Локк А.С. Управление снарядами (1957) (1242424), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Тер мо пары. Термопараг) представляет собой две очень тонкие проволочки из различных материалов, дающих большую термоэлектродвижущую силу. Проволочки сварены или другим способом соединены между собой, чтобы образовать термоспай. К этому спаю прикреплен приемник, представляющий собой небольшой кусок тонкой металлической фольги, например в 1 ммх, служащий для приема приходящего излучения.
Фольга зачернена одним из существующих способов (см. ниже), чтобы сделать ее хорошо поглощающей излучение. Свободные концы проволочек термопары прикреплены к относительно массивным Йеталлическим клеммам, установленным на 166 испгсклния и глспгостглнвнив инявлкглоных лтчвй [гл. 5 е е г,+гл (5. 26) Поэтому существенно, чтобы термопара и гальванометр или усилитель имели малые сопротивления.
На практике термопары обычно изготовляются с сопротивлением от 5 до 10 ом. Пытались создать термопары с высоким сопротивлением, используя для этого полупроводники, обладающие большим термоэлектрическим потен- изолирующем основании; клеммы соединены с гальванометром или с низковольтным усилителем. На рис.
5.8 показан один из способов устройства так называемой «компенсационной» термопары, в которой имеются два термоспая, соединенные в обратных направлениях. Устройство, показанное на рис. 5.8, помещается в стеклянную колбу или металлический колпачок с окном из прозрачного материала. Излучение при помощи оптической системы фокусируется на одном из приемников, второй приемник «осматривает» соседний с объектоы фон. К усиля»юлю ( «~ РР Поэтому термоэлектродвижущая сила появляется только в том случае, если приемники получают разные количества энергии в соответствии с приведенными выше формулами. Клее»тля Хотя выход термопары, соответ- ствующий некоторому заданному Рис. 6.8. Простейшая термопара.
излучению, будет тем больше, чем больше воспринимающая поверхность (просто потому, что будет принято больше лучистой энергии), чувствительность прибора, т. е. число вольт на один ватт мощности приходящего излучения, обратно пропорциональна корню квадратному из площади приемника. Если для решения каких-нибудь задач потребуется ббльшая площадь приемника, удобно использовать термостолбики или термобатареи, состоящие из нескольких соединенных вместе отдельных термопар, каждая с маленьким приемником. Известно много термоэлектрических материалов; наиболее обычные пары: висмут †сереб, медь †констант и сплавы Хэтчинса (Ни1сЬ!пз) (97% В1, 3% 8Ь; 95% В!, 5% 8п). Иногда используютсж специальные полупроводниковые материалы.
В результате легкого нагрева принимающей поверхности термопары на ней возникает небольшое напряжение е. Если внутреннее сопротивление термопары есть ге и она включена на гальванометр с сопротивлением ге, то ток гальванометра 1 будет: 5.41 167 пгиВмники ТВплоВОГО излучяния циалом, чтобы термопары можно было непосредственно соединять с электронными лампами; эти попытки успехом не увенчались. Нагрев ЬТ приемника термопары поглощаемым потоком излучения зависит от многих причин. Чем меньше теплоемкость приемника и чем меньше потери поглощаемой энергии, тем больше ЬТ. В равновесных условиях будет: (5.
27) ЬТ= —, Л ' где ЬР— приток (с учетом потерь) лучистой энергии в ваттах, А— потеря энергии термопарой в ваттах на градус. Постоянная времени с, или время в секундах, необходимое термопаре для того, чтобы достигнуть 63в~о значения выхода при равновесных условиях, выражается так: (5.28) где С есть теплоемкость приемника в дягоулях на градус. Отсюда (5.29) т. е.
получение большого выхода прибора требует большой постоянной времени и малой теплоемкости приемника. Потери тепла в термопаре происходят тремя путями: через соединительные проводники, путем конвекции и путем излучения. Потери по первой причине могут быть снижены путем уменьшения диаметра проводников и увеличения их длины, но тогда возрастает электрическое сопротивление, и на практике всегда приходится искать компромиссное решение.
Потери на излучение могут быть уменьшены тем, что черной делается только одна сторона фольги приемника, а другая остается блестящей. Потери вследствие конвекции устраняются откачкой термопары, вследствие чего чувствительность возрастает в 10 — 40 раз, но сопровождается увеличением постоянной времени.
Уже эти простые соображения, которые только слегка касаются задачи проектирования термопар, совершенно ясно показывают, что во всякой радиометрической задаче должен быть достигнут компромисс, учитывающий различные факторы, такие, как располагаемый поток излучения, требуемое поле обзора и время, которое имеется для измерения. В таблице 5.2 приведены характеристики нескольких термопар; некоторые из них намеренно сделаны мало чувствительными, как это требуется для специальных задач, где участвуют большие потоки излучения, !68 исптсканив и влспгобтглнвнив инегакгасных лтчзй (гл. о Таблица 5.2 Характеристики современных термопар Чувствительность (вольт на ватт) Сопроти- вление (ом) Размер приемника (мм) Постоянная времени (сек) Наименование Ерр!у: Неэвакунрозанная 11Х16 0,7 емэ 12 3 0,3 0,03 Ражапд: Эвакуированная 0,75 Х 0,75 6 — 1О 7 — 10 0,03 — 0,04 Нййег-Туапз (полупроводниковые): Неэвакуированная Эвакуированная 1,0 Х 10 0,2 Х 2 0,2 Х 2 150 150 160 2,3 3,5 85,0 0,03 0,005 0,03 Йеес$еп Эвакуированная 02Х 2 0,6 Х 4 1,0Х 1О 6,0 4,0 2,0 0,07 О,!0 10 — 15 4 -.
!) !.ап 81е у 8. Р., Ргос. Ав. Асад. Аг!з апд 8с!евсея 16, 342 (188!). в) А ! )сел С. В., С аг! ег Ф. Н. апб Р и !11! Пэ Р. 8., Тке Ргобцспоп о! Рйв Туре Во!ове!егз ал!Ь ЙарЫ Йезпопзе, Йеч. 8с!. 1пэ!. 17, 377 (1946). В!!1!пяз В. Н., Нуде Ф. Е. апд Вагг Е. Е., Ап 1пчеэпйапоп о! !Ие РгорегИеэ оГ Ечарога!еб Ме!а! Во1овегегэ, Л. Ор!. Зос.
Ав. 37, 123 (1947); Сопя!гцсиоп апб сьагасгег!зиса о! ечарога!еб %ске! Во1ове!егэ, Йеч. Зс! !пз!. 18, 429 (1947). Б о л о м е т р ы. Болометр изобрел в 188! г. Ланглей ') иэ обсерватор ии в А!!ед)гепу. Он предложил испольэовать тонкую зачерненную полоску платиновой фольги как сопротивление в одном из плеч мостика Уитстона. Таким путем могут быть измерены незначительные изменения сопротивления, происходящие от нагрева фольги приходящим излучением. Несбалансированность мостика Ланглей измерял при помощи очень чувствительного гальванометра, причем, очевидно, для него была очень важной задача поддерживания постоянной температуры в помещении, где производились измерения.
Роль теплоемкости болометра и отвода тепла от него остается той же самой, что и в случае термопары: поэтому используются предельно тонкие полоски металла. В современной практике эти полоски изготовляются путем испарения металлов в вакууме а) 169 5.4) ПРИЕМНИКИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ или путем прокатки волластоновской проволочки (платина, покрытая серебром) в тонкую ленту с последующим удалением серебра '). При помощи каждого из этих методов можно изготовить полоски толщиной всего в несколько сот ангстрем. Преимущество прокатанных полосок состоит в том, что они имеют ббльший термический коэффициент сопротивления, чем изготовленные путем испарения. Размеры металлической полоски болометра могут быть порядка 1 )г', 10 мм или даже несколько десятых миллиметра в ширину при длине в 1 — 2 мм; их сопротивление обычно составляет несколько омов.
Трудности, свойственные схемам постоянного тока, можно обойти, модулируя принимаемое излучение и применяя усиливающую электронную аппаратуру или используя сканирование болометра относительно подлежащего измерению объекта. Болометр должен быть соединен со своим усилителем через специальный хорошо экранированный трансформатор с низким входным сопротивлением. Чувствительность болометра с металлической полоской составляет около вольта на ватт.
Предельной чувствительностью мы вкратце займемся ниже в этой главе. Термисторные болометры. Термисторный болометр, разработанный в лаборатории фирмы Белла), представляет собой тонкий слой полупроводящего окисла, имеющего сравнительно большой отрицательный термический коэффициент сопротивления. Применяются два типа материалов: смесь окислов никеля и марганца, имеющая удельное сопротивление 2500 Ом слг при 25'С, и смесь окислов никеля, марганца и кобальта, имеющая удельное сопротивление 250 Ом см при 25'С.
Болометрический слой имеет толщину порядка 10 Р с размерами поверхности от 0,2 Х 0,2 мм до 5)(блгм и с сопротивлением от 1 до 5лггом, что позволяет подключать такие болометры непосредственно к электронным лампам. Болометрический слой обычно наносится на кварцевые или стеклянные пластинки, чтобы уменьшить постоянную времени и обеспечить прочность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
