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

поглощения в инфракрасном диапазоне, применение термобатарей с большим количеством (700-800) термопар. В головке использованы две термоэлектрические термобатареи, холодные спаи которых находятся в тепловом контакте с медным блоком большой теплопроводности и теплоемкости. Как и ранее, использовано дифференциальное включение батареи. Прибор обладает следующими параметрами: пределы измерений энергии - 3; 10; 30; 100 и 300 Дж; пределы измерений мощностей - 3; 10; 30; 100 и 300 Вт; диаметр входного зрачка - 15 мм; погрешность измерений в диапазоне длин волн 0,4-11 мкм - не более ±10%.



Рис. XIV.60. Схема измерительной головки калориметра ИМО-1:

/ - корпус; 2 - экраны; 3, 6 - приемные конические полости; 4,5 - нагреватели [33].

Рис. XIV.61. Схема измерительной головки калориметра КОД-10:

1,7 - медные конусы; 2, 6 - термопарные батареи; 3 - термостатнрующее тело; 4, 5 - эталонные нагреватели [64].

Конусный калориметр увеличенных размеров описан в работе [79]. Его конструкция приведена на рис. XIV.62. Конус изготовлен из меди,внутренняя поверхность никелирована для повышения коэффициента поглощения и уменьшения неравномерности распределения энергии. Масса конуса 158,5 г, диаметр основания 60 мм, толщина стенки конуса к вершине увеличивается. Конус охвачен четырьмя равномерно расположенными термобатареями, количество спаев 3000, материал термопары медь-константан, сопротивление батареи 4,5 кОм. На конусе расположены четыре градуиро-вочных нагревателя, их сопротивление при параллельном включении составляет 7,4 Ом. Нагрев конуса регистрируется относительно медных пластин, имеющих тже постоянную времени, что и конус; постоянная времени прибора 88 с, чувствительность 1,31 мВ/Дж, диапазон измерений 3-3000 Дж, спектральная область 0,4-2 мкм. Суммарная рассчитанная погрешность измерений составляет ±5,2%.

Эталонный калориметр с конической полостью и теплоотводящей трубкой, на которой вмонтированы термобатарея и эталонный нагреватель [193], изображен на рис. X1V.63. Погрешность измерения мощности в интервале 1-10 Вт составляет 1%.

Приемник для регистрации импульсов малых энергий [6]. В нем использован миниатюрный конус из медной фольги массой 0,1 г.


Конус и медь-константановая термопара помещены в вакуумную колбу. Термопара закреплена в вершине конуса, ее сопротивление 4,3 Ом. Излучение направлено в конус короткофокусной линзой. С гальванометром М-95 чувствительность прибора 0,8 мДж/дел.


Рис. XIV.62. Схема измерительной головки калориметра средних уровней энергии:

/ - медный корпус* 2 - нагреватель; 3 - тепловой экран; 4 - медная пластина; 5 - термобатарея [79].

Калориметр, с конической и цилиндрической полостями разработан для измерений энергии лазерного излучения в интервале 0,01-20 Дж. Энергия определяется по температуре разогрева приемного тела, измеряемой батареей из восьми термопар, разви-


Рис. XIV.63. Схема эталонного калориметра:

/ - термобатарея; 2 - эталонный нагреватель; 3 - коническая полость{

4 - термостат [193].

Рис. XIV.64. Схема калориметра:

/ - калибровочный нагреватель; 2 - коллектор; 3 - штуцер для откачки; 4 - корпус; 5 - кожух; 6 - термопары [188, 203].

вающих 600 мкВ/К [188, 203]. Градуировка осуществляется калибровочным нагревателем из манганина с сопротивлением 100 Ом. Схема этого калориметра приведена на рис. XIV.64. На время работы воздух из калориметра эвакуируется.



Калориметр с графитовой конической полостью [134]. Длина конуса 13 мм, диаметр основания 10 мм, толщина стенки 0,6 мм. Калибровочный нагреватель намотан на наружную поверхность конуса (нихром диаметром 0,05 мм с сопротивлением 30 Ом), измерение температуры конуса производится термопарами. Погрешность измерений оценена в 4%.

Варианты калориметрических приемников лазерного излучения с коническими коллекторами приведены в работах [30, 162, 190, 199, 201].

Анализ работы и погрешности калориметрических моделей с коническими и плоскими приемными площадками приведены в рабо-тах [174, 185

4. Приемники со сферическим коллектором

Образцовые измерители ОИМ-1, ОИМ-1-1 для измерения малых мощностей непрерывного лазерного излучения [33]. Коллектором энергии служит тонкостенная медная сфера диаметром 20 мм с входным отверстием диаметром 9 мм и зеркальным обратным конусом (рис. XIV.65) в области падения первичного пучка. Обратным конусом достигаются большая равномерность разогрева сферы и высокий коэффициент поглощения. При чернении сферы рассчитанный коэффициент поглощения равен 99,86% для длины волны 0,63 мкм и 99,74% - для 4 мкм. Нагрев сферы регистрируется двумя кольцевыми термобатареями, каждая из которых содержит 22 равномерно распределенные по окружности медь-константановые термопары. Длина термопар 0,5 см, поперечное сечение 1,75 10~*см. Нагреватель для градуировки прибора, вмонтированный на внешней поверхности сферы, изготовлен из манганинового провода диаметром 0,05 мм. Монтаж нагревателя производится с учетом распределения мощности по сфере при ее облучении. Конструкция позволяет реализовать изо-

Рис. XIV.65. Схема приемного устройства ОИМ-1:

/-нагреватель; 2 - термобатарея; 3 - термостат ; 4 - обратный конус; 5 - медный сферический коллектор £33].


УУУУ/УУУЛ

термический режим работы при использовании одной батареи термопар для измерения разности температур и другой - в цепи компенсации нагрева эффектом Пельтье. Прибор выполнен по дифференциальной схеме, т. е. в нем содержатся два идентичных сферических приемника. Термостатирование производится массивным медным блоком массой около 10 кг, в котором установлены сферы с термобатареями. Блок теплоизолирован пенопластом. Суммарная погрешность прибора ±3,2% ±0,5 мкВт для луча диамет ром 3-5 мм и ±2,4% ±0,5 мкВт для луча диаметром 5-8 мм, постоянная времени 4,5 с. На основе ОИМ-1 создан образцовый

измеритель мощности излучения ОКГ первого разряда ОИМ-1-1 [21]. Зеркальный конус заменен поглощающим, и в него вмонтирован нагреватель для обеспечения идентичности тепловых условий при градуировке.

Измерители импульсов энергии лазерного излучения миллисе-кундной длительности ИВК-1 и ИЖК-1, регистрирующие энергию в диапазоне 0,001-5 Дж при длительности импульсов от 2 X X 10-с. Прибор ИВК-1 содержит полую медную сферу с диффузным отражением внутренней поверхности [33] и две радиальные батареи термопар. Облучение внутренней поверхности сферы производится расходящимся пучком через короткофокусную кварцевую линзу. На поверхности сферы вмонтирован нагреватель, которым градуируется прибор. Калориметром измеряется энергия в диапазоне 0,001-3 Дж с погрешностью ±4% ± 2 10 5Дж. Диапазон 0,05-5 Дж перекрывается жидкостным калориметром ИЖК-1 с погрешностью измерений ±7% ±1 10-=Дж.

Вакуумный калориметр со сферическим коллектором энергии описан в работе [ЗО]. Шар из меди снаружи серебрится, внутри чер-



Рис. XIV.66. Схема вакуумного калориметра со сферическим коллектором:

/ - шар; 2 - входное окно; 3 - стеклянные крючки; 4 ~- термопара; 5 геттер; 6 - колба [30].

Рис. XIV.67. Калориметр КИМ:

/ - сфера; 2 - калибровочный нагреватель; 3 - термобатарея; 4 >а тепловой мост; 5 - двойной термостат; 6 - сменные выходные окна [14, 104].

янтся напылением в вакууме. Температура измеряется медь-константановой термопарой (диаметр медной ветви 0,05, константаиовой 0,08 мм). При диаметре шара 20 мм, диаметре входного отверстия 7 мм, толщине фольги 0,05 мм масса шара 0,6 г. В диапазоне 5 X X 10 *- 1 Дж погрешность измерений достигает 20%. При диаметре шара 30 мм, диаметре отверстия 3 мм, толщине стенки 0,5 мм масса шара 8,5 г, чувствительность 3,5 10 Дж. В диапазоне 3,5 X X 10 - 10 Дж погрешность измерений ±20%. Схема прибора приведена на рис. XIV. 66.



Измерители КИМ, МКИ и КИ [14, 104] с калибровочными полостями предназначены для измерения энергии излучения ОКГ до 1000 Дж и непрерывной мощности до 10 Вт в спектральном диапазоне 0,3-11 мкм (КИМ) и 0,4-2,2 мкм (МКИ). В приборе КИМ использован сферический коллектор (рис. XIV.67) с коэффициентом поглощения ео= 0,996, в приборе МКИ (рис. XIV.68) - проволочный цилиндр с диффузно рассеивающим отражателем. Нагрев регистрируется термобатареями. Сокращение времени между измерениями достигается тепловым мостом (КИМ - 3 с) и принудительным воздушным охлаждением (МКИ - 7 с). Диаметр входного отверстия МКИ - 60 мм, КИМ - 20 мм. В калориметрах применено двойное термостатирование. Воспроизводимость измерений ±1,5%; зонная погрешность не превышает 1,5%. Нелинейность в динамическом диапазоне не превышает 0,5%. Пределы измерения энергии калориметром КИМ от 2 Ю до 20 Дж, мощности от

5 10~* до 10 Вт. Пределы измерения энергии калориметром МКИ от 1 до 1000 Дж. Суммарная относительная погрешность оценена в ±(8-10%). Приборы изготовляются ОКБ Физического института АН СССР. В кало-

Рис. XIV.68. Калориметр МКИ:

1 - проволочный цилиндр; 2 -термобатарея;

3 - диффузно-рассеивающий отражатель;

4 - вентилятор; 5 - двойной термостат; 6 - входное окно [14, 104].

риметре ки с приемником в виде модели абсолютно черного тела диапазон измеряемых энергий от 10 до 20 Дж, область спектра от 0,25 до 3 мкм, погрешность абсолютных измерений 10%, максимально допустимая плотность энергии 128 Дж/см при длительности 10-8 J, Q 2 Дж/см при длительности 10~*с; диаметр входного окна 12-20 мм.

5. Приемники с комбинированными полостями

Средние и большие уровни импульсной энергии измеряются приемным устройством, изготовленным из стопки (100 шт.) бритвенных лезвий [115], плотно прижатых друг к другу. Такая клиновидная система обладает высоким коэффициентом поглощения. Для улучшения условий измерения используют две стопки лезвий и дифференциальную термопару, впаянную внутрь стопок. Чувствительность устройства 2 мВ/Дж, динамический диапазон от десятых долей до нескольких сотен джоулей.

Конструкция калориметра с комбинированными полостями описана в работах [172, 189]. Коллектор лазерного излучения цилиндрический с соосно вмонтированным конусом, направленным вершиной к излучателю. Корпус калориметра разделен на две камеры: в одной помещается коллектор, в другой - компенсирующий цилиндр. Коллектор и цилиндр соединены дифференциальной термобатареей лз 16 термопар.

6. Приемники

с жидким поглотителем анергии


Образцовый измеритель энергии одиночных импульсов ОКГ [86]. Основной калориметр (рис. XIV.69) состоит из двух приемных элементов с термобатареями из медь-константана. Поглощение



Рис. XIV.69. Схема образцового измерителя энергии одиночных импульсов ОКГ:

I - светофильтр с ослаблением около 10 дБ; 2 - съемное входное окно; 3 - фотометрическая сфера; 4 - переменная диафрагма; 5 - коаксиальный фотоэлемент типа ФЭК; 6 - светофильтр нз стекла КС-17; 7 - кювета с поглощающим раствором; в - обмотки замещения; 9 - дифференциальная термобатарея; 10 - внешний калориметр; 11 - болометрическая обмотка; 12 - внутреннее ядро пассивного термостата: 13 - диффузный отражатель; 14 - индикатор непопадания и измеритель отражения; 15 - болометрические мост с индикатором; /6-мнк-ровольтметр; 17 - система калибровки; 18 - теплоизоля-ция; /* - компенсационный калориметр; 20 - входное отверстие наружного калориметра; 21 - выходное отверстие сферы; 22 - входное отверстие сферы [91].

происходит В кювете, одна стенка которой изготовлена из сапфира, другая (отражающая) - из металла. Кювета наполнена раствором CUSO4, поглощающим 99% излучения. Чувствительность прибора 100 мкВ/Дж. Кроме основного калориметра в приборе использованы: наружный калориметр для определения коэффициента преобразования основного калориметра или для регистрации полной энергии, поглощенной в калориметре; устройство для определения коэффициента отражения приемного элемен-.а и для определения Непопадания луча; регистрирующие устройства.

Более простой вариант калориметра с жидким поглотителем приведен на рис. XIV.70. Лазерное излучение поглощается ячейкой, заполненной раствором CUSO4 или CuClj. Концент1)ация раствора выбирается такой, чтобы на длине ячейки 6 мм происходило поглощение 99,99% излучения. Задняя стенка ячейки серебряная.



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