Способ определения энергии, отбираемой с эмиттера термоэмиссионного преобразователя Советский патент 1989 года по МПК H01J45/00 

31380530

переводе ТЭП из режима разомкнутой цепи в токовый режим подводимую для нагрева эмиттера мощность поддерживают постоянной в течение всего процесса измерений, а после перевода ТЭП в режим с заданным током I измеряют зависимость напряжения на электродах V от времени t В течение времени замыкания tjniM равного JQ

,85(5,

fcj

относительная ошибка в из- 5 мерении Q. связанная с

непостоянством Т

к

температура коллектора. К; удельная теплоемкость материала коллектора при

Дж

кг гр;

масса коллектора, кг; d - величина межэлектродного

зазора, м; Sg- рабочая (токовая) площадь поверхности эмиттера, затем ТЭП переводят в режим разомкнутой цепи и имцульсио. измеряют участок его вольт-амперной характеристики, содержащий заданную величину тока I, причем промежуток времени мелуту измерительными импул5 сами Т выбирают равным

рении Qg, связанная с конечным числом измерительных импульсов;

а продолжительность измерительного импульса L выбирают из условия

еJQ

1),

5

dV dt

|Н dt

заданном токе I. определяемый экспериментально при измерении вольт- амперных характеристик ТЭП при заданном давлении цезия, , d и разных

- производная V от t в точке , при разомкнутой цепи;

20

у ок , е25

30

40

- производная V от t в точке V Vi , в токовом режиме при заданном токе

- I.

Пример осуществления спосо&а.

В стационарном температурном режиме при разомкнутой цепи фиксируют, подводимую для нагрена эмиттера мощность и затем замыкают цепь на нагрузку, обеспечивающую заданную величину токи I, и одновременно начинают измерять зависимость напряжения на электродах V от времени t. По истечении времени л, цепь размыкают и через промежутки времени Т периодически замыкают ее на время f , в течение которого нагрузка меняется в пределах, обеспечивающих измерение участка вольт-амперной характеристики, содержащего заданную величину тока I. По этим данным получают зависимость напряжения на электродах от времени в режиме холостого хода. По результатам измерений численно или графически определяют

производные

dV dt

d t

при одина

Преимущественная область использования изобретения - экспериментальное изучение физики процессов и измерения тепловых потоков в термоэмиссионных преобразователях (ТЭП). Цегь изобретения - повьпяение точности измерений энергии Q, отбираемой с эмиттера ТЭП при прохождении через него тока. Для ее достижения в способе измерения Qj в ТЭП по скорости измерения его параметров в нестациоИзобретение относится к физике и технике термоэмиссионного преобразователя энергии (ТЭП), Преимущественная область использования - экспериментальное изучение физики процессов и измерение тепловых потоков в ТЭП. Целью изобретения является повьше- ние точности измерений энергии (Хэ, отбираемой с эмиттера ТЭП при прохождении через него тока. Поставленная цель достигается за счет обеспечения условий, позволяюнарном температурном режиме при не реводе ТЭП из режима разомкнутой це-- пи в токовый режим подводимую дл нагрева эмиттера мощность поддср.ки- вают постоянной в течение всего , - цесса измерений, а после переводи ТЭП в режим с заданным током I измеряют зависимость напряжения па электродах V от времени t в течение времени подключения ТЭП к нагрузке, затем ТЭП переводят в режим разомкнутой цепи и импульсно измеряют участок его вольт-амперной характер истики, содержащей заданную величину тока, а Q, определяют из выражения Q СэШз/2.10-3 dV dt dV dt где C - удельная теплоемкость ма(С С/) териала эмиттера. m - масса ,x тара, --/ и dV,H dt производные at uu V от t при разомкнутой цепи и в токовом режиме при заданном токе I соответственно. щих исключить из рассмотрения переточки тепла между эмиттером ТЭП и его конструкционными элементами. Кроме того,об изменении температуры эм i г- тера (Т) судят по величине iiaiii ния на электродах ТЭП, которое v-i тельно чувствительнее к 1, чог: термопары, притом безынерционно. Для достижения указашгоГ ne.-i i i способе измерения в о ски - рости изменения его ппраметров в нестационарном температурном режиме ntni со 00 О ел со о .....к

210 с (5. Qa-T,

.

относительная ошибка в измерении Qj, связанная с конечной длительностью импульса,

после чего (р опраделяют по формуле

Cem ridVC ldV«) -d LlcTtl IdE J

где a 2 10 - коэффициент пропорциональностимежду dV-и dTjnpn

0

5

ковых значениях V в токовом режиме и при разомкнутой цепи и по формуле вычисляют Qg.

Рассматривают временные параметры 13Q , Т иТспособа измерения Q и оценивают погрешность измерений в экспериментальном ТЭП с обыч- нь№1и для него параметрами. Цилиндрический эмиттер с диаметром рабочего участка 10 м, с отверстием под нагреватель диаметром 6-10 м, длиной м, зазором между эмиттером и коллектором d м, цилиндричей}fmi коллектор с наружным диаметром 7 и длиной 410 м. Материал эмиттера и коллектора - молибден, К, Т 900 К, Удельная теплоемкость эмиттера при Т

180 К - Сэ 320

Дж

кг. гр

удельная

теплоемкость коллектора при Т,, - 900 К - С., 270 . Масса кг.гр

эмиттера шэ 10,1-2,01 10 20,, масса коллектора тк 10,Ы50,210 1,517 кг, площадь рабочей поверхности электродов S 12.6-10 м. Находят t.,t, , из выражения (1) при котором s Q не превосходит заданной величины

6,13-10 t Q3 0,001,

то t4J,y, 6 с. При j 1 «10 А/м

Q 22,7 - 50,4 Вт и дТэ (21-46) К;

что соответствует дУ% (4-9)- . При jcylO А/м для получения того

же диапазона изменения V потребуется 10 раз меньше, и погрешность (3-и J будет около 1 По формуле (2) определяют время между йз iepитeл

ными импульсами Т, (O L) 130;

. t jq н

10-% j 6 с получают Т 1,7 с; при j

10 А/м , t3c 0,6- с и Т «i 1,7 с, погрешность измерения ,получается около 10. При Т 1,7 с продолжительность измерительного импульса Т, чтобы погрешность (i Q э не пре- восходила , должна быть с 10 Т 1,7 10 с, что выше нижнего предела для С. Таким образом, суммарная погрешность измерения cJОд Р плотности тока 10 А/м не превьш1ает З Ю , а при плотности тока 10 А/м 1,2-10

Формула изобретения

Спс Соб определения энергии, отбираемой с эмиттера термозмиссионного преобразователя при прохождении через него тока, включающий стабилизацию температуры электродов преоб- разователя в режиме холостого тока, соединение преобразователя с нагрузкой обеспечивающей прохождение тока I, измерение напряжения на э//е

ктродах и оценку энергии, отбираемой. с эмиттера, отличающийся тем, что, с целью повышения точнности, обеспечивают постоянство тепловой мошности, подводимой к эмиттеру, время подкхиочения преобразователя, к нагрузке выбирают из выражения

Тк

-3QM

:.

-tL 0,. (5,8-10 + --) 7

где С - удельная теплоемкость материала коллектора, Дж .

20

25

30

5

0 5

0

j

т - масса коллектора, кг; SQl относительная ошибка измерений, связанная с непостоянством температуры коллектора;

5ц - площг-дь поверхности эмиттера, с которой отбирается электрический ток,

Т - температура коллектора. К;

d - величина межэлектродного зазора, м,

определяют зависимость напряжения на электродах преобразователя от времени при работе на нагрузку, отключают преобразователь бт нагрузки, периодически измеряют вольт-амперные характеристики в течеш е времени Г с интервалами Т, выбираемыми из выражений

,2 1 (Г С с, Т . «1 ;

.П/г

Г

----- (5,8 VrT

с

10 ЧМ

- f X . I I I 1 о.

V -ioM

где относитлеьная ошибка, связанная с длительностью измерения вольт-амперной характеристики;

(Qg- относительная ошибка измерений, связанная с числом измерительных импульсов; Сд - удельная теплоемкость материала эмиттера, .

кг, г

масса эмиттера, кг; Тд- температуря эмиттера, К ,

определяют зависимость напряжения на электродах преобразователя от времени в режиме холостог о хода, при одинаковых напряжениях ня электродах

713805308

преобразователя из зависимостей на- хода g оценку мощности отбирапряжения от времени определяют скоро- -- - Icit

сти изменения напряжения при работе емой с эмиттера Qj осуществляют из

выражения на нагрузку dV 1 и в режиме холостого П С э-и э hdVl dV г.. i

dEI.