§ 3. КОММУТАЦИЯ ТЕРМОБАТАРЕИ

Коммутацией обычно принято называть процесс соединения отдельных, пред варите залуженных ветвей термоэлемента в термобатарею посредством так называемых коммутационных пластин. Как указывалось выше, в зависимости от выбранной схемы коммутации прибора отдельные термоэлементы могут быть соединены друг с другом последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. Коммутация термобатареи, так же как и залуживание ветвей термоэлемента, является весьма ответственной операцией, от качества выполнения которой зависят параметры готового прибора. Качественная коммутация должна удовлетворять следующим основным требованиям:

1) величина переходного коммутационного слоя должна быть не более ом

2) коммутационные пластины, посредством которых осуществляется электрическое соединение отдельных ветвей термоэлементов, должны быть изготовлены из материала, обладающего высокой электропроводностью (медь или алюминий);

3) место соединения коммутационной пластины с полупроводником должно обладать достаточной механической прочностью; это требование обусловлено тем, что в процессе работы

термоэлемента в нем возникают значительные механические напряжения, которые могут привести к разрушению термоэлемента;

4) выбранный метод коммутации должен обеспечивать длительную эксплуатацию прибора без изменения его основных электрических и теплотехнических параметров в результате диффузии коммутационного сплава в полупроводник;

5) после длительного хранения термоохлаждающего прибора в коммутационном слое не должно происходить процессов рекристаллизации и дисперсионного затвердевания, что может привести к нарушению качества коммутации;

6) выбранный метод коммутации должен быть настолько технологичен в производстве, чтобы его выполнение было доступно работникам средней квалификации.

За последнее время было опробовано много способов коммутации термоэлектрических батарей, однако наиболее качественным оказался метод непосредственной пайки коммутационных пластин к предварительно залуженным ветвям термоэлемента легкоплавкими и мягкими припоями. Состав и температура плавления припоев, используемых при коммутации термоэлектрических батарей, приведены в табл. 16.

Таблица 16 (см. скан) Состав и температура плавления коммутационных припоев

Широкий диапазон в температурах плавления коммутационных припоев вызван тем, что в ряде конкретных случаев в зависимости от условий эксплуатации термоохлаждающего прибора термоэлектрическая батарея работает в различных температурных

условиях. Кроме того, в некоторых конструкциях многокаскадных термобатарей для удобства сборки отдельные каскады коммутируются припоями с различными температурами плавления.

Собственно процесс коммутации производится обычным электрическим паяльником с медным бойком, предварительно залуженным тонким слоем олова. Температура бойка паяльника не должна превышать температуру плавления припоя более чем на 10—20°. В противном случае происходит интенсивное растворение коммутационного припоя в припое, которым залужен полупроводник, в результате чего резко возрастает переходное сопротивление.

В качестве флюса при коммутации обычно пользуются чистым стеарином.

В связи с тем что процесс коммутации термобатареи является относительно трудоемким, заслуживают внимания работы по механизации этой операции. Так, например, И. Л. Герловиным был разработан метод так называемой одновременной коммутации термобатареи. Сущность этого метода заключается в следующем: медные коммутационные пластины посредством окунания залуживаются тонким слоем коммутационного сплава, состоящего из 70% и имеющего температуру плавления 170°. Ветви термоэлементов не залуживаются, а только зачищаются на мелкой шкурке по плоскостям пайки. Заемветви термоэлемента и залуженные пластины помещаются в специальное приспособление, в котором они прижимаются друг к другу посредством пружины.

Собственно процесс пайки производится путем погружения приспособления в стеарин, нагретый до температуры на 25—30° выше температуры плавления припоя, которым были залужены коммутационные пластины. Время выдержки приспособления при заданной температуре зависит от ряда факторов, но обычно не превышает 5 мин. Качество коммутации описанным методом зависит от величины давления прижима коммутационной пластины к полупроводникам. Наилучшие результаты были получены при давлении

Переходное сопротивление в образцах термоэлементов, изготовленных методом одновременной коммутации, было достаточно мало и составило для положительной ветви и для отрицательной ветви — .

Однако следует отметить, что метод одновременной коммутации пока может быть использован только в тех случаях, когда термоэлемент или простейшая термобатарея представляют собой конструктивно законченные узлы, которые уже в готовом виде монтируются в прибор. В большинстве случаев термоэлектрическая батарея является неотъемлемым элементом конструкции прибора и ее коммутация описанным методом может представлять определенные трудности.

Контроль качества коммутации в отдельной термобатарее или готовом приборе легче всего осуществить путем измерения падения напряжения на отдельных термоэлементах. На правильно сконструированном термоэлементе при прохождении через него оптимального расчетного тока падение напряжения на нем должно быть в пределах При этом на положительной ветви падения напряжения должно быть а на отрицательной

Следует оговориться, что указанное значение нормальных падений напряжения на термоэлементе зависит от электропроводности используемого вещества и температуры термоэлемента. Поэтому для более точного определения величины падения напряжения следует пользоваться формулами, приведенными в ч. I гл. I. Во всяком случае значение падения напряжения на отдельных ветвях или термоэлементах термоэлектрической батареи не должно отличаться более чем на Падение напряжения, превышающее указанный предел, свидетельствует о некачественной коммутации. Значительное увеличение падения напряжения на термоэлементе свидетельствует о нарушении коммутации в результате термических напряжений или механического повреждения. Уменьшение падения напряжения против нормы говорит о наличии в батарее короткого замыкания, что чаще всего бывает из-за наплыва припоя на полупроводник.