Устройство для измерения теплового потока Советский патент 1980 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к технике теплофизических измерений. Известны устройства для измерения теплового потока, содержащие теплопри- емник, вспомогательную прослойку (эталонный элемент) и водоохлаждаемый стержень, образующий с теплоприемни- ком и вспомогательной прослойкой дифференциальную термопару l . Известно также устройство для измерения теплового потока, содержащее теп лоприемник с термочуйствительным эле ментом, вспомогательную прослойку и тепловой резервуар , Эти устройства обладают недостаточ но высокой точностью и быстродействием Целью, изобретения является повыше- ние быстродействия и точности измерения. Ддя этого в устройстве для измерения теплового потока, содержащем тепло приемник с термочувствительным элемён том, вспомогательную прослойку и тепловой резервуар, в качестве теплоприемника использован кристалл полупроводникового триода, в качестве термочувствительного элемента - его электроннодырочный переход эмиттер-база, в измеритель дополнительно введены дифференциальный усилитель постоянного тока и источник питания, причем база триода заземлена, эмиттер подсоединен к входу усилителя и через резистор к источнику питания, а коллектор, используемый как нагреватель, подсоединен к выходу усилителя, второй вход усилителя через делитель напряжения подсоединен к источнику питания. Такое включение триода обеспечивает независимо от измеряемой плотности теплового потока постоянство температуры теплоприемника - кристалла триода, что повыщает быстродействие и точность измерения. На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит бескорпусный гриод 1, используемый как теплоприемник, термочувствительный элемент и нагреватель, вспомогательную прослойку 2 для .получения постоянной разности температур между кристаллом триода 1 (теплопраемником) и тепловым резервуаром 3, дифференциальный усилитель постоянного тока 4, к одному входу которого подсоединен эмиттер триода 1, второй вкод усилителя подсоединен через делитель, напряжения 5 к- источнику пи тания 6 и к резистору 7,

Для измерения мощности, выделяемой в коллекторном перехоае, который используется как нагреватель, служит измеритель мощности 8, к входам которого подсоединены эмиттерный и коллек-

торный выводы триода 1 (ток через-триод поддерживается постоянным и для определения мощности достаточно знать падение напря5{ ения). Базовый вывод триода заземлен.

При включении измерителя выделения тепла в электронно-дырочных переходах триода J температура кристалла (теплопрнемника) растет. При некоторой температуре наступает равновесие между выделением тепла и отводом его через вспомогательную прослойку 2 в тепловой резервуар 3. Тогда измеритель готов к работе. При поступлении измеряемого тепла (или отвода) температура теплоприемника повышается (понижается) , напряжение на переходе эмит , подаваемое на инвертирующий вход усилителя 4, изменяется, соответственно знаку изменения входного напряжения меняется напряжение на выходе усилителя 4, мощность, выделяемая на коллекторном переходе триода 1, используемом как нагреватель теплоприемника, изменяется и компенсирует подвод (отвод) тепла. Тепловой поток равен разностимежду начальной мощностью (мощностью холостого хода) и мощностью, выделяющейся в нагревателе

при наличии измеряемого теплового потока.

Таким образом, из-за того, что перепад температуры в вспомогательной прослойке поддерживается постоянным, быстродействие измерителя плотности теплового потока зависит не от инерционности тепловых процессов во вспомогательной прослойке, как в известных измерителях, а от свойств дифференциального усилителя , т. е. повыщается во много раз, потери тепла остаются все время на одном уровне и компенсируются выделением тепла в нагревателе что повыщает точность измерения.

Форм.ул л изобретения Устройство для измерения теплового потока, содержащее теплоприемник с термочувствительным элементом и тэп- ловой резервуар, отделенный от теплоприемника теплоизолирующей прослойкой отличающееся тем, что, с целью повыщ ния быстродействия и точности измерения, в качестве теплоприемника использован кристалл полупроводникового триода, в качестве термочувствительного элемента - его эмиттерный переход, а в качестве нагревателя - коллекторный переход, а также в устройство введены дифференциальный усилитель постоянного тока и источник питания, причем база триода заземлена, эмиттер подсоединен к входу усилитедя и через резистор к источнику питания, коллектор подсоединен к выходу усилителя, второй вход.которого через делитель напряжения подсоединён к источнику питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР К 411326, кл. G 01.К 17/08, 1971,

2.-Авторское свидетельство СССР № 322661, Жл. G б1 К 17/08, 1&70 (прототип). ; г 3

I I/

т1