Термоэлектрический усилитель

Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл.Н 01 35/30 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открчтий(72) Авторы изобретения 71) Заявите Ордена Лен инстит(54) ТЕРМОЭЛ ЕКТРИЧ ЕСКИ й УС ИЛ ИТЕЛ 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 П 1. 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 2).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 установ. лено авторами настоящей заявки., коэффициент усиления устройства прототипа не превышает 30, так как он ограничивается перегревом термопреобразователей.Целью изобретения является увеличениекоэффициента усиления и возможность по лучения второго выходного сигнала в видесветового пучка.Поставленная цель достигается тем, чтов термоэлектрическом усилителе, содержащем термопреобразователь, резистор и ис точник питающего напряжения, соединенные последовательно, термопреобразователь состоит из терморезистора, выполненного из материала, обладающего фазовым переходом, и термоэлемента Пельтье, спай кото рого находится в тепловом контакте с терморезистором, причем термопреобразователь размещен внутри термостата,Кроме того, термоэлектрический усилитель снабжен источником света, а термо 2 Ю 1 стат имеет прозрачное окно, сквозь, котороепроходит падающий от источника на терморезистор и отраженный от него световой луч.На чертеже представлена схема пред.25 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, выполнен 3ный из материала, обладающего фазовымпереходом (например, из окисла ванадия),Противоположные си а и термоэлементаПельтье (через электроизолированный теплопереход 3) находятся в тепловом контакте с термостатом 4, внутри которого размс.щены и термоэлемент 1 Пельтье и терморезистор 2. Термостат 4 имеет прозрачноеокно 5, сквозь которое проходит от источника 6 падающий световой луч на терморезистор 2 и отраженный от него луч к приемнику 7, На термоэлемент 1 подается напряжение Е, сигнала, терморезистор 2 включенпоследовательно с источником Е питанияи сопротивления нагрузки Я,.Работа предлагаемого устройства состоит в следующем.В термостате 4 устанавливают температуру, близкую к температуре фазового перехода материала терморезистора 2 (пример.но на 1 или десятые доли градуса нижетемпературы фазового перехода). Причемследует иметь в виду, что коэффициент усиления предлагаемого термоэлектрическогоусилителя тем больше, чем меньше разность между температурами обоих спаевтермоэлемента. Минимальная разность указанных температур определяется температурной характеристикой сопротивления терморезистора.После установления нужной температуры в термостате на термоэлемент подаютвходной сигнал Е,. При этом термоэлементповышает температуру терморезистора, ипроисходит фазовый переход его материала,Сопротивление терморезистора падает нанесколько порядков, что приводит к соответствующему изменению падения напряженияЛУ на сопротивлении нагрузки й, При изменении знака входного сигнала Е; происходит охлаждение сная термоэлемента, аследовательно, и терморезистора, что приводит к противоположному по знаку изменению падения напряжения ЛУ,Предлагаемое устройство дает такжевозможность управлять световым пучком,падающим на терморезистор, так как коэффициент отражения материала терморезистора при фазовом переходе меняется в десятки раз, При этом входная мощность, 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 У на перекачку термоэлементом тепла Я равна 7 ЯУ= 11)8 1(г)тгде в - холодильный (или отопительный)коэффициент, (г) - функция ог критерияИоффе г, ЬТ - разность температур, на которую подогревают (илп охлаждают) терморезистор (от температуры тсрмостата Т)для осуществления в нем фазового перехода,При ХТ 1, Т"-300 К для современныхтермоэлектрических материалов в" 50 - 100.При использовании сще меньших ХТ дляуправления фазовым псрсходом, в еще больше возрастает, а затрата энергии на управление, соответственно, падает, Это связанос тем, что КПД обратного цикла термоэлемснта (преобразование электрической энсртгии в тепловую) . безгранично возраст20 тает при ХТО.Малые затраты энергии на управлениефазовым переходом с помоцью тсрмоэлемента, работающего в обратном цикле прималом ХТ и применение терморезистора, испытывающего большие скачки сопротиьлсния и коэффициента отражения, позволяетсоздать термоэлектрический усилитель сбольшим коэффициентом усиления и возможность получения второго выэдпого спгЗ 0 нала в виде светового пучка,Проведена экспериментальная проверкапредлагаемого устройства, Термоэлементбыл собран из полупроводниковых вечвей(р-ветвь на основе сплава В 1 Те - Яв35 и-ветвь на основе сплава В 1 - Те - Бв и через теплопереходы припаян к термостату.К рабочим спаям термоэлемента приклеентерморезистор, изготовленный из окисла ванадия, имеющего фазовый переход при40 Т = 339 К. Устройстго находилось при Т =338 К и при ЛТ 1 С обеспечивало коэффициент усиления электрического сигнала .1000 (входной сигнал 3 - 5 мВ), а мощностью 0,5 мВт, подаваемую на термоэле 45 мент, удалось менять коэффициснт отражения поверхности терморезпстора пз окисловванадия в "-40 раз.Таким образом, устройство используетсяи как преобразователь малой электрической50 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 30, у предлагаемого устройства - покрайней мере 1000). Устройство дает возможность получения вгорого выходногосиг 60 нала в виде светового пучка,Формула изобретения1. Термоэлектрический усилитель, содержащий термопреобразов атель, резистор и 65 источник питающего напряжения, соеди.Изд. 1 Ча 110 Тираж 758 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Загорская типография Упрполиграфпздата Мособлисполкома 5ненные последовательно, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что с целью увеличения коэффициента усиления, термопреобразователь состоит из терморезисторз, выполненного из материала, обладающего фазовым переходом, и термоэлемента Пельтье, спай которого находится в тепловом контакте с термо. резистором, 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 прохочит падающий от источника на терморезистор и отраженный от него световойлуч.ф 5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе