопротивление, а следовательно, и тепловыделения и, как следствие, регистрируемая термоЭДС. Рост термоЭДС для обоих ТЭП после окончания токового импульса свидетельствует о наличии теплоподвода от термоэлектродов к рабочему спаю.

Приведенный пример демонстрирует, что подбором величины и длительности импульса электрического тока можно добиться отсутствия реакции качественного рабочего спая на токовый импульс, что упрощает процесс диагностики наличия дефектов, т. к. отпадает необходимость постоянного сравнения величины изменения термоЭДС, проверяемого ТЭП с термоЭДС эталонного ТЭП. Для оценки качества рабочего спая достаточно сравнения полученного сигнала с начальным уровнем термоЭДС. Так экспериментально установлено, что если на эталонный ТЭП типа ХК, выполненный из кабеля с наружным диаметром 3 мм и диаметром электродов 0,65 мм (ТУ 16-505. 757-75) подать токовый импульс величиной 2А и длительностью 0,7 с, то в момент отключения электрического тока термоЭДС будет равна той, которая была до подачи токового импульса. Для ТЭП аналогичных размеров, но типа ХА параметры токового импульса составляют 2А и 0,4 с.

Характеристики токового импульса можно подобрать и таким образом, чтобы реакция на импульс качественного рабочего спая была отрицательная или положительная. В этом случае возникает необходимость определения численного значения величины изменения термоЭДС для проверяемого ТЭП и ее сравнения с величиной для эталонного ТЭП.

Использование изобретения позволит производить качественную оценку качества спая для 100% производимых ТЭП с незначительными затратами материальных ресурсов и без нарушения их метрологических характеристик.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при диагностике наличия дефектов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя (ТЭП). Сущность изобретения: температуру рабочего спая изменяют пропусканием импульса электрического тока, направленного от отрицательного электрода к положительному. Измеряют термоЭДС ТЭП в момент отключения электрического тока и сравнивают ее значение с термоЭДС эталонного ТЭП, полученной при аналогичных условиях, а по результатам сравнения судят о качестве спая. Положительный эффект заключается в возможности производить оценку качества рабочего спая ТЭП с незначительными затратами и без нарушения метрологических характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля качества рабочего спая термоэлектрического преобразователя, заключающийся в изменении температуры рабочего спая, отличающийся тем, что изменение температуры рабочего спая проводят импульсом постоянного электрического тока в направлении от отрицательного электрода к положительному, регистрируют термоЭДС, а о качестве рабочего спая судят по результатам сравнения величины термоЭДС, зарегистрированной в момент отключения электрического тока, с величиной термоЭДС эталонного термопреобразователя, зарегистрированной при аналогичных условиях. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину тока и длительность его импульса выбирают так, чтобы суммарное тепловыделение для эталонной термопары в момент отключения тока равнялось нулю.