04_Sen_T (Конспект лекций по предмету, преподаватель Ляхова Н.Б.), страница 2

Этот эффект используется для измерения температуры. Датчик не требует источника питания, но мало чувствителен.

В радиационных пирометрах интегральная интенсивность излучения воспринимается термобатареей последовательно включенных термопар, рабочие концы которых располагаются на лепестке, покрытом платиновой чернью. ТермоЭДС батареи является функцией мощности излучения, т.е. температуры. Радиационный пирометр градуируется по излучению абсолютно черного тела.

н агретое объектив термопары в стеклянном баллоне

т ело

V_т

Рис. Схема радиационного пирометра.

Рис. Радиационный пирометр.

В фотоэлектрических яркостных пирометрах интенсивность излучения объекта измеряется с помощью фотопреобразователя. Фотоэлемент освещается со стороны объекта через диафрагмы 1, 2 и светофильтр, а со стороны лампочки накаливания - через диафрагму 2 и светофильтр. Диафрагму 2 перекрывает колеблющийся якорь электромагнита таким образом, что на фотоэлемент попадают изменяющиеся во времени световые потоки Ф₁ и Ф₂ обоих источников излучения. Фазы переменных составляющих сдвинуты на 180⁰ С. Переменная составляющая результирующего светового потока Ф определяется разностью амплитуд потоков Ф₁ и Ф₂ и преобразуется фотоэлементом в фототок. Переменная составляющая усиливается, затем выпрямляется фазочувствительным выпрямителем и направляется к лампе накаливания. Чем больше различаются амплитуды световых потоков Ф₁ и Ф_2, , тем ярче горит лампа.

объект диафрагмы

1 светофильтр

2

Усилитель Выпрямитель мА

фотоэлемент

лампочка накаливания

Рис. Схема фотоэлектрического яркостного пирометра.

Ф Ф

Ф₁

Ф₂

t

Рис. Диаграмма световых потоков фотоэлектрического яркостного пирометра.

Пирометр градуируется по образцовому оптическому пирометру для узкого спектра. Диапазон измерений изменяется с помощью диафрагмы 1.

Волоконно-оптический датчик регистрирует изменение температуры по тепловому расширению стержня из Al.

Источник света

Зеркало

Фотодиод

Алюминий

Рис. Схема рефлектометра - датчика температуры.

Флуороптический (флуоресцентный) термометр использует зависимость в УФ диапазоне интенсивности флуоресценции фосфора от температуры.

К апсула УФ

Ф осфор

Кварцевый световод

Рис. Схема флуороотического датчика.

Датчик используется при радиочастотном плазменном травлении и плазменном напылении тонких пленок различных веществ.

Для измерения температуры выше 600 *С используется излучение самого нагретого тела, в частности, сапфирового волокна толщиной 0.25 мм с покрытием Pt. Волокно заделывается в стенку печи и выходит наружу, где стыкуется с обычным световодом. Интенсивность теплового излучения , вплоть до 2000 *С, определялась с помощью фотодетектора.

Низкие температуры измеряются с помощью специального оптического волокна из фторидного стекла, легированного европием. Такое волокно является термооптическим преобразователем, уменьшающим свою прозрачность почти в 10 раз от 300 до 5 К в области длин волн 1.8 ...2.3 мкм. Используется в диапазоне температур от 70 до 200 К, где зависимость линейна, с точностью 0.5 К.

В оптико-акустическом датчике изменение температуры фиксируется деформацией мембраны, входящей в состав ячейки Голея.

(1) (2) растр лампа

J

камера фотоприемник

Рис. Схема ячейки Голея.

Газовая камера с одной стороны закрыта мембраной (2), а с другой - поглощающей пленкой (1), которая деформируется при падении на нее теплового потока. В результате давление в камере увеличивается, и мембрана прогибается. Внешняя сторона мембраны покрыта зеркальным слоем. На нее с помощью лампы и линзы проецируется изображение растра (решетки с непрозрачными штрихами). Система отъюстирована таким образом, что при J = 0 прошедшие через растр лучи, отражаясь от мембраны, попадают на непрозрачные штрихи растра и не проходят к фотоприемнику. При наличии потока J система расфокусируется в результате прогиба мембраны, и часть света проходит сквозь растр, попадая в фотоприемник, ток в котором пропорционален интенсивности теплового потока. Тепловое поглощение лучистой энергии не носит квантового характера, поэтому тепловые приемники неселективны в отличие от фотоприемников.

Ячейка Голея может быть реализована в малом масштабе.

Рис. Миниатюрная ячейка Голея.

Перспективной структурой для датчика светового потока является БИСПИН - полупроводниковый элемент, который преобразует световой поток в последовательность импульсов с частотой, пропорциональной мощности светового потока.

R B

A n⁺ n⁺ Рис. Схема БИСПИН - элемента.

p n

p⁺

C