Устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя

Устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя

Реферат

Заявляемое изобретение относится к термометрии и может быть использовано при оценке качества изготовления термоэлектрического преобразователя.

Известно применение рентгеновской аппаратуры для контроля качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя. Однако применение рентгеновского аппарата сопряжено со значительными технологическими трудностями, в частности по обеспечению радиационной безопасности персонала. Рентгеновское просвечивание выявляет наличие микротрещин и глубину проплавления электродов в спае, однако, для получения полной характеристики шва и околошовной зоны требуются рентгенограммы шва в 3-4 направлениях при 5-10 кратном увеличении. Использование рентгенографии для дефектоскопии большого количества термоэлектрических преобразователей требует больших затрат времени, специального оборудования и специально подготовленного помещения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является технологическое оборудование, применяемое в методе, предполагающем прогрев рабочего спая при 360°С в течение 5 минут и резкое охлаждение в воду. При этом на чувствительной аппаратуре ведут запись переходного процесса изменения электрического сопротивления термоэлектрического преобразователя. При некачественном изготовлении спая на диаграммной ленте появляются выбросы, причина которых - резкое изменение электрического сопротивления вследствие появления микротрещин /Температурные измерения. Справочник. Издательство «Наукова думка», 1984, с.384/. Таким образом, для осуществления указанного метода необходимо средство для нагрева рабочего спая и его охлаждения, а также прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени.

Недостатком устройства по прототипу является его громоздкость, неудобство в эксплуатации, низкая производительность. Как правило, для подтверждения наличия дефектов проводят не менее 2-3 термоударов. Совокупные затраты времени на нагрев, выдержку и повторение термоударов достигают значительных до 30-40 минут затрат времени. При этом применение термоударов может вызывать изменение статической характеристики термоэлектрического преобразователя. Величина изменения электрического сопротивления зависит от скорости охлаждения и количества термоударов, что снижает достоверность измерений.

Перед авторами стояла задача по созданию устройства для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, лишенного указанных недостатков.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, включающее прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно содержит источник постоянного напряжения, соединенный с входом в коммутатор, который оснащен клеммами для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, управляющие катушки силового реле и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство, вход прибора для регистрации переходных процессов соединен с выходом коммутатора, контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного напряжения, либо с прибором для регистрации переходных процессов, а контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя.

Дополнительно предлагается оснастить устройство усилителем сигнала термоэлектрического преобразователя, вход которого соединен с выходом из коммутатора, а выход соединен с входом в прибор для регистрации переходных процессов.

Технический результат заключается в повышении производительности и достоверности диагностики качества соединения электродов в рабочем спае.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого устройства, где 1 - источник постоянного напряжения, 2 - коммутатор, 3 - таймер, 4 - пусковое устройство, 5 - усилитель, 6 - термоэлектрический преобразователь, 7 - прибор для регистрации переходных процессов, 8 - клеммы для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, 9 - управляющая катушка силового реле, 10 - управляющая катушка сигнального реле, 11 - контакты силового реле, 12 - контакты сигнального реле.

Устройство работает следующим образом.

Электроды проверяемого термоэлектрического преобразователя 6 подключают к клеммам коммутатора 8. При этом в исходном состоянии контакты силового 11 и сигнального 12 реле коммутатора 2 соединяют электроды преобразователя 6 с входом прибора 7, который регистрирует начальную термоэлектродвижущую силу E₁. При нажатии на кнопку «ПУСК» включается таймер 3, сигнал с таймера поступает на пусковое устройство 4, где формируются команды на включение силового и сигнального реле коммутатора 2. Причем команда на включение сигнального реле и соответственно отключение прибора от коммутатора начинается раньше и кончается позже, чем команда на включение силового реле. В течение заданного таймером 3 времени через термоэлектрический преобразователь 6 пропускается ток обратной полярности.

При пропускании тока обратной полярности по преобразователю 6 («+» источника постоянного напряжения 1 соединен с «-» термоэлектрического преобразователя 6) в самом спае проявляются одновременно три тепловых процесса:

- поглощение теплоты за счет эффекта Пельтье;

- выделение теплоты за счет омического нагрева спая;

- подвод (отвод) тепла к спаю от термоэлектродов.

Количество теплоты Пельтье, поглощающееся в спае:

Q_п=I·Π·τ,

где Q_п - количество теплоты Пельтье, Дж;

I - величина тока в цепи, А;

Π - коэффициент Пельтье для данной пары проводников, В;

τ - время протекания тока, с.

Одновременно пропускаемый по преобразователю ток вызывает омический нагрев рабочего спая. Количество тепла, выделяющегося в спае, определяется по формуле

Q_д=I²·τ·R_сп,

где Q_д - количество джоулевой теплоты, Дж;

I - величина тока в цепи, А;

τ - время протекания тока, с;

R_сп - сопротивление непосредственно спая, Ом.

Величина подвода (отвода) тепла по термоэлектродам зависит от величины и знака градиента температуры вдоль термоэлектродов в непосредственной близости от спая:

Q_т=q·S=(λ/δ)·ΔT·S,

где Q_т - количество теплоты подводимое (отводимое) к спаю за счет теплопроводности, Дж;

S - сечение проводников, м²;

ΔT - перепад температур в зоне около перехода, К;

λ - теплопроводность материала термоэлектродов, (В/мК);

δ - расстояние от источника тепловыделения до перехода, м.

Интегральное количество теплоты, выделившейся в зоне спая, определяется алгебраической суммой 3-х составляющих (Q_п, Q_д, Q_т) и может быть как больше, так и меньше нуля.

После окончания импульса постоянного электрического тока, коммутатор 2 подключает термоэлектрический преобразователь 6 к прибору 7 и регистрируется величина термоэлектродвижущей силы Е₂.

Для заведомо хорошего преобразователя, проверенного всеми доступными методами, подбираются номинальные параметры величина тока I_н и длительности времени пропускания тока τ_и такими, чтобы суммарное тепловыделение Q в спае в момент времени τ₂ - окончания пропускания тока равнялось нулю.

У термоэлектрических преобразователей, спай которых не имеет дефектов, не изменяется регистрируемая в момент окончания пропускания тока величина термоэлектродвижущей силы. Как было указано выше, наличие технологического дефекта в рабочем спае вызывает увеличение электрического сопротивления спая. Следовательно, при подаче на термоэлектрический преобразователь с дефектным спаем токового импульса с номинальными параметрами I_н и τ_и возрастет количество выделяющегося джоулевого тепла Q_д. Суммарное количество выделившейся в зоне спая теплоты Q_д и Q_т превысит количество поглощаемой теплоты Пельтье Q_п. Вследствие этого у термоэлектрических преобразователей, спай которых имеет дефект, регистрируемая в момент окончания пропускания тока величина термоэлектродвижущая сила Е₂ становится больше величины термоэлектродвижущей силы E₁, зарегистрированной до пропускания тока. Превышение величины Е₂ над Е₁ свидетельствует о наличии дефекта в рабочем спае.

1. Устройство для проверки качества соединения электродов в рабочем спае термоэлектрического преобразователя, включающее прибор для регистрации переходных процессов изменения электрических характеристик во времени, отличающееся тем, что оно содержит источник постоянного напряжения, соединенный с входом в коммутатор, который оснащен клеммами для подключения электродов термоэлектрического преобразователя, управляющие катушки силового реле и сигнального реле коммутатора соединены с таймером через пусковое устройство, вход прибора для регистрации переходных процессов соединен с выходом коммутатора, контакты силового реле коммутатора установлены с возможностью попеременного соединения клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя либо с источником постоянного напряжения, либо с прибором для регистрации переходных процессов, а контакты сигнального реле коммутатора установлены с возможностью отключения прибора для регистрации переходных процессов от клемм для подключения электродов термоэлектрического преобразователя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит усилитель сигнала термоэлектрического преобразователя, вход которого соединен с выходом из коммутатора, а вход соединен с входом в прибор для регистрации переходных процессов.