Пристрій для вимірювання параметрів термоелектричних генераторів

Реферат: UA 116509 U UA 116509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електричних вимірювань параметрів термоелектричних генераторів. Основними параметрами термоелектричних генераторів (ТЕГ) є вольт-амперні характеристики ТЕГ при різних значеннях перепаду температур ΔT між гарячою та холодною поверхнями, і, похідна від цієї залежності, потужність Wг, що виділяється в зовнішнє навантаження Rн при різних значеннях струму і перепадах температур (фіг. 2). Графік залежності потужності Wг, що виділяється в навантаженні при заданому ΔT, має максимальне значення Wmpp в точці, яка носить загальноприйняту назву МРР, графік вольт-амперної характеристики являє собою пряму лінію з двома характерними точками: максимальна напруга при відключеному навантаженні Uo і максимальний струм Ікз при короткому замиканні ТЕГ. При виробництві ТЕГ, в основному, визначають максимальну потужність Wmpp, максимальна напруга Uo і максимальний струм Ікз при заданому ΔT. Максимальна потужність Wmpp досягається або при струмі Ікз/2, або при напрузі Uo/2, або при зовнішньому навантаженні Rн, яке дорівнює внутрішньому опору ТЕГ - Rв (А.С. Охотин та ін. "Методи вимірювання характеристик термоелектричного матеріалу та перетворювачів". - Вид-во "Наука", 1974. - С. 11). Відомим аналогом є пристрій для вимірювання параметрів ТЕГ, який містить регульоване джерело тепла і радіатор для створення заданого перепаду температур, електричне навантаження у вигляді реостата, який підключений до ТЕГ, вимірювачі струму і напруги (А.С. Охотин та ін. "Методи вимірювання характеристик термоелектричного матеріалу та перетворювачів".- Вид-во "Наука", 1974. - С. 126). При заданому перепаді температур і включеному навантаженні ТЕГ, через деякий час, приходить в тепловій стаціонарний режим, при якому вимірюють напругу на ТЕГ і струм через нього. Зміна струму через ТЕГ за допомогою реостата призведе до зміни перепаду температур, а для його відновлення необхідно регулювати джерело тепла і знову очікувати встановлення стаціонарного теплового режиму. Недоліками аналога є низька продуктивність вимірювання однієї точки вольт-амперного графіка через тривалий час встановлення стаціонарного теплового режиму ТЕГ; складність вимірювання максимальної потужності через необхідність суворого дотримання рівності опору ТЕГ і зовнішнього навантаження, яка встановлюється реостатом. Найближчим аналогом до корисної моделі є пристрій для вимірювання параметрів термоелектричних генераторів, який містить регульоване джерело тепла і радіатор для створення заданого перепаду температур, замість електричного навантаження електронне навантаження, яке підключене до ТЕГ, вимірювачі струму і напруги (Andrea Montecucco, Jonathan Siviter, Andrew Knox. "The effect of temperature mismatch on thermoelectric generators electrically connected in series and parallel". Applied Energy. - 2014. - № 123. - Р. 47-54.) При включеному електронному навантаженні встановлюють на ТЕГ заданий перепад температур і стаціонарний тепловий режим, а потім вимірюють струм і напруга через електронне навантаження. При зміні електронного навантаження, для вимірювання наступної точки вольтамперної характеристики, змінюється і тепловий режим ТЕГ, а для його відновлення потрібно регулювання джерела тепла і тривалий час для встановлення стаціонарного режиму. До недоліку найближчого аналога можна віднести низьку продуктивність вимірювання однієї точки вольт-амперного графіку через тривалий час встановлення стаціонарного теплового режиму ТЕГ. В основу корисної моделі поставлена задача збільшення продуктивності вимірювань параметрів ТЕГ і спрощення методики таких вимірювань. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для вимірювання параметрів термоелектричних генераторів, який містить досліджуваний генератор, верхню і нижню тепловирівнюючі пластини, які розташовані на робочих поверхнях генератора, теплообмінник для термостатування нижньої тепловирівнюючої пластини, нагрівач для термостатування верхньої тепловирівнюючої пластини, електронне навантаження, згідно з корисною моделлю, містить імпульсний вимірювач струму, імпульсний вимірювач напруги, аналоговий пристрій порівняння, генератор коротких імпульсів, причому перший аналоговий вхід електронного навантаження підключений до першого електрода термоелектричного генератора, другий електрод генератора через імпульсний вимірювач струму послідовно підключений до другого аналогового входу електронного навантаження, перший аналоговий вхід імпульсного вимірювача напруги підключений до першого електрода генератора, другий аналоговий вхід імпульсного вимірювача напруги підключений до другого електрода генератора, аналоговий вихід імпульсного вимірювача напруги підключений до першого входу пристрою порівняння, на другий вхід якого подається задана напруга, вихід пристрою порівняння підключений до аналогового керуючого входу електронного навантаження, вихід генератора коротких імпульсів 1 UA 116509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 підключений до керуючих входів імпульсного вимірювача струму, імпульсного вимірювача напруги і електронного навантаження. Електронне навантаження, підключене паралельно вимірюваному генератору, управляється по ланцюгу негативного зворотного зв'язку аналоговим пристроєм порівняння, на вхід якого подається задана напруга і напруга з ТЕГ, що призводить до їх рівності. Корисна модель пояснюється кресленнями. Пристрій для вимірювання параметрів ТЕГ зображено на фіг. 1, де 1 - досліджуваний ТЕГ, 2 - вимірювач температури, 3 - тепловирівнююча пластина з датчиками температури, 4 - нагрівач з регульованою потужністю, 5 - теплообмінник з регульованим відведенням тепла, 6 імпульсний вимірювач струму, 7 - імпульсний вимірювач напруги, 8 - аналоговий пристрій порівняння, 9 - електронне навантаження, 10 - генератор коротких імпульсів. На фіг. 2 зображені графіки залежності напруги Uг і потужності Wг генератора в залежності від струму Іг через нього при різних перепадах температури ΔT. Пристрій працює наступним чином. Досліджуваний ТЕГ 1 на тепловому мастилі встановлюють між двома тепловирівнюючими пластинами 3, а потім цей пакет на тепловому мастилі встановлюють між нагрівачем 4 і теплообмінником 5, забезпечують задане зусилля притиску F. Регулюючи потужність, що підводиться нагрівачем 4, встановлюють на верхній тепловирівнюючій пластині задану температуру Тг, а регулюючи відведену потужність теплообмінником 5, встановлюють на нижній тепловирівнюючій пластині задану температуру Тх, які контролюють вимірювачами температури 2. Задають вибрану напругу Е, яка менше або дорівнює напрузі Uo при розімкнутому зовнішньому ланцюзі, і подають її на вхід пристрою порівняння 8. Генератор коротких імпульсів 10 одночасно подає керуючі імпульси на імпульсний вимірювач струму 6, імпульсний вимірювач напругу 7 і електронне навантаження 9. При цьому електронне навантаження 9 включається, встановлюється негативний зворотний зв'язок між пристроєм порівняння 8 і ТЕГ 1, струм через нього починає змінюватися до тих пір, поки на виході ТЕГ 1 не встановиться напруга, рівна заданій напрузі Е. Імпульсний вимірювач струму 6 вимірює струм генератора Іг, а імпульсний вимірювач напруги 7 вимірює напругу на генераторі Uг за час дії керуючого імпульсу. Оскільки тривалість імпульсу становить одиниці мілісекунд при шпаруватості близько 1000, то тепловий режим ТЕГ практично залишається незмінний, рівний заданій різниці температур ΔT = Тг - Тх. Задаючи нове значення Е миттєво, через 2-5 с, зчитують нові значення Іг, Uг і заносять їх на графік залежності струм-напруга ТЕГ при заданому ΔТ. Так, наприклад, при відключенні електронного навантаження отримують напругу Uo, а при Е = 0 отримують струм Ікз. Змінюючи ΔT, отримують сімейство характеристик, вид яких наведено на Фіг. 2. Оскільки при класичних стаціонарних вимірах з підключеним навантаженням до ТЕГ, на відновлення стаціонарного температурного режиму ΔT, визначення показань струму Іг і напруги Uг генератора потрібно часу більше ніж 30 хв., то запропонований пристрій дозволяє в сотні разів підвищити продуктивність вимірювання основних параметрів ТЕГ, що можна вважати вирішенням поставленої перед корисною моделлю задачі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 Пристрій для вимірювання параметрів термоелектричних генераторів, що містить досліджуваний генератор, верхню і нижню тепловирівнюючі пластини, які розташовані на робочих поверхнях генератора, теплообмінник для термостатування нижньої тепловирівнюючої пластини, нагрівач для термостатування верхньої тепловирівнюючої пластини, електронне навантаження, який відрізняється тим, що містить імпульсний вимірювач струму, імпульсний вимірювач напруги, аналоговий пристрій порівняння, генератор коротких імпульсів, причому перший аналоговий вхід електронного навантаження підключений до першого електрода термоелектричного генератора, другий електрод генератора через імпульсний вимірювач струму послідовно підключений до другого аналогового входу електронного навантаження, перший аналоговий вхід імпульсного вимірювача напруги підключений до першого електрода генератора, другий аналоговий вхід імпульсного вимірювача напруги підключений до другого електрода генератора, аналоговий вихід імпульсного вимірювача напруги підключений до першого входу пристрою порівняння, на другий вхід якого подається задана напруга, вихід пристрою порівняння підключений до аналогового керуючого входу електронного навантаження, вихід генератора коротких імпульсів підключений до керуючих входів імпульсного вимірювача струму, імпульсного вимірювача напруги та електронного навантаження. 2 UA 116509 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3