Термоэлектрические приемники

Принцип работы термоэлектрических приемников излучения основан на использовании термоэлектрического эффекта (эффекта Зеебека), который заключается в появлении термо-ЭДС в цепи, состоящей из двух разнородных по составу проводников при условии, что между двумя их спаями имеется разность температур, т.е. контактные разности потенциалов на каждом спае различны.

Термоэлектрические приемники являются неселективными, и это основное их преимущество перед иными типами приемников. Широкозонность определяет области применения; такие приемники применяются для регистрации длинноволнового ИК-излучения в диапазоне более 10 мкм - в инфракрасной спектроскопии, измерениях лазерного излучения, в пирометрии. Также они находят использование для определения рентгеновского и гамма-излучения.

В качестве материалов для металлических термоэлементов используют сурьмяно-висмутовые спаи, серебро, железо, теллур, константан, хромель и различные сплавы этих веществ, а для полупроводниковых - сурьму, кремний, теллур, селен.

При необходимости чернения поглощающих поверхностей применяют окисные пленки нихрома, никеля и алюминия, чернение камфорной сажей либо покрытие металлической чернью.

Обычно сопротивление термоэлемента очень мало (не выше десятков ом), что обуславливает необходимость применения трансформаторного входа в качестве согласующего звена между приемником и усилителем. К недостаткам термоэлементов следует также отнести их большую инерционность - постоянная времени составляет десятки и сотни миллисекунд.

Добавлю, что приборы этой группы малоизвестны и весьма редко встречаются.

ПП-1


(фото Александра Назаренко)

ПП-1 относится к группе (П)олостных (П)риёмников, т.е. тепловых приёмников калориметрического типа с объёмным поглощением. Эти изделия применяются как измерительные (метрологические) преобразователи лучистой энергии непрерывного лазерного излучения в диапазоне 0,25...15 мкм (по некоторым источникам до 30 мкм).

Основные данные

Нормируемый диапазон энергетических освещённостей - 1000 Вт/м2
Коэффициент преобразования мощности - 0,5 В/Вт
Нормируемый диапазон потоков - 1х10-5...7х10-3 Вт
Минимальная регистрируемая мощность - 0,05 мкВт
Постоянная времени - 5 мс
Предельное значение энергетической освещенности - 5х103 Вт/м2

Разработаны эти преобразователи во ВНИИ Оптико-Физических Измерений. Заводской паспорт от ПП-1.

Принцип действия приёмника основан на преобразовании энергии падающего на приёмный конус потока излучения в пропорциональный электрический сигнал. Конструктивно приёмник состоит из двух идентичных чувствительных узлов - рабочего и компенсационного. Термобатареи обоих узлов включены встречно. 

Полость приёмника имеет форму конуса с углом при вершине 15°, внутренняя поверхность которого имеет поглощающее покрытие с коэффициентом черноты не менее 0,99, а на наружную приклеена тонкая плёнка с напылённой термобатареей. Каждая из термобатарей состоит из 14 равномерно распределенных по конусу термопар, соединенных последовательно, с общим сопротивлением не более 10 кОм. Перед основанием полости размещается термостабилизированная ограничивающая круглая диафрагма диаметром 3 мм. Полостная конструкция коллектора обеспечивает высокую степень черноты и стойкость приемных поверхностей к воздействию мощных потоков лазерного излучения.


(фото Александра Назаренко)


(фото Александра Назаренко)

ПП-7

ПП-7 в целом подобен предыдущему приёмнику, но имеет некоторые конструктивные отличия. Полость приёмника у ПП-7 имеет вид призмы с плоским углом при вершине 12°. Перед основанием полости размещается термостабилизированная ограничивающая прямоугольная диафрагма размером 1x9 мм.

Основные данные

Нормируемый диапазон потоков - 1х10-5...1х10-2 Вт
Минимальная регистрируемая мощность - 5 мкВт
Сопротивление термобатарей - 5 кОм
Остальные параметры совпадают с ПП-1

ПРТЭ-6

Семейство (П)олупроводниковых (Р)адиационных (Т)ермо(Э)лементов включало в себя как минимум шесть приборов. Вот ПРТЭ-6, с примечательным заводским номером 2.

Данных про него мало. И вообще, эта группа приборов известна по одному-единственному образцу, с заводским паспортом. Причём в оригинальном паспорте шестого варианта даже не числится, он вписан от руки.

Неизвестен и материал чувствительного элемента, только его размер - 2,2х1,5 мм. Спектральный диапазон зависит от материала входного окна; мой образец, судя по виду, имел фильтр из иодида цезия и, значит, предназначен для работы с тепловым излучением 0,3...45 мкм. При этом входное окно явно потеряло рабочее состояние из-за поглощения влаги. Эти приборы весьма капризны к внешним условиям, храниться и работать они могли только при температурах не ниже +15 и не выше +25°С, и при невысокой влажности.

Основные данные

Вольтовая чувствительность - 0,75 В/Вт
Максимальная мощность измеряемого излучения - 3 мВт
Эквивалентная мощность шума - 5х10-10 Вт/Гц

Производитель и область применения неизвестны; можно предположить, что эти изделия также родом из ВНИИОФИ.

РТН-2У

(Р)адиационные (Т)ермоэлементы (Н)апыленные. Эти тонкопленочные термоэлементы применяются в качестве измерительных преобразователей потока излучения в диапазоне 0,4...25 мкм в электрический сигнал. Чувствительные элементы приборов - тонкопленочные висмут-сурьмяные термопары, которые размещены в герметичном корпусе.

Второй тип из этого семейства имеет приемный элемент, состоящий из четырех спаев-термопар общим сопротивлением 100 Ом; значение индекса "У" неизвестно. Обычно после номера ставили указание на тип входного окна (германиевое или сапфировое), но что за "У"?

Основные данные

Вольтовая чувствительность - 0,5...1 В/Вт
Порог чувствительности в единичной полосе - 8х10-10 Вт/Гц
Обнаружительная способность - 0,5х109 Вт*Гц*см
Постоянная времени - 0,2...1 с
Диапазон регистрируемых мощностей - 8х10-10...5,4х10-3 Вт
Предельное значение энергетической освещенности - 300 Вт/м2
Нестабильность чувствительности за год - 5%

Выпущен этот преобразователь, предположительно, каким-то из Опытных заводов "Эталон" (предприятий с таким названием в СССР было несколько, и пока не удалось привязать к определённому из них).

Источники:

1. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник /Л. И. Анатычук.- Киев: Наук. думка, 1979.
2. Н.Д. Быстров, А.В. Гришанов, В.Н. Гришанов. Управление мощными лазерными установками. Измерение параметров лазерного излучения.. Самара, Издательство СГАУ, 2006.
3. М.Л. Бараночников. Приемники и детекторы излучений. Электронная авторская версия. Москва: 2017.

домой