Термоэлектрическое устройство для измерения слабых потоков лучистой энергии

Термоэлектрическое устройство для измерения слабых потоков лучистой энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(») 68346О

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.10.77 (21) 2536825/18-25 (51) М Кл з

H 01L 35/02

G 01J 5/12 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 23.06.82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 23.06.82 (53) УДК 621.362 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Л. С. Стильбанс, А. Д. Терехов, Э. М. Шер, С. В. Айрапетянц, А, С. Охотин, А. П. Иванюк и В. В, Александров

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ ПОТОКОВ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к области термоэлектрических преобразователей и может быть использовано для измерения тепловых потоков энергии в инфракрасной технике, спектрометрии, космической технике и т. д.

Известны термоэлектрические устройства для измерения тепловых потоков, в которых имеются две встречно включенные термопары, подключенные через усилитель 1р к регистрирующему прибору (1).

Их основным недостатком является низкая чувствительность, обусловленная малой добротностью металлических термопар.

Известно термоэлектрическое устройство 15 для измерения слабых потоков лучистой энергии, принятое за прототип, содержащее два приемника излучения, выполненных в виде полупроводниковых термопар, включенных встречно и расположенных в общем баллоне. Цепь термопар подключена через схему усиления сигнала к регистрирующему прибору. Компенсация локальных флуктуаций температуры производится автоматически с помощью второй неосвещенной термопары, включенной навстречу первой (2).

Недостатком устройства-прототипа является низкая чувствительность, обусловленная шумами включенных в схему усилителя активных элементов (напрнмер транзисторов).

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства путем снижения коэффициента шума.

Поставленная цсль достигается тем, что в устройство введен источник лучистой энергии для дополнительного облучения приемников, а в изолированные друг от друга цепи приемников введены термопреобразователи с подсоединенной к нпм дифференциальной термопарой.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из приемников 1 и 2 излучения, на один из которых подается

A W — измеряемый поток, двух электрически изолированных цепей, включающих в себя термодатчпкн 3 и 4 и термопреобразователн 5 н 6 с равными сопротивлениями

R; и Rg. К термопреобразователям 5 и 6 подсоединена дифференциальная термопара 7, выводы которой через источник 8 компенсирующего напряжения подключены к регистрирующему прибору 9. Для усиления сигнала в устройстве предусмотрен дополнительный источник 10 лучистой энергии, от которого на приемники 1 и 2 излучения падают потоки 1Г. Все устройство, кроме дополнительного источника 10

683460

К

Следовательно через сопротивление R> и

Re термопреобразователей 5 и 6 будут течь токи: у -з а у

R.б -R;K

I = —" = " (W+ (4W). в !(s!(Выделяемые на термопреобразователях

5 и 6 мощности будут равны у1 (. ) (((.(. Л((7(50

Таким образом, температуры сопротивлений R5 и Rp термопреобразователей повысятся и станут, соответственно, Т, и Т4, причем, очевидно, Т5)Т4, 55

Известно, что теплоотвод с указанных сопротивлений пропорционален (Тб — То) и (Т4 — Tp). Учитывая эквивалентность сопротивлений термопреобразователей 5 и 6 (R5=Re) имеем: 60

Qб — — (— = 2(73 — в), q = (— „" )* (+ " = к,(т, — т,), б лучистой энергии, размещено в общем баллоне 11.

Работа предлагаемого устройства состоит в следующем. Перед началом измерений при облучении приемников 1 и 2 5 дополнительным источником 10 лучистой энергии регистрирующий прибор 9 устанавливают на нуль с помощью источника 8 компенсирующего напряжения. Этим устраняется влияние отклонений параметров 10 элементов, составляющих симметричные плечи устройства и возможные локальные флуктуации температуры. При наличии обоих потоков энергии W u AW температуры приемников 1 и 2 излучения будут 15 больше окружающей температуры Тр в баллоне. Пусть температура приемника 1 будет Т, а приемника 2 Т2. Считая, что отвод тепла от приемников 1 и 2 излучения пропорционален разности температур 20 (Т(— Tp) и (Т2 — Tp) соответственно, будем иметь:

W=Ê(T,— т,), lp+ AW = К(7, — т,), где К вЂ” коэффициент теплопередачи.

Предполагая, что термодатчики 3 и 4 эквивалентны и обладают дифференциальной термоэдс а, для термоэдс датчиков 3

83 и 4 е4 получим: 30

52=а(Т, — T2) =a —, К

W —, ЛИ

=4 — — R(T2 — то) = а где Кв — коэффициент теплопередачи сопротивлений.

Следовательно:

T, — Т, = " (2И МГ - - Ь14 ).

К- R; К.

Откуда термоэдс на выходе термопреобразователсй будет: (2Й а W+ ИР).

К бК(Таким образом, выра>кение для выходной мощности будет иметь следующий вид:

2:.

W,„,2 =, """, (21ЮФ + ЛВ") .

К Я5ЙВых! 0

В случае отсутствия потока энергии W: а4а2 ю ВЫХ 4 2 2 ° к5 ВЫХК5

СЛЕДОВатЕЛЬНО, ОТНОШЕНИЕ В вых 1 вых можно рассматривать как коэффициент усиления Р предлагаемого устройства:

П Вых 4W» (—

ВЫХ при условии W))5,W

Как видно из последнего выражения, взяв большую по сравнению с A W мощность W, можно неограниченно увеличивать коэффициент усиления Р.

Таким образом, схема используется и как усилитель мощности.

Преимуществами предлагаемого устройства для измерения слабых потоков лучистой энергии являются: отсутствие в схеме активных элементов; взаимоуничтожающее действие температурного дрейфа выходного сигнала из-за встречного включения термопреобразователей. Следствием является снижение коэффициента шума и повышение чувствительности.

Формула изобретения

Термоэлектрическое устройство для измерения слабых потоков лучистой энергии, содержащее два приемника излучения и цепи двух термодатчиков, подключенных через схему усиления сигнала к регистрирующему прибору, расположенных в общем баллоне, и содержащее в цепи регистрирующего прибора источник компенсирующего напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем снижения коэффициента шума, в устройство введен источник лучистой энергии для дополнительного облучения приемников, а в изолированные друг от друга цепи приемников введень термопреобразователи с подсоединенной к ним дифференциальной термопарой.

683460

/О!!

Составитель В. Кирсанов

Техред А. Камышникова

Корректор О. Тюрина

Редактор П. Горькова

Заказ 764/2 Изд. ¹ 157 Тираж 758 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. «Iustrum and Cont, Syst» 1975, 48, № 6, р. 33 — 35.!

1 !

i !

2. Шоль Ж. Приемники инфракрасного излучения, М., Мир, 1969, с. 164 †1 (прототип).