Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [ 68 ] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

Рисунок показывает, что излучение существенно искажает зависимость Т (г), а ее градиент значительно быстрее убывает по мере, удаления от центра.

Для определения вольт-ваттной чувствительности необходимо определить температуру горячих спаев, т. е. усредненную температуру приемной площадки (центрального- круга раДиусом Го)

АТ = Т - То =

г hiXrroIR) -1

(4.21)

sh [(xJR) (d* -z)+ (xJR) ch (xjR) {d* - z)]

[1 + (XeTlRY] sh (X,,dlR) + 2 (XnleTlRf ch (Xd/R)

Величина Sb рассчитывалась no формуле (4.3), где F == ащАТ {щ - число термоэлементов), а Ри = Wnrl, Результаты расчета Sb представлены в табл. 24. Видно, что увеличение радиуса диска более 3 мм (ей ~ 1) практически не приводит к изменению вольт-ваттной чувствительности, что еще раз свидетельствует о значительном вкладе теплоизлучения в явления теплопереноса. В этом случае интенсивное теплоизлучение происходит с части диска радиусом Д 3 мм и температура на этом расстоянии от центра практически не отличается от температуры холодных спаев Tq (см. рис. 4.9).

Таблица 24.

Вольт-ваттная чувствительность пленочных радиальных приемников (в В/Вт) {п = 8, а = 0,4 мВ/К, Го = 1 мм)

Подложка

JR, мм

Слюда

3,75

0,95

5,75

0,75

3,75

Полиимид

1,55

18,5

18,5

14,5

1,75

Подложка

8,75

8,75

5,15

отсутствует

Примечание. Для слюды и полиимида d = 10 мкм.



Как уже отмечалось в разд. 4.2, значительное уменьшение паразитного вклада излучения моясет быть достигнуто в пакетной конструкции пленочной батареи (см. рис. 4.4). В случае использования их в приемниках излучения тепловые шины отсутствуют, а подложка с термоэлектрическими ветвями сжата в плотный пакет практически без зазоров. Для расчетов будем рассматривать такой пакет как однородный с усредненными по (4.16), (4.17) величинами х и су. Приемная площадка приемника - верхняя грань пакета, покрытая тонким слоем черни. Нижняя грань находится в хорошем тепловом контакте с теплоотводящим основанием.

Начальное и граничные условия для такого приемника следующие:

Т (X, у, Z) = T,,t = 0.


Рис. 4.9. Распределение температуры в диске (го=1 мм, i? = 5 мм) при 8=1 (i-5) и 0,2 (i-5)

1-3 - термоэлектрическая пленка на слюде, полиимиде и без подложки соответственно

На боковых поверхностях в любой момент времени тепловой поток, поступающий из объема, равен тепловому потоку, излучаемому в окружающую среду:

+ 4е„аБГ?(Г-

То)

+ 4е„аБ7{7 -

= 0,

дТ дх

- vObTl (Т -

То)

= 0,

где би - коэффициент излучения боковых поверхностей, А и В - ширина и толщина пакета.

На верхней грани с би 1 падающий тепловой поток равен алгебраической сумме тепловых потоков, излучаемого с поверхности и отводимого от нее внутрь пакета:

Здесь Н - высота пакета, а f 1, >0,

W-o, , 0.

На нижней грани температура равна температуре окружающей среды, принятой за начало отсчета (Т (х, у, 0) = 0). Решение не-



стационарного уравнения теплопроводности (4.15) в этом случае показало, что при размерах пакета Л, < х/4аБеиГо и Я < <С yloTl (как уже отмечалось, для (В18Ь)2Тез хДобТо 25 см) изменение температуры можно описать экспоненциальной зависимостью с постоянной времени

У-Д" /4 22)

где су АВН равна теплоемкости пакета С, 8еиаБГо( + В) Н и (л/4) yi{ABIH) равны соответственно коэффициентам теплопередачи, обусловленным излучением Сизл и теплопроводностью Степл- в случае, когда перенос тепла в основном определяется процессом теплопроводности (Степл Сизл) Тп (4/л2) (cyH/yi) и не зависит от ей, а также в явном виде от толщины термоэлектрического слоя dr. В табл. 25 представлены расчетные значения Тд для приемников, состоящих из 100 термоэлементов. Рассмотрен случай использования полиимидной подложки (dn = Ю мкм) с различными толщинами термоэлектрического слоя (р - Bio,gSbi,5X03 и - В12Те2,48ео,б) от 0,1 до 10 мкм (от 0,05 до 5 мкм с каждой стороны подложки) при значениях би = 1 и 0,2. Для сравнения, как предельный случай, рассмотрен термоэлектрический слой без подложки. Как видно из табл. 25, даже для минимальной толщины 0,1 мкм Тп Яи практически не зависит от би и В. Это еще раз свидетельствует об определяющем влиянии теплопроводности на Тп. Что касается влияния толщины, то при увеличении йпл, так же как и в случае радиальных пленочных приемников, изменяется соотношение усредненных параметров су и к. Так как Хпл >п, то при росте йпл увеличивается к, в то время как су практически не меняется, так как СплУпл ~ nVn-Вследствие этого Тп уменьшается.

В случае, когда поток излучения с боковой поверхности много меньше теплового потока вдоль пакета, установившееся пространственное распределение температуры в пакете описывается следующим выражением:

Т Т РТ- sh[./(8-„r»(lA4 + l/B)]

i (Z, ОС) - i о = ---zi--г - \-)

Бо sh [Я у (Ъ?,,сТ11)(\1А + MB)] +

+ УКу12сТ1){\1А + \1В) ch [Я /(8е„аБГЗ/>)(1М+1/В)]

По формуле (4.23) рассчитывалась вольт-ваттная чувствительность пакетных приемников с числом термоэлементов щ 100 (табл. 26). Видно, что величина Sb для dn > 5 мкм при некоторых размерах термоэлектрических ветвей может быть выше 100 В/Вт. При таких толщинах термоэлектрическая эффективность пленочной батареи приближается к z объемных термобатарей (ск. табл. 21), и в этом случае, согласно выражению (4.14), достигается максимальная обнаружительная способность. Расчеты



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [ 68 ] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0009