Анизотропный термопреобразователь Советский патент 1979 года по МПК G01R19/24 

(54) АНИЗОТРОПНЫЙ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

- -1 Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для термоэлектрического компарированття действующих значений величин переменного тока (напряжения, силы тока, мощности) с эквиваяевгаымв им величинами постоянного тока в широком диапазоне частот, в том числе и инфраавуковых. Иэвест.ны Одноэлементные вакуумные термопреобразователи, содержащие в стек лянном баллоне линейный электрический нагреватель, имекнций тепловой контакт с термопарой из сплавов хромёлЬкопель til. : . V Недостатком термопреобразователя та кого типа является значительная погрешность преобразования переменного тока, напряжения или мощности в диапазоне инфразвуковых частот из-за малой постоянной времени. Наиболее близким техническим решени ем к данному изобретению является аниз трюпный термойреобразователь, содержащ линейный электрический нагреватель, помещенный между двумя большими гранями индентичных термоэлементов, изготовленных в виде прямоугольных брусков из полупроводникового анизотропного материала. нагревателем и термоэлементами имеются электроизоляционные теплопровод5Ш1ие прокладки равного сечения и толщины. Внешние по отношению к нагревателю пбверхнОсти термоэлементов че- рез изоляционные прокладки имеют тепловой контакт с корпусом - термостабили- затором, осям)и термоэлементы соединены последовательно по термо-Э Д С Кристаллографические оси термоэлементов составляют угол f - 45 с их длинными сторонами t2l. Недостатком известного устройства является такж1е значительная погрешность преобразования сигналов переменного тока в широком диапазоне частот, в том числе в области инфразвуковых частот. Таким образом, известные устройства могут использоваться только в узком диапа зоне частот, например звуковых или 51Йгр|§в крТвы .ЖSr J5c;J t tj т..;----; ; I-- -----.--..- - --- ---- - -- .т1т-. --;,; -- - .,-.-г,. - -. Целью настоящего H3o6peVeHKHявляется повышение точности преобразования эпектрических сйгналоб в широшмг яиапазоне частот (в том числе и инфразвуковых) Пбста ленная цель достигается тем, что а анизотропном термопреобразователе, содержащем корпус - термостабилизатор и линейный электрический нагреватель, , помещенный между дбумя электроизоляционными; токопроводящими прокладками, которые имеют тепловой контакт с большими гранями двух одинаковых последовательно соединенных термоэлементов, - -изготов ленных из анизотропного монокристалла в виде прямоугольных пластин, длйнньте стороны которых ориентированы под углом 45 к их кристаллографическим осям, электрические изоляторы нагревателя выполнены в виде идентичных клиньев, в которых отношение единичных площадей боковых граней, обеспечиваю- щйх тепловой контакт между нагревателем и термоэлементами, к соответствующим тortщинa a постоянно. При этом клинья ориеитированы вдоль нагревателя вершина мии основаниямиВ противопоябжныё стороны один по отношению к другому. На чертеже изображен термопреобразователь, общий вид. Устройство содержит корпус - термостабилизатор 1 с ребрами для лучшего рассеивания тепйй, в котором расположен линейнь1й Ълектрический нагреватель 2, имеющий тепловой контакт с электроизоля ционными прокладками 3, изготовленными в виде клиньев и состоящих, например, из йрйМоугч льных пластин и из окиси берилЛИЯ И клинбвидных медных вставок 5. Электроизоляционные прокладки 3 имеют тепловой контакт с большими гранями двух Одййаковых аниаотропных термоэлементов 6и 7, изготовленных в виде прямоугольных пластин из анизотропного монокристалла, например , длйные стЬроны которых ориентированы под углом f 45° к кристаллографическим осям монокристалла. Корпус 1 через бервпдвевые пластины 4 имеет тепловой контакт с вторыми бол шими гранями термоэлементов 6 и 7, соответствующие торцы котЪрых соединеНы Ъосйедовательно по термо-Э Д. С Клиновидные прокладки 3 выполнены таким образом, что отношение -едшичных площадей (т.е. площадей, приходящихся н единицу длины) боковых граней, например S,i. : Sn , обеспечивающих тепловой ...- ..,.---- -.- -.... .. .... ......,..- .., -,-. . ....... контакт между нагревателем 2 и термоэлементами 6 и 7, к соответствующим толщинам h, , Яп постоянны, т.е. SI/K, ..... 5а/Ка соаИ. Таким образом, обеспечивается одинаковое тепловое сопротивление клиновидных изоляторов по всей их длине и равное расст&яние нагревателя к термоэлементам вдоль теплового контакта. Термопреобразователь работает следующим образом. пропускании переменного тока.Jт. по нагревателю 2 в нем выделяется тепло Джоуля, которое разогревает электроизоляционные прокладки 3 между нагревателем 2 и термоэлементами 6 и 7, что вызывает появление перепада температуры Л Т на гранях термоэлементов б и 7, имеющих тепловой контакт с прОкладкйми 3 и корпусом 1. В связи с этим на выводах термоэлементов 6 и 7 появляется термо-Э.Д.С . Поскольку Х -t-h. L j где d - толщина термоэлементов 6 и 7: Ki, - толщина клиновидных изоляционных прокладок 3, а также в связи с тем, что h.t-V(xt, подлине термоэлементов, то . выходная термо- Э Д С «а выводах термоэлементов 6 и 7 имеет спектр постоянных времени 1 от минимальной Т К / до максимальной Г. h,a. В связи с этим термопреобразователь может работать в щироком диапазоне частот. Поскбльку тепловое сопротивление КТ наПути теплового потока, вызванного градиентом температуры, в любом сечёНии термоэлементов и клиновидных прокладок практически одинаковое, то выходНая тер-г МО - Э Д С на любом единичном участке длины термоэлементов 6 и 7 тоже одинйкова.J 4, Таким образом, термопреобразователь имеет одинаковую точность преобразования в широком диапазоне частот.. t. 1Формуйа изобретения Анизотропный термопреобразоватёль, содержащий корпус - термостабилизатор и линейный электрический нагреватель, помещенный йежяу двумя электроизоляционными теШюпроЁодящими прокладками, которые имеют тепловой контакт с большими гранями двух одинаковых последовательно соединенных термоэлементов. Изготовленных нз анизотрюпного монокристалла в виде прямоугольных пластин, длинные стороны которых ориентированы под углоМ к их кристаллографическим осям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования электрических сигналов в широком диапазоне частот, электрические изоляторы нагревателя выполнены в виде идентичных клиньев, в которых отношение единичных площадей боковых граней, обеспечиваюших тепловой контакт между нагревателем и термоэлё ментами, к соответствующим им тйшй4 нам постоянно, при этом клинья ориёнтированы вдоль нагревателя вершинами и основаниями в противоположные стороны один по отношению к другому. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Королюк С. Л.. Пилот И, М. к др. Анизотропные термоэлементы . Физика и техника полупроводников, 1973, т.7, № 4, С.730, рис. 2,а.