Термоэлектрическое устройство Советский патент 1982 года по МПК H01L35/02 

(54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО I2

Изобретение относится к термоэлектрическим преобразователям и может быть использовано как элемент памяти в электронике и измерительной технике.

Известно термоэлектрическое устройство для преобразования действующего значения переменного тока в постоянный, содержащее источник преобразуемого сигнала, источник вспомогательного сигнала, резисторы и два полупроводниковых термопреобразователя, включенных встречно 1.

Недостатком известного устройства является отсутствие запоминания преобразуемого сигнала.

Известны также запоминающие устройства (запоминателн устройств памяти электронных вычислительных машин), состоящие, например, из ферритовых сердечников и обмоток зат1исн и чтения электрического сигнала 2. Такое устройство наиболее близко к изобретению по функциональному назначению.

Недостатком устройства-прототипа является то, что оно не может работать в условиях высоких (например 200°С) температур и мощных внещних электрических и магнитных полях (например, тысячи эрстед).

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей путем

обеспечения возможности запоминания и последующего стирания электрического сигнала, расширения интервала рабочих температур и. возможности работы в постоянных и переменных электрических н магнитных полях.

Поставленная цель достигается тем, что в термоэлектрическом устройстве, содержащем термопреобразователь, размещенный

10 внутри термостата и состоящий из терморезистора, выполненного из материала, обладающего фазовым переходом, н термоэлемента Пельтье, спай которого находится в тепловом контакте с терморезистором, ре15зистор и источник питающего напряжения, последовательно с терморезистором включен дополнительный резистор, находящийся в тепловом контакте с термоэлементом: Пельтье и терморезистором ц электрически изолированный от элемента Пельтье.

20

Установлено, что при включении последовательно с терморезистором дополнительного резистора, находящегося в тепловом контакте с термоэлементом Пельтье и тер25морезистором и электрически изолированного от них, устройство приобретает возможность запоминать сигнал, приходящий на термоэлемент, и стирать этот сигнал, при подаче на термоэлемент найряжения по30лярности, обратной запоминаемому сигналу.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из последовательно соединенных термопреобразователя, резистора 1, источника питания 2 и дополнительного резистора 3.

Термопреобразователь состоит из полупроводникового термоэлемента 4 Пельтье, на рабочем спае которого, в тепловом контакте с ним расположен терморезистор 5, выполненный из материала, обладающего фазовым переходом. Дополнительный резистор 3 находится в тепловом контакте с термоэлементом 4 и терморезистором 5 и электрически изолирован от них изоляционным слоем 6.

Термопреобразователь и дополнительный резистор 3 размещены внутри термостата 7, причем термоэлемент 4 Пельтье через теплопереход 8 находится в тепловом контакте со стенками термостата 7.

К ветвям термоэлемента 4 Пельтье подключен источник 9 запоминаемого (или стирающего) сигнала.

Для работы предлагаемого устройства необходимо выполнение следующего соотношения:

й;4Гфп и/р з 8Гза, eWciHp,

- МОЩНОСТЬ запоминаемого

где сигнала;

- мощностьстирающего

сигнала;

рез - МОЩНОСТЬ, выделяющаяся в дополнительном резисторе ( в режиме памяти);

МГфп - теплота фазового перехода

терморезистора;

k - интегральный коэффициент теплопередачи терморезистора;

АГ - температурный интервал фазового перехода терморезистора;

S, ;- холодильный (ИЛН ОТОПИтельный коэффициент термоэлемента Пельтье (при перепадах температур в 1° или десятые доли градуса они одинаковы).

Работа предлагаемого устройства состоит в следующем.

В термостате 7 устанавливают температуру примерно на 1° или десятые доли градуса ниже температуры фазового перехода материала терморезистора 5.

Запоминаемый сигнал подают на термоэлемент 4 так, чтобы на его рабочих спаях выделялось тепло. Это тепло повыщает температуру терморезистора выще температуры фазового перехода. При этом терморезистор переходит из полупроводникового в металлическое состояние, ток в цепи терморезистора возрастает.

Величину этого тока с помощью резистора 1 устанавливают такой, что мощиости , выделяющейся на дополнительном резисторе 3, достаточно для поддержания температуры терморезистора 5, соответствующей его металлическому состоянию после выключения запоминаемого сигнала. Так происходит запоминание сигнала.

Для перехода устройства в исходное

состояние (стирание запоминаемого сигнала) на термоэлемент 4 подают напряжение полярности, обратной полярности запоминаемого сигнала, при этом терморезистор 5 охлаждается термоэлементом, температура

терморезистора понижается ниже точки фазового перехода; терморезистор переходит в полупроводниковое Состояние, ток в его цепи падает, уменьшается тепло, выделяемое в дополнительном резисторе 3, благодаря чему сохраняется высокоомное состояние терморезистора ,после отключения стирающего сигнала.

Пример. Полупроводниковый термоэлемент 4 был выполнен на основе .сплавов

BJ-Те-Sb (р-ветвь иВ1--Те-Se (п-ветвь) и через теплопереходы 8 припаян к дну термостата 7. К рабочим спаям термоэлемента 4 приклеены терморезистор 5, изготовленный из окисла ванадия, имеющего

фазовый переход при Т 343° К, и находящийся с ним в тепловом контакте дополнительный резистор 3. Последний изготовлен из пленки висмута и электрически изолирован от термоэлемента 4 и терморезистора 5.

Начальное сопротивление терморезистора при 342°К составляло 500 Ом, а после фазового перехода при 343° К - 0,1 Ом.

При этом ток через терморезистор составлял 30 мА, сопротивление дополнительного резистора - 5 Ом, мощность термоэлемента в режиме запоминания - 0,6 мВт, а в режиме стираиия - 0,5 мВт (при токах через термоэлемент, соответственно, 155 мА и 143 мА). Сигнал в режиме памяти сннмался с дополнительного резистора и составлял 150 мВ.

Миниатюризация устройства позволит значительно уменьшить затраты энергии на запись и стирание сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность запоминания сигнала и последующего его стирания.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с устройством-прототипом является то, что оно имеет более широкие функциональные возможности.

Формула изобретения

Термоэлектрическое устройство, содержащее термопреобразователь, размещенный внутри термостата и состоящий из терморезистора, выполненного из материала, обладающего фазовым переходом и термоэле.мента Пельтье, спай которого находится в тепловом контакте с терморезистором, резистор и источник питания напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности запоминания и последующего стирания электрического сигнала, расширения интервала рабочих температур и возможности работы в постоянных и переменных электрических и магнитных полях, последовательно с терморезистором включен дополнительный резистор,

находящийся в тепловом контакте с термоэлементом Пельтье и терморезистором и электрически изолированный от элемента Пельтье.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 607159, кл. G 01 R 19/24, 1978.

2.Зимин В. А. Электронные вычислительные машины. М., Машгиз, 1962, с. 501- 503 (прототип).