Устройство для измерения термоэлектрической эффективности термоэлементов Советский патент 1988 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

Изобретение относится к тепло- физическим измерениям и может быть использовано для измерения термоэлектрической эффективности полупроводниковых материалов.

Цель изобретения - повышение точности измерения термоэлектрической эффективности термоэлементов путем учета тепловых потерь с боковой по- верхности термоэлемента.

На чертеже показана электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит термоэлемент 1, дополнительный термоэлемент 2, первую 3, вторую 4, третью 5 и четвертую 6 металлические пластины, первую 7, вторую 8, третью 9 и четвертую 10 термопары, первьй 11, второй 12 и третий 13 переключатели, переменньй 14, образцовый 15, первый дополнительный 16 и второй дополнительный

17резисторы, источники постоянного

18и переменного 19 тока, индикатор

20 нуля переменного тока, измерительный прибор 21 постоянного тока, тепло ПРОВОДЯ1ЦИЙ блок 22 и теплоизоляционное основание 23.

Измерение термоэлектрической эффективности Z термоэлемента осуществляется следующим образом.

Сначала теплопроводящий блок 22 устанавливается в положение, когда он не имеет контакта с пластиной 3. Переключатели 13, 12 и 11 соответст- венно соединяют термоэлемент 1 с токовым выводом резистора 15, выход источника переменного тока с резисторами 14 и 17, медный вывод термопары 8 и общую точку резисторов 14 и 1 с входом индикатора нуля переменного тока. Сопротивление переменного резистора 14 устанавливается такое, при котором сигнал на входе прибора 20 равен нулю. Затем переключатель 12 соединяет выход источника 18 постоянного тока с резисторами 14 и 17, и после установления стационарного режима переключатель 11 последовательно соединяет с входом прибора 21 медный вывод термопары 8 и общий вывод резисторов 14 и 17, медный вывод термопары 7 и общий вывод резисторов 14 и 17, потенциальные выводы резистора 15 и выводы термопар 8 и 7. При этом прибор 21 соответственно измеряет разности потенциалов U , i/ и,л и температуры Т ,, , Т ,. В этом же положении переключателей измере

ния повторяются при обратном направлении тока (величина постоянного тока остается прежней), при этом прибор 21 соответственно измеряет U ,

и и Т т

II. 11 г 11

Далее теплопроводящий блок 22 соединяется с пластиной 3 и указанные измерения повторяются, при этом прибор 21 измеряет температуры Т , , Т (при прямом направлении тока) и Т , Т (при обратном направлении тока), После этого все такие же измерительные операции, включая и установку нуля на выходе прибора 20, производят для второго термоэлемента 2, который подключается переключателем 13. При этом в измерительную цепь с помощью переключателя 11 вместо термопар 7 и 8 включаются термопары 9 и 10. Прибор 21 в этом случае фиксирует по аналогии с первым термоэлементом в отсутствии теплоотвода разности по- тен1Щалов U , , и,-и температуры

7i

И Т,, для прямого направления

л к тока, разности потенциалов , U,

и температуры ТJ, и , для обратного направления тока и в контакте с теплопроводящим блоком 22 температуры Tj , и Tj для прямого направления тока и температуры Т,, и Т 7г ДЛЯ обратного направления тока.

Термоэлектрическая эффективность рассчитывается по формуле

„ 1 и« X „X,, -1

f 1 f ff

Т, и,

Х,ЛХ„-ьХ„-2)

где Т

Ти + Til

О O i-i-Ujk.,

15 2

X , е:, е;.

П

0:(е;,,)0„(б;, в ;,) ё;;Т0Т бТГ

2J

„ Sh(Arch у,)

Х,о -Arch у,

Г, и ,; + и ;, Un 2

у-. uW + Ujrf

ja - 2

f Т7, -t- т;,

Т 2

Yr

SkR(e:,0;rp;x H0 ei,i

2d, 0,y.

Тк(ек,-б;,,

я - т т

кг i к, ki

„ IIY

ц,

д I rr,HJ,

a т rpiK

kr42 Ki I

d - длина термоэлементов;

S - площадь поперечного сечения термоэлементов;

R - сопротивление образцового

резистора 15,

для первого термоэлемента, для дополнительного термоэлемента.

Расчетные формулы приведены для случая, когда произведение длины на корень квадратный из отношения периметра сечения к площади сечения первого термоэлемента в два раза больше этой величины дополнительного термоэлемента.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения термоэлектрической эффективности термоэлементов, содержащее контролируемый термоэлемент с токовыми контактами, размещенными на его торцах, первый, второй и третий переключатели, две термопары, рабочие спаи которых уста новлены у торцов термоэлемента, а их свободные концы соединены через первый переключатель с измерительным прибором постоянного тока, источник питания постоянного тока, о т л и10

15

20

25

30

35

40

чающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения путем учета тепловых потерь с боковой поверхности термоэлемента, в него пве- дены дополнительный термоэлемент, выполненный из материала контролируемого термоэлемента и отличающийся от него своими размерами, две дополнительные термопары, источник переменного тока, нуль-индикатор переменного тока, четырехплечий резистивный измерительный мост и теплопроводящий блок установленный с возможностью перемещения относительно торцов термоэлементов, при этом оба термоэлемента своими токовыми контактами включены порознь через третий переключатель в одно из плеч резистивного измерительного моста, измерительная диагональ которого соединена через первый переключатель с нуль-индикатором переменного тока и измерительным прибором постоянного тока, а его питающая диагональ подключена через второй переключатель раздельно к источникам переменного и постоянного тока.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что оба термоэлемента выполнены цилиндрической или прямоугольной формы и их размеры связаны между собой соотношением

J /PIV s; - 2

где d, и d - длины

Р, и Р - периметры поперечного

сечения S, и S, - площади поперечного

сечения термоэлементов.

Изобретение может быть использовано для измерения термоэлектрической эффективности полупроводниковых материалов. Цель изобретения - повышение точности измерения термоэлектрической эффективности термоэлемента SI путем учета теплоотдачи с его боковой поверхности. Теплопроводящий блок 22 устанавливается в положение, когда он не имеет контакта с пластиной 3, Переключатели 13,12 и 11 соответственно соединяют термоэлемент 1 с токовым выводом резистора 15, выход источника переменного тока с резисторами 14 и 17, вывод термопары 8 и общую точку резисторов 14 и 17 с входом индикатора нуля переменного тока. Затем переключатель 12 соединяет выход источника 18 постоянного тока с резисторами 14 и 17, и после установления стационарного режима переключатель 11 последовательно соединяют с входом прибора 21, Koropbtfi измеряет разность потенциалов и температуры. В этом же положении переключателей измерения повтг ряются при обратном направлении токп. Термоэлектрическая эффективность рлгсчи- тывается по приведенной формуле, 1 э,п. ф-лы, 1 ил. (Л со со СП