Устройство для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа

Все;.о, ,1"я стен,ие тй май. свйяб,.ол и оте М ОПИИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 20,1278 (21)2699276/18-25с присоединением заявки йо(5)М. Кл Н 01 . 35/34 ф Государственный комитет СССР. по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АСИММЕТРИИ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ МОСТОВОГО ТИПА Изобретение относится к области измерительной техники,в частности к устройствам для измерения параметров- термоэлектрических преобразователей мостового типа, и может найти применение 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. 20Известно 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, нта, блок уп,равления и милливольтметр постоянно го тока, подключенный к другой паре,диагональных выводов двух однородныхтермоэлектродов 123 .Известно, что асимметрия термоэлементов мостового типа с непосредственным нагревом обусловлена различиемсопротивлений и различными проявлениями термоэлектрических эффектов Зеебека, Пельтье фи 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 разности 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 измеренир составляющих асимметрии.3780085 . 4целью настояцего изобретейия явля-этих составляющих с помощью сумматоется расширение функциональных воз- ра, вычитание их суммы из зафиксимОжностей устройства за счет измерения .Рованной и при питании термбэлементасосФавляющих ассиметрии термоэлементов., постоянным током величины с помоцьюНоставлейнаяцель достигается тем, вычитателя й измерение полученнойчто в известное устройство,1 содержа.-. разности милливольтметром постоянноцее источник постоянного тока, двух- го тока;ПОЗИЦионный управляемый переключатель, Предлагаемое устройство поясняетвййод которого подключен к одной паре ся чертежомйабнальных выводов двух термоэлек- испытываемый термоэлемент мостовотродбв испытуемого термоэлемента, а "го типа с непосредственным нагревомуправляюций вход соединен с одним из ф выводами двух положительных и отривыходов блока управления, и милли- - цательных однородных термоэлектродов"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 отринизких частот, милливольтметр пере". 15 цательной полярностей источника 2менного тока,три масштабных усилйтел" постоянного тока или к источнику 3преобразователь напряжения, сумматор, переменного тока, Управляющий входсхема памяти, вычитатель и милли" переключателя 1 соединен с одним вывольтметр постоянного тока, причем ходом блока 4 управленйя, К выводамк одной паре диагональных выводов2 р разнородныхтермоэлектродов теРмо" "дбухположительных и отрицательных элемента подключены схемы 5 памяти"однородных термоэлектродов испытыва- через фильтр 6 низких частот - первыйемого" термоэлемента подключены через милливольтметр 7 постоянного тока .двухпозиционный управляемый пере- и через фильтр 8 высоких частотКВОЧтатЕЛЬ СООтВЕтСтВЕННО ВЫХОДЫ ПОМИЛЛИВОЛЬтМЕтР 9 ПЕРЕМЕННОГО тОКа.,ложительной и отрицательной поляр" К выходу фильтра 8 подключен черезкостей. 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. Кных выводов двух разнородных выходу фильтра 6 подсоединен другойтермоэлектродов подключены схе- З вход сумматора 12, другойвыход бло"ма памяти, управляющий вход котоРой ка 4 соедийей с управляющим входомсоединен с другим выходом блока Уп" схемы 5, Выход схемы 5 соединен черавления и через фильтРы низКих и вы рез второй масштабный усилитель 13соких частот соответственно первый с одним входом вычитателя 14 к дру милливольтметр постоянного тока и 35 гому входу которого подключен выходмилливольтметр переменного тока; сумматора 12, Выход вычитателя 14к выходу фильтра высоких частот под- через третий масштабный усилитель.ключен: через ПосЛедователЬно СоЕдИ соединен с вторЫм МиллиВОЛьтметненные преобразователь йапРЯжениЯ ром 1 б постоянноГо тока,и первый масштабный усли один 40Измерение составляющих асимметриис ммато а другой вход котороготермоэлементов производится в двасоединен с в д ф Р этапа, На первом этапе фиксируется,инеи с выходом фильтра низкихстот а выход - с одним входомсумма составляющих асимметрии, на втовычитателя, друг . Ром этапе происходит определениея гой вход которого сое 4 каждой составляющей аси етрии. упвто ой масштабный усилитель с выходом схемы памяти, а вы- кажд сход через третий масшта ны ус лб ый усилйтельравление процессом измерения осущес -с вторым милливолньдттмегстрстмт ЙоСФоэянного, вляется блокомРабота предлагаемого устройстватока.Подключенйе к одной паре диагональ+ произвбдится следующим образом."ных выводовдвух положительных и. от р на первом. этапе блок 4 выдает сигР Ци ательных однородных термоэлектро- налы включения по обоим выходам. Придов испытываемоготермоэлемента со-этом источник 2 подключается к вы ответственно выходов положительйой водам бднородных термоэлектродови отрйцатеэльной нолярйостеййм йтсточйи- - термоэлемента, причем к выводу двухка постоянного тока, а к другой его 5положительных" термоэлектродов подпаре диагональных выводов двух раз- соединяется выход, положительной понородных термоэлектродов схемы памя- лярности источника. Кроме того, нати позволяет зафиксировать сумму управляюций вход схемы 5 подается такт ех составляюцих ассиметриитермо- же сигнал включения, что обеспечиваэлемента.При подкдлтючеййй к вы 3 ЙТдамет подготовку ее к измерениям.однородных термоэлектродов источни После установления в цепи питания" а переменного тока после частотного : "термоэлементв"ваданного тока проиэпреосраэсввния пронэводится иэмере: к -водится"к -ПрОгрев"его н течение ваданние с помоцью ми "оцью милливольтметровпос- ного времени, При этом в плечах мос-тоянного и переменного тока двух та устанавливается требуемый тепло" "счкд"смосмтавтляйщих асимметрии, сложение 65 вой режим и генерируется ТЭдс эасчет термоэлектрических эффектов, ана сопротивлениях термоэлектродовобразуются падения напряжений отпротекаемого тока.Рассмотрим соотношение между ука-занными напряжениями, например, влевой половине моста между выводомдвух разнородных термоэлектрбдов ивыводом двух отрицательных однородныхтермоэлектродов. Между этими выводаМи действуют соответственно ТЭДС засчет эффекта Зеебека - Е и Е иТЭДС за счет эффектов Пельтье и Томсона - Е и Е , а на сопротивлени 3 Иях термоэлектродов образуются падения напряжений - Ор 4 и Ой 1Поскольку укаэанйЬе ТЭДС и падения напряжений имеют встречное включение то напряжение 0 между выводами разнородных термоэлектродов припитании термоэлемента постоянным током составляет 20О,=(Е- Ет+ (Еп- Еп, ++ (ц, -о)Это напряжение через, Фильтр 6 подается на милливольтметр,7, который измеряет величину напряжения, соответствующую сумме трех составляющих асимметрии.фильтр 8 не пропускает постоян- .ного напряжения,поэтому милливольт-метр 9 показывает нуль,:Одновременнопроисходит зарядка накопительногокондесатора схемы 5. С выхода этойсхемы напряжение, пропорциональноенапряжению У, подается на вход усилителя 13, Усиленное усилителем 13напряжение подается на один вход вычитателя 14На другой его вход поступает напряжение с выхода сумматора12, также пропорциональное напряжению0. Усилитель 13 предназначен длявыравнивания коэффициентов пропорциональности подаваемых навходы вычитателя 14 найряженнй. При правильнойпредварительной настройке устройства на первом этапе измерения напря;жение на входе вычитателя 14 отсутствует; а милливольтметр 16 показывает нуль,На втором этапе измерения на обоих выходах блока 4 появляются сигналы выключения, причем на выходе, 50подключенном к управляющему входупереключателя 1, с задержкой. Припоступлении сигнала выключения науправляющий вход схемы 5 происходитпереход ее в режимхранения информации. При этом накопительный конденсатор этой схемы отключается от вывоцов разнородных термоэлектродовтермоэлемента, Время задержки сигнала выключения, поступающего на управляющий вход, переключателя 1, устанавливается несколько большим, чемпродолжительность переходного процесса схемы 5. С указанной задержкой происходит переключение источника тока,в результате чего к выводам однород-65 ных термоэлектродов подключается источник 3Наличие задержки между появлениямисигналов выключения.на выходах блока 4 позволяет исключить погрешностьфиксации суммы составляющих асимйетрин, обусловленную разрядом накопительного конденсатора припереключении источйиков тока.После установления в цепи питания термоэлемеита переменного токаа эФфективным значением, равным величине постоянного тока, производятсяизмерение напряжения между выводамиразнородныхтермоэлектродов Поскольку при питании переменным током эффекты Пельтье и Томсона не проявляются, в плечах моста генерируютсятолько ТЭДС за счет эффекта Зеебека.Е и Е . Поэтому напряжение 01тмежду этйми выводами при питании тер"моэлемента переменным током составляетц,=(Ет -Е ) + (ц, - и,1) 6.х ь 2 чсЬ,где У - частота переменного тока,Это напряжение подается на фильтры 6 и 8, После прохождения черезфильтр 6 происходит ослабление переменной составляющей напряжения О.Постоянная составляющая напряженияО, соответствующая составляющейасимметрии термоэлемента за счетразличного проявления эФФекта Зеебека в плечах моста, подается с выхода Фильтра 6 на милливольтметр 7.Иилливольтметр 7 измеряет эту составляющую асимметрии. Фильтр 8 непропускает постоянной составляющейнапряжения 0, Поэтому милливольтметр9, предназначенный для измерения эфФективных значений синусоидального "напряжения,.измеряет переменную сос-.тавляющую напряжения 01, соответствующую составляющей асимметрии термоэлемента за счет различия падений на-пряжения на сопротивлениях термоэлектрадов плечахмоста,С выхода фильтра 8 переменное напряжение подается на вход преобразователя 10 переменного напряжения впостоянное, Выходное постоянное напряжение преобразователя 10 пропор"ционально эффективному значению еговходного переменного напряжения.Преобразованное напряжение подаетсяна вход усилителя 11, предназначенно"го для обеспечения равенства величины его выходного постоянного напряжения эффективному значению перемен"ного напряжения на входе преобразова-теля 10,Постоянное напряжение с выходовфильтра 6 и усилителя 11 подается навходы сумматора 12. Выходное напряжение сумматора 12 соответствует сум"ме двух составляющих асимметрии термоэлймента,измеряемых милливольтметравв7 и 9. Напряжение с выхода сумматора45 50 12 подается на другой вход вычитателя 14 Выходное напряжение вычитате-".ля 14 пропорционально составляющейасиММетрии 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 обеспечениямасштабного соответствия между вход.ными и выходными напряжениями вычита- фтеля 14. Милливольтметр 16 измеряетгретью составляющую асимметрии.Настройка предлагаемого устройствазаключается в установке коэффициентов усиления масштабных усилителей15и производится в следующей последовательности,Сначала проверяют и при необходимости устанавливают нулевые напряжения на выходах фильтров б и 8, на 20входе и выходе сумматора 12, а такжена входах и выходе вычитателя 14 при- ."отсутствии напряжениямежду разнородными выводами термоэлемента, Послечего от автономного источника илй 25с"выхода термоэлемента при питанииего постоянным током подают на входы фильтров б и 8 и схемы 5 постоянное напряжение. Устанавлйвают коэффициент усиления усилителя 13 такой ЗОвеличины, чтобы выходное напряжениевычитателя 14 отсутствовало, Послеэтого на управляющий вход схемы 5подают сигнал выключения. Затем навходы Фйльтров 6 и 8 от автономного источника подают переменное напряжение с эффективным значением,равным величине подаваемОго ранеепостоянного напряжения. Устанавливают коэффициент усиления. усилителя11 такой величины, чтобы выходное 40напряжение вычнтателя 14 отсутствовало. И, наконец, коэффициент усиле"ния усилителя 15 выбирается такойвеличины, чтобы при действии навходах Фильтров б и 8 переменногонапряжения.и при отсутствии напряжения на выходе усилителя 13 соблюдалось равенство выходных напряженийфильтра 8 и усилителя 15.Внедрение предложенного устройства"позволит повысить точностьоценки асимметрии термоэлементов засчет измерения составляющих асимметрии. В результате могут быть разработаны практические рекомендациипо уменьшению отклонейия характерис 1тики преобразования термоэлементаот квадратичной зависимости, т.е.повысится качество выпускаемых термоэлементов.Предложенное устройство для измерения асимметрии термоэлементов может быть использовано в установкахдля проверки параметров вакуумных термоэлементов мостового типа с непосредственным нагревом,формула изобретенияУстройство для измерения асимметрии термоэлементов мостового типа,содержащее источник постоянного тока,двухпозиционный управляемый переключатель,выход которого подключен к одной аре диагональных выводов двухтермоэлектродов испытываемого термо- .элемента, а управляющий вход соеди"нен с одним из выходов блока управле-1 ния, и милливольтметр постоянногоЪока, о т л и ч а ю щ е е с ятем,что, с целью расширения Функциональных воэможностей устройства, в негодополнительно введены источник переменного тока, фильтр высоких частот,фильтр низких частот,.милливольтметрпеременного тока, три масштабных усилителя, преобразователь напряжения,сумматор, схема памяти, вычислительи милливольтметр постоянного тока,причем к одной паре диагональныхвыводов двух положительных и отрицательных однородных термоэлектродовиспытываемого термоэлемента подключены через двухпозиционный управляемый переключатель соответственно выходы положительной и отрицательнойполярностей источника постоянного тока или выходы источника переменноготока, к другой паре диаГональных вы- .водов двух разнородных термоэлектродов подключены схема памяти, управляющий вход которой соединен с другим выходом блока управления, а через фильтры низких и высоких частотсоответственно первый милливольтметрпостоянного тока и милливольтметрпеременного тока, к выходу фильтравысоких частот подключен через последовательно соединенные преобразователь напряжения и первый масштабныйусилитель один вход сумматора, другой вход которого соединен с выходом фильтра низких частот, а выход -с одним входом вычитателя,другойвход которого соединен через второймасштабный усилитель с выходом схемыпамяти, а выход через третий масштаб-ный усилитель - с вторым милливольтметром постоянного тока,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Электротехнический справочник,т, 11, Под редакцией А.И, Головина,М,И, Чиликина и др, М 1955.2. Термоэлементы вакуумные енепосредственным нагревомТехнические условия СУ 0,339,003 ТУ от .04,12,1976 (прототип),. ВНИИПИ Госу по деламТираж 844 дарственного коми изобретений и отк ква, Ж, Раушск та СССРытий наб., д, 4