Многоэлементный термопреобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01K7/02 G01R19/03 

4

о:

ts9

00

I Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения величин переменного тока (напряжения, тока, мощности) путем компарирования их по действующему значению с эквивалентными им величинами постоянного тока

Цель изобретения - увеличение отношения .сигнал/шум.

На фиг. 1 изображен многоэлементный термопреобразователь, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А (повернутое на 90) на фиг. 1.

Термопреобразователь содержит ди- электрическую подложку 1, на которой размещены нагреватель 2, термопарная батарея из последовательно соединенных термопар с ветвями 3 и 4 разноименной проводимости, расположенньк послойно и изолированных друг от друга диэлектрическими слоями 5, контактные площадки 6 и 7 нагревателя и термопарной батареи соответственно. В термопарной батарее ветви 3 одного типа проводимости расположены друг над другом и ветви 4 другого типа проводимости также расположены друг . над другом. Последовательно соединенные в одном слое ветви 3 и 4 соедине- ны параллельно на контактных площадках 7. Между слоями термопар в диэлектрических слоях 5 размещены участки нагревателя 2, соединенные параллельно) на контактных площадках 6. При этом сопротивление отдельного участка нагревателя определяется соотношением

R RH (п-1),

о

(1) 40

где RU - сопротивление одного участка нагревателя;

R(( - сопротивление нагревателя; п - количество слоев термопар.

Термопреобразователь работает следующим образом.

При прохождении тока через нагреватель 2 в нем выделяется джоулево тепло, которое разогревает горячие спаи термопар, образованных ветвями 3 и 4.

Вследствие того, что нагреватель 2 вьтолнен в виде участков, расположенных в слоях 5 диэлектрика между слоями термопар, более эффективно используется вьщеляемое в нагревателе джоулево тепло. В данном устройстве тепловое сопротивление между каждым

участком нагревателя 2 и прилегающими к нему слоями термопар незначительно, что способствует увеличению температуры разогрева горячих спаев послойно расположенных термопар. Кроме того, поскольку ни один из участков нагревателя непосредственно не контактирует с подложкой 1, то снижается ее шунтирующее влияние- на тепловой поток, что.также способствует росту температуры горячих спаев.

Вьшолнение участков нагревателя с сопротивлением, определенным соотношением (1), способствует одинаковому вьщелению джоулева тепла в участках нагревателя и более равномерному разогреву горячих спаев термопар все слоев.

Вследствие того, что в термопарной батарее послойно расположены дру над другом ветви одного типа проводимости, уменьшается паразитный тепло- перенос по диэлектрическим слоям 5, разделяющим слой термопар 1. В предлагаемом устройстве несущественна Возможность короткого замыкания между прилегающими слоями термопар, поскольку друг над другом расположены ветви одного типа проводимости. Это позволяет выполнять диэлектрические слои с минимальной толщиной, что способствует снижению паразитного теплового потока по диэлектрическим слоям Кроме того, это увеличивает надежность работы устройства.

Соединение параллельно на контактных площадках 7 последовательно соединенных в одном слое термопар, образованных ветвями 3 и 4, уменьшает сопротивление термопарной батареи Это позволяет уменьшить тепловой шум термопарной батареи, возникающий вследствие хаотичного движения свободных электронов. При этом увеличение числа слоев еще больше снижает сопротивление термопарной батареи.

В результате выполнения термопарной батареи с расположенными друг над другом.ветвями одного типа проводимости и нагревателя из участков, расположенных между слоями термопар, одновременно происходит увеличение чувстви гельности и уменьшение тепловых шумов и в итоге увеличение отношения сигнал/шум. За счет разности температур вдоль термопар создается термоЭДС, являющаяся мерой действующего значения тока.

Многоэлементный термапреобразова- тель выполнен на подложке из слюды с использованием методов термовакуум- ного испарения и высокочастотного распьшения. Нагреватель термопреобразователя из двух соединенньк параллельно участков выполнен из нихрома, термопарная батарея из 60 термопар - соединенные параллельно по три слоя соединенных последовательно 20 термопар с ветвями сурьма -из висмута,диэлектрический слой между слоями термопар - из политетрафторэтилена.

Из данных, характеризующих кон- кретный термопреобразователь - сопротивление нагревателя 120±.10 Ом; сопротивление термобатареи 600+50 Ом; чувствительность 4 В/Вт - следует, что предлагаемый термопреоЬразователь при достаточно высокой чувствительности обладает низким выходным сопротивлением. Формула изобретения

Многоэлементный термопреобразова- тель, содержащий диз лектрическую подложку, нагреватель с контактными площадками и термопарную батарею с контактными площадками из расположенных послойно термопар, последовательно соединенных в каждом слое и изолиро- ванньк диэлектрическими слоями, о т - лича)ощййся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум, в термопарной батарее ветви одного типа проводимости расположены одна над другой, термопары каждого слоя соединены параллельно на контактных площадках, а нагреватель выполнен из отдельных участков, соединенных последовательно и размещенных между слоями термопар, причем сопротивление каждого отдельного участка нагревателя определяется соотношением

К„ 11„ (n-f).

аRH п

сопротивление отдельного участка нагревателя; сопротивление нагревателя; - количество ci ев термопар.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет увеличить отношение сигнал/шум. Мно гоэлементный термопреобразователь содержит термопарную батарею из расположенных послойно термопар, соединенных последовательно в каждом слое. Слои термопар соединены параллельно на контактных площадках. В термопарной батарее ветви одного типа прово-, димости расположены друг над другом. Между слоями термопар размещены участки нагревателя, соединенные последовательно. Сопротивление каждого участка нагревателя R(. определяется соотношением Ru, R(n-l), где R - сопротивление нагревателя; п - количество слоев термопар. 2 ил. о «5

-« 7

Фиг.1

А

Г

.Z

Редактор А.Огар

Составитель В.,Агапова Техред А.Кравчук

Заказ 6498/41

Тираж 607

. ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор М.Шароши

Подписное