WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Термоэдс с учетом (7) и (51) приобретает вид Для АОТ прямоугольной формы (a c > b) с двумя термостатами, расположенными на боковых граq0a12e- b1 1 (1- e-a)b нях (a b) пластины 1 (рисунок, c), распределение тем1 = e-b - 1- e-b 22 b 2a пературы находится из общего уравнения теплопроводности (3), при прежних приближениях для 0 = 22/33, 4q02 11e- b1 1 + e-a - (2k+1)22 (2k+1)ab 11 k=2T 2T q+ 0 + + e-(b-y) = 0, (55) a2 ay2 z a 22 11 (2k + 1)b b - th. (52) решение которого проводится в приближении 12 <(2k + 1) 11 22 a при граничных условиях Как и в выражении (48), первая тройка слагаемых (52) T T T T = = 0, = 0, = 0, определяет термоэдс, создаваемую градиентом темпераx x=0 x x=a y y=0 y y=b туры вдоль оси 0y, а слагаемое со знаком суммы — термоэдс, которая создается градиентом температуры T = T0, T = T0 (56) вдоль оси 0x. После соответствующих преобразований z =0 z =c следует, что вольт-ваттные чувствительности АОТ S и после косинус-преобразований Фурье [20] представляи S с антипараллельными и параллельными направется в виде лениями лучистого потока и градиента температуры приобретают вид q0(e-b - 1) T (y, z ) =T0 + (z - cz ) 2b 12 b b S = + (1 - e-a) 22 2 2a (-1)n - e-b 2q+ 2 b22 n=1 n(n + 2) 42 11 1 + e-a + (2k+1)22 (2k+1)a2bc 11 k=22 + a2 a2 sh n(z - c) - sh nz 33 + cos ny, a 22 11 (2k + 1)b sh nc th - b ; (53) (2k + 1) 11 22 a (57) а его поперечная термоэдс 1 с учетом (7) и (9) 12e- b1 b b равна [5] S = (b - 1) - (1 - e-a) 22c 2 2a 4q012 a (1 + e-b)(b) 1 = 42e- b1 11 1 + e-a (2k+1)22 b2 k=- (2k + 1)22 +(b)(2k+1)22 (2k+1)a2bc 11 k=0 b+ a2 a (2k+1)c 2 1 - ch a 22 11 (2k + 1)b b b b - th. (54) 1 +.

22 (2k+1)c (2k + 1) 11 22 a (2k + 1)c sh 33 b (58) Анализ численных значений S и S показывает, 0 что в режиме оптического пропускания они практически Для АОТ с односторонним боковым термостатиросовпадают. ванием (рисунок, d) уравнение теплопроводности также Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Особенности анизотропных оптикотермоэлементов представляется соотношением (3), решаемое при гра- 5. Экспериментальные исследования ничных условиях, АОТ T T T T = = 0, = 0, = 0, Для оценки реальных возможностей АОТ исследоваx x=0 x x=a y y=0 y y=b лись их характеристики в режиме оптической прозрачT ности. Сравнение теоретических расчетов и эксперименT = T0, = 0. (59) тальных результатов проводилось согласно [13,14]. Вкаz =c z z =честве источников лучистой энергии использовались С помощью собственной функции задачи Штургазовые CO2-лазеры типа ЛГ-22 и др. (0 = 10.6мкм), ма-Лиувиля при соответствующих граничных условиях гелий-неоновые лазеры ЛГ-36 (0 = 1.06-3.36 мкм), а с последующими преобразованиями и разложением в также рубиновые лазеры (0 = 0.53 мкм), излучающие ряд Фурье [19,20] можно получить следующее выраженеобходимые плотности лучистых потоков. Эта энергия ние для распределения температуры:

корректировалась с помощью делителей мощности из q0(e-b - 1) монокристаллических CdTe, Al2O3 и других материT (y, z ) =T0 + (z - c2) 233 алов в виде круглых пластин диаметром 1.5-3.0см различной толщины. Предварительная калибровка этих делителей осуществлялась на спектрографе ИКС-21 по nz 2q02 (-1)n - e-b 1- ch + cos ny. уровню пропускания. Далее делители мощности вместе 2 b22 n=1 n(n + 2) ch nc с испытуемым АОТ размещались в камере, термостатированной с помощью регулятора температуры при (60) заданной температуре T = T0. Величина термоэдс исПри этом поперечная термоэдс 2 такого АОТ, согласследуемых АОТ определялась при помощи цифрового но [5], составляет микровольтметра типа В7-21.

4q012 a (1 + e-b)(b)2 Держатель образцов АОТ представлял собой цилин 2 = дрический корпус из меди, в центре которого разме(2k+1)22 b (2k + 1)22 +(b)k=b щался оптически прозрачный теплоотвод. Аналогично делителям мощности он выполняется из тех же материb 33 22 (2k + 1)c 1 - th.

алов. Для увеличения оптического пропускания на грани (2k + 1)c 22 33 b теплоотвода и АОТ методом высокочастотного катодно(61) го распыления наносили просветляющие слои из CaFАналогично предыдущим случаям вольт-ваттные чувсоответствующей толщины. Предварительные оценки и ствительности АОТ с термостатированием одной и двух испытания показали, что при теплоотводах из монокрибоковых граней представляются в следующем виде:

сталлов CdTe диаметром 3.0 см и толщиной 0.5 см прохо дящее излучение плотностью до 103 Вт/см2 практически 412 2 - b S = не вызывает искажений распределений температурного 22c (2k + 1)22 (2k+1)22 + k=(b)поля внутри объема АОТ.

АОТ выполнялись из материалов, параметры которых (2k + 1)cb-приведены в табл. 1 [22–25]. Оптимальный угол, под 2b 33 1- ch 1+, которым ориентировались выбранные кристаллографи (2k + 1)c 22 sh 22 (2k + 1)cb-ческие направления, составлял 45.

(62) Анализ экспериментальных результатов показал, что 412 2 - b при соответствующих геометрических размерах АОТ S = 22c и заданных параметрах его материалов зависимость k=0 (2k + 1)22 (2k+1)22 + (b)между эдс и плотностью падающей энергии q0 носит линейный характер. В случае проходящего излучения b 33 плотностью свыше 103 Вт/см2 ( = 10.6мкм) для АОТ 1 - th (2k + 1)cb-1.

(2k + 1)c 22 из CdSb с высотой b = 0.2 см наблюдается отклоне(63) ние от линейности характеристики АОТ, связанное с Численные оценки показали, что вольт-ваттная чув- перегревом термоэлемента, и возрастание вследствие ствительность АОТ с двухсторонним термостатирова- этого коэффициента оптического поглощения и понием боковых граней меньше вольт-ваттной чувстви- перечной термоэдс 12. Проведенные оценки показывают, что в этом случае каждые 25 Вт проходящей тельности АОТ с односторонним термостатированием.

Также следует отметить, что АОТ с термостатированием мощности вызывают перегрев верхней грани АОТ на боковых граней обладает значительно меньшей чувстви- 1 градус. Следует отметить, что значение эдс оптительностью, чем АОТ с термостатированными рабочими чески просветленных АОТ превышает эдс непросветгранями. ленных.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1002 А.А. Ащеулов, И.В. Гуцул Таблица 1. Характеристики материалов, используемых для АОТ Область Коэффициент Коэффициент Коэффициент Коэффициент Материал оптического оптического поперечной термоэдс теплопроводности, электропроводности, пропускания, мкм поглощения, см-1, мкВ/K Вт/(см · K) (Ом · см)-CdSb 2.6-40.0 0.1-0.3 100-300 1.5 · 10-2 0.ZnSb 2.4-27.0 0.4-0.8 100-200 1.1 · 10-2 0.CdAs2 1.25-16.0 0.5-1.0 250-450 3 · 10-2 0.ZnAs2 1.36-21.0 0.8-1.2 180-360 6 · 10-2 0.CdS 0.5-18.0 0.2-0.8 120-220 2 · 10-2 0.Таблица 2. Параметры АОТ при термостатировании рабочей грани Тип Материал Материал S0, q0max, Размеры рабочих приемника термоэлемента термостата В/Вт Вт/см2 граней АОТ, смАПП-1 CdSb CdTe 2 · 10-5 1.5 · 103 0.3 0.АПП-2 CdSb CdTe 3 · 10-6 4.5 · 102 1.0 1.АПП-3 CdAs2 CdTe 3 · 10-7 1.6 · 103 0.1 0.АПП-4 ZnAs2 CdTe 0.8 · 10-7 104 0.8 0.АПП-5 CdS Al2O3 1.5 · 10-7 8 · 104 0.5 0.Таблица 3. Параметры АОТ при термостатировании боковых граней Тип Материал Материал S0, q0max, Размеры рабочих приемника термоэлемента термостата В/Вт Вт/см2 граней АОТ, смАПП-11 CdSb Cu 7 · 10-7 1.5 · 103 0.3 0.АПП-32 CdAs2 Cu 2 · 10-8 1.6 · 103 0.1 0.АПП-36 CdS Cu 2.5 · 10-8 8 · 104 0.5 0.В некоторых случаях при больших плотностях прохо- дить необходимые энергоспектральные перераспределедящей энергии q0 и некачественной подготовке поверх- ния. При этом возможно одновременное использование ности рабочей грани термоэлемента, а также больших их в качестве таких конструкционных элементов, как толщин клеевых слоев наблюдается значительный пере- выходные окна и фильтры различных излучателей.

грев АОТ, приводящий к его разрушению.

В табл. 2 и 3 приведены параметры АОТ в случае 6. Заключение термостатирования рабочих и боковых граней и работающих в режиме оптической прозрачности. Данные Таким образом, в результате проделанной работы таблиц соответствуют температуре T = 300 K.

можно сделать следующие выводы.

Результаты проведенных исследований показали, что 1. Определены эдс, кпд и вольт-ваттная чувствительв случае термостатирования нижней (рисунок, a) или ность АОТ при одномерном распределении температур.

верхней (рисунок, b) рабочих граней значения расчетПоказана возможность их работы в режимах оптиченых данных вольт-ваттной чувствительности превышают ского пропускания, объемного и поверхностного поглоэкспериментальные (табл. 2) на 12-16%. В случае щений.

термостатирования боковых граней (рисунок, c, d) рас2. Анизотропия теплопроводности материала привочетные данные превышают экспериментальные (табл. 3) дит к увеличению вольт-ваттной чувствительности АОТ на 18-20%. Это связано, с одной стороны, с неучетом температурной зависимости кинетических коэффициен- в случае термостатирования нижней рабочей грани и ее уменьшению — в случае термостатирования верхней тов материалов АОТ, а с другой — с вихревыми рабочей грани.

термоэлектрическими токами [3].

Изменение геометрии лучепреломляющих поверхно- 3. Термостатирование боковых граней АОТ приводит стей АОТ и термостата, а также формы их поперечного к упрощению его конструкции и увеличению предельносечения [21] привело к появлению устройств, позволя- го значения регистрируемого излучения при минимальющих наряду с регистрацией лучистых потоков прово- ном искажении фазо-амплитудных характеристик.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Особенности анизотропных оптикотермоэлементов 4. Рассмотренные АОТ впервые позволили предло- Peculiarities of anisotropic жить и реализовать метод „прозрачной стенки“, предoptothermoelements назначенный для регистрации лучистых потоков повы A.A. Ascheulov, I.V. Gutsul шенной плотности в широком спектральном диапазоне.

Institute of Thermoelectricity of National Academy of Sciences of Ukraine, Список литературы 58002 Chernivtsi, Ukraine Yu. Fedkovich Chernivtsi National University, [1] W. Tomson. Math. Phys. Pap., 1, 266 (1882).

58001 Chernivtsi, Ukraine [2] M. Kohler. Annal. Phys., 40, 243 (1941).

[3] Л.И. Анатычук. Термоэлементы и термоэлектрические устройства (Киев, Наук. думка, 1979).

Abstract

The influence of various temperature distributions on [4] В.Н. Слипченко, А.А. Снарский. ФТП, 8, 2010 (1974).

basic parameters of anisotropic optothermoelements has been [5] А.А. Снарский. ФТП, 11, 2053 (1977).

studied under optical transmission. The outlook for realization [6] А.А. Ащеулов, А.Б. Беликов, А.И. Раренко. УФЖ, 8, of the ingenious transparent wall“ method intended for the (1993). ” registration of various-density radiant flows in the broad both [7] А.А. Ащеулов, И.В. Гуцул, А.И. Раренко. УФЖ, 42, spectral and power ranges has been demonstrated.

(1997).

[8] А.А. Снарский, А.М. Пальти, А.А. Ащеулов. ФТП, 31, 1281 (1997).

[9] А.А. Ащеулов, И.В. Гуцул, А.А. Снарский. Докл. VII Межгос. семинара „Термоэлектрики и их применение“ (СПб., Россия, 2002) с. 402.

[10] А.А. Ащеулов. Опт.-мех. пром-сть, № 12, 47 (1989).

[11] И.В. Гуцул. УФЖ, 43, 1278 (1998).

[12] А.А. Ащеулов, И.В. Гуцул, А.И. Раренко. Технол. констр.

электрон. аппарат., № 3–4, 33 (1999).

[13] А.А. Ащеулов, И.М. Пилат, И.М. Раренко. Физическая электроника, № 21, 98 (1980).

[14] А.А. Ащеулов. Автореф. докт. дис. (Черновцы, 1994).

[15] А.А. Ащеулов, В.М. Кондратенко, Ю.Б. Пилявский, И.М. Раренко. ФТП, 18, 1330 (1984).

[16] А.А. Ащеулов, И.В. Гуцул, А.И. Раренко. ОЖ, 4, 78 (1993).

[17] A.A. Ashcheulov, I.V. Gutsul. J. Thermoelectricity, № 3, (1997).

[18] А.В. Лыков. Теория теплопроводности (М., Высш. шк., 1967).

[19] М.П. Ленюк. Препринт АН УССР. Ин-т математики (1983).

[20] А.А. Ащеулов, И.В. Гуцул. Технол. констр. электрон.

аппарат., № 6, 49 (2003).

[21] I.V. Gutsul, A.A. Ashcheulov. J. Thermoelectricity, № 2, (2000).

[22] A.A. Ashcheulov, O.N. Manik, S.F. Marenkin. Inorg. Mater., 39, 59 (2003).

[23] А.А. Ащеулов, Н.К. Воронка, С.Ф. Маренкин, И.М. Раренко. Неорг. матер., 32, 1049 (1996).

[24] С.Ф. Маренкин, А.М. Раухман, Д.И. Пищиков, А.Б. Лазарев. Неорг. матер., 28, 1813 (1992).

[25] И.В. Гуцул. Автореф. докт. дис. (Черновцы, 2000).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.