Термоэлектрический усилитель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О11ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ » 820560 (61) Дополнительное к авт. овид-ву— (22) Заявлено 05.03.79 (21) 2734810! 18-25 с присоединением заявками №вЂ” (23) Пр иор,итет— (51) М. Кл.

Н 01 L 35/30

Гооудирстиенимй комитет

СССР ио делим изобретений и откочтий

Опубликовано 15.02.82. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 15.02.82 (53) УДК 621.362.2 (088.8) А. А. Бугаев, Б. П. Захарченя, Л. Г. Пыжов, Л, С. Стильбанс, Ф. А. Ч (72) Авто ры изобретения (71) Заявитель

Ордена Ленина институт и (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИИ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к термоэлектрическим преобразователям и может быть использовано в измерительной технике для усиления слабых электрических сигналов и управления световым сигналом.

Известно термоэлектрическое устройство для измерения теплового потока, содержащее два термопреобразователя, встречно включенные термопары которых через усилитель подключены к регистрирующему прибору П1. Недостатком известного термоэлектрического устройства является малая чувствительность, обусловленная малой добротностью металлических термопар.

Известно термоэлектрическое устройство, для усиления слабых электрических сигналов, содержащее источник преобразуемого сигнала, источник вспомогательного сигнала, резисторы и два полупроводниковых термопреобразователя, включенных встречно 121.

Недостатком устройства является малый коэффициент усиления, обусловленный тем, что каждый преобразователь работает в прямом цикле (преобразование тепловой энергии в электрическую) и отсутствие возможности получения второго выходного сигнала в виде светового пучка. Как установлено авторами настоящей заявки., коэффициент усиления устройства прототипа не

2 превышает 30, так как он ограничивается перегревом термопреобразователей.

Целью изобретения является увеличение коэффициента усиления и возможность по5 лучения второго выходного сигнала в виде светового пучка.

Поставленная цель достигается тем, что в термоэлектрическом усилителе, содержащем термопреобразователь, резистор и исlO точник питающего напряжения, соединенные последовательно, термопреобразователь состоит из терморезистора, выполненного из материала, обладающего фазовым переходом, и термоэлемента Пельтье, спай кото15 рого находится в тепловом контакте с терморезистором, причем термопреобразователь размещен внутри термостата, Кроме того, термоэлектрический усилитель снабжен источником света, а термо2Þ1 стат имеет прозрачное окно, сквозь, которое проходит падающий от источника на терморезистор и отраженный от него световой луч. . На чертеже представлена схема пред25 лагаемого устройства.

Устройство состоит из термопреобразователя, представляющего собой полупроводниковый термоэлемент 1 Пельтье, на рабо,чем спае которого в тепловом контакте с

ЗО ним находится терморезистор 2, выполнен3 ный из материала, обладающего фазовым переходом (например, из окисла ванадия) .

Противоположные си а и термоэлемента

Пельтье (через электроизолированный теплопереход 3) находятся в тепловом контакте с термостатом 4, внутри которого размещены и термоэлемент 1 Пельтье и терморезистор 2. Термостат 4 имеет прозрачное окно 5, сквозь которое проходит от источника 6 падающий световой луч на терморезистор 2 и отраженный от него луч к IIpIIciIнику 7. На термоэлемент 1 подается напряжение Е1 сигнала, терморезистор 2 включен последовательно с источником Е питания и сопротивления нагрузки RI.

Работа предлагаемого устройства состоит в следующем.

В термостате 4 устанавливают температуру, близкую к температуре фазового перехода материала терморезистора 2 (примерно на 1 или десятые доли градуса ниже температуры фазового перехода). Причем следует иметь в виду, что коэффициент усиления предлагаемого термоэлектрического усилителя тем больше, чем меньше разность между температурами обоих спаев термоэлемента. Минимальная разность указанных температур определяется температурной характеристикой сопротивления терморезистора.

После установления нужной температуры в термостате на термоэлемент подают входной сигнал ÅI. При этом термоэлемент повышает температуру терморезистора, и происходит фазовый переход его материала, Сопротивление терморезистора падает на несколько порядков, что приводит к соответствующему изменению падения напряжения

AU на сопротивлении нагрузки К. При изменении знака входного сигнала Е; происходит охлаждение сная термоэлемента, а следовательно, и терморезистора, что приводит к противоположному по знаку изменению падения напряжения ЛУ.

Предлагаемое устройство дает также возможность управлять световым пучком, падающим на терморезистор, так как коэффициент отражения материала терморезистора при фазовом переходе меняется в десятки раз. При этом входная мошность, затрачиваемая на указанное управление коэффициентом отражения, весьма мала— десятые доли милливатта.

В предлагаемом устройстве входной электрический сигнал подается на полупроводниковый термоэлемент и преобразуется в теплотуЯ, необходимую для осуществления фазового перехода материала терморсзистора. Поэтому в данном устройстве элемент Пельтье работает в обратном цикле (преобразование электрической энергии в тепловую). В этом случае затрата электроэнерпии W на перекачку термоэлементом тепла Q равна

Q Я

W= (1)

8 i(г) и где в — холодильный (и III отопительный) коэффициент, f(z) — функция or критерия

Иоффе z, QiT — разность температур, на I оторую подогревают (илп охлаждают) терморезистор (от температуры тсрмостата T) для осуществления в нем фазового перехода.

При AT<1", T 300 К для современных термоэлектрических материалов в" 50 — 100.

При использовании сще меньших Т для управления фазовым псрсходом, и еще больше возрастает, а затрага энергии на управление, соответственно, падает. Это связано с тем, что КПД обратного цикла термоэлемснта (преобразовани электрической энсрт гии в тепловую) . безгранично возраст тает при ХТ=-О.

Малые затраты энергии на управление фазовым переходом с помо|цью тсрмоэлемента, работающего в обратном цикле при малом ХТ и применение терморезистора, испытывающего большие скачки сопротиьлсния и коэффициента отражения, позволяет создать термоэлектрический усилитель с большим коэффициентом усиления и возможность получения второго выходного cnI зО нала в виде светового пучка.

Проведена экспериментальная проверка предлагаемого устройства. Термоэлемент был собран из полупроводниковых вечвей (р-ветвь на основе сплава В1--Тe — Яв

35 и-ветвь на основе сплава Hi — Те — 5в и через теплопереходы припаян к термостату.

К рабочим спаям термоэлемента приклеен терморезистор, изготовленный из окисла ванадия, имеющего фазовый переход при

40 Т = 339 К. Устройстго находилось при Т =

338 К и при ЛТ1 С обеспечивало коэффициент усиления электрического сигнала

1000 (входной сигнал .3 — 5 мВ), а мощностью 0,5 мВт, подаваемую на термоэле45 мент, удалось менять коэффициснт отражения поверхности терморезпстора пз окислов ванадия в "-40 раз.

Таким образом, устройство используется и как преобразователь малой электрической

И мощности во второй выходной сигнал в виде светового пучка.

Предлагаемое устройство обладает коэффициентом усиления электрического сигнала в несколько десятков раз большим, 55 чем у известного термоэлектрического усилителя (у прототипа коэффициент усиления ЗО, у предлагаемого устройства — по крайней мере 1000). Устройство дает возможность получения вfoporo выходного сиг60 нала в виде светового пучка.

Формула изобретения

1. Термоэлектрический усилитель, содержащий термопреобразователь, резистор и

55 источник питающего напряжения, соеди82056О

Составитель А. Камышпикова

Техред В. Кручиикииа

Редактор С. Титова

Заказ 946

Корректор Л. Слепая

Подписное

Изд. № 110 Тираж 758

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д, 4/5

Загорская типография Упрполиграфпздата Мособлисполкома

5 ненные последовательно, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью увеличения коэффициента усиления, термопвеобразователь состоит из терморезистора, выполненного из материала, обладающего фазовым переходом, и термоэлемента Пельтье, спай которого находится в тепловом контакте с терморезистором, причем термопреобразователь размещен внутри термостата.

2. Термоэлектрический усилитель по п. 1, отличающийся тем, что с целью получения второго выходного сигнала в виде светового пучка, он снабжен источником света, а термостат имеет прозрачное окно, сквозь которое проходит падаюгцпй от источника на терморезистор и отраженный от него световой*луч.

Источники информации, принятые во вн имание при экспертизе

1. Заявка ФРГ ¹ 15743204, кл. 42i

10 11/05, опублик, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 607159 кл. G 01 R 19/24, 1975 (прототип).