Устройство для измерения температурного коэффициента сопротивления

 

(в) КЦ (щ 2 (51) 01 R37 62

1<омитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

"- -.!4;!8 ЩД с:, :

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

{21) 4859805/21 (22) 220690 (46) 15.1193 Бюл. Ия 41-42 (71} Институт неорганической химии СО PAH (72) Глазков СЮ. (73) Институт неорганической химии СО PAH (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике измерения температурного коэффициента сопротивления материалов. С целью повышения точности измерений предлагаемое устройство состоит из образца соединенного с источником модулированной мощности

3, источника постоянного тока 4, К образцу одним концом подсоединены термоэлектродные проводники 5, б, а другим концом они соединены с избирательным усилителем 7, который соединен с входом синхронного детектора 8. Выход синхронного детектора 8 соединен с затвором полевого транзистора 9, сток полевого транзистора 9 соединен с эталонным резистором 10. исток полевого транзистора 9 — с источниНэм постоянного тока 4. Потенциальные выводы эталонного резистора 10 соединены с входом цифрового вольтметра 11, а его выход соединен смифоЭВМ12. 1 зп ф-пы, 1 ил.

2003120

Изобретение относится к технике измерения температурного коэффициента сопротивления.

Известно устройство для модуляционных измерений температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Устройство содержит источник постоянного TGK3 и ис точник модулированной мощности, термопару для измерения амплитуды температурных колебаний, регистрирующие усилители и самописец.

При нагревании в образце создаются температурные колебания и по нему также пропускается постоянный ток. Температурные колебания регистрируются термопарой, выходное напряжение которой усиливается усилителем и подается на самописец. Другой усилитель измеряет амплитуду колебаний напряжения, связанного с . пульсациями сопротивления образца, Его

15 где о — коэффициент Зеебека, t — величина постоянного -îêà,,à — геометрический факвыходное напряжение также подаеТся на самописец.

Недостатками этого устройства является наличие двух каналов регистрации переменных. Напря>кений. Один канал используется для регистрации температуоных колебаний, другой — для напряжения, связанного с колебаниями сопротивления ,образца. При этом ошибки измерения, связанные с нестабилырстью работы усилите- 30 лей удваиваются.

Наиболее близким к изобретени о техническим решением является устройство, описанное в работе. устройство состоит из источника моду- 3б лированной мощности — лазера, источника постоянного тока, избирательного усилителя и эталонного резистора, Образец нагревают лазерным излучением, промодулированным с низкой часто- 40 той (30-Щ Гц). Одновременно по образцу пропускают постоянный ток. Температура образца и его сопротивление при атом испытывают п8риОДические кОлебания Около среднего значения, В данном устройстве ис- 45 пользуется Одноканальный cf1oco5 p8I McT" рации. С помощью одного избирательного усилителя измеряют переменное напря>кение на образце, связанное с пульсациями температуры, при разных полярностях по- 50 стоянного тока тор, дйlдТ- температурная производная сопротивления образца, Π— амплитуда температурных колебаний. ТКС рассчитывается по результатам измерения V< и Чр.

Недостатком данного устройства является большая погрешность ойределения

ТКС, которая не может быть меньше суммарной погрешности измерения Ч) и Vg, что в лучшем случае составляет 1 Д.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температурного коэффициента сопротивления, содержащем источник модулированной мощности, выводы которого соединены с клеммами для подключения образца, источник постоянного тока, первый вывод которого соединен с .первой клеммой для подключения образца, эталонный резистор, первый токовый вывод которого соединен со второй клеммой для подключения образца, а потенциальные выводы — со входами цифрового вольтметра, избирательный усилитель, входы которого через потенциальные проводники соединены с клеммами для подключения образца, в качестве потенциальных проводников использованы термаэлектродные проводники и введены синхронный детектор и полевой транзистор, сток которого соединен со вторым выводом источника постоянного тока, исток.— со вторым токовым выводом эталонного резистора, а затвор с выходом синхронного детектора, вход которого соединен с выходом избирательного усилителя, а также те л, что термоэлектродные проводники, прикрепленные к центральной части образца, располо>кены друг от друга на расстоянии I/3-1/4 длины образца.

Отличительными от прототипа признаками — являются; в качестве потенциальных проводников использованы термоэлектродные проводники; — введение синхронного детектора и Волевого транзистора; — сток полевого транзистора соединен со вторым выводом источника постоянного тока; — ИСТОК вЂ” CO 870PblM ТОКОВЫМ ВЫВОДОМ эталонного резистора; — затвор полевого транзистора с выходом синхронного детектора; — вход синхронного детектора соединен с выходом избирательного усилителя; — термозлектродные проводники расположены друг от друга на расстоянии 1/3—

1/4 длины образца.

Образец нагревают током низкой частоты (50-100 Гц), промодулированным по амплитуде с инфранизкой частотой (0,5-1 Гц).

Температура образца и его сопротивление при этом испытывают периодические колебания около среднего значения. К центральной части образца составляющей 1/3--1/4 его длины, и где температура однородна по длине образца, прикрепляют два термоэлектродных проводника (платиновый и платинородиевый). При измерениях пообразцу пропускают постоянный ток lo. Тогда между термоэлектродными проводниками возникает переменное напряжение (с частотой 0,5 — 1 Гц)

U = а 6 - lo (д R/ä Т) 0, где а — чувствительность термопары, образованной термоэлектродными проводниками; о — величина постоянного тока, дй/дТ— температурная производная сопротивления образца, 0 — амплитуда температурных колебаний. Зто переменное напряжение измеряется избирательным. усилителем, выходное напряжение которого подается на синхронный детектор. Выходное напряжение синхронного детектора управляет проводимостbe полевого транзистора истокам и стоком включенного в цепь источника постоянного тока. При этом устанавливается величина постоянного тока lo такая, что переменное напряжение между термоэлектродными проводниками близко к нулю, а температурная производная сопротивления образца рассчитывается из соотношения

cR/дТ = a/1о, Таким образом, подключение к образцу термоэлектродных проводников на расстоянии 1/3 — 1/4 длины образца друг от друга позволяет осуществить компенсационную схему измерений, что и дает основное уменьшение погрешности определения температурной производной сопротивления образца (примерно в 2 раза). Применение синхронного детектора и полевого транзистора позволяет автоматизировать процесс измерений, Зто дополнительно уменьшает погрешность определения температурной производной сопротивления, так как исключается субъективный фактор, .вносимый оператором при длительных измерениях.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для измерения электропроводности металлов и сплавов.

В предлагаемом устройстве образец через клеммы 1, 2 соединен с источником модулированной мощности 3 и с источником постоянного тога 4. К образцу одним концом подсоединены термоэлектродные проводники 5, 6, а другим концом они

10 соединены с избирательным усилителем 7, выход которого соединен со входом синхронного детектора 8. Выход синхронного детектора 8 соединен с затвором полевого транзистора 9, исток полевого транзистора

9 соединен с эталонным рез.: стором 9, сток полевого транзистора 9 с источником постоянного тока 4, Потенциальные выводы эталонного резистора 10 "îåäèíåíû со входом цифрового вольтметра 11, а выход цифрового вольтметра 11 соединен с микроЗВгл 12, Устройство работает следующим образом: 15 через исследуемый образец в виде проволоки или тонкого стержня от источника модулированной мощности 3 пропускают переменный ток модулированный по амплитуде с частотой 0,5-1Тц. При этом происхо20 дит нагрев образца и в нем возникают колебания температуры и сопротивления с укаэанной частотой. Одновременно с пропусканием переменного тока через образец от источника постоянного тока 4 пропуска25 ют постоянный ток. Полярность постоянно.го тока выбира)от такой, чтобы между термоэлектродными проводниками колебания напряжения, свяэайные с термоЗДС, и колебания напряжения, связанные с коле30 баниями сопротивления образца, были в противофазе, После нагрева образца на тер, моэлектродных проводниках 5, 6 измеряются переменное напряжение избирательным усилителем7, Его выходное напряжение по.35 дается на синхронныйдетектбр 8, выходное напряжение которого в свою очередь подается на затвор полевого транзистора 9.,Так как сток и исток транзистора 9 включены в цепь источника постоянного тока 4, то вы40 ходное напряжение синхронного детектора

8 управляя проводимостью полевого транзистора 9 определяет величину постоянного тока, протекающего через образец. Его величина всегда автоматически поддержива45 ется такой, чтобы еременное напряжение между термоэлектродными проводниками было близко к нулю. Зталонное сопротивление 10 также включено в цепь источника постоянного тока 4. Поэтому постоянный

50 ток, протекающий через образец, создает падение напряжение на сопротивлении 10, Цифровой вольтметр 11, подключенный к потенциальным выводам сопротивления 10, измеряет это. падение напряжения, и это значение заносится в память микроЭВМ 12.

В каждой температурной точке темпера г рный коэффициент сопротивления образца рассчитывается по данным, записанным в память ЗВМ по формуле

2003120

Составитель С.Глазков

Техред M,Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор Н,Семенова

Заказ 3232

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1 Ж а =я;зт =яд где R< — сопротивление образца при 0 С, Q — чувствительность термопары, образованной термоэлектродными проводниками 5

6..5, 4 — величина постоянного тока.

Таким образом, преимущества предлагаемого устройства заключаются в уменьшении погрешности измерений ТКС

Ф о р мула из обрете ни я

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА

СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее источник. "5 модулированной мощности, выводы которого соединены с клеммами для подключения образца, источник постоянного тока, первый вывод которого соединен с первой,, клеммой для подключения образца, эта-, :0 лонный резистор, первый токовый вывод которого соединен с второй клеммой для подключения образце, а потенциальные выводы "с входами цифрового вольтметра избирательный усилитель, входы которого через потенциальные проводники соединены с клеммами для подключения образца, металлов и сплавов в 2-3 раза и в автоматизации процесса измерений. (56) Крафтмахер Я,А. Теплоемкость металлов при высоких Т; образование вакансий и фазовые переходы l t рpоoд аa, — Работы по физике твердого тела. Вып. 1 — Новосибирск:

Наука, 1967, с. 37-90.

Арр1. Phys. Lett. 33{1), 1978, р. 9-10. отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве потенциальных проводников использованы термоэлектродные проводники и введены синхронный детектор и полевой транзистор; сток которого соединен с вторым выводом источника постоянного тока, истокс вторым токовым выводом эталонного резистора, а затвор - с выходом синхронного детектора. вход которого соединен с выходом избирательного усилителя.

2. Устройство по п.1. отличающееся тем, что термоэлектродные проводники прикреплены к центральной части образца и расположены друг от друга на расстоянии 1/3 - 1/4 длины образца.