Устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя

Авторы патента:

G01K15 - Испытание или калибровка термометров

Владельцы патента RU 2274838:

Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "ТЕСЕЙ" (RU)

Устройство содержит источник постоянного напряжения, коммутатор, таймер, пусковое устройство и прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик термоэлектрического преобразователя. Управляющие катушки силового реле коммутатора и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство. Контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного тока, либо с прибором для регистрации переходных процессов. Контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя. Изобретение направлено на повышение производительности контроля и повышение достоверности диагностики качества соединения электродов в рабочем спае. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Заявляемое изобретение относится к термометрии и может быть использовано при оценке качества изготовления термоэлектрического преобразователя.

Известно применение рентгеновской аппаратуры для контроля качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя. Однако применение рентгеновского аппарата сопряжено со значительными технологическими трудностями, в частности по обеспечению радиационной безопасности персонала. Рентгеновское просвечивание выявляет наличие микротрещин и глубину проплавления электродов в спае, однако, для получения полной характеристики шва и околошовной зоны требуются рентгенограммы шва в 3-4 направлениях при 5-10 кратном увеличении. Использование рентгенографии для дефектоскопии большого количества термоэлектрических преобразователей требует больших затрат времени, специального оборудования и специально подготовленного помещения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является технологическое оборудование, применяемое в методе, предполагающем прогрев рабочего спая при 360°С в течение 5 минут и резкое охлаждение в воду. При этом на чувствительной аппаратуре ведут запись переходного процесса изменения электрического сопротивления термоэлектрического преобразователя. При некачественном изготовлении спая на диаграммной ленте появляются выбросы, причина которых - резкое изменение электрического сопротивления вследствие появления микротрещин /Температурные измерения. Справочник. Издательство «Наукова думка», 1984, с.384/. Таким образом, для осуществления указанного метода необходимо средство для нагрева рабочего спая и его охлаждения, а также прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени.

Недостатком устройства по прототипу является его громоздкость, неудобство в эксплуатации, низкая производительность. Как правило, для подтверждения наличия дефектов проводят не менее 2-3 термоударов. Совокупные затраты времени на нагрев, выдержку и повторение термоударов достигают значительных до 30-40 минут затрат времени. При этом применение термоударов может вызывать изменение статической характеристики термоэлектрического преобразователя. Величина изменения электрического сопротивления зависит от скорости охлаждения и количества термоударов, что снижает достоверность измерений.

Перед авторами стояла задача по созданию устройства для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, включающее прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно содержит источник постоянного напряжения, соединенный с входом в коммутатор, который оснащен клеммами для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, управляющие катушки силового реле и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство, вход прибора для регистрации переходных процессов соединен с выходом коммутатора, контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного напряжения, либо с прибором для регистрации переходных процессов, а контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя.

Дополнительно предлагается оснастить устройство усилителем сигнала термоэлектрического преобразователя, вход которого соединен с выходом из коммутатора, а выход соединен с входом в прибор для регистрации переходных процессов.

Технический результат заключается в повышении производительности и достоверности диагностики качества соединения электродов в рабочем спае.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого устройства, где 1 - источник постоянного напряжения, 2 - коммутатор, 3 - таймер, 4 - пусковое устройство, 5 - усилитель, 6 - термоэлектрический преобразователь, 7 - прибор для регистрации переходных процессов, 8 - клеммы для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, 9 - управляющая катушка силового реле, 10 - управляющая катушка сигнального реле, 11 - контакты силового реле, 12 - контакты сигнального реле.

Устройство работает следующим образом.

Электроды проверяемого термоэлектрического преобразователя 6 подключают к клеммам коммутатора 8. При этом в исходном состоянии контакты силового 11 и сигнального 12 реле коммутатора 2 соединяют электроды преобразователя 6 с входом прибора 7, который регистрирует начальную термоэлектродвижущую силу E₁. При нажатии на кнопку «ПУСК» включается таймер 3, сигнал с таймера поступает на пусковое устройство 4, где формируются команды на включение силового и сигнального реле коммутатора 2. Причем команда на включение сигнального реле и соответственно отключение прибора от коммутатора начинается раньше и кончается позже, чем команда на включение силового реле. В течение заданного таймером 3 времени через термоэлектрический преобразователь 6 пропускается ток обратной полярности.

При пропускании тока обратной полярности по преобразователю 6 («+» источника постоянного напряжения 1 соединен с «-» термоэлектрического преобразователя 6) в самом спае проявляются одновременно три тепловых процесса:

- поглощение теплоты за счет эффекта Пельтье;

- выделение теплоты за счет омического нагрева спая;

- подвод (отвод) тепла к спаю от термоэлектродов.

Количество теплоты Пельтье, поглощающееся в спае:

Q_п=I·Π·τ,

где Q_п - количество теплоты Пельтье, Дж;

I - величина тока в цепи, А;

Π - коэффициент Пельтье для данной пары проводников, В;

τ - время протекания тока, с.

Одновременно пропускаемый по преобразователю ток вызывает омический нагрев рабочего спая. Количество тепла, выделяющегося в спае, определяется по формуле

Q_д=I²·τ·R_сп,

где Q_д - количество джоулевой теплоты, Дж;

I - величина тока в цепи, А;

τ - время протекания тока, с;

R_сп - сопротивление непосредственно спая, Ом.

Величина подвода (отвода) тепла по термоэлектродам зависит от величины и знака градиента температуры вдоль термоэлектродов в непосредственной близости от спая:

Q_т=q·S=(λ/δ)·ΔT·S,

где Q_т - количество теплоты подводимое (отводимое) к спаю за счет теплопроводности, Дж;

S - сечение проводников, м²;

ΔT - перепад температур в зоне около перехода, К;

λ - теплопроводность материала термоэлектродов, (В/мК);

δ - расстояние от источника тепловыделения до перехода, м.

Интегральное количество теплоты, выделившейся в зоне спая, определяется алгебраической суммой 3-х составляющих (Q_п, Q_д, Q_т) и может быть как больше, так и меньше нуля.

После окончания импульса постоянного электрического тока, коммутатор 2 подключает термоэлектрический преобразователь 6 к прибору 7 и регистрируется величина термоэлектродвижущей силы Е₂.

Для заведомо хорошего преобразователя, проверенного всеми доступными методами, подбираются номинальные параметры величина тока I_н и длительности времени пропускания тока τ_и такими, чтобы суммарное тепловыделение Q в спае в момент времени τ₂ - окончания пропускания тока равнялось нулю.

У термоэлектрических преобразователей, спай которых не имеет дефектов, не изменяется регистрируемая в момент окончания пропускания тока величина термоэлектродвижущей силы. Как было указано выше, наличие технологического дефекта в рабочем спае вызывает увеличение электрического сопротивления спая. Следовательно, при подаче на термоэлектрический преобразователь с дефектным спаем токового импульса с номинальными параметрами I_н и τ_и возрастет количество выделяющегося джоулевого тепла Q_д. Суммарное количество выделившейся в зоне спая теплоты Q_д и Q_т превысит количество поглощаемой теплоты Пельтье Q_п. Вследствие этого у термоэлектрических преобразователей, спай которых имеет дефект, регистрируемая в момент окончания пропускания тока величина термоэлектродвижущая сила Е₂ становится больше величины термоэлектродвижущей силы E₁, зарегистрированной до пропускания тока. Превышение величины Е₂ над Е₁ свидетельствует о наличии дефекта в рабочем спае.

1. Устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, включающее прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени, отличающееся тем, что оно содержит источник постоянного напряжения, соединенный с входом в коммутатор, который оснащен клеммами для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, управляющие катушки силового реле и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство, вход прибора для регистрации переходных процессов соединен с выходом коммутатора, контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного напряжения, либо с прибором для регистрации переходных процессов, а контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит усилитель сигнала термоэлектрического преобразователя, вход которого соединен с выходом из коммутатора, а вход соединен с входом в прибор для регистрации переходных процессов.

Изобретение относится к области измерения температуры с помощью термоиндикаторных красок и может найти применение, в частности, при термометрировании узлов двигателя.

Способ бездемонтажной оценки достоверности показаний термоэлектрического преобразователя // 2262087

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при оценке степени пригодности эксплуатируемого термоэлектрического преобразователя. .

Способ поверки термопар // 2245524

Изобретение относится к теплофизике, а именно к способам поверки параметров термопар. .

Калибровочная установка для поверки скважинных термометров- манометров // 2215998

Термостат // 2199096

Изобретение относится к термометрии и предназначено для поверки термометров. .

Способ поверки эталонных платинородий-платиновых термоэлектрических преобразователей // 2196969

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для производства эталонных термоэлектрических преобразователей 2-го разряда с погрешностью, не превышающей 0,6oС, и содержащих платину.

Способ диагностирования цепей измерения температур // 2196307

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано на действующих технологических процессах предприятий, где необходим контроль достоверности показаний термодатчиков и контроль цепей измерения температур.

Способ поверки технических термоэлектрических преобразователей // 2194257

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поверки технических термоэлектрических преобразователей, не содержащих драгоценные металлы.

Способ дистанционного измерения температуры // 2194255

Изобретение относится к области измерения температуры, а именно к оптической пирометрии, и может использоваться для бесконтактного измерения температуры объектов в диапазоне, близком к температуре окружающей среды.

Устройство для измерения инерционности частотных датчиков // 2190838

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ поверки датчика температуры теплоносителя в трубе // 2282836

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к измерению температуры

Устройство для измерения температуры в виде термоэлектрического преобразователя // 2299408

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при измерении температуры на оборудовании, применяемом в длительных технологических циклах

Метрологическая установка для одновременной калибровки каналов температуры и давления комплексной скважинной аппаратуры // 2306534

Способ контроля достоверности показаний термоэлектрического преобразователя в процессе его эксплуатации // 2325622

Малогабаритная ампула реперной температурной точки для градуировки прецизионных термометров и термопреобразователей в калибраторах температуры с твердотельными термостатами // 2334960

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в которых эксплуатируются твердотельные калибраторы температуры

Градуировка и измерение температур в расплавах посредством оптических волокон // 2339923

Изобретение относится к способу градуировки сигналов измерений, полученных с использованием оптических волокон, и состоит в том, что на одном конце оптического волокна находится эталонное вещество с известной реперной температурой, что эталонное вещество нагревают, по меньшей мере, до его реперной температуры, что сигнал, поступивший в волокно при достижении реперной температуры, подают в измерительное устройство в качестве калибровочного сигнала и сравнивают в нем с теоретическим значением для реперной температуры, а разность используют для градуировки

Материал для калибровки термопар // 2362219

Изобретение относится к области тепловых измерений и предназначено для контроля характеристик термопар

Способ контроля стабильности эталонных и прецизионных термометров в процессе их эксплуатации // 2401998

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного периодического контроля стабильности эталонных и прецизионных термометров в измерительных, поверочных и калибровочных лабораториях различных отраслей науки и промышленности

Устройство для калибровки многоканальных пирометров // 2438103

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано для калибровки многоканальных пирометров

Устройство и способ для калибровки термометра по месту // 2538930

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для калибровки термометра по месту. Устройство имеет датчик (S) температуры для определения температуры (Т). Предусмотрен эталонный элемент (К) для калибровки датчика (S) температуры, который, по меньшей мере, частично состоит из ферроэлектрического материала (D), который в актуальном для калибровки датчика (S) температуры температурном интервале претерпевает фазовый переход при, по меньшей мере, одной заданной температуре (Тph). Ферроэлектрический материал (D) выполнен в виде подложки для датчика (S) температуры. Технический результат - повышение точности калибровки. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.