Пристрій для автоматичних вимірювань параметрів термоелектричних генераторів

Реферат: UA 122857 U UA 122857 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області електричних вимірювань параметрів термоелектричних генераторів. Основними параметрами термоелектричних генераторів (ТЕГ) є напруга Uг, струм Іг і опір Rг на узгодженому навантаженні, напруга на ТЕГ при розімкненому зовнішньому ланцюзі Uo, потужність Р=UгІг і ККД=Р:(Р+Wн) ТЕГ, тепловий потік Wн через ТЕГ на узгодженому навантаженні в стаціонарному режимі. Всі ці параметри визначають при заданому максимальному перепаді температур між верхньою гарячою Тг та нижньою холодною Тх сторонами ТЕГ, або при ΔT=Тг-Тх. Узгодженим навантаженням при заданому ΔT називається навантаження, при якому внутрішній опір Rг дорівнює зовнішньому опору навантаження Rн, або коли Uг=1/2Uo, або коли Іг=1/2Ік.з, де Ік.з. - струм короткого замикання ТЕГ. (А.С. Охотин та ін. "Методи вимірювання характеристик термоелектричного матеріалу та перетворювачів". Вид-во "Наука", 1974. с. 11). Для визначення цих параметрів ТЕГ розміщують між нагрівачем і радіатором, забезпечують заданий ΔT, очікують, коли встановиться стаціонарний режим і вимірюють напругу Uo на ТЕГ. Потім підключають зовнішнє навантаження і, змінюючи його, домагаються щоб напруга на ТЕГ дорівнювала Uг=1/2Uo. Струм, що протікає через ТЕГ, призводить до виділення тепла Пельтьє в генераторі, що зменшує початкове ΔT, його доводиться регулювати і знову чекати встановлення стаціонарного режиму. У сталому стаціонарному режимі на узгодженому навантаженні вимірюють всі параметри ТЕГ. Це тривалий, трудомісткий процес з високою ймовірністю суб'єктивних похибок, вимагає спеціальної підготовки оператора. Найбільш близьким за технічним призначенням і суттю є пристрій для вимірювання параметрів термоелектричних генераторів, прийнятий за прототип, який містить регульоване джерело тепла і радіатор для створення заданого перепаду температур, електронне навантаження, підключене до ТЕГ, імпульсні вимірювачі струму і напруги, керуючий генератор коротких імпульсів. (Корисна модель "Пристрій для вимірювання параметрів термоелектричних генераторів", UA № 116509, H01L 35/34, бюл. № 10 від 25.05.2017 г.). До недоліків цього пристрою можна віднести наступне: не можливо визначити ККД генератора і тепловий потік через ТЕГ; ручний режим установки узгодженого навантаження. В основу корисної моделі поставлена задача автоматичних вимірювань основних параметрів ТЕГ на узгодженому навантаженні або довільному навантаженні, підвищення точності вимірювань. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для автоматичних вимірювань параметрів термоелектричних генераторів, що містить досліджуваний генератор, верхню і нижню тепловирівнюючі пластини, розташовані на робочих поверхнях генератора, вимірювачірегулятори температур, теплообмінник для термостатування нижньої тепловирівнюючої пластини, електричний нагрівач для термостатування верхньої тепловирівнюючої пластини, електронне навантаження, імпульсний вимірник струму, імпульсний вимірник напруги, аналоговий пристрій порівняння, генератор коротких імпульсів, додатково містить другий імпульсний вимірник напруги, дільник напруги на два, перемикач, а генератор коротких імпульсів додатково містить інверсний вихід, причому перший аналоговий вхід електронного навантаження підключений до першого електрода термоелектричного генератора, другий електрод генератора через імпульсний вимірник струму послідовно підключений до другого аналогового входу електронного навантаження, перший аналоговий вхід першого і другого імпульсних вимірників напруги підключені до першого електрода генератора, другий аналоговий вхід першого і другого імпульсних вимірників напруги підключені до другого електрода генератора, аналоговий вихід першого імпульсного вимірника напруги підключений до першого входу пристрою порівняння, другий вхід якого через перемикач і дільник напруги на два підключений до аналогового виходу другого імпульсного вимірника напруги, вихід пристрою порівняння підключений до аналогового керуючого входу електронного навантаження, інверсний вихід генератора коротких імпульсів підключений до керуючих входів імпульсного вимірника струму, першого імпульсного вимірника напруги і електронного навантаження, а прямий вихід генератора коротких імпульсів підключений до керуючого входу другого імпульсного вимірника напруги. Новим у пропонованому пристрої є те, що в стаціонарному режимі при заданому ΔT генератор автоматично навантажується узгодженим навантаженням і виконується вимір всіх основних параметрів ТЕГ. Крім цього, є можливість зняти вольтамперну характеристику ТЕГ при довільному навантаженні. Пристрій для автоматичного вимірювання параметрів ТЕГ зображено на Фіг. 1, де 1 досліджуваний ТЕГ, 2 - вимірювач-регулятор температури, 3 - тепловирівнююча пластина з 1 UA 122857 U 5 10 15 20 25 30 датчиками температури, 4 - електричний нагрівач з регульованою потужністю, 5 - теплообмінник з регульованим відведенням тепла, 6 - імпульсний вимірник струму, 7 - генератор коротких імпульсів, 8 - електронне навантаження, 9 - перший імпульсний вимірник напруги, 10 - другий імпульсний вимірник напруги, 11 - аналоговий пристрій порівняння, 12 - перемикач, 13 дільник напруги на два. На Фіг. 2 зображені графіки прямого і інверсного виходів генератора коротких імпульсів. 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. Вимірники-регулятори температури 2 автоматично підтримують задану температуру Тг електричного нагрівача 4 і Тх теплообмінника 5. Через деякий час на ТЕГ встановлюється задана стаціонарна різниця температур ΔT=Тг-Тх. Генератор коротких імпульсів 7, своїм інверсним виходом, високим рівнем, (Фіг. 2) включає імпульсний вимірник струму 6, електронне навантаження 8 і перший імпульсний вимірник напруги 9, а прямий вихід генератора 7 включає другий імпульсний вимірник напруги 10. Коли включене електронне навантаження 8, в ланцюзі ТЕГ протікає струм Іг, перший імпульсний вимірник напруги 9 вимірює напругу Uг, яка подається на перший вхід аналогового пристрою порівняння 11. Коли електронне навантаження 8 відключене, то другий імпульсний вимірник напруги 10 вимірює напругу ТЕГ рівне Uo, яке через дільник напруги на два 13 і перемикач 12, його 2 положення, надходить на другий вхід аналогового пристрою порівняння 11. Пристрій порівняння 11 керує електронним навантаженням 8 так, що Uг=1/2Uo, що свідчить про рівність опору генератора і електронного навантаження, тобто навантаження є узгодженим. Оскільки час відключення ТЕГ складає близько одиниць милі секунд при шпаруватості імпульсів близько 1000, то стаціонарний режим практично не порушується. У стаціонарному режимі, на узгодженому навантаженні, визначають Іг, Uг, Uo, Wн і обчислюють всі необхідні параметри. Якщо перемикач 12 перевести в положення 1 і на другий вхід пристрою порівняння 11 подати напругу Е в межах від 0 до Uo, то можна визначити параметри ТЕГ в будь-якій точці його вольтамперної характеристики при заданому ΔT. Пропонований пристрій дозволяє автоматично визначити основні параметри ТЕГ на узгодженому навантаженні в стаціонарному режимі при заданому ΔT, скоротити час вимірювань, виключити суб'єктивні помилки оператора і, тим самим, підвищити точність вимірювань, що можна вважати вирішенням поставленої перед корисною моделлю задачі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 Пристрій для автоматичних вимірювань параметрів термоелектричних генераторів, що містить досліджуваний генератор, верхню і нижню тепловирівнюючі пластини, розташовані на робочих поверхнях генератора, вимірювачі-регулятори температур, теплообмінник для термостатування нижньої тепловирівнюючої пластини, електричний нагрівач для термостатування верхньої тепловирівнюючої пластини, електронне навантаження, імпульсний вимірник струму, імпульсний вимірник напруги, аналоговий пристрій порівняння, генератор коротких імпульсів, який відрізняється тим, що додатково містить другий імпульсний вимірник напруги, дільник напруги на два, перемикач, а генератор коротких імпульсів додатково містить інверсний вихід, причому перший аналоговий вхід електронного навантаження підключений до першого електрода термоелектричного генератора, другий електрод генератора через імпульсний вимірник струму послідовно підключений до другого аналогового входу електронного навантаження, перший аналоговий вхід першого і другого імпульсних вимірників напруги підключені до першого електрода генератора, другий аналоговий вхід першого і другого імпульсних вимірників напруги підключені до другого електрода генератора, аналоговий вихід першого імпульсного вимірника напруги підключений до першого входу пристрою порівняння, другий вхід якого через перемикач і дільник напруги на два підключений до аналогового виходу другого імпульсного вимірника напруги, вихід пристрою порівнянняпідключений до аналогового керуючого входу електронного навантаження, інверсний вихід генератора коротких імпульсів підключений до керуючих входів імпульсного вимірника струму, першого імпульсного вимірника напруги і електронного навантаження, а прямий вихід генератора коротких імпульсів підключений до керуючого входу другого імпульсного вимірника напруги. 2 UA 122857 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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