Устройство для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа

 

Всес.о, „. 1"

1.; !я

ITRTcH HG т—

* и ю ю . с галя б,.олноте - М .

ОПИ

H3O РР РАДИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<н780085

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТИЛЬСТВУ (61) Дополнитвльнов к ввт. сеид-ву (22) Заявлено 20,1278 (21)2699276/18-25 (51) М Кл с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Н 01 < 35/34 с

Государственный комитет

СССР по дедам изобретений и открытий

Опубликовано 15.11.80. Бюллетень М 42

Дата опубликования описания 15.11.80 (53) УДК 621. 362. 2 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Г.Г.Владимиров и A.A.Ñòåïàíoâ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АСИММЕТРИИ

ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ NOCTOBOI"О ТИПА

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения параметровтермоэлектрических преобразователей мостового типа, и может найти примене-3 ние в массовом производстве вакуумных термоэлементов с непосредственным нагревом.

Известны устройства для измерения асимметрии термоэлементов мостового 10 типа, выполненные по принципу измерения сопротивлений между смежными вершинами моста (11, Однако это устройство обладает недостаточной точностью, поскольку не обеспечивает изме-. 15 рение составляющих асимметрии за счет термоэлектрических эффектов и не учитывает шунтирующего действия сопротивления измеряемого плеча сопротивлениями других плеч. 20

Известно устройство для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа, которое содержит источник постоянного тока, выходы которого через двухпозиционный управляемый 25 переключатель полярности подключены к одной паре диагональных выводов двух разнородных термоэлектродов испытываемого термоэлем,зита, блок уп.равления и милливольтметр постоянно- 30 го тока, подключенный к другой паре, диагональных выводов двух однородных термоэлектродов (2 .

Известно, что асимметрия термоэлементов мостового типа с непосредственным нагревом обусловлена различием сопротивлений и различными проявлениями термоэлектрических эффектов Зеебека, Пельтье и Томсона термоэлектродов в плечах моста.

Измеряемые с помощью известного устройства напряжения состоят из суммы двух включенных согласно термоэлектродвижущих сил (ТЭДС)Г- за счет эффекта Зеебека и двух включенных встречно ТЭДС за счет эффектов Пельтье и Томсона и разнос-.и падений напряжени(З на сопротивлениях двух термоэлектродов в плечах моста за счет пропускаемого тока. Поэтому разность измеренных напряжений содержит сумму двух составляющих асимметрии; обусловленных различным проявлением эффектов

Пельтье и Томсона и различием сопротивлений термОэлектродов в плечах моста, Недостатком известного устройства является невозможность измерения составляющих асимметрии.

3,... 780085 . 4 г.. целью настоящеro и»зобретейия Пвля- этих составляющих с помощью сумматоется расширение функциональных воз- ра, вычитание их суммы из зафиксиМОжностей устройства за счет измерения .Рованной и при питании термбэлемента сосФаВляющих ассиметрии термоэлементов., постоянным током величины с помощью

Ноставлейная цель дбстигается тем, вычитателя и измерение полученной . что в известное устройство,1 содержа.- разности милливольтметром постоянно — шее источник постоянного тока, двух- ro тока;

ПОЗИЦИОННый управЛяемЫй ПЕрЕКЛючатЕль, Предлагаемое устройство поясняет-. в6йод которого подключен к одной паре ся чертежом.. йагбнальных выводов двух термоэлек- Испытываемый термоэлемент мостовотродбв испытуемого термоэлемента, à " ro типа с непосредственным нагревом управляющий вход соединен с одним из ® выводами двух положительных и отривыходов блока управления, и милли- . -"цательных однородных термоэлектродоЪ вольтметр постоянного тока, дополни- подключен через двухпозиционный уп"тельно введены источник переменного равляемый йереключатель 1 соответсттока, фильтр высоких частот, фильтР венно к выходам положительной и отри низких частот, милливольтметр gepe-. 1$ цательной полярностей источника 2 менного тока,три масштабных усилйтеля постоянного тока или к источнику 3 преобразователь напряжения, сумматорт переменного тока, Управляющий в од и вхо схема памяти, вычитатель и милли- переключателя 1 соединен с одним вывольтметр постоянного тока, причем ходом блока 4 управленйя. К выводам к одной паре диагональных выводов gp разнородных термоэлектродов термо" -двух "положительных и отрицательных элемента подключены схемы 5 памяти однородных термоэлектродов испытыва- через фильтр 6 низких частот - первый емого" термоэлемента подключены через милливольтметр 7 постоянного тока . двухпозиционный управляемый пере- и через фильтр 8 высоких частот кЛвчкатель соответственно выходы по милливольтметр 9 переменного тока., ложительной и отрицательной поляр- К выходу фильтра 8 подключен через ностей источника постоянного тока последовательно соединенные преобраили выходы источника переменного зователь. 10 и первый масштабный уситока. К другой паре диагональ- . литель 11 один вход сумматора 12. К ных выводов двух разнородных выходу фильтра 6 подсоединен другой термоэлектродов подключены схе- 3 вход сумматора 12. Другой выход блома памяти, управляющий вход которой ка 4 соедийей с управляющим входом соединен с другим выходом блока Уп" схемы 5. Выход схемы 5 соединен черавления и через фильтРы низКих и вы- рез второй масштабный усилитель 13 соких частот соответственно первый c одним входом вычитателя 14, к дру милливольтметр постоянного тока и 35 roMy входу которого подключен выход милливольтметр переменного тока сумматора 12 Выход вычитателя 14

К выходу фильтра высоких частот под через третий масштабный усилитель . ключен через последовательно соеди- 15 соединен с вторым милливольтметненные преобразователь напРяжения ром 16 постоянного тока. и пеРвый масштабный Усилитель Один 40 - Измерение составляющ х асимметрии вход сумматора, друг вход которого термоэлементов производится в два этапа, На первом этапе фиксируется о ом фильт а низких суд ма составляющих асимметрии на втос о ним входом ом этапе происходит определение гой вход которого сое4$ каждой составляющей асимметр и. Упасштабный усили- P .. гель с выходом с

ыхо ом схемы памяти, а вы- 45 кажд равление процессом измерения осущестход через третий масштабный Усилитель Р

ым милливольтметром"йосФоэянного, вляется блоком

РаботЗ предлагаемого устройства

П нйе к одной паре диагональ+ произвбдится следующим образом. одключен

4 ает сигных выводов двух положительных и. от- gg на первом, этапе блок 4 выд рицательных однородных термоэлектро- налы включения по обоим выходам. llpH дов испытываемого тер го термоэлемента со- этом источник 2 подключается к вы ответственно выходов положительйой водам бднородных термоэлектродов и от и ательной цолярйоате»й йсточйи- - термоэлемента, причем к выводу двух ка постоянного тока, а к другой его 5 положительных термоэлектродов подх выводов двух раз- соединяется выход, положительной попаре диагональных вы нородных термоэлектродо ктродов схемы памя- лярности источника. Кроме того, на ти позволяет зафиксировать сумму управляющий вход схемы 5 подается таквключения что обеспечиватрех составляющих ассиметрии термо- же сигнал вклю элемента.При подкэлтючеййй к вы д

= Займ ет подготовку ее к измерениям. одйородных термоэлектродо тродов источни- 40 После установления в цепи питания ка"переменного тока тока паоле частотного термоэлемента"эаданного тока проиэпреоараэования пронэводит он водится иэмере- водится"-нпрспреэв:его н течение ваданние с помощью миллив л

"и ольтметров пос- ного времени. При этом в плечах мос- тоянного и переменного тока д ного тока двух та устанавливается требуемый. тепло "смосмтавтляЮщих асимметрии, сл мметрии, сложение 65 вой режим и генерируется тЭЗС эа

780085 счет термоэлектрических эффектов, а на сопротивлениях термоэлектродов образуются падения напряжений от протекаемого тока.

Рассмотрим соотношение между ука- занными напряжениями, например, в левой половине моста между выводом двух разнородных термоэлектрбдов и выводом двух отрицательных однородных термоэлектродов. Между этими выводаМи действуют соответственно ТЭДС за счет эффекта Зеебека - Е и Е и

ТЭДС за счет эффектов Пельтье и Томсона - Е и Е„, а на сопротивлениМ ях термоэлектродов образуются падения напряжений - 0> и Utt<, Поскольку укаэанйЬе ТЭДС и падения напряжений имеют встречное включение то напряжение 0 между выводаt ми разнородных термоэлектродов при питании термоэлемента постоянным током составляет 20

14 =(Ет1 Етд.) + (En< - Еп2 ) +

+ (цз UZ< )

Это напряжение через, фильтр 6 подается на милливольтметр.7, который измеряет величину напряжения, соответствующую сумме трех составляющих асим метрии.фильтр 8 не пропускает постоянного напряжения, поэтому милливольт- метр 9 показывает нуль,:Одновременно происходит зарядка накопительного кондесатора схемы 5. С.выхода этой схемы напряжение, пропорциональное напряжению 11< подается на вход усилителя 13, Усиленное усилителем 13 напряжение подается на один вход вычитателя 14 ° На другой его вход поступает напряжение с выхода сумматора

12, также пропорциональное напряжению

U . Усилитель 13 предназначен для выравнивания коэффициентов пропорцио- 40 нальности подаваемых на входы вычитателя 14 найряженнй. При правильной предварительной настройке устройства на первом этапе измерения напря;жение на входе вычитателя 14 отсутст- 45 вует; а милливольтметр 16 показывает нуль.

На втором этапе измерения на обоих выходах блока 4 появляются сигналы выключения, причем на выходе, 50 подключенном к управляющему входу переключателя 1, с з.адержкой. При поступлении сигнала выключения на управляющий вход схемы 5 происходит переход ее в режим хранения информации. При этом накопительный конденсатор этой схемы отключается от вывоцов разнородных термоэлектродов термоэлемента, Время задержки сигнала выключения, поступающего на управляющий вход, переключателя 1, ус- 60 танавливается несколько большим, чем продолжительность переходного процесса схемы 5. С указанной задержкой происходит переключение источника тока, в результате чего к выводам однород- е5 ных термоэлектродов подключается источник 3 °

Наличие задержки между появлениями сигналов выключения на выходах блока 4 позволяет исключить погрешность. фиксации суммы составляющих асимйетрии, обусловленную разрядом накопительного конденсатора при переключении источйиков тока.

После установления в цепи питания термоэлемеита переменного тока а эффективным значением, равным величине постоянного тока, производятся измерение напряжения между выводами разнородных!термоэлектродовi Поскольку при питании переменным током эффекты Пельтье и Томсона не проявляются, s плечах моста генерируются только ТЭДС за счет эффекта Зеебека .Е и Е, Поэтому напряжение 01 . т между этйми выводами при питании термоэлемента переменным током составляет

О,=(Е, -Е„ ) + (И„, — utt,)4 . х .АЬ, где т - частота переменного тока, Это напряжение подается на фильтры 6 и 8, После прохождения через фильтр 6 происходит ослабление переменной составляющей напряжения Ug.

Постоянная составляющая напряжения

U, соответствующая составляющей асимметрии термоэлемента за счет различного проявления эффекта Зеебека в плечах моста, подается с выхода фильтра 6 на милливольтметр 7.

Иилливольтметр 7 измеряет эту составляющую асимметрии. Фильтр 8 не пропускает постоянной составляющей напряжения LQ. Поэтому милливольтметр

9, предназначенный для измерения эффективных значений синусоидального " .. напряжения,.измеряет переменную сос-.

„ тавляющую напряжения 01, соответству..ющую составляющей асимметрии термоэлемента за счет различия падений на- пряжения на сопротивлениях термоэлектрадов плечах моста, С выхода фильтра 8 переменное напряжение подается на вход преобразователя 10 переменного напряжения в постоянное. Выходное постоянное напряжение преобразователя 10 пропор" ционально эффективному значению его входного переменного напряжения.

Преобразованное напряжение подается на вход усилителя 11, предназначенного для обеспечения равенства величины его выходного постоянного напряжения эффективному значению переменного напряжения на входе преобразова- теля 10.

Постоянное напряжение с выходов фильтра 6 и усилителя ll подается на входы сумматора 12. Выходное напряже ние сумматора 12 соответствует сумме двух составляющих асимметрии термоэлемента,измеряемых милливольтметраья

7 H 9. Мапряжение с выхода сумматора780085

50

12 подается на другой вход вычитателя 14„ Выходное напряжение вычитате-". ля 14 пропорционально составляющей асиММетрии термоэлемента за счет раз- личного проявления эффектов Пельтье .и Томсона в плечах моста. Это напряжение усиливается Усилителем 15. Усилейное напряжение с его выхода поступает на милливольтметр 16. Усилитель 15 предназначен для обеспечения масштабного соответствия между вход .ными и выходными напряжениями вычита- 10 теля 14. Милливольтметр 16 измеряет гретью составляющую асимметрии .

Настройка предлагаемого устройства заключается в установке коэффициентов усиления масштабных усилителей

15 и производится в следующей последовательности, Сначала проверяют и при необходимости устанавливают нулевые напряжения на выходах фильтров б и 8, на 20 входе и выходе сумматора 12, а также на входах и выходе вычитателя 14 при отсутствии напряжения между разнородными выводами термоэлемента, После чего от автономного источника илй 25 с" выхода термоэлемента при питании его постоянным током подают на входы фильтров б и 8 и схемы 5 постоянное напряжение . Устанавлйвают коэффициент усиления усилителя 13 такой величины, чтобы выходное напряжение вычитателя 14 отсутствовало. После этого на управляющий вход схемы 5 подают сигнал выключения. Затем на входы фйльтров 6 и 8 от автономного источника подают переменное напряжение с эффективным значением, равным величине подаваемого ранее постоянного напряжения. Устанавливают коэффициент усиления. усилителя

11 такой величины, чтобы выходное 40 напряжение вычнтателя 14 отсутствовало. И, наконец, коэффициент усиле" ния усилителя 15 выбирается такой величины, чтобы при действии на входах фильтров б и 8 переменного напряжения .и при отсутствии напряжения на выходе усилителя 13 соблюдалось равенство выходных напряжений . фильтра 8 и усилителя 15.

Внедрение предложенного устройства позволит повысить точность оценки асимметрии термоэлементов за счет измерения составляющих асимметрии. В результате могут. быть разработаны практические рекомендации по уменьшению отклонейия характерис1 тики преобразования термоэлемента от квадратичной зависимости, т.е. повысится качество выпускаемых термоэлементов.

Предложенное устройство для из- 60 мерения асимметрии термоэлементов может быть использовано в установках для проверки параметров вакуумных термоэлементов мостового типа с непосредственным нагревом, Формула изобретения

Устройство для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа,содержащее источник постоянного тока, двухпозиционный управляемый переключатель,выход которого подключен к одной *аре диагональных выводов двух термоэлектродов испытываемого термо- . элемента, а управляющий вход соеди"нен с одним из выходов блока управле-

1ния, и милливольтметр постоянного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства, в него дополнительно введены источник переменного тока, фильтр высоких частот, фильтр низких частот,.милливольтметр переменного тока, три масштабных усилителя, преобразователь напряжения, сумматор, схема памяти, вычислитель и милливольтметр постоянного тока, причем к одной паре диагональных выводов двух положительных и отрицательных однородных термоэлектродов испытываемого термоэлемента подключены через двухпозиционный управляемый переключатель соответственно выходы положительной и отрицательной полярностей источника постоянного тока или выходы источника переменного тока, к другой паре диаГональных вы- . водов двух разнородных термоэлектродов подключены схема памяти, управляющий вход которой соединен с другим выходом блока управления, а че рез фильтры низких и высоких частот соответственно первый милливольтметр постоянного тока и милливольтметр переменного тока, к выходу фильтра высоких частот подключен через последовательно соединенные преобразователь напряжения и первый масштабный усилитель один вход сумматора, другой вход которого соединен с выходом фильтра низких частот, а выход— с одним входом вычитателя,другой вход которого соединен через второй масштабный усилитель с выходом схемы памяти, а выход через третий масштаб-. ный усилитель — с вторым милливольтметром постоянного тока, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1, Электротехнический справочник, т, 11, Под редакцией A.È, Головина, М,И, Чиликина и др, М,, 1955.

2. Термоэлементы вакуумные е непосредственным нагревом. Технические условия СУ0,339,003ТУ от04,12,1976 (прототип), 780085

Составитель B. Кручинкина

Редактор Н. Коган Техред М,Голинка

Корректор Н. Григорук

Заказ 9336/19 Тираж 844. ВНИИПИ ГосударСтвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, М:-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент „ r. ужгород, ул. Проектная, 4