Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
В комбинированных радиационных калориметрах излучение поглощается объемным поглотителем, и они выдерживают большие лучевые нагрузки. Такие калориметры можно использовать как «проходные», работающие на пропускание. К объемным поглоти-
223
13/Ь 6^ ft
Рис. 7.8. Устройство некоторых типов отечественных калориметров
телям относят также твердотельные поглотители из прозрачного материала. Наиболее распространены радиационные калориметры для измерения усредняемых во времени энергетических параметров лазерного излучения — энергии и средней мощности. Различают калориметры переменной температуры (неизотермические) и постоянной температуры (изотермические). .
Радиационные калориметры энергии переменной температуры работают в режиме измерения энергии однократных импульсов лазерного излучения. Они вырабатывают выходной электрический сигнал в виде амплитудного значения напряжения, пропорциональный максимальному значению приращения температуры чувствительного элемента за счет поглощенной энергии импульса. Уравнение преобразования такого калориметра
У шах = Qz§ V н,
где lzroax — максимальное значение э. д. с. термобатареи или падение напряжения на термометре сопротивления после взаимодействия энергии импульса QH с приемным элементом; 5 — коэффициент преобразования энергии в электрический сигнал, или вольтовая чувствительность калориметра; Vn — начальное значение напряжения до воздействия импульса.
Наиболее простой и распространенный радиационный калориметр ЭП-50 имеет плоский (алюминиевый, черненый) приемный элемент в виде пластины 49x49 мм (рис. 7.8, а).
224
Чувствительный элемент 2 — термоэлектрическая медно-кон-стантановая термобатарея — содержит более 2000 термопар. «Горячие» спаи термобатареи соединены с приемным элементом 1, а «холодные» — с пассивным термостатом 3. ЭП-50 не имеет встроенного калибровочного электронагревателя замещения. Близки по конструктивному оформлению радиационные калориметры лазерного излучения ТПИ-2-5, ТПИ-2-7 и ТПИ-2М с приемными элементами, изготовленными из рекристаллизированного графита, что исключает необходимость в поглощающем покрытии. У ТПИ-2М (рис. 7.8, б) приемный элемент '4 (57x57 мм) имеет канавкн треугольной формы для повышения поглощения градуировки калориметра методом замещения. Чувствительный элемент — хромель-копелевая термобатарея 8 (от 60 до 100 термопар). В приемный элемент 4 помещен нагреватель замещения 5.
Оболочка преобразователя 7 изготовлена из дюралюминия (квадрат 60x60 мм) и в нее «утоплен» приемный элемент 4. Зеркальные поверхности скошенных граней оболочки отражают излучение, попадающее в зазор между приемным элементом и самой оболочкой, на приемный элемент. Квадратная форма оболочки с радиатором позволяет собирать калориметрические блоки в виде панелей из отдельных преобразователей. «Горячие» спаи термопар отделены от приемного элемента 4 втулками 6 из теплоизоляционного материала для приближения режима остывания приемного элемента к регулярному в момент получения измерительной информации. У ТПЙ-2А втулки 6 заменены кольцом. В преобразователях ПК-50, КДС и БКД применены объемные поглотители из дымчатого стекла, а в ИЖК-1 — раствор медного купороса.
Из полостных радиационных калориметров наиболее распространены серийно выпускаемый промышленностью ИМО-2 с приемным элементом в виде медного конуса 9, с поглощающим покрытием (рис. 7.8, в), со встроенным электрическим нагревателем замещения 10 и медно-константановой батареей 11, содержащей 2000 термопар, равномерно распределенных между наружной поверхностью приемного элемента и поверхностью пассивной теплоемкости 12. Конические приемные элементы имеют преобразователи МЗ-18, МЗ-24, МЗ-49, ИЭК-1, КОД-21, ПП-1, ПП-2.
В преобразователе типа КОД плотность лазерного излучения снижается за счет большой поверхности конуса при малом угле раскрытия, что увеличивает динамический диапазон его работы. В ИКТ-1М ставят элемент из сапфира, предварительно рассеивающий излучение лазера, попадающее в конус. Для измерения средней мощности лазерного излучения можно использовать ИМО-2, так как у него большое число коротких электродов термобатареи, осуществляющих сток тепла от конуса к оболочке и далее в окружающую среду.
Для измерения слабой средней мощности применяют ОИМ-1 (рис. 7.8, г), с комбинированной формой приемного элемента
225
(сфера с обратным конусом), выполненного из меди с поглощающим покрытием 15.
ОИМ-1 имеет рабочий и компенсационный элементы со встроенными электрическими обмотками для замещения 14 с термопарными батареями 13 и пассивным термостатом 16.
Для больших уровней средней мощности применяют приемные элементы в виде графитовых стержней (ТПИ-5), один торец которых воспринимает излучение, а другой омывает термостатированная жидкость. Температуру стержня измеряют хромель-копелевой термобатареей. У ТПИ-14 и ТПИ-10 приемный стержень изготавливают из алюминия с поглощающим покрытием на облучаемом горце. У калориметров типа ТПИ оболочку активно охлаждают водой.
Для измерения энергии и средней мощности излучения используют также изотермические калориметры, основанные на эффекте фазового перехода вещества, называемые радиационными калориметрами постоянной температуры. Принцип действия таких калориметров состой г в измерении количества калориметрического вещества, перешедшего под действием поглощенной энергии излучения в другую фазу: твердое тело — в жидкость и жидкость — в' пар. Подобные калориметры работают в диапазоне 3—-300 Дж с хорошей воспроизводимостью.
