(54) АНИЗОТРОПНЫЙ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(54) ANISOTROPIC THERMAL CONVERTER
- -1 Изобретение относитс к области измерительной техники и может быть использовано дл термоэлектрического компарировантт действующих значений величин переменного тока (напр жени , силы тока, мощности) с эквива евгаымв им величинами посто нного тока в широком диапазоне частот, в том числе и инфраавуковых . Иэвест.ны Одноэлементные вакуумные термопреобразователи, содержащие в стек л нном баллоне линейный электрический нагреватель, имекнций тепловой контакт с термопарой из сплавов хромёлЬкопель til. : . V Недостатком термопреобразовател та кого типа вл етс значительна погрешность преобразовани переменного тока, напр жени или мощности в диапазоне инфразвуковых частот из-за малой посто нной времени. Наиболее близким техническим решени ем к данному изобретению вл етс аниз трюпный термойреобразователь, содержащ линейный электрический нагреватель, помещенный между двум большими гран ми индентичных термоэлементов, изготовленных в виде пр моугольных брусков из полупроводникового анизотропного материала . нагревателем и термоэлементами имеютс электроизол ционные теплопровод5Ш1ие прокладки равного сечени и толщины. Внешние по отношению к нагревателю пбверхнОсти термоэлементов че- рез изол ционные прокладки имеют тепловой контакт с корпусом - термостабили- затором, ос м)и термоэлементы соединены последовательно по термо-Э Д С Кристаллографические оси термоэлементов составл ют угол f - 45 с их длинными сторонами t2l. Недостатком известного устройства вл етс такж1е значительна погрешность преобразовани сигналов переменного тока в широком диапазоне частот, в том числе в области инфразвуковых частот. Таким образом, известные устройства могут использоватьс только в узком диапа зоне частот, например звуковых или 51Йгр|§в крТвы .ЖSr J5c;J t tj т..;----; ; I-- -----.--..- - --- ---- - -- .т1т-. --;,; -- - .,-.-г,. - -. Целью насто щего H3o6peVeHKH вл етс повышение точности преобразовани эпектрических сйгналоб в широшмг иапазоне частот (в том числе и инфразвуковых) Пбста ленна цель достигаетс тем, что а анизотропном термопреобразователе, содержащем корпус - термостабилизатор и линейный электрический нагреватель, , помещенный между дбум электроизол ционными; токопровод щими прокладками, которые имеют тепловой контакт с большими гран ми двух одинаковых последовательно соединенных термоэлементов, - -изготов ленных из анизотропного монокристалла в виде пр моугольных пластин, длйнньте стороны которых ориентированы под углом 45 к их кристаллографическим ос м, электрические изол торы нагревател выполнены в виде идентичных клиньев, в которых отношение единичных площадей боковых граней, обеспечиваю- щйх тепловой контакт между нагревателем и термоэлементами, к соответствующим тortщинa a посто нно. При этом клинь ориеитированы вдоль нагревател вершина мии основани миВ противопо бжныё стороны один по отношению к другому. На чертеже изображен термопреобразователь , общий вид. Устройство содержит корпус - термостабилизатор 1 с ребрами дл лучшего рассеивани тепйй, в котором расположен линейнь1й Ълектрический нагреватель 2, имеющий тепловой контакт с электроизол ционными прокладками 3, изготовленными в виде клиньев и состо щих, например, из йрйМоугч льных пластин и из окиси берилЛИЯ И клинбвидных медных вставок 5. Электроизол ционные прокладки 3 имеют тепловой контакт с большими гран ми двух Одййаковых аниаотропных термоэлементов 6и 7, изготовленных в виде пр моугольных пластин из анизотропного монокристалла , например , длйные стЬроны которых ориентированы под углом f 45° к кристаллографическим ос м монокристалла. Корпус 1 через бервпдвевые пластины 4 имеет тепловой контакт с вторыми бол шими гран ми 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, приход щихс 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 посто нны, т.е. SI/K, ..... 5а/Ка соаИ. Таким образом, обеспечиваетс одинаковое тепловое сопротивление клиновидных изол торов по всей их длине и равное расст& ние нагревател к термоэлементам вдоль теплового контакта. Термопреобразователь работает следующим образом. пропускании переменного тока.Jт. по нагревателю 2 в нем выдел етс тепло Джоул , которое разогревает электроизол ционные прокладки 3 между нагревателем 2 и термоэлементами 6 и 7, что вызывает по вление перепада температуры Л Т на гран х термоэлементов б и 7, имеющих тепловой контакт с прОкладкйми 3 и корпусом 1. В св зи с этим на выводах термоэлементов 6 и 7 по вл етс термо-Э.Д.С . Поскольку Х -t-h. L j где d - толщина термоэлементов 6 и 7: Ki, - толщина клиновидных изол ционных прокладок 3, а также в св зи с тем, что h.t-V(xt, подлине термоэлементов, то . выходна термо- Э Д С «а выводах термоэлементов 6 и 7 имеет спектр посто нных времени 1 от минимальной Т К / до максимальной Г. h,a. В св зи 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 выходНа 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 преобразовани в широком диапазоне частот.. t. 1Формуйа изобретени Анизотропный термопреобразоватёль, содержащий корпус - термостабилизатор и линейный электрический нагреватель, помещенный йеж у двум электроизол ционными теШюпроЁод щими прокладками, которые имеют тепловой контакт с большими гран ми двух одинаковых последовательно соединенных термоэлементов. Изготовленных нз анизотрюпного монокристалла в виде пр моугольных пластин, длинные стороны которых ориентированы под углоМ к их кристаллографическим ос м, отличающийс тем, что, с целью повышени точности преобразовани электрических сигналов в широком диапазоне частот , электрические изол торы нагревател 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 посто нно, при этом клинь ориёнтированы вдоль нагревател вершинами и основани ми в противоположные стороны один по отношению к другому. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе- -1 The invention relates to the field of measurement technology and can be used for thermoelectric komparirovantt current values of alternating current (voltage, current, power) with the equivalent of direct current values in a wide range of frequencies, including infra-sound. Ievest.n. Single-element vacuum thermocouples containing a linear electric heater in a glass cylinder, and thermal contacts with a thermocouple made of chromel alloy alloys til. :. V The disadvantage of this type of thermal converter is the significant error in the conversion of alternating current, voltage, or power in the range of infrasonic frequencies due to the short time constant. The closest technical solution to the present invention is an anise tipe thermal converter containing a linear electric heater placed between two large faces of indentical thermoelements made in the form of rectangular bars of semiconductor anisotropic material. Heater and thermoelements have electrically insulating heat conduction 5SH1 gaskets of equal cross section and thickness. External with respect to the heater of the thermoelevels overhead through insulating gaskets have thermal contact with the casing - thermal stabilizer, axes m) and the thermocouples are connected in series along the thermoelectric capacitance. . A disadvantage of the known device is also a significant error in the conversion of AC signals in a wide frequency range, including in the area of infrasonic frequencies. Thus, the known devices can be used only in a narrow range of frequencies, for example, sound or 51Rrrrrrrrrr. ; I-- -----. - ..- - --- ---- - - .t1t-. -;;; - -., -.- g. - -. The purpose of the present H3o6peVeHKH is to improve the accuracy of converting the electrical signals to a wide frequency range (including infrasound). conductive pads that have thermal contact with the large faces of two identical series-connected thermoelements, - - made from an anisotropic single crystal in the form of rectangular plates, the sides of which are oriented at an angle of 45 to their crystallographic axes; the electric insulators of the heater are made in identical wedges, in which the ratio of single areas of the side faces, providing thermal contact between the heater and the thermoelements, to the corresponding shorting a about nno. In this case, the wedge is oriented along the heater of the base vertex of the base of the opposite side of one side with respect to the other. The drawing shows a thermocouple, General view. The device comprises a housing — a heat stabilizer 1 with ribs for better dissipation of heat, in which a linear electric heater 2 is located, which has thermal contact with electrical insulating gaskets 3, made in the form of wedges and consisting, for example, of hot melt plates and of beryllium oxide and wedge-shaped copper inserts 5. The electrically insulating gaskets 3 have thermal contact with the large faces of two Odyakovyh aniotropic thermoelements 6 and 7, made in the form of rectangular plates of anisotropic monocryst la, for example, dlynye strony are oriented at an angle of f 45 ° to crystallographic axes of the single crystal. The housing 1 through thermal plates 4 has thermal contact with the second large faces of thermoelements 6 and 7, the corresponding ends of which are connected in a thermoelectric mode E. C Wedge-shaped gaskets 3 are made in such a way that the ratio of large areas (i.e. per unit length of the side faces, for example S, i. : Sn, providing heat. ..- .., .---- -.- -.... .. .... ......, ..- .., -, -. . ....... The contact between heater 2 and thermoelements 6 and 7, to the corresponding thicknesses h,, Jn are constant, i.e. SI / K, ..... 5a / Ka soAI. Thus, the same thermal resistance of the wedge-shaped insulators along their entire length and equal distance & heating element to thermoelements along thermal contact. Thermocouple works as follows. transmission of alternating current. heat Joule is released through the heater 2, which heats the electrically insulating gaskets 3 between the heater 2 and thermoelements 6 and 7, which causes a temperature difference L T on the faces of the thermoelements b and 7 that have thermal contact with the board 3 and the body 1 In this connection, a thermoelectric voltage appears at the terminals of thermoelements 6 and 7. Since X is t-h. L j where d is the thickness of thermoelements 6 and 7: Ki, is the thickness of wedge-shaped insulating gaskets 3, and also due to the fact that ht-V (xt, true of thermoelements, then the output thermoelectric signal) thermoelements 6 and 7 have a constant time spectrum of 1 from a minimum TK / to a maximum G. h, a. In connection with this, the temperature transducer can operate in a wide frequency range. Because thermal resistance of a CT on the heat flow path caused by a temperature gradient in any The cross sections of thermoelements and wedge-shaped gaskets are almost the same, then the output p-g MO - E D C in any single portion of the length of thermoelements 6 and 7 is also the same .J 4, Thus, the thermal converter has the same conversion accuracy in a wide frequency range .. t. 1The invention of the Anisotropic thermal converter, comprising a heat stabilizer and linear housing an electric heater placed at two electrically insulating thermal grids, which have thermal contact with the large faces of two identical series-connected thermoelements. Manufactured anzotryupny single crystal in the form of rectangular plates, the long sides of which are oriented under the angle to their crystallographic axes, characterized in that, in order to improve the accuracy of electrical signal conversion in a wide frequency range, the electrical insulators of the heater are made in the form of identical wedges, which the ratio of the single areas of the side faces that provide the thermal contact between the heater and the thermoelements to the corresponding 4 them is constant, while the wedges are along th e heater tops and bases in opposite directions relative to one another. Sources of information taken into account in the examination
1. Черв кова В. И. Термоэлектрическио приборы. Госэнергоиздат, М-Л., 1963, C.2D-40.1. Cherv Kova V. I. Thermoelectric devices. Gosenergoizdat, ML., 1963, C.2D-40.
2. Королюк С. Л.. Пилот И, М. к др. Анизотропные термоэлементы . Физика и техника полупроводников, 1973, т.7, № 4, С.730, рис. 2,а.2. Korolyuk S. L .. Pilot I, M. to others. Anisotropic thermoelements. Semiconductor Physics and Engineering, 1973, v.7, no. 4, p.730, fig. 2, a.