ТЕСТЕР-СИСТЕМА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров термоэлектрических батарей (ТЭБ) при их изготовлении, эксплуатации и ремонте.
ТЭБ, основанные на получении электричества при использовании разности температур и применяемые в качестве альтернативных источников электроэнергии вдали от традиционных энергосистем, требуют более тщательной отбраковки их при изготовлении и более качественного контроля после их восстановления.
Известна автоматическая контрольно-измерительная аппаратура («Автоматическая аппаратура контроля» под редакцией Н.Н.Понамарева, М., «Сов. Радио», 1975 г., рис.1.1), содержащая последовательно соединенные коммутатор, преобразователь контролируемых сигналов и устройство управления и обработки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является «Устройство мониторинга психо-эмоционального состояния людей» (патент на ПМ №0053130 по МПК А 61 В 5/05, Бюл. ПМ №13, 2006 г.), содержащее датчик контролируемых параметров, канальный приемник, усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и вычислитель (в заявляемом устройстве соответственно - термопары и датчик тока, коммутатор сигналов, программируемый усилитель, АЦП и микроконтроллер).
Известные устройства не могут быть использованы для контроля параметров ТЭБ, т.к. не учитывают высокотемпературную специфику работы ТЭБ (500 градусов С и выше) и не содержат держателей и съемников сигналов с сильно нагретых поверхностей.
Целью заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей известного устройства путем обеспечения контроля параметров ТЭБ, ее нагревателя и охладителя, снимаемых с них с помощью держателя, а также - путем регулировки нормы этих параметров с помощью релейно-коммутационного управления от микроконтроллера.
Указанная цель достигается тем, что тестер-система для диагностики термоэлектрических батарей (ТЭБ), содержащая последовательно соединенные коммутатор сигналов, программируемый усилитель, аналого-цифровой
преобразователь (АЦП) и микроконтроллер через его информационный вход, группу из n датчиков контролируемых сигналов, клавиатуру, дисплей и два порта для подключения принтера и персональной ЭВМ, причем выходы датчиков контролируемых сигналов соединены с соответствующими входами n-входового коммутатора сигналов, клавиатура соединена с клавиатурным входом микроконтроллера, дисплейный выход которого соединен со входом дисплея, дополнительно содержит держатель ТЭБ, нагрузку, коммутатор нагрузки, коммутатор нагревателя, реле управления коммутатором нагрузки, реле управления коммутатором нагревателя, при этом держатель ТЭБ конструктивно состоит из нагревателя с нагревательными элементами, охладителя с каналами для прокачки хладагента и стягивающего крепления, жестко соединяющего нагреватель, охладитель и размещаемую между ними ТЭБ, причем в качестве датчиков контролируемых сигналов используют датчик тока, вход которого соединен с первым выходом ТЭБ, делитель напряжения, вход которого соединен со вторым выходом ТЭБ, и n-2 термопары, входы которых вмонтированы в соответствующие точки на поверхности нагревателя и охладителя, при этом первый,.... пятый управляющие выходы микроконтроллера соединены соответственно с управляющими входами АЦП, программируемого усилителя, коммутатора сигналов, реле управления коммутатором нагрузки и реле управления коммутатором нагревателя, выход которого соединен с первым входом коммутатора нагревателя, второй вход которого является входом тестера-системы для подключения к управляемому источнику тока, а выход которого соединен со входами нагревательных элементов, выход реле управления коммутатором нагрузки соединен с первым входом коммутатора нагрузки, второй вход которого соединен с выходом нагрузки, вход которой соединен со вторым выходом датчика тока.
Технический результат заявляемого устройства состоит в обеспечении возможности контроля параметров ТЭБ под нагрузкой и в режиме холостого хода для отбраковки ТЭБ после их изготовления, при периодическом контроле и после ремонта ТЭБ. Устройство успешно опробовано на ТЭБ типа ЖЦИШ 564234002 (Катер).
На фиг.1 представлена структурная схема тестер-системы для диагностики ТЭБ при числе контролируемых сигналов (параметров) n=8.
Устройство содержит коммутатор 1 сигналов, программируемый усилитель 2, АЦП 3, микроконтроллер 4, группу 5 датчиков 5.1,...5.n контролируемых сигналов, держатель 6 ТЭБ, нагрузку 7, коммутатор 8 нагрузки, коммутатор 9 нагревателя, реле 10 управления коммутатором нагрузки, реле 11 управления коммутатором нагревателя, клавиатуру 12, дисплей 13, в составе держателя: нагреватель 14 с нагревательными элементами 15, охладитель 16 с каналами 17 охлаждения, вход 18 питания нагревателей от управляемого источника
тока, выход 19 для подключения принтера и двунаправленный вывод 20 для подключения персональной ЭВМ, стягивающее крепление 21.
Для пояснения показаны циркуляция 22 хладагента по каналам охлаждения и не входящая в состав устройства ТЭБ 23.
Чтобы не затемнять суть заявляемого технического решения на фиг.1 не показан блок питания и цепи низковольтного питания электроники.
В качестве датчиков 5.1...5.6 используются термопары, в качестве датчика 5.7- делитель напряжения, а в качестве датчика 5.n - датчик тока или образцовое сопротивление со значением 0,0010 м.
Эти и другие используемые элементы являются элементами широкого применения.
Выходы датчиков 5.1,...5.n контролируемых сигналов соединены с соответствующими входами n-входового коммутатора 1 сигналов, клавиатура 12 соединена с клавиатурным входом микроконтроллера 4, дисплейный выход которого соединен со входом дисплея 13, держатель 6 ТЭБ 23 конструктивно состоит из нагревателя 14 с нагревательными элементами 15, охладителя 16 с каналами 17 для прокачки хладагента и стягивающего крепления 21, жестко соединяющего нагреватель 14, охладитель 16 и размещаемую между ними ТЭБ 23, причем в качестве датчиков контролируемых сигналов используют датчик тока 5.n, вход которого соединен с первым выходом ТЭБ 23, делитель 5.7 напряжения, вход которого соединен со вторым выходом ТЭБ 23, и n-2 термопары 5.1,...5.6, входы которых вмонтированы в соответствующие точки на поверхности нагревателя 14 и охладителя 16, при этом первый,... пятый управляющие выходы микроконтроллера 4 соединены соответственно с управляющими входами АЦП 3, программируемого усилителя 2, коммутатора 1 сигналов, реле 10 управления коммутатором нагрузки и реле 11 управления коммутатором 9 нагревателя, выход которого соединен с первым входом коммутатора 9 нагревателя, второй вход которого является входом 18 тестера-системы для подключения к управляемому источнику тока, а выход которого соединен со входами нагревательных элементов 15, выходы которых соединены с общим корпусом, выход реле 10 управления коммутатором 8 нагрузки соединен с первым входом коммутатора 8 нагрузки, второй вход которого соединен с выходом нагрузки 7, вход которой соединен со вторым выходом датчика 5.n тока, выход коммутатора 8 нагрузки соединен с первым входом ТЭБ, второй вход которой является общим корпусом.
Устройство работает следующим образом.
ТЭБ 23 устанавливается между нагревателем 14 и охладителем 16 и скрепляется стягивающим креплением 21. Подается питание на нагреватель 14 от источника 18. Для поддержания температуры в заданном диапазоне и в целях избежания перегрева нагревателя 14 и ТЭБ 23, нагреватель 14 подключают к источнику 18 через коммутатор 9 нагревателя, управление которым осуществляет тестер - система через реле 11 управления коммутатора 9 нагревателя. Контакты этого реле размыкаются при достижении температуры нагревателя 14 установленного верхнего предела. Благодаря циркуляции 22 хладагета или воды обеспечивают температуру охладителя 16 и холодной стороны ТЭБ 23 порядка 100 градусов С при температуре нагревателя 14 500 градусов С. Управление коммутатором 8 нагрузки осуществляется через реле 11.
Сигналы с датчиков 5.1,... поступают на коммутатор 1 сигналов. Поскольку величина напряжения ТЭБ 23 на три-четыре порядка превышает величины напряжений термопар и датчика тока, то для избежания влияния сигнала от ТЭБ 23 в коммутаторе 1 на сигналы от остальных источников, сигнал от ТЭБ 23 подается через делитель 5.7 напряжения. С коммутатора 1 сигнал от выбранного источника поступает на программируемый усилитель, коэффициент которого устанавливает по программе микроконтроллер 4. Затем сигнал преобразуется на АЦП 3 в цифровой код, удобный для обработки в соответствии с программой микроконтроллера 4, которая опубликована авторами в книге «Компонентное моделирование и программирование на языке UML», Путилин А.Б., Юрагов Е.А., NTпресс, 662 с, 2005 г.
Визуальный контроль результатов осуществляют на дисплее 13.
Для задания режима измерения и управления функциями тестер-системы к микроконтроллеру 4 подключена шестнадцатикнопочная пленочная клавиатура 12. Для протоколирования данных на бумажном носителе тестер-система оснащена параллельным портом 19 для подключения принтера по интерфейсу стандарта Centronix, а для передачи данных в ПЭВМ для дальнейшей обработки и ведения баз данных тестер-система имеет последовательный порт 20, выполненный по стандарту интерфейса RS-232.