Устройство для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа Советский патент 1980 года по МПК H01L35/34 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АСИММЕТРИИ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ МОСТОВОГО ТИПА

Изобретение относится к области измерительной техники,в частности к устройствам для измерения параметров термоэлектрических ареобразователеи мостового типа, иможет найти приМен ние в массовом производстве вакуумных термоэлементов с непосредственным нагревом. Известны устройства для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа, выполненные по принципу измере ния сопротивлений между смежными вер шинами моста i . Однако это устройство обладает недостаточной точностью, поскольку не обеспечивает измерение составляющих асимметрии за; счет термоэлектрических эффектов и не учитывает шунтирующего действия сопротивления измеряемого плеча сопротивлениями других плеч. Известно устройствй для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа, которое содержит источник постоянного тока, выходы которого через двухпозиционный управляемый переключатель полярности подключены к одной паре диагональных выводов двух разнородных термоэлектродов испытываемого тep oэлeмeнтa, блок уп.равления и милливольтметр постоянного тока, подключенный к другой паре, диагональных выводов двух однородных термоэлектродов 2. Известно, что асимметрия термоэлементов мостового типа с непосредственным нагревом обусловлена различием сопротивлений и различными проявлениями термоэлектрических эффектов Зеебека, Пельтьеи Томсона термоэлектродов в плечах моста. Измеряемые с помощью известного устройства напряжения состоят из сумivttJ двух включенных согласно термоэлектродвижущих сил (ТЭДС)Г за счет эффекта Зеебека и двух включенных встречно ТЭДС за счет эффектов Пельтье и Томсона и разности падений напряженир на сопротивлениях двух термоэлектродов в плечах моста за счет пропускаемого тока. Поэтому разность измеренных напряжений содержит сумму двух составляющих асимметрии; обусловленных различным проявлением эффектов Пельтье и Томсона и различием сопротивлений термоэлектродов в плечах моста. Недостатком -известного устройства является невозможность измерение составляющих асимметрии. Целью йастоящегои зоЖ ется расширение функционйльных воэМ0ж остей устройства за счет измерен coqtaBJtflWbiHX ассиметрии термоэлемент Яоставяённаяцель дос тйгаётт:я тем что в известное устройство, еодержаг «ее источник, постдянного тока, двух ррзиционный управлявши переключател вШйй кбторого подключен к одной пар |Ш1 дт1;а( выводов двух термоэлек Х родвв испытуемого тёрйоэлёментат э управляющий вход соединен с одним из выходов блока управления, и милли ° 1Вл1гтмё)р постоянного тока, дрполнитёльно введены источник переменного тока, фильтр высоких частот,фильтр низКйх частот, милливольтметр переменного тока,три масштабных усили±ел .прербраЭбватёль напряжения, сумматор ; cSteMa памяти, вычитатель и милли вёлётмётр постоянного тока, причем к одной паре диагональных выводов д$У5 йол 5 :итеЛьных и отрицательных У однородных термозлектродов испытыва eMoiro термоэлемента подключены чеЬез двухпозиционный управлядалый пере кШчатёяь соответственно выходы п ложительной и отрицательной поляр костей источника пбстояннбго тока .Г/, иливыхЬдйл источника переменного тока. К даугой паре диагональных выводов двух разнородных тёрмоэлектродов подключены схема памяти, управляющий вход которой соединен с другим выходом блока управления и через фильтры нйзКих и вы соких частот соответственно первый милливольтметр постоянного тока и милливольтметр переменного тЪка. К выходу фильт1 а высоких частот подключен- через последовательно соединенные преобразователь нагтрйжения и первый Масштабный усилитель один вход сумматора, другой вход которого соединен с выходом фильтра низких Частот-, а выход - с одним входом - вычитателя, другой вход которого сое динен через второй масштабный усилитель с выходом схемы памяти, ход через третий масштабный усилител с вторымми/Ш1вййБтШтро1уГШе Шн тока. .-. - - - - Подключение к одной паре диагонал Ш1Г йШодовдйух положительных и от1рйцатеЛЬ :кк однородных тёрмоэлёктроГ Дов испытываемого термоэлемента со; oTBeTcTBiSHHO выходов положительной и отрицательной полярн6стё1й ГсточнйiJa постоянного тока, а к другой: его hagie дШгбнальных выводов двух раз; нородных термозлект родов схемы памяти позволяет зафиксировать сумму . трех составляющих ссиметрйй ё1Ё м6элемента. При подкл1оченйй 1с 1ШГ6Яай однородных термоэлектродов источ ни капё рёмёМного, тока пойЛе Частотного преобразования производится йэмёрение с помощью мйЛЛИвбЛьтметрЪв ridc тоянного и переменного тока двух сеётавЛЯйщих асимметрии, сложение эТйХ составляющих с помощью сумматора, вычитание их суммы из зафиксированной и При питании термоэлемента постоянным током величины с помощью выЧйтателя И измерение полученной ; разности милливольтметром постоянного тока-. Предлагаемое устройство поясняет,(;я чертежом.. Испытываемый термоэлёме.нт мостового типа с ;Т€ёпосредс.твенным нагревом выводами двух положительных и отрицательных однородных термоэлектродов подключен через двухпозиционный управляемый переключатель 1 соответственно к выходам положительной и отрицательной полярностей источника 2 постоянного тока или к источнику 3 переменного тока. УправляющийвХод переключателя 1 соедине.н с одним В1Ыходом блока 4 управления. К выводам разнородныхтермозлектродов термоэлемента подключены схемы 5 памяти, через фильтр б низких частот - первый милливольтметр/ постоянного тока . и через фильтр 8 ысоких частот -. милливольтметр 9 переменного тока. . К выходу фильтра 8 подключён через последовательно соединенные преобразователь 10 и первый масштабный усилитель 11 один вход сумматора 12. К выходу фильтра 6 подсоединен другой вход сумматЪра 12. Другойвыход блока 4 средийен с управляющим входом схемы 5. Выход схемы 5 соединен через второй масштабный усилитель 13 с одним входом вычитателя 14, к другому входу которого подключен выход Сумм.атора 12. Выход вычитателя . 14 через третий масштабный усилитель 15 соединёй с вторым миллйвольтмет- . ром 16 постоянного тока. . Измерение составляющих асимметрии, тёрмбэлемёйтов производится в два этапа. На первом этапе фиксируется суШла составляющих асимметрии, на втором этапе происходит определение каждой составляющей асимметрии. УпР1айленйё процессРм измерения осуществляется блоком 4. . РабоТЖ предЛагаемОго устройства производится следующим образом. На первом.этапе блрк 4 выдает сигналы включения по обоим выходам. При этом источник 2 подключается к выводам Ьднородных термоэлектрОдов тёЕ моэлемента, причем к двух положительньвс Тёрмоэлектродов подсоединяется выход положительной полярности источника. Кроме того, на управляющий вход схемы 5 подается также сигйал включения, что обеспечивает подготовку ее к измерениям. ПЬсле установления в цепи питания тё &моэлемёйта заданного тока произШдйтс H ftlStSriSeB его в течение заданного времени. При этом в плечах моста устанавливается, требуемый тепло вой режим и генерируется ТЭДс за счет термоэлектрических эффектов, а на сопротивлениях тёрмоэлектродов образуются падении напряжений от протекаемого тока. Рассмотрим соотношение между у к азанными напряжениями, например, .в левой половине моста между выводом двух разнородных термоэлектрбдов и выводом двух отрицательных однородны 1термоэлектродов. Между этиьш выводаш действуют сдответственно ТЭДС за счет эффекта Зеебека - Е. и Е-„. и ТЭДС за счет эффектов Пельтье и Томсона - Ej и , а на сопротивлениях термоэлектродов образуются падения напряжений - U- и . Поскольку указанное ТЭДС и падения напряжений имеют встречное включение , то напряжение U между выводами разнородных термоэлектродов при питании термоэлемента постоянным током составляет Ef,,) + и,-.(Ет, - ЕТ.,) + (Е„, - -И2 + (U«A -UTtl Это напряжение через, фильтр 6 подается на милливольтметр.7, который иэ меряет величину напряжения, соответствующую сумме трех составляющих аси метрии.Фильтр 8 не пропускает по,сто ного напряжения, поэтому милливольтметр 9 показывает нуль. Одновременно происходит зарядка накопительного кондесатора схемы 5. С выхода этой схемы напряжение, пропорциональное напряжению V , подается на вход усил теля 13. Усиленное усилителем 13 напряжение подается на один вход вычитателя 14. На другой его вход пост пает напряжение с выхода сумматора 12, также пропорциональное напряжени Оч. Усилитель 13 предназначен для выравнивания коэффициентов пропорцио нальности подаваемых на входы вычитателя 14 напряжений. При правильной предварительной настройке устройства на первом этапе измерения напрйжение на входе вычитателя 14 отсутст вует; а милливольтметр 16 показывает нуль. На втором этапе измерения на обо их выходах блока 4 появляются сигна лы выключения, причем на выходе, Подключенном к управляющему входу переключателя 1, с задержкой. При поступлении сигнала выключения на управляющий вход схемы 5 ПРОИСХОДИТ переход ее в режим хранения информации. При этом накопительный конде сатор этой схемы от лючается от вы водов разнороднь1Х термоэлектродов термоэлемента. Время задержки сигна ла выключения, поступающего на управляющий вход переключателя 1, устанавливается несколько большим, чем продолжительность переходного процес са схемы 5. С указанной Зсщержкой пр исходит переключение источника тока в результате чего к выводам однородных те1 « длектродов подключается источник 3. . Наличие задержки между появлениями сигналов выключения на выходах блока 4 позволяет исключить погрешность фиксации суммы составляющих асимМетрии, обусловленную разрядом накопительного :краденсатора при переключении источников.тока. ; После установления в цепи питания термоэлемента переменного тока с эффективным значением, равным веЛйчине постоянного ток:а, производятся измерение напряжения между выводами раз нородных |те{ юэлектродов ъ Поскольку при питаяии переменным током эффекты Пельтье и Томсона не проявляются, в плечах моста геиерируются только ТЭДС за счет эффекта Зеебека .Ъ и Е-Т,, Поэтому напряжение между этими выводами при питании термоэлемента переменным током составляетUI(ET, -lir,) + (u«, -Utt,i)r2x XSih2Ttft, где f - частота переменного тока. Это напряжение подается на фильтры 6 и В. После прохождения через фильтр 6 происходит ослабление переменной составляющей напряжения Ug. Постоянная составляющая напряжения Uj, соответствующая состйвлякмцей асимметрии термоэлемента за счет различного проявления эффекта Зеебека в плечах моста, подается с выхода фильтра 6 на милливольтметр 7. Милливольтметр 7 измеряет эту составляющую асимметрии. Фильтр 8 не пропускает постоянной составляющей напряжения Uj, Поэтому милливольтметр 9, предназначенный для измерения эффективных значений синусоидального . напряжения,.измеряет переменную составляющую напряжения U, соответству.ющую составляющей асимметрии термо-; элемента за счет различия падений напряжения на сопротивлениях термоэлектрйдов плеча1умоста, С выхода фильтра 8 переменное напряжение подается на вход преобразователя 10 Переменного напряжения в постоянное. Выходное постоянное напряжение преобразователя; 10 пропорционально эффективному значению его входного переменного напряжения. Преобразованное напряжение подается на вход усилителя 11, предназначенного для обеспечения равенства; величины его выходного постоянного напря- .. жения эффективному значению переменного напряжения на, входе преобразователя 10. Постоянное напряжение с выходов фильтра б и усилителя 11 подается на входы сумматора 12. Выходное напряжеТ1иё сумматора 12 соответствует сумме двух составл1|1ющих асимметрии термоэлемента, измеряемых милливольтметргши 7 и 9. Напряжение с выхода сумматора 12 подается на другой вход вычитателя 14 „ Выходное напряжение вычитателя l4 пропорционально составляющей acHffekieTpKH термоэлемента за счет различного проявления эффектов Пельтье и Томсона в плечах моста. Это напряжение усиливается усилителем 15. Усиленное напряжение с его выхода поступает на миллиёольтметр 16. Усилитель 15 предназначен для обеспечения масштабного соответствия между вход .ными и выходныминапряжениями вычита теля 14. Милливольтметр 16 измеряет третью составляющую асимметри .

Настройка предлагаемого устройств заключается в установке коэффициентов усиления масштабных усилителей и производится в следующей последова ельнрсти.

Сначала проверяют и при. необходимости устанавливают нулевые напряжения на выходах фильтров 6 и 8, на входе и выходе сумматора 12, а также на входах и выходе вычитателя 14 при отсутствии напряжения меж1(у разнородными выводами термоэлемента. После чего от автономного источника или с выхода термоэлемента при питании его постоянным током подают на входы фильтров 6 и 8 и схемы 5 постоян нее напряжение. Устанавливают коэффициент усиления усилителя 13 такой величины, чтобы выходное напряжение вычитателя 14 отсутствовало. После этого на управляющий вход схемы 5 подают сигнал выключения. Затем на Ьходы фильтров 6 и 8 от автономного источника подают переменное напряжение с эффективным значением, ра(вйШ4 величине подаваемого ранее постоянного напряжения. Устанавливают коэффициент усиления, усилителя 11 такой величина, чтобы выходное напряжение вычитателя 14 отсутствовало. И, наконец, коэффициент усиления усилителя 15 выбирается такой величины, чтобы при действии на входах фильтров 6 и 8 переменного напр яженйя .и при отсутствии напряжения на выходе усилителя 13 соблюдалось равенство выходных напряжений фильтра 8 и усилителя 15,

Внедр1ение предложенного устройства позволит повысить точность оценки асимметрии термоэлементов за .счет измерения составляющих асимметрии. В результате могу быть разработаны практические рекомендации по уменьшению отклонения характеристики преобразования термоэлемента от квадратичной зависимости, т.е. ЛЬвысИтся качество выпускаемых термоэлементов.

Предложенное устройство для измерения асимметрии термоэлементов

может быть использовано в установках для проверкч параметров вакуумных темоэлементов Мостового типа с непосредственным нагревом.

Формула изобретения

Устройство для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа,содержащее источник постоянного тока, двухпозиционный управляемый переключатель, выход которого подключен к одной Паре диагональных выводов двух термоэлектродов испытываемого термо элем.ента, а управляющий вход соеди нен с одним из выходов блока упра1вле|ния, и милливольтметр постоянного рка, отличающеес ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него дополнительно введены источник переменного тока, фильтр высоких частот, фильтр низких частот,.милливольтметр переменного тока, три масштабных усилителя, преобразователь напряжения, сумматор, схема памяти, вычислитель и милливольтметр постоянного тока, причем к однойпаре диагональных выводов двух положительных и отрицательных однородных термоэлектродов испытываемого термоэлемента подключены через двухпозиционный управляемый переключатель соответственно выходы положительной и отрицательной полярностей источника постоянного тока или выходы источника переменного тока, к другой паре диагональных выводов двух разнородных термоэлектродов Подключены схема памяти, управляющий вход которой соединен с другим выходом блока управления, а через фильтры низких и высоких частот соответственно первый милливольтметр постоянного тока и милливольтметр переменного тока, к выходу фильтра высоких частот подключен через последовательно соединенные преобразователь напряжения и первый масштабный усилитель один вход сумматора, другой вход которого соединен с фильтра низких частот, а выход с одним входом вычитателя,другой вход которого соединен через второй масшт абный усилитель с выходом схемы памяти, а выход через третий масштабный усилитель - с вторым милливольтметром постоянного тока.

Ксточ«икИ информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Электротехнический справочник, т, 11, Под редакцией А.И. Головина, М.И, Чиликина и др, М,, 1955.

2.Термоэлементы вакуумные е непосредственным нагревом-/ Технические условия СУО,339,ООЗТУ от 04.12.1976 (прототип).