Тепловой компаратор термокомпарирования переменных и постоянных токов и напряжений Советский патент 1975 года по МПК G01R17/00 

Изобретение относится к термоэлектрическим приборам н может найт применение в измерительной технике, устройствах автоматики и радиотехники. Оно предназначено для сравнения действующих значен Й токов и напряжений произвольной формы но тепловой мощности, выделяемой на активном сопротивлении.

Известны термонреобразователи, нрилменяемые для компарирования, содержащие термопары или термобатареи. С их помощью производится разновременное сравнение токов и напряжений. Применение двух таких термопреобразователей для непрерывного одновременного сравнения токов и напряжений затруднительно вследствие возникающей погрещности, обусловленной разбросом характеристик терглопреобразователей. Однако отмечается термо-э. д. с. на выходе вследствие возможного изменения внещних условий во время измерения, искажение данных измерений вследствие тепловой инерционности, нестабильность результатов из-за возможного изменения величины переменного тока во время переключений, малая перегрузочная способность известных термопарных преобразователей, дополнительная погрещпость при изменении полярности постоянного тока вследствие эффектов Томсона и Пельтье, низкая чувствительность.

iB нредлагаемом компараторе устройство для 1 змерения разности температур выно.шено в виде трех датчиков из нласт 1Н термозлектрическн анизотронного монокристалла, средний 153 которых расноложен между двумя нагревателями, а два других соответственно- по обе стороны между нагревателями и радиаторами, причем все три датчика электрически соединены носледовательно-встречно. Это дает возможность одновременного компарирования токов н напряжений, поскольку каждый из нагревателей включен IB отдельную электрическую нень.

На чертеже нзобрал ен предлагаемый компаратор.

Тепловой компаратор состоит из нагревателя постоянного тока /, нагревателя переменного тока 2, расположенных но обе стороны пластины из термоэлектрически аннзотронного монокристалла 3, выполненной, например, из сурьмянистого кадмня, сурьмянистого цинка, или из твердого раствора на их основе. Ориентация .мо; окрнота,1,и1чоской пластины выбрана с расчетом получения максимальной поперечной термо-э. д. с. .Между нагревате,1ямн и пластиной из монокристалла расположены тонкие электроизолирующие нрокладки больщой теплопроводности 4, выполненные, напри.мер, из бернллневой керамнкн. С внещней стороны также через электроизолирующие ,1адки в постоянное сопрнкосиовенпе с нагревателями приведены подобные же пластины из термоэлектрическн анизотропного монокристалла 5 п 6, которые свои.мп вторыми рабочими гранями через изолирующие прокладки находятся в тепловом контакте с теплопроводящнмн радиаторами 7 и 5.

При прохождении электрических токов через нагреватели возникающая разность температур на рабочих гранях пластин приводит к возиикновению термо-э.д.с. на гранях, перпенднкулярных к рабочим. Знак термо-э. д. с. зависит от взаимной ориентации градиента температ ры и кристаллографической оси пластин, а ее величина - от разиости температуры и отношения размеров пластины

(B- JCn-T J -Т-.

гдеБ - величина термо-э. д. с.;

К;: -г; - разность коэффициентов термоэ.д.с. вдоль главных кристаллографических осей; T,j-7i - разность температур на гранях

пластин;

а - длина пластины; b - высота пластины.

При протекании через соответствующие нагреватели токов одинаковых действующих .-значений в компараторе устанавливается стац11онарпый режим, при котором разность те.мператур на средней пластипе 3 равна нулю, а ла крайпых пластинах 5 и 6 одна и та же. Вследствие противоположного направления градиептов те,мпературы в крайних пластинах по отношению к кристаллографическим осям вознйкают равные и противополжно направленные термо-э.д.с., которые взан.мно компенсируются. Таки.м образом, при равеистве действующих значений токов в обоих нагревателях разность потенциалов на выходе компаратора равна нулю.

При неравенстве токов через нагреватели . разиости температур на гранях пластин отличаются и при это.м возникают различные но величипе, встречно направленные термо-э.д.с. Приче.м термо-э. д. с., генерируемая пластиной, прилегающей к нагревателю, через который протекает большой ток, будет больше. Кроме того, к этой большей тер.мо-э. д. с. добавляется догюлнительная термо-э.д.с., генерируемая средней пластиной, в которой также возникает градиент температуры.

Благодаря описанной конструкции возможло одновременное непрерывное компарирование, причем, в цегИ) датч1 ков-п.1астип термоэлектрически анизотропного люнокристалла включается .Ггль-индНКатор.

Д/

Относительная погрешность -,- и чувствительность S,; 1 редла1аемого теплового комнаратора с учетом электрических соедипений гаежду датчиками-пластинами равны соответственно

Л/ AV .

/ -21(х„-а1 Ж,

2(а:|-а|).Г„ S, : ,

где i V-напряжение на выходе термокомпаратора;

а : (/, : - разноси коэффициентов термоэ. д. с. вдоль главных кристаллографических осей; X - коэффициент теплопроводности

материала пластины; С - размер пластины в направлении, перпендикулярном градиенту температуры п термоэлектрического

поля;

W,, - мощность, выделяемая нагревателем в каждой из цепей. Используемые термоэлектрические материалы характеризуются такими параметрами ц II - «: 150 - 250 мкв/град, 0,01 вт/см. град, что позволяет при применении пластин (С 0,01 см) получить для относительной погреп.пюсти значения

.. 1П-7, IQ-fi V

/ - W,/

Предмет изобретения

Тепловой компаратор термокомпарирования переменных и постояпных токов и напряжений, содерлсащий нагреватели, радиаторы и устройство для измерения разности температур, отличающийся тем, что, с целью повыше)1ия чувствительности, перегрузочной способности и точности, устройство для измерения разности те.мператур выполнено в виде трех датчиков из пластин термоэлектрически анизотропного мопокристалла, причем один из датчиков расположен между нагревателями, а два других соответственно - по одному между нагревателями и радиаторами, при этом все три датчика соединены последовательновстречно.

: шш шжш;гшу

rrr.

-0