УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАЗЕЕБЕКА Советский патент 1974 года по МПК H01J37/00 

1

Изобретение относится к области теплофизических измерений.

Известные устройства для абсолютных измерений коэффициента Зеебека не позволяют проводить измерения в широком диапазоне температур, в частности, они непригодны для исследования свойств металлов и сплавов при комнатных температурах.

Для измерения коэффициента Зеебека в широком диапазоне темпе ратур в предлагаемом устройстве в качестве средства для создания термо э.д.с. использован электроннолучевой индикатор нулевого напряжения, в котором сигнальные отклоняюшие пластины выполнены терморегулируемыми, т. е. либо подогреваемыми, либо охлаждаемыми, и приведены в тепловой и электрической контакт с образцом из исследуемого материала, термоэлектродвижуш,ую силу которого компенсируют источником э. д. с., подключенным к изотермическому разрыву образца проводниками из термоэлектрически однородного материала. Температура сигнальных отклоняющих пластин может регулироваться электрическими нагревателями, отделенными от пластины тонкими слоями диэлектрика. Для облегчения смены исследуемых образцов их размеш;ают за пределами вакуумируемого пространства и присоединяют к термоблокам, впаянным в баллон индикатора и выполняющим роль сигнальных отклоняющих пластин. Для повышения чувствительности индикаторов К термоэ. д. с. образца сигнальные отклоняющие пластины выполняют с малым зазором (2-3) мм и удлиняют в направлении луча. Повыщению чувствительности способствует также пониженная скорость электронов на входе в отклоняющие пластины и использование электронного умножителя, расположенного за отверстием в экране. Для повышения точности измерений термоэ. д. с. между сигнальными отклоняющими пластинами и экраном индикатора введены дополнительные отклоняющие пластины, на которые

от отдельного генератора подается симметричное переменное напряжение, а сигнал с выхода электронного умножителя через узкополосный усилитель поступает на синхронный детектор. Опорное напряжение в

соответствующей фазе снимается с этого же генератора.

На чертеже схематически показано предлагаемое устройство. В вакуумируемый баллон 1 заключены

обычные элементы электронной пушки: подогревный катод 2, управляющий плотностью луча электрод 3, анод 4, система электродов 5 для фокусировки, центровки и замедления электронов. Сигнальные отклоняющие пластины 6 независимо друг от друга термостатируются электрическими нагревателями 7, изолированными от пластин тонкими слоями слюды.

Образец 8 из исследуемого материала прикреплен к пластинам 6, которые также могут быть выполнены из исследуемого материала. Источник компенсирующей э. д. с., величина которой измеряется прибором 9, в микротермостате 10 включен в разрыв образца 8 при помощи проводников из любого термоэлектрически однородного материала.

В микротермостате устанавливается постоя ная температура, близкая к температуре пластин 6, например, за счет теплообмена между введенными в него участками образца 8 при хорошей теплоизоляции их от окружающего пространства. Вторые отклоняющие пластины 11 предназначены для качания электроиного луча в вертикальной плоскости при точных измерениях. Через отверстие в экране 12 луч попадает в электронный умножитель 13, на выходе которого включен токовый прибор 14. Напряжение на пластины 11 подается от генератора 15 симметричного переменного напряжения. При включенном генераторе 15 напряжение на выходе умножителя 13 становится переменным, усиливается узкополоспым усилителем 16 и в синхронном детекторе 17 сравнивается с опорным напряжением, поступающим от генератора 15. Регистрирующий прибор 18 включен на выходе синхронного детектора и является индикатором нулевого напряжения на сигнальных отклоняющих пластинах 6. Датчики температуры 19 служат для измерения температур отклоняющих пластин 6.

Устройство работает следующим образом.

Поток электронов, вылетающих из катода 2 благодаря термоэмиссии, направляется под действием электрического поля к аноду 4 и, пройдя сквозь отверстие в нем, системой электродов 5 фокусируется в узкий луч, замедляется и направляется в пространство между сигнальными отклоняющими пластинами 6. Если напряжение на этих пластинах отсутствует и генератор 15 выключен, траектория луча прямолинейна (штриховая линия на рисунке), а показания прибора 14 максимальны. Такой режим работы реализуется дважды, при настройке устройства, когда температуры пластин 6 одинаковы, а прибор 9 замкнут, и при измерениях, когда интегральная термоэ. д. с. образца 8, возникщая благодая разности температур пластин 6 и сконцентрированная в зазоре между ними, полностью скомпенсирована внещним источником э. д. с., ВКлюченным в разрыв образца 8.

Если компенсация неполная, между пластинами 6 имеется разность потенциалов, вследствие чего электронный луч отклоняется вверх или вниз от прямолинейной траектории и показания прибора 14 уменьщаются. При включенном генераторе 15 электронный луч к тому же качается в вертикальной плоскости, и

плотность электронного потока, прошедшего через отверстие в экране 12, периодияески изменяется. На выходе умножителя 13 появляется переменное напряжение с частотой генератора 15, первая гармоника которого

с выхода узкополосного усилителя 16 подается на синхронный детектор 17, вызывая отклонение стрелки прибора 18. Величина напряжения, подаваемого от генератора 15 на пластины 11, и фаза опорного напряжения на синхронном детекторе подбираются так, чтобы это отклонение было максимальным. При полной компенсации термоэ. д. с. образца 8, прибор 18 дает нулевые показания, так как в переменном напряжении па входе усилителя 16

в данном случае первая гармоника отсутствует.

Для определения коэффициента Зеебека исследуемого материала нагревателями 7 создают разность температур между пластинами 6 и, регулируя компенсационную э. д. с. так, чтобы показания прибора 18 начали уменьшаться и изменили свой знак, измеряют э. д. с. прибором 9 в момент нулевых показаний прибора 18. Одновременно измеряют температуры пластин 6 и затем проводят необходимые вычисления.

Знак коэффициента Зеебека определяют по знаку компенсационной э. д. с. и направлению температурного градиента в образце 8.

Предмет изобретения

Устройство для измерения коэффициента Зеебека, содержащее исследуемый образец и средства для создания в пем и измерения термоэ. д. с., отличающееся тем, что, с целью измерения коэффициента Зеебека в широком диапазоне температур, в качестве средства для создания термоэ. д. с. использован электроннолучевой индикатор нулевого напряжения, сигнальные отклоняющие пластины которого электрически соединены с образцом и снабжены двумя терморегуляторами.

5

3

19

,,Х0Н

)7П