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


передняя - из кварцевого стекла. К серебряной стенке вмонтирована термопара, регистрирующая нагрев ячейки. Диапазон измеряемых энергий 0,01-30 Дж, максимальная плотность мощности 200 мВт/см Погрещность измерений калориметром около 2%.

Рис. XIV.70. Схема калориметра для измерения энергии лазерного излучения с жидким поглотителем: / - луч ОКГ; 2 - кварцевое окно; 3 - теплоизолирующий корпус; 4 - алюминиевый корпус; 5-латунный корпус; 6 - термопара; 7 - теплоизолятор; 8 - поглощающая ячейка [162].

7. Приемники с плоскими отражающими поверхностями (проходные]

В калориметре две отражающие [178] пластины помещены в тепловой резервуар; при их облучении лазерным потоком возрастание температуры, пропорциональное мощности и энергии излучения, определяется двумя термопарами медь-константан (рис. XIV. 71). Пластины диаметром 3,81 см и толщиной 4,32 мм изготовлены из монокристаллического алюминия, отражающими поверхностями служат кристаллографические плоскости(100). Тепловой резервуар

изготовлен из алюминия (Юх 15х X 15 см, толщина стенок 2,5 см). Прибором измеряются излучения в диапазоне длин волн от 0,1 до 1 мкм при плотности измеряемой энергии от 0,1 до 50 Дж/см, мощ-

Рис. XIV.71. Калориметр с отражающими поверхностями:

/ - термостат: 2 медь-константаио-вые термопары; 3 отражающие пластины [178].

НОСТИ 100-1000 мВт/см. Рассчитанная погрешность измерений ±2%, время установления равномерной температуры в пластинах после облучения 5 с, время остывания 2-4 мин. Калориметр позволяет определить энергию составляющих поляризации, параллельных и перпендикулярных плоскости падения луча. Мощность и энергия излучения определяются обычным калориметрическим методом при известных температурах перегрева пластин и их теплоемкости. Наибольшие трудности возникают при определении отражательной способности пластин. Она измеряется специальными методами.

В качестве отражающих элементов [8] используются также тонкие кремниевые диски диаметром 20 мм. Поверхности, полированные по 14 классу, специально окислены для получения изоли-


рованных пленок толщиной 0,4-0,6 мкм. На одну поверхность нанесен испарением в вакууме слой нихрома. Через нихромовую пленку пропускается ток при калибровке методом замещения. К другой поверхности приклеена ленточная хромель-константановая батарея из 32 термопар. Два одинаковых элемента устанавливаются в медном блоке. Чувствительность прибора 0,11 В/Вт.

8. Многоэлементные приемники

Многоэлементные мозаичные приемники разработаны для исследования пространственного и спектрального распределений излу-


Рис. XIV.72. Схемы многоэлементных приемников излучения: о - схемы ячеек мозаичных приемников; б - расположение ячеек моза- ичиых приемников; в - кольцевые и секторные приемники; г - линейный приемник [25].

чения импульсных ОКГ [25]. Каждая ячейка мозаики содержит приемную площадку с термопарой или батареей термопар (рис. XIV. 72). При достаточно большой площади используются термобатареи из хромеля и копеля: Холодные концы монтируются на медном цилиндре, который установлен на массивном металлическом корпусе. При размерах приемной площадки менее 3 X 3 мм используется одна термопара. Ветви термопары крепятся на медных полуцилиндрических штырьках, расположенных в диэлектрической плате. Штырьки необходимо размещать на площади, меньшей приемной площадки, во избежание их засветки измеряемым излучением. Кольцевые и секторные приемные площадки предназначены для исследования энергетической расходимости излучения. Линейное расположение чувствительных элементов используется при исследовании спектрального состава излучения. При ширине приемной площадки менее 1 мм элементы монтируются на специальной печатной плате. Параметры многоэлементных приемников приведены в табл. XIV. 16. Разброс чувствительности мозаичных элементов не превосходит 25%. В КМТ-100/25 и КМТ-50/19 для выравнивания чувствительности применяются тепловые шунты; разброс чувствительности не превышает 4%. Приемники характеризуются коэффициентом заполнения, равным отношению общей площади мозаики к суммарной площади приемных площадок без учета зазоров между ними. При близком расположении соседних приемных



Таблица XIV.16

Параметры многоэлементных приемников лазерного излучения [25]

Тип приемника

Размеры, мм

одного Элемента

о ш ш с;

КТМ-10/25 К ТМ-16/25 КТМ-100/25 КТМ-50/19 КТМЛ-22/30

10x10 16X16 100x100 050 8x22

2x2 17X17

065 0,5x8

25 25 25 19 30

0,046

0,9 0,7 5,0 4,3 0,8

3,5 3,5

54,0 6,5

0,3 0,4 0,7 0,9 0,7

площадок наблюдается теплообмен, влияющий на работу ячеек. В рассмотренных приемниках этот фактор не превыщаетЗ%. Параметры многоэлементных приемников, разработанных во ВНИИОФИ [34, 44], приведены в табл. XIV. 17.

9. Быстродействующие пленочные приемники

При изготовлении малоинерционных приемников используют пленочные термоэлементы, напыленные на подложки из материала с большой теплопроводностью. Для достижения требуемого быстродействия пленки должны быть достаточно тонкими, но не настолько,

чтобы уменьщить их термоэлектрические характеристики из-за влияния размерных эффектов [90,

Рис. XIV.73. Быстродействующий пленочный серебряно-висмутовый термоэлемент:

размеры подложки нз ВеО (У) - 1 X 1 СМ; площадь области перекрытия ветвей 12) - 0,5 мм ; 3, 4 - электрические контакты [90].


109]. По теории размерных эффектов зависимость термоЭДС пленок от их толщины должна наблюдаться при толщинах меньше 100--400 А. Для термопар медь-константан при толщинах около 1200 А размерные зависимости еще не наблюдаются [130]. Не обнаружены существенные изменения термоЭДС и в термопарах золото-никель [200], серебро-висмут. Для термопар из пленок никеля, железа, меди, константана, хромеля и алюмеля максимальная термоЭДС

Таблица XIV.17

Назначение и параметры многоэлементных приемников излучения, разработанных во ВНИИОФИ [34, 44]

Особенности конструкции и параметры

МКТ-1* (МКТ-2)

ТПИ-9С

ИРЭ-100

Для определения относительного распределения энергии в поперечном сечении пучка

Для определения распределения Энергии однократных импульсов по сечению пучка

Для автоматического измерения н регистрации распределения плотности Энергии оптического квантового генератора в режиме свободной генерации

Материал термопар

Полупровод-

Хромель-

ники

копель

Количество элемен-

тов матрицы

(100)

Спектральный диа-

0,5-11

0,5-11

0,69-11

пазон, мкм

(0,4-15)

Размер измеряемого

2300 мм2

075 мм

120x120 мм

пучка

(30 x 30 мм)

Допустимая нерав-

номерность мощ-

ности в пучке

Допустимая плот-

50 кВт/см?

10 Вт/см2

Г) Вт/см2

ность мощности.

энергии

Размер приемного

016, 032/16,

элемента матри-

(2,8x2,8)

0 48/32,

цы, мм

064/48,

080/64

Пределы измерений

0,05-5 Дж/см2

0,5-50 Дж

15-720 Дж

Чувствительность,

мВ/Дж

Время установле-

ния показаний,

Длительность реги-

10--10-S

5 - 10- -10-1

стрируемых им-

(Ю-в-б.Ю-з)

пульсов, с

Длительность цик-

ла измерений, мс

Основная погреш-

ность, % Габаритные разме-

350x350x150

115x115x70

ры измерительной

головки, мм

Масса, кг

в скобках приведены значения для прибора МКТ-2.



>

1-I X га

§

а: i о

g в я

и к 2

О О га и к

5

с S * Г qj О. л

* ю

(М(М(М

о о XX ю ю

Ю 00

о о I I о

I -о о - о . - - .

2 1 II 4

in <N

ООО о о

ООО о о

(моо оо

- - - 1 ю

л . .

S о g

га S л о.

достигается при толщинах 2500 А [168].

Приемник из пленок серебра и висмута [132]. Внешний вид термоэлемента приведен на рис. XIV. 73. На подложку из ВеО напылена серебряная пленка толщиной 1000 А и сверху - висмутовая пленка такой же толщины. Сопротивление .термопары 500- 1000 Ом. Постоянная времени - около 1,5 10-с. Такие термоэлементы выдерживают импульсы излучения с пиковой мощностью до 10 кВт [90]. Приемники использовались для исследования лазеров на COj. Такие приемники просты в изготовлении и согласуются с интегральными схемами.

Приемник из пленок медь- константан [130] с постоянной времени 10~с разработан для регистрации импульсов неодимового лазера мощностью меньше 112

Тонкопленочная термопара изготовлена напылением на тонкозаостренную кварцевую нить. На ее основе разработан приемник для измерений в субмикросекунд-ном диапазоне. Термоэлектрические материалы разделены изолирующим слоем. На острие нити перекрытие пленок шириной 2 мкм образует термоспай. Сведения о быстродействующих пленочных термопарах приведены в табл. X V. 18.

Пленочная линейная цепочка (8 секций) из напыленных алюминия и палладия [122] разработана для нахождения пространственного распределения фокусированных лазерных пучков. Толщина пленок около 2000 А, ширина перекрытия термоэлектрических материалов 10 мкм. Сопротив.-:е-ние приемника 10 Ом, постоянная времени 2 мкс.

Быстродействующие напыленные приемники с постоянной времени IQ-c описаны также в работе [130].

10. Приемники с проточной жидкостью

Для измерения больших лазерных энергий и мощностей используются приемники с отводом тепла проточной жидкостью.

Калориметр с проточной жидкостью ОПК-1 [33]. Измерение мощности производится в диапазоне 0,1-100 Вт; в спектральном диапазоне 0,4-1,1 мкм погрешность измерений 5-10%, в длинноволновом участке спектра погрешность больше. Схема калориметра приведена на рис. XIV. 74. Прибор разработан во ВНИИФТРИ.

Приемники, разработанные в ЛЭТИ [72]. Приемная площадка изготовлена из меди толщиной 3 мм и диаметром 30 мм. При об-



Рис. XIV.74. Схема проточного калориметра ОПК-1: / - приемная головка; 2 - эталонный нагреватель; 3 - термобатарея; 4 - система переноса жидкости; 5 - охладитель жидкости; 6 - воздушные демпферы; 7 - насос; 8 - интегратор теплового потока; 9, 10, II - устройства для измерения н калибровки [33].

Рис. XIV.75. Термоэлектрический приемник ЛЭТИ для измерения больших импульсов:

I - приемная площадка; 2 - термобатареи; 3 - термостабилизированный блок; 4 - тепловой сток; 5 - жидкостное термостатирование; 6 - корпус [72].

лучении измеряется перепад температуры между облучаемой и тыльной поверхностями приемника. Разность температур измеряется константановыми проводниками вмонтированными на поверхностях, которые вместе с площадкой образуют термопару медь-константан. В другом варианте прибора измеряется разность температур Между вводимой и выводимой из прибора водой. Постоянная времени прибора 2,5 с, чувствительность 0,84 10-?В/Вт, погрешность измерений ±7%. Для регистрации импульсов большой мощности разработан приемник с тепловыми стоками между приемной площадкой и термостатированным блоком (рис. XIV. 75). Коэффициент поглощения fo= 0,8 в интервале 1-14 мкм, максимальная измеряемая плотность энергии 50 Дж/см при длительности импульса 10- с, чувствительность прибора 10~*В/Дж, постоянная времени 60 с. Погрешность измерений ± 10% . Приемники с тепловыми стоками описаны также в работе [71].

Дифференциальный приемник для измерения больших мощностей {26, 72]. Применены две идентичные приемные площадки из меди диаметром 50 мм и толщиной 2,5 мм, омываемые проточной жидкостью. Между площадками установлена термобатарея из 20 термопар хромель-копель диаметром 100 мк.м с сопротивлением 50 Ом. В рабочую площадку вмонтирован калибровочный нагреватель. Чувствительность прибора 0,02 мВ/(ВТСм) при расходе



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