Способ определения энергии, отбираемой с эмиттера термоэмиссионного преобразователя

 

Преимущественная область использования изобретения - экспериментальное изучение физики процессов и измерения тепловых потоков в термоэмиссионных преобразователях (ТЭП). Цегь изобретения - повьпяение точности измерений энергии Q, отбираемой с эмиттера ТЭП при прохождении через него тока. Для ее достижения в способе измерения Qj в ТЭП по скорости измерения его параметров в нестациоИзобретение относится к физике и технике термоэмиссионного преобразователя энергии (ТЭП), Преимущественная область использования - экспериментальное изучение физики процессов и измерение тепловых потоков в ТЭП. Целью изобретения является повьшение точности измерений энергии (Хэ, отбираемой с эмиттера ТЭП при прохождении через него тока. Поставленная цель достигается за счет обеспечения условий, позволяюнарном температурном режиме при не реводе ТЭП из режима разомкнутой це-- пи в токовый режим подводимую дл нагрева эмиттера мощность поддср.кивают постоянной в течение всего , - цесса измерений, а после переводи ТЭП в режим с заданным током I измеряют зависимость напряжения па электродах V от времени t в течение времени подключения ТЭП к нагрузке, затем ТЭП переводят в режим разомкнутой цепи и импульсно измеряют участок его вольт-амперной характер истики, содержащей заданную величину тока, а Q, определяют из выражения Q СэШз/2.10-3 dV dt dV dt где C - удельная теплоемкость ма (С С/) териала эмиттера. m - масса ,x тара, --/ и dV,H dt производные at uu V от t при разомкнутой цепи и в токовом режиме при заданном токе I соответственно. щих исключить из рассмотрения переточки тепла между эмиттером ТЭП и его конструкционными элементами. Кроме того,об изменении температуры эм i гтера (Т) судят по величине iiaiii ния на электродах ТЭП, которое v-i тельно чувствительнее к 1, чог: термопары, притом безынерционно. Для достижения указашгоГ ne.-i i i способе измерения в о ски - рости изменения его ппраметров в нестационарном температурном режиме ntni со 00 О ел со о .....к

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (}9) (}}) 0530 А1 (51)4 Н 01 J 45 00

b (.:С},- 1 Щ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

= C m>/2 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3927951/24-21 (22) 11.07.86 (46) 23.07.89. Бюл. }1 27 (72) И.Н.Джашиашвили и В.З.Кайбышев (53) 621.362(088.8) (56) Л.И.Купырина, А.С.Титков, ТВТ, 4 N 3, 412 (1966).

В.А. Максимов, А.С. Титков

)11ТФ, 39, У 1, 166(1969). (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ, ОТБИРАЕМОП С ЭМИТТЕРА ТЕРМОЭМИССИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Прсим,щественная область использования изобретения — экспериментальное изучение физики процессов и измерения тепловых потоков в термоэмиссионных преобразователях (ТЭП). Цегь изобретения — повышение точности измерений энергии Q, отбираемой с эмиттера ТЭП при прохождении через него тока. Для ее достижения в способе измерения Q в ТЭП по скорости измерения его параметров в нестациоИзобретение относится к физике и технике термоэмиссионного преобразователя энергии (ТЭП), Преимущественная область использования — экспериментальное изучение физики процессов и измерение тепловых потоков в ТЭП.

Целью изобретения является повьппение точности измерений энергии Яз, отбираемой с эмиттера ТЭП при прохождении через него тока.

Поставленная цель достигается эа счет обеспечения условий, позволяю2 нарном температурном режиме при и» реводе ТЭП из режима разомкнутой цепи в токовый режим подводимую дл нагрева эмиттера мощность подпер.к11вают постоянной в течение вс»1о цесса измерений, а после перевода

ТЭП в режим с заданным током I измеряют зависимость напряжения на электродах Ч от времени t в течение времени подключения ТЭП к нагрузке, затем ТЭП переводят в режим раэомкнутОй ЦЕПИ И ИМПУЛЬСНО ИЗМЕРЯЮТ УЧ»огч». его вольт-амперной характеристики, содержащей заданную величину тока, а Q определяют и з выр аже ш1я Q где С вЂ” удельная теплоемкость материала эмиттера, m — масса эмитdV x dV u тера, --/ и — / — производные

1}с dt

V от t при разомкнутой цепи и в токовом режиме при заданном токе I соответственно. щих исключить из рассмотрения перетечки тепла между эмиттером ТЭП и его конструкционными элементами. Кромс того,об изменении температуры э11;:— тера (Т ) судят по велич 1н» ннн, ния на электродах ТЭП, к»торос тельно чувствительнее к Т,, термопарЫ, притом безынергн1онно.

Для достижения указаннoé цс.. способе измерения э в I )II но ск»рости изменения его парам»тров в н«стационарном температурном режиме нрн

3 1380530 переводе ТЭП из режима разомкнутой цепи в токовый режим подводимую для нагрева эмиттера мощность поддерживают постоянной в течение всего про.

5 цесса измерений, а после перевода

ТЭП в режим с заданным током 1 измеряют зависимость напряжения на электродах V от времени t в течение времени замыкания 1уц, рапного 10 тк э С» m»

t -- — — -------- — --- — — — — —----- fc7

3g lh 10

S ° 0 85(5 8 10- Тз + )

3 > + d (1)

rge8q » — относительная ошибка в изэ мерении Q, . связанная с непостоянством Т», Т вЂ” температура коллектора, К;

С вЂ” удельная теплоемкость материала коллектора при

Дж

Т кг гр;

m — масса коллектора, кг; величина межэлектродного зазора, м, Sз — рабочая (токовая) площадь поверхности эмиттера, м затем ТЭП переводят в режим разомкнутой цени и импульсно. измеряют участок его вольт-амперной характеристики, содержащий заданную величину тока I причем промежуток времени между измерительными импул -.сами Т выбирают равным у@ f(7 — fc)

Sý ю 113

-- — -(5,8 ° 10 - Тэ+ ) м С ш d (2)

r гдето Q — относительная ошибка в изме- 40 ренин Я, связанная с конечным числом измерительных импульсов; а продолжительность измерительного импульса 7 выбирают из условия

45 заданном токе 1 определяемый экспериментально при измерении вольтамперных характеристик ТЭП при заданном давлении цезия, Т, d u разных Т ан " производная V от в точке V=V при разомкнутой цепи; производная V от в точке V = V< в токовом режиме при заданном токе

dV14 I dV I ê" производные —, -- при одинак а

Пример осуществления способа.

В стационарном температурном режиме при разомкнутой цепи фиксируют подводимую для нагрева эмиттера мощность и затем замыкают цепь на нагрузку, обеспечивающую заданную величину тока I и одновременно начинают измерять зависимость напряжения на электродах от времени t. По истечении времени t ц цепь размыкают и через промежутки времени Т периодически замыкают ее на время Г, в течение которого нагрузка меняется в пределах, обеспечивающих измерение участка вольт-амперной характеристики, содержащего заданную величину тока I. По этим данным получают зависимость напряжения на электродах от времени в режиме холостого хода. По результатам измерений численно или графически определяют

55

2 ° 10 с ñ t(6 . q Т, L где3Я; относительная ошибка в измерении Я, связанная с конечной длительностью импульса. после чего Я,определяют по формуле где а = 2 10 — коэффициент про-з порциональности между dV и dT прн ковых значениях Ч в токовом режиме и при разомкнутой цепи и по формуле вычисляют gý .

Рассматривают временные параметры,ом, Т и способа измерения Й и оценивают погрешность измерений в экспериментальном ТЭП с обычными для него параметрами. Цилиндрический эмиттер с диаметром рабочего участка 10 м, с отверстием под нагреватель диаметром 6 10 м, длиной

Я

4 ° 10 м, зазором между эмиттером и коллектором d = 5 ° 10 1 м, цилиндричес1380530 кий коллектор с наружным диаметром

7 10 м и длиной 4 10 м. Материал эмиттера и коллектора — молибден о

У

Т э = 1800 К, Т = 900 К, Удельная теплоемкость эмиттера при Т =

Дж

180 К вЂ” С э = 320 — -- —, удельная кг. гр теплоемкость коллектора при Т<

900 К вЂ” С = 270 -=-- . Масса

Дж кг. rp

-3 эмиттера mэ = 10,1 ° 2,01 10

20,3 ° 10 кг, масса коллектора

m = 10,1 150,2 1О = 1,517 кг, площадь рабочей поверхности электродов S = 12.6 10 м . Находят из выражения (1) при котором цт э не превосходит заданной величины

Ь Т» — 6, 13 108gэ", если 89 = 0,001, 1 "/ ными импульсами Т, Т=ЬЯтэ — --).130;

t ам

Р (э 10 ", j = 10 "А/м и t>„=

=6 r получают Т 1,7 с; при j

10 А/м . э,„„ 0,8 с и Т =1,7 с, 5

t погрешность измерения 8 Я получается около 10 " . При Т = 1,7 с продолжительность измерительного импуль/Ъ са Г, чтобы погрешность Р Q э не пре- 40 восходила 10, должна быть Г +10- Т=

1,7 10 с, что выше нижнего предела для Г . Таким образом, суммарная погрешность измерения 5 9 при плотности тока 10 А/м не превышает 45

3 10, а при плотности тока 10 А/м2

-3 5

1,2 10 .

Формула изобретения

Спс соб определения энергии, отбираемой с эмиттера термоэмиссионного преобразователя при прохождении через него тока, включающий стабилизацию температуры электРодов преобразователя в режиме холостого тока, соединение преобразователя с нагрузкой обеспечивающей прохождение тока I, измерение напряжения на элето тц м = 6 с. При j = 1 10 А/м

g 22, 7 — 50,4 Вт и дТ, (21-46) К; что соответствует дЧ (4-9) 10 В.

При j 10 А/м для получения того же диапазона изменения Ч потребуется

t „II 10 раз меньше, и погрешность

BQ»" будет около 10 < IIn формуле 30 (2) определяют время между йзмеритель.

С тк ЗЯ „ (с 3

085 S (5 8 10 ҄+ — — )

-э 10 где С вЂ” удельная теплоемкость материала коллектора, Дж кг г масса коллектора, кг;

Относительная ошибка измерений, связанная с непостоянством температуры коллектора; площадь поверхности эмиттера, с которой отбирается электрический ток, м ; температура коллектора, К; величина межэлектродного зазора, м, S к

Т к

d о пределяют зависимость напряжения на электродах преобразователя от времени при работе на нагрузку, отключают преобразователь дт нагрузки, периодически измеряют вольт-амперные характеристики в течение времени c интервалами Т, выбираемыми из выражений ,2 10 С с(T7Q

q/

G+ э (с)

S 10-2 з

t (5,8 10 T + ----) зам С ш а где

bQ относитлеьная ошибка, связанная с длительностью измерения вольт-амперной характеристики; т

ЮЯэ- относительная ошибка измерений, связанная с числом измерительных импульсов;

Сэ — удельная теплоемкость материала эмиттера, Дж

) кг. г

m - масса эмиттера, кг; температура эмиттера К определяют зависимость напряжения на электродах преобразователя от времени в режиме холостого хода, при одинаковых напряжениях на электродах ктродах и оценку энергии, отбираемой.. с эмиттера, отличающийся тем, что, с целью повышения точнности, обеспечивают постоянство тепловой мощности, подводимой к эмиттеру, время подключения преобразователя. к нагрузке tз выбирают из выражения тк

1380

Н на нагрузку dVJ и в режиме холостого

d 1

Составитель В.Псаломщиков

Редактор И.Шубина Техред М.Ходанич Корректор Л.Бескид

Заказ 4902 Тираж б94 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101 преобразователя из зависимостей напряжения от времени определяют скорости изменения напряжения при работе

530 8 хода dV а оценку мощности отбирах

1е емой с эмиттера Q» осуществляют из выражения