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


Рис. XIV.5. Зависимость коэффициента поглощения Ед сферы с диффузным поглощением е от отношения Sp поверхности входного отверстия к полной поверхности сферы. На графиках ось абсцисс увеличена путем введения Sot= t= S -f п (п соответствует десятым долям Sq, s -сотым долям, отложенным по оси абсцисс) [33].


0.96 0,92 0.88 0,84 0,80

=0,7

О 0,02 О 04 0,06 0,08 s+n О 0,02 0.04 0,06 0.08 s+n

to 0,995

0,990 0,985 0.980 0,975

£=0.

0.99 0,98 0,97 0,96 0,95

=0,9

0,85

=0,6

0,9 0,8 0,7

0,6 0,5

е=ол

/0,2

/0,3

о 0,02 0,04 0.06 0,08 s+n О 0,02 0,04 0,06 0,08 s+n



отражением стенок, конические (рнс. XIV. 6) и сферические с зеркальным отражением стенок, клиновидные и их комбинации [7, 30, 33, 100, 115, 131, 164, 166]. Ступеньки на рис. XIV. 6 обусловлены дисперсностью числа отражений. При увеличении диаметра луча ступеньки сглаживаются (на рис. XIV. 6 пунктирная линия). У конуса с зеркальным отражением коэффициент поглощения не зависит от места падения первичного пучка при большом числе отражений.

=0.7

£

=0.1

Рис. XIV.6. Зависимость коэффициента поглощения е зеркального конуса от угла Ро при вершине; е - коэффициент поглощения внутренней поверхности конуса (облучение тонким лучом) [33].

Коэффициент поглощения приемной площадки, оптимальная частота модуляции, рабочая температура приемника - параметры, которые часто вводят при описании приемников излучения.

3. Классификация приемников излучения

Термоэлектрические приемники излучения классифицируют: по используемому термоэлементу (термопара, анизотропный термоэлемент, вихревой термоэлемент, короткозамкнутый термоэлемент, слоистый термоэлемент);

по материалу термоэлементов (металл, полупроводник, полуметалл);

по конструкции термоэлементов (проволочные, ленточные, штыревые, пленочные, бруски, спирали);

по количеству термоэлементов (одиночные, дифференциальные батарейные);

по количеству коллекторов энергии ( с одним коллектором, с двумя компенсированными коллекторами, многоколлекторные);

по конструкции коллектора (плоский, конус, сфера, со сферическими или полусферическими зеркальными отражателями, клин, прямоугольные, щелевые, комбинированные);

по материалу коллектора энергии (твердые, жидкостные);

по взаимодействию с окружающей средой (воздушные, воздушные герметизированные, герметизированные с инертной атмосферой, вакуумные);

по областям применения (спектроскопия, пирометрия, актинометрия, метрология излучений, лазерная калориметрия, светометрия, калибровка источников ИК излучения, сравнение различных приемников, неселективные измерения в ИК области спектра).

Обзоры по приемникам излучения приведены в работах 146* 47, 78, 86, 96, 102, 107, 112, 127,Г 142, 148, 150, 158, 167, 170, 191,

201]; по приемникам лазерного излучения - в [33, 125, 161]; сведения по теории тепловых процессов -в работах [28, ПО, 137]; развитие техники приемников излучения с термопарными элементами описано в работах [102, 119, 120, 144, 145, 154, 155, 165, 183]. Сведения о параметрах термоэлектрических приемников излучения приведены в табл. XIV. 1.

§ 2. Одноэлементные термопарные приемники

1. Условия оптимизации

простейшей термопариой модели

Для модели, в которой распределением температуры в приемной площадке преиебрегается и не учитывается теплоемкость ветвей термоэлемента (см. рис. XIV. 1), при небольших мощностях падающего излучения чувствительность определяется выражением 1102, 112]

е осг

S =-й-(XIV.11)

lx*?(R + r + aT/y.*) + (o.C?(R + rf.f

где е - коэффициент излучения поверхности приемной площадки, а - коэффициент термоЭДС термопары, R - сопротивление нагрузки термопары, и* - полный теплообмен приемной площадки с окружающей средой, отнесенный к одному градусу температуры, г - сопротивление термопары, ш - круговая частота модуляции падающего потока, С - теплоемкость приемной площадки и спая термопары.

Постоянная времени приемника

. C(r + R)

*- *{R + r + a?T/*T-

В (XIV. 12) учитывается влияние эффекта Пельтье при протекании тока в цепи термопары. Если приемник используется в компенсационной схеме, то R со и т = С/к*.

Уменьшение теплоемкости приводит к росту чувствительности приемника и уменьшению его постоянной времени, поэтому приемные площадки изготовляют по возможности тонкими; их толщина ограничивается механической прочностью и теплопроводностью, которая должна быть достаточно большой, чтобы не вызвать существенных перепадов температуры в площадке. При малых толщинах приемных площадок становится существенным влияние теплоемкости и теплопроводности ветвей термопары. Учет теплопроводности ветвей в предположении изотермичности приемной площадки и черни приводит к выражению для постоянной времени [10, 11]

8 (CiPihi + CaPafta)

т =

(XIV.I3)

где S - площадь приемной площадки, и Са - удельные теплоемкости материалов площадки и черни, р и ра - их плотности,



Параметры термоэлектрических приемников излучения

Таблица XIV.l

te s

D*. (к, П, см.Гц/ Х

Постоянная

приемника

Макс

хВт-

времени, мкс

3* и

Одиоэлемеит-

Perkin-

- 3-108

(0,2-3,0) 10

иый вакуум-

Elmers

То же

Хорниг

2,5-108

4-10*

Росс-

15-108

5-10*

Дифференци-

Дейкус Шварц

2-108

(5-20) 103

альный воз-

душный

Дифференци-

Шварц

3-10

30-103

альный ваку-

умный

Одноэлемент-

Эйземан,

0,17-10

ный воздуш-

Бэйтс,

ный ТП-0,ЗХЗ

Мерриэн СССР

2.4-10

4.10*

ТП-0,2х2

СССР

4-10*

Одноэлемент-

Гаррнс

ный вакуум-

Керри и

Джордж

Для ИКС-11,

Кларк СССР

ИКС-12

ЛЭТИ

0,6-10

Воздушный

Верлих

6,8-10

дифференци-

альный

Вакуумный

Верлих

Дифференци-

Эпплай

9-10

альный

Хорниг

36.-103

36-103

41-103

Полостной воз-

СССР

6-104

душный

Хильгер

5-103

Шварц

3-10*

О з; о

С с с S

.

= =о Е ti

oS -

£2

с 0) а

£ 3 S

Sffl En

(a s r l-i

itr.ill

Зло E H O*.-

S о 0)03 c<

as Чя я

<5

2X0,2

3 .10-w

[112,

133]

<5

0,5-4

6-10

3,1-4,4

3 - 10-10

[102,

при 5 Гц

148]

<5

20-50

-

[180]

-

1-10

30-300

[126]

10-100

20-90

(1,5-5,6) x

126]

X 10-11

E>0,995

5-10-?

13.5,

1-45

136]

. 0,3X3

[46, 81,

0.2x2

-

[46, 81,

Rfil

50-80

0.4-0;5

2-10-11

[102]

2x0.3

2-10-1

[102,

0.2X4

13,5

12.5

127]

0,6X4

0,29

3,8-10-

157]

[142.

4,35

0,6-10-1

157]

0.37

1,4.10

[142.

1,2-10-1

1.6-10-1

12,5

2,9-10-1

5-10

0,994

2x0,2

[147]

4X0,2

10x1



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