Исследование и моделирование функциональных и эксплуатационных характеристик приборов и оборудования для высокоточных температурных технологий

• Автор: Тарасов, Роман Юльевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 180 с. : ил

1Л. Термоэлектрические системы регулирования температуры

1.1.1. Перспективы применения термоэлектрических устройств в температурных технологиях I Л.2. Основные направления совершенствования ТЭС 1 Л.З. Проблемы оптимизации конструкции термоэлектрических устройств

1.2. Электронные средства измерения температуры

1.3. Микропроцессорные системы автоматического управления термическим оборудованием

1.4. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

СИСТЕМ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

2.1. Структура термоэлектрической системы

2.2. Определение математической модели и расчет теплового потока, проходящего через основание радиатора теплообменника
2.3. Определение математической модели для расчета температуры основания воздушного и жидкостного теплообменников
2.4. Программное обеспечение для методики определения линейной скорости воздушного потока
2.5. Методика расчета штыревого радиатора
2.6. Алгоритм оптимизации конструкции теплообменников для ТЭС
2.7. Основные результаты и выводы по 2й главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ДЛЯ ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ
3.1. Математическая модель для датчиков температуры, используемых в высокоточных термометрах
3.2. Реализация математической модели в программируемом термометре ТЭН
3.3. Разработка алгоритма и программного обеспечения для информационной связи электронных термометров с ПК
3.4. Математическая модель для датчиков температуры, используемых в многоканальных электронных термометрах
3.5. Основные результаты и выводы по 3й главе ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММНЫХ
СРЕДСТВ ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫМ ТЕРМИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
4.1. Алгоритм управления высокоточным термическим оборудованием
4.2. Идентификация объекта управления но экспериментальным данным
4.3. Моделирование системы управления термическим оборудованием
4.4. Математическая модель для термоэлектрических датчиков температуры
4.4.1. Решение проблемы холодного спая термопары
4.5. Основные результаты и выводы по 4й главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ
ВЫСОКОТОЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
5.1. Термоэлектрическое оборудование для прецизионных температурных исследований
5.2. Электронные средства измерения температуры
5.2.1. Цифровой многоканальный термометр
5.2.2. Высокоточный микропроцессорный термометр
5.3. Микропроцессорные блоки автоматического управления термическим оборудованием
5.4. Основные результаты и выводы по 5й главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
СИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ


Для твердого раствора ВТе3 В8е3, имеющего концентрацию носителей тока ниже оптимальной, ее увеличивают, добавляя в расплав, как правило, легирующие добавки в виде галогенидов. Одним из способов повышения термоэлектрической добротности является снижение фононной составляющей теплопроводности материалов путем легирования твердых растворов нейтральными примесями. В этом случае концентрация носителей тока остается неизменной, а рассеяния фононов могут быть больше, чем рассеяния носителей тока. Поэтому, растет отношение подвижности носителей к удельной теплопроводности рА и, как следствие, увеличивается термоэлектрическая добротность материала. Другим приемом повышения эффективности термоэлектрических охлаждающих устройств является температурная оптимизация свойств термоэлектрических материалов 2, , . В данном направлении актуально получение твердых растворов на основе ВТе3, обладающих максимальным значением в диапазоне температур от 0К до 0К , что особенно важно для создания каскадных низкотемпературных термоэлектрических устройств. Это достигается, в основном, путем уменьшения концентрации носителей тока. При этом оптимальная концентрация долж
на быть пропорциональна Т . Таким образом, с начала х годов и до настоящего времени твердые растворы на основе ВьТез остаются основными материалами для термоэлектрических устройств, работающих на эффекте Пельтье. Расширение сферы применения термоэлектрических устройств настоятельно требует повышения термоэлектрической добротности материалов в широком интервале температур, увеличения механической прочности термоэлектрических материалов, повышения процента выхода материала с максимальной термоэлектрической добротностью, то есть снижение себестоимости материала. Указанные параметры термоэлектрических материалов в основном определяется технологией их получения. Известно несколько способов изготовления материалов для термоэлектрических устройств прессование, экструзия, зонная плавка, метод Степанова, метод Бриджмена, метод Чохральского, кристаллизация расплавов при сверхвысоких скоростях охлаждения. Зонная перекристаллизация является на сегодняшний день самым распространенным промышленным способом получения термоэлектрических материалов. В то же время в последние годы для получения материала ртипа с повышенными механическими характеристиками некоторые производители используют метод экструзии. В работе 2 рассмотрено несколько вариантов металлдиэлектрических подложек для изготовления коммутационных матриц для термоэлектрических модулей ТЭМ. В качестве оптимального варианта предложены подложки из анодированного алюминия. Определены оптимальные алюминиевые сплавы и электролиты для анодирования этих сплавов. Оптимизирован процесс подготовки поверхности термоэлектрических материалов и предложена технология нанесения омических контактов, обладающих низким переходным сопротивлением и высокой адгезией. Важным фактором в проектировании высокоэффективных термоэлектрических устройств является наличие методик расчета конструкции и параметров этих устройств. Первым и наиболее важным этапом в создании термоэлектрических устройств является расчет отдельных узлов и устройств в целом. Согласно методикам, используемым в работах , , в результате расчета получаются приближенные параметры устройства, после чего необходим этап доработки конструкции с помощью макетирования и испытаний, что является длительным и недешевым процессом. В работе 3 проведена оптимизация известных приближенных методик расчета термоэлектрических охлаждающих устройств ТОУ, заключающаяся в том, что исходные величины предварительно корректируются с учетом статистических данных режимов работы термоэлектрических устройств. Но несмотря на существенные дополнения, внесенные в упомянутой работе, методика приближенного расчета требует проведения макетирования. В отличие от вышеуказанных приближенных методик расчета термоэлектрических устройств методика проектирования, приведенная в работах 3, , позволяет рассчитывать термоэлектрические устройства с учетом реальной температуры спаев ТЭМ, что даст возможность минимизировать процесс предварительного макетирования проектируемого ТОУ.