Термопреобразователь Советский патент 1981 года по МПК G01R19/24 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к термоэлектрическим приборам, и найдет широкое применение в измерительной технике, устройствах автоматики, электроники и радиотехники. Оно предназначено для измерения и контроля больших значений переменных токов произвольной формы по тепловой мощности, выделяемой на активном сопротивлении.

Известны термопреобразователи, содержащие нагреватель и датчик температуры, находящиеся в непосредственном тепловом контакте, в котором в качестве датчика температуры использован анизотропный термоэлемент 1.

Перегрузочная способность и точность таких устройств недостаточны из-за частотных тепловых погрещностей.

Известны также термопреобразователи,состоящие из нагревателя, выполненного в виде мембраны с токоподводами к его центральной и периметрической частям, датчика температуры, расположенного на вспомогательном радиаторе и соединительной колодке, через которые проходят выводы датчика температуры, и радиатора 12.

Такие устройства имеют лучщую перегрузочную способность, однако их точность недостаточна из-за температурной и частотной погрешностей и нестабильности выходной ЭДС.

Целью изобретения является увеличение точности термопреобразователя путем исключения упомянутых погрешностей.

Это достигается тем, что термопреобразователь, состоящий из нагревателя, выполненного в виде мембраны с токоподводамп к его центральной и периметрической частям, датчика температуры, расположенного на вспомогательном радиаторе и соединительной колодке, через которые проходят выводы датчика температуры, и радиатора, выполне в виде герметизированного баллона, образованного нагревателем и радиатором, внутри которого в тепловом фокусе нагревателя расположен датчик температуры, находящийся в тепловом контакте с радиатором, при этом мембрана имеет

форму полусферы, на внутреннюю поверхность которой нанесен поглощающий слой, а на внутреннюю поверхность радиатора и внешнюю поверхность мембраны нагревателя - отражающий слой.

На чертеже изображен предлагаемый термопреобразователь.

ТерАЮпреобразователь состоит из нагревателя 1 в виде мембраны полусферической формы, парул няя поверхность которой отполирована, а внутренняя поверхность покрыта чернью с большим коэффициентом излучения. Токоподвод 2 прикреплен к полюсу полусферического нагревателя со стороны полированной новерхности, а второй электрический токоподвод осуществляется с периметрической его части, закренленной к экрану 3. Экран 3 вынолнеи, например из фарфоровой керамики, н предназначен для защиты поверхности нагревателя 1 от внешних конвективных нотоков тепла и крепления токоподводов нагревателя. Датчик 4 температуры выполнен, например из анизотропного термоэлемента продольного типа, своей нижней рабочей гранью приведен в тепловой контакт с теплоотводящим радиатором 5 через вспомогательный радиатор 6. Верхняя рабочая грань 7 термоэлемента 4 покрыта поглощающей чернью н помещена в тепловой фокус полусферического нагревателя 1. Электрические выводы датчика 4 подведены к выводам 8 соединительной колодки 9, прикрепленной в свою очередь к радиатору 5. Радиатор 6 нредназначен для отвода тепла, выделяемого нагревателем 1 и проходящего через датчик температуры 4 в радиатор 5. Для повышения коэффициента термопреобразования и увеличения температурной стабильности термонреобразователя, внутренняя (коническая) поверхность радиатора 5 покрыта, например отражающей пленкой алюминия.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении элек трического тока через токоподводы происходит разогрев нагревателя 1. Излучаемое тенло концентрируется в тепловом фокусе нолусферического нагревателя, разогревая верхнюю грань датчика 4 до температуры, отличной от темнературы нижней грани и определяемой величиной тока, протекающего через нагреватель. Возникающий градиент температуры приводит к появлению термо-ЭДС.

Плотность тока, протекающего через нагреватель 1, обратно пропорциональна квадрату радиуса нагревателя, что приводит к выделению основного количества тепла (80%) на площади, охватываемой /3 радиуса нагревателя. Благодаря та,кому распределению тепла и индуктивной передаче его к датчику температуры термопреобразователя отсутствует погрешность, обусловленная тепловыми эффектами Пельтье и Томсона. Применение бесконтактного теплообмена между нагревателем 1 и датчиком 4 приводит к значительному уменьшению емкости «нагреватель-датчик.

что, в свою очередь, резко расширяет границы частотного диапазона предлагаемого термопреобразователя. Так как холодная грань датчика находится в тепловом кон5 такте с радиатором 6, то показания датчика отлнчаются большой стабильностью. Изменение степени разряжения в объеме, заключенном менаду нагревателем 1 и датчиком 4 (от комнатной до

О 10 мм/рт. ст.) приводит к значительному изменению зависимости выходного сигнала предлагаемого термопреобразователя от тока нагревателя (п 2-1-8), а использование в качестве датчика анизотропного термоjg элемента продольного типа обеспечивает высокие значения чувствительности и коэффициента термопреобразования в широком интервале температуры (-40 v + 100)°С. Применение нредлагаемого термопреоб0 разователя дает возможность расширить частотный диапазон измеряемых токов больших величин (500-800 А) при меньших погрешностях измерения п устанавливать требуемый закон термопреобразова5 иия.

Формула изобретен и я

Термопреобразователь, состоящий из

Q нагревателя, выполненного в виде мембраны с токоподводами к его центральной и периметрической частям, датчика температуры, расположенного на вспомогательном радиаторе и соединительной колодке, че- рез которые проходят выводы датчика температуры, и радиатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения его точности, он выполнен в виде герметизированного баллона, образованного нагревателем и радиатором, внутри которого в тепловом фокусе нагревателя расположен датчик температуры, находящийся в тепловом контакте с радиатором, при этом мембрана нагревателя имеет форму полусферы, на внутреннюю поверхность которой нанесен поглощающий слой, а на внутреннюю поверхность радиатора и внешнюю поверхность мембраны нагревателя - отражающий слой.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1. Коронюк В. И. и др. Анизатропные термоэлементы, «Фнзика и техника полунроводников, 1973, т. 7, № 4, с. 730, рис. 2а.

5 2. Червякова В. И. Термоэлектрические приборы, ГЭИ, 1963, с. 26.

2

н ь