Главная >  Продольные короткозамкнутые термоэлементы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [ 101 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

145. 146.

147. 148.

149. 150.

151.

152.

153.

154. 155. 156. 157.

158. 159. 160. .161.

162.

163. 164. 165.

166.

167.

Oolien Van H. Een Isotherme mlcrocalorlmeter voor kwantltatleve cHfferen-tlaal therralsche analyse.-TNO nleuws. 1968. 23. N 3. biz. 136-141. Pennington S. N.. Brown N. D. Construction and operation of a benchtop iour-eleraent Instrument for analytical microcalorlmetry.-Chem. Instrum., 1969. 2, N 2, p. 167-176. Petit I. L. These. Lyon, 1962, N 289, p. 3-30.

Petit I. L., Baie C. Bloc a cellules reactionnelles planes pour calorlmetrle

dlflerentlelle a flux.-Cr. Acad. scl. B. 1968. 267. N 26. p. 13 80-1382.

Precision calorlmetry.-Chera. Proc. 196Э. IS. N 7. p. 42-47.

Privalov P. L.. Plotnlkov V. V. Пат. 3879983 (СШ.\). Differential scanning

calorimeter for thermal analysis of liquids.- Опубл. 29.04.75.

Ryan E. A., Jackson J. J. Calorimeter for simultaneous measurements oj

stored energy and resistance.-Rev. Scl. Instrum.. 1969. 40, N 12, p. 1580-

1584.

Sinickl Ci Macqueron J. L. Etude dun calorlmetre destine & la mesure de eiier-gle dlsslpee dans un solide soumis a des contraintes-cycKques-. Cr. Acad. . scl. B, 196, 264. N 25, p. 1697-1699.

frlnt wlf, , /. ., .lr/l<=.? Al ?! ;8 nd data-logging system

. Phys. E: Scl. Instrum.,

....... .v. - л\. i auiuijiutic-piogrami

for use th Isothermal and adiabatic calorlmetry. 1971, 4, N 5, p. 366-371.

Stoesser P. i?., cUl S. J. Precision flow-ralcrocalorlmeter.- Rev. Scl. Instrum., 1967. 38. N 3. p. 422-425.

Swietoslawskl W. Microcalorlmetry.-New Yo>k: Reinhold Publ.Corp., 1946.- 187 p.

Tachoire H., Roux R. Etude experlmentale de la constante de temps Intrlnseque du microcalorimetre E. Calvet-Cr. Acad. sci.. 1965. 261. N 1, p. 63-66. Thotwenin Y., Rousseau A. Possibilits demplol dun microcalorimetre Calvet aux tres grandes sensibilites.-Colloq. Int. CNRS, 1967. N 156. p. 19-27. Discuss, p. 28-29.

Waal H. Quantitative differential thermal analysis with an Isothermal micro-calorimeter.-Instrum. Pract., 1965. 19, N 11. p. 1022-1028. WadsS I. Design and testing of a micro reaction calorimeter.- Acta chem. scand., 1968. 22, N 3. p. 927-937.

Wadsb 1. De doorstroom-microcalorlmeler als een analyse - apparaat voor bio-cheraie en verwante gebieden.-Chem. weekbl.. 1969. 69, N 4, biz. 9-11. Wadso I., Monk P. R. Пат. 329025 (Швеция). Satt och anordnlng for kontl-nuerlig analys av vatskor modelst mikrokalorimetrlsk matning av vatskans varmeflode.-Опубл. 28.09.70.

Walisch W., Becker F. Isotherme Kalorimetrie mil antomatisch gesteuerter Peltier - Kiihlung und fortlaufender Integration der Kompensatlon slels-tung.- Z. Phys. Chem. Neue Folge., 1963, 36. N 1/2, S. 97-102. Weber K.W., Him H. J. Improved flow microcalorimeter for biophysical studies.-Rev. Scl. Instrum., 1976, 47. N 5, p. 592-594.

Westrum E. F., Hatcher J. В., Osborne D. W. Microcalorimeter for studies of small samples.- J. Chem. Phys.. 1953, N 21, p. 419-425. White J. L.i Koyama K. Application of differential thermal calorlmetry to measurements of stored-energy release in metals.-Rev. Scl. Instrum., 1963 34, N 10. p. 1104-1110.

Zlelenklewicz W., Czarnota I., Konarska H. The dynamic model of a differential microcalorimeter.-Bull-. Acad, pol.sci. Ser. sci. chlm., 1970, 18, N 2,1 p. 99-102.

Zielenkiewicz W. Dynamic properties of BMR differential calorimeter.-Bull. Acad. pol. scl. Ser. sci. chlm., 1973, 21, N 4, p. 333-338.

Глава XIV. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

§ 1. Общая характеристика

термоэлектрических приемников излучения

1. Назначение

термоэлектрических приемников излучения

К термоэлектрическим приемникам излучения относят тепловые приемники, у которых энергия фотонов, преобразованная в тепловую, регистрируется термоэлементом, чаще всего термопарой или батареей термопар (рис. XIV. 1). Малая скорость тепловых процессов обеспечивает интегрирование квантов энергии, доставляемых фотонами приемной площадке. Степень их поглощения определяется свойствами площадки, в первую очередь ее коэффициентом поглощения, который в широком интервале длин волн несущественно зависит от частоты излучения. Термоэлектрические приемки- II I

ки являются неселективными, и это i t Т .

основное их преимущество перед j L

иными типами приемников. -

Термоэлектрические приемники

широко применяются в инфракрасной

спектроскопии, при определении

энергии и мощности лазерных излу-

Рис. XIV. 1. Модель термоэлектрического приемника излучения: I - приемная площадка; 2,3 - ветвн. термопары; 4 - термостат.---i i

чателей, в пирометрии, при определении рентгеновского и гамма-излучений, в приборах для измерения излучений Солнца и Земли, в космической и СВЧ технике, в метрологии.

2. Параметры

термоэлектрических приемников излучения

В общем случае приемник рассматривается как устройство,имеющее вход и выход. Ряд свойств приемника характеризуется соотношениями между входными и выходными его величинами [48, 77, 86, 102, 112, 158].

Интегральная чувствительность 8ц (В/Вт) равна отношению электрического напряжения на выходе U к мощности излучения W на входе:

и

(XIV.1)

611.



Иногда чувствительность относят к единице площади приемной площадки или в качестве единицы чувствительности выбирают отношение электрического сигнала на выходе к плотности потока излучения, падающего на приемную площадку. Отсутствие в некоторых описаниях приемников значений площади приемной площадки затрудняет переход к общепринятой единице чувствительности Syi в этих случаях значения чувствительности приведены в единицах В/(Вт-м) или {ВМ)/Вт. Для приемников лазерного излучения чувствительность приводят также в единицах В/Дж.

Для модулированного излучения интегральная чувствительность определяется из выражения

Sy (О)) =

(1 + 0)?t2)/2

(XIV.2)

где т - постоянная времени, ш - частота модуляции.

Спектральная чувствительность 8ц(К) характеризует зависимость чувствительности от длины волны излучения, падающего на приемную площадку.

Зонная чувствительность S(x, у) характеризует изменение чувствительности при облучении различных участков приемной площадки. Обычно определяется при облучении узким пучком, площадь которого значительно меньше площади приемной площадки, и описывается либо максимальным колебанием чувствительности (в процентах), либо графиками, на которых отложены геометрические места точек одинаковой чувствительности.

Порог чувствительности Ро(Вт) - эквивалентная мощность шумов, равная потоку излучения, который создает в приемнике сигнал, равный среднеквадратичному значению шума.

Обнаружительная способность D* - величина, обратная эквивалентной мощности шумов, нормированная по площади приемника S и полосе пропускания Д/, в которой измеряются шумы:

D* =

(XIV.3)

Для термоэлектрических приемников основными шумами являются: температурный, средний квадрат тепловой мощности (Шо) которого

wl = \kTiv.*M; (XIV.4)

тепловой, вызывающий флуктуации напряжения

Щ = AkoTRjAf,

где - действительная часть комплексного импеданса приемника, ko- постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, тл* - общая теплопроводность приемника. . i

В общем случае температурный шум обусловлен флуктуациями , мощности, получаемой приемником от фона, флуктуациями мощ-: ности, излучаемой приемной площадкой, и флуктуациями мощности теплообмена между термоэлементом и термостатом. Тепловой шум,

илл шум Джонсона, обусловлен тепловым движением носителей тока в проводнике. Их сумма дает

ш=5у*1/Ц-< (XIV.5)

Наличие неустранимых шумов устанавливает предел возможности обнаружения слабых потоков энергии, регистрируемых приемником. Конструкция чувствительных приемников должна оптимизироваться таким образом, чтобы приблизиться к максимальной обна-ружительной способности, определяемой минимальными шумами приемника. При измерениях в режиме компенсации первый член выражения (XIV. 5), как правило, существенно меньше второго и

Рис. XIV.2. Спектральные зависимости коэффициента отражения различных покрыгий:

/ - чернение камфорой; 2 - чернение золотом при давлении инертной атмосферы 1 мм рт. ст.; 3 - лак Персона; 4- чернение испарением золота прн давлении инертной атмосферы 2 мм рт. ст.; 5 - чернение камфорой толщиной 0.23 мм.

если ИМ пренебречь, то обнаружительная способность идеального приемника


J.001

12 , 14

Амки

D* = 2,8 . 10 Т-Ш

(X1V.6)

для случая, когда угол фоновых излучений равен 2п ср и темпера-?;ja фона (окружающей среды) равна температуре фоновых излучений Для случая, когда телесный угол фоновых засветок = = 4nsin%/2), - -

£) = 2 - 10

(51пф/2)

2T(Ti-To)J

(XIV.7)

где <р - угол между осью конуса, перпендикулярной приемной площадке, и образующей конуса, Ti - температура npneXiHofl площадки. Го - температура термостата. Для идеального теплового приемника при 300 К D*=,& Юсм-Гц Вт . Этим пределом ограничиваются возможности оптимизации и совершенствования конструкций термоэлектрических приемников.

Коэффициент шума равен отношению шумовой эквивалентной мощности приемника к шуму идеального приемника. Характеризует степень приближения приемника к идеальному.

Динамический диапазон - отношение максимальной мощности, при которой сохраняются с заданной точностью неизменными параметры приемника, к минимально обнаруживаемой мощности приемника. S



Рис. XIv.3. Зависимость коэффициента поглощения Eq конуса с Диффузным отражением внутренней поверхности от места падения узкого луча; здесь, в отличие от принятых обозначений, е - диффузный коэффициент отражения внутренней стенки (диафрагма с диффузным коэффициентом отражения, равным единице); размеры в единицах радиуса основания конуса:

R - радиус входного отверстия; т - радиус луча; р - угол у вершины конуса [33].



О 0,2 0.4 0,6 0,8 Г

О 0,2 0,4 0,6 0,8 Г

0,99 0,98 0,97 0,96 0,95

40°

60°

50°

70°

3=8(

6 е=

0,95

О 0.2 0,4 0,6 0,8 Г


О 0,2 0,4 0,6 0,8 Г


О 0,2 0,4 0,6 0,8 Г


О 0.2 0,4 0.6 0.8 Г



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [ 101 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126