УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ В РАБОЧЕМ СПАЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК G01K15/00 

Заявляемое изобретение относится к термометрии и может быть использовано при оценке качества изготовления термоэлектрического преобразователя.

Известно применение рентгеновской аппаратуры для контроля качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя. Однако применение рентгеновского аппарата сопряжено со значительными технологическими трудностями, в частности по обеспечению радиационной безопасности персонала. Рентгеновское просвечивание выявляет наличие микротрещин и глубину проплавления электродов в спае, однако, для получения полной характеристики шва и околошовной зоны требуются рентгенограммы шва в 3-4 направлениях при 5-10 кратном увеличении. Использование рентгенографии для дефектоскопии большого количества термоэлектрических преобразователей требует больших затрат времени, специального оборудования и специально подготовленного помещения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является технологическое оборудование, применяемое в методе, предполагающем прогрев рабочего спая при 360°С в течение 5 минут и резкое охлаждение в воду. При этом на чувствительной аппаратуре ведут запись переходного процесса изменения электрического сопротивления термоэлектрического преобразователя. При некачественном изготовлении спая на диаграммной ленте появляются выбросы, причина которых - резкое изменение электрического сопротивления вследствие появления микротрещин /Температурные измерения. Справочник. Издательство «Наукова думка», 1984, с.384/. Таким образом, для осуществления указанного метода необходимо средство для нагрева рабочего спая и его охлаждения, а также прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени.

Недостатком устройства по прототипу является его громоздкость, неудобство в эксплуатации, низкая производительность. Как правило, для подтверждения наличия дефектов проводят не менее 2-3 термоударов. Совокупные затраты времени на нагрев, выдержку и повторение термоударов достигают значительных до 30-40 минут затрат времени. При этом применение термоударов может вызывать изменение статической характеристики термоэлектрического преобразователя. Величина изменения электрического сопротивления зависит от скорости охлаждения и количества термоударов, что снижает достоверность измерений.

Перед авторами стояла задача по созданию устройства для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, включающее прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно содержит источник постоянного напряжения, соединенный с входом в коммутатор, который оснащен клеммами для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, управляющие катушки силового реле и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство, вход прибора для регистрации переходных процессов соединен с выходом коммутатора, контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного напряжения, либо с прибором для регистрации переходных процессов, а контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя.

Дополнительно предлагается оснастить устройство усилителем сигнала термоэлектрического преобразователя, вход которого соединен с выходом из коммутатора, а выход соединен с входом в прибор для регистрации переходных процессов.

Технический результат заключается в повышении производительности и достоверности диагностики качества соединения электродов в рабочем спае.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого устройства, где 1 - источник постоянного напряжения, 2 - коммутатор, 3 - таймер, 4 - пусковое устройство, 5 - усилитель, 6 - термоэлектрический преобразователь, 7 - прибор для регистрации переходных процессов, 8 - клеммы для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, 9 - управляющая катушка силового реле, 10 - управляющая катушка сигнального реле, 11 - контакты силового реле, 12 - контакты сигнального реле.

Устройство работает следующим образом.

Электроды проверяемого термоэлектрического преобразователя 6 подключают к клеммам коммутатора 8. При этом в исходном состоянии контакты силового 11 и сигнального 12 реле коммутатора 2 соединяют электроды преобразователя 6 с входом прибора 7, который регистрирует начальную термоэлектродвижущую силу E₁. При нажатии на кнопку «ПУСК» включается таймер 3, сигнал с таймера поступает на пусковое устройство 4, где формируются команды на включение силового и сигнального реле коммутатора 2. Причем команда на включение сигнального реле и соответственно отключение прибора от коммутатора начинается раньше и кончается позже, чем команда на включение силового реле. В течение заданного таймером 3 времени через термоэлектрический преобразователь 6 пропускается ток обратной полярности.

При пропускании тока обратной полярности по преобразователю 6 («+» источника постоянного напряжения 1 соединен с «-» термоэлектрического преобразователя 6) в самом спае проявляются одновременно три тепловых процесса:

- поглощение теплоты за счет эффекта Пельтье;

- выделение теплоты за счет омического нагрева спая;

- подвод (отвод) тепла к спаю от термоэлектродов.

Количество теплоты Пельтье, поглощающееся в спае:

Q_п=I·Π·τ,

где Q_п - количество теплоты Пельтье, Дж;

I - величина тока в цепи, А;

Π - коэффициент Пельтье для данной пары проводников, В;

τ - время протекания тока, с.

Одновременно пропускаемый по преобразователю ток вызывает омический нагрев рабочего спая. Количество тепла, выделяющегося в спае, определяется по формуле

Q_д=I²·τ·R_сп,

где Q_д - количество джоулевой теплоты, Дж;

I - величина тока в цепи, А;

τ - время протекания тока, с;

R_сп - сопротивление непосредственно спая, Ом.

Величина подвода (отвода) тепла по термоэлектродам зависит от величины и знака градиента температуры вдоль термоэлектродов в непосредственной близости от спая:

Q_т=q·S=(λ/δ)·ΔT·S,

где Q_т - количество теплоты подводимое (отводимое) к спаю за счет теплопроводности, Дж;

S - сечение проводников, м²;

ΔT - перепад температур в зоне около перехода, К;

λ - теплопроводность материала термоэлектродов, (В/мК);

δ - расстояние от источника тепловыделения до перехода, м.

Интегральное количество теплоты, выделившейся в зоне спая, определяется алгебраической суммой 3-х составляющих (Q_п, Q_д, Q_т) и может быть как больше, так и меньше нуля.

После окончания импульса постоянного электрического тока, коммутатор 2 подключает термоэлектрический преобразователь 6 к прибору 7 и регистрируется величина термоэлектродвижущей силы Е₂.

Для заведомо хорошего преобразователя, проверенного всеми доступными методами, подбираются номинальные параметры величина тока I_н и длительности времени пропускания тока τ_и такими, чтобы суммарное тепловыделение Q в спае в момент времени τ₂ - окончания пропускания тока равнялось нулю.

У термоэлектрических преобразователей, спай которых не имеет дефектов, не изменяется регистрируемая в момент окончания пропускания тока величина термоэлектродвижущей силы. Как было указано выше, наличие технологического дефекта в рабочем спае вызывает увеличение электрического сопротивления спая. Следовательно, при подаче на термоэлектрический преобразователь с дефектным спаем токового импульса с номинальными параметрами I_н и τ_и возрастет количество выделяющегося джоулевого тепла Q_д. Суммарное количество выделившейся в зоне спая теплоты Q_д и Q_т превысит количество поглощаемой теплоты Пельтье Q_п. Вследствие этого у термоэлектрических преобразователей, спай которых имеет дефект, регистрируемая в момент окончания пропускания тока величина термоэлектродвижущая сила Е₂ становится больше величины термоэлектродвижущей силы E₁, зарегистрированной до пропускания тока. Превышение величины Е₂ над Е₁ свидетельствует о наличии дефекта в рабочем спае.

Устройство содержит источник постоянного напряжения, коммутатор, таймер, пусковое устройство и прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик термоэлектрического преобразователя. Управляющие катушки силового реле коммутатора и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство. Контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного тока, либо с прибором для регистрации переходных процессов. Контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя. Изобретение направлено на повышение производительности контроля и повышение достоверности диагностики качества соединения электродов в рабочем спае. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, включающее прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени, отличающееся тем, что оно содержит источник постоянного напряжения, соединенный с входом в коммутатор, который оснащен клеммами для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, управляющие катушки силового реле и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство, вход прибора для регистрации переходных процессов соединен с выходом коммутатора, контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного напряжения, либо с прибором для регистрации переходных процессов, а контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит усилитель сигнала термоэлектрического преобразователя, вход которого соединен с выходом из коммутатора, а вход соединен с входом в прибор для регистрации переходных процессов.