Калориметрическое устройство Советский патент 1981 года по МПК G01K17/00 

(54) КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к технике и мереция излучения высоких энергий и предназначено для построения соответствующей аппаратуры, обеспечивающ измерения непосредственно в процессе рабочей эксплуатации источников излу чения. Известен пондеромоторный измерите мощности и энергии излучения лазеров содержащий чувствительный элемент в виде ферромагнитного шарика с приемной алюминиевой пластиной, который подвешен в магнитном поле соленоида Недостатками измерителя являются относительно низкая ч-увствительность и узкий диапазон измерений, обусловленные необходимостью создания таког регулируемого магнитного поля, которое удерживало бы шарик в границах поля при воздействии мощного излучения, а также пониженная точность, так как измерения ведутся в части сечения пучка излучения, Известен калориметр для лазеров большой мощности, в котором в качестзе поглощающей среды используется стеклянный фильтр с медным диском 2J, Недостатком известного устройства является относительно низкая точность измерений, обусловленная тем, что поверхность поглощающей среды сравнительно мала по отношению к апертуре излучения. Наиболее близким к предлагаемому является калориметрическое устройство, содержащее кювету с водой, термоэлектрический преобразователь, регистратор максимального значения сигнала и приемник излучения Гз. Недостатком известного устройства является ограниченная возможность применения, обусловленная необходимостью перекрытия пучка излучения в процессе измерений. В ряде случаев это недопустимо либо по условиям технологии применения источников излучения (нарушается, например, технрло3гический процесс), либо из-за ограниченности диапазона измерения самих калориметров, обусловленной барьером теплового разрушения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройст ва. Цель достигается тем, что приемник излзгчения вьтолнен в виде сферической камеры с входным и выходным окнами, внутри которой расположены частицы из ферромагнитного материала шлюзовой камеры, электромагнита для созданияпполя магнитного подвеса,установленного на поверхности сферической камеры, электромагнита для создания постоянного магнитного поля размещенного вокруг наружной поверхности шлюзовой камеры; устройство дополнительно снабжено системой закрытия шлюзовой камеры,, включающее электромагнит с подвижным сердечнико поплавок и нить, соединяющую поплаво расположенный внутри кюветы с водой, с подвижным сердечником злектромагнита, источником постоянного и переменного тока, блоками коммутации и управления причем вход блока коммутации соединен с источником постоянного и переменного тока и блоком управления а выход с электромагнитами , На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство состоит из сферической камеры 1 с входным 2 и выходным 3 окнами и пшюзовой камеры 4, электромагнита 5 для создания поля магнитного подвесаJ электромагнита 6 для создания постоянного магнитного поля час-гад 7 из ферромагнитного материала, кюветы 8 с водойJ термоэлектрического преобразователя 9, окна 10 с поплавком 11, закрепленным на нити 12, пропущенной через щель 13, прикрьгоаемой диском 14, закрепленным на нити которая протянута через направ ляющее колесико 15 и соединена с под вижным сердечником 16 электромагнита |17, измерительного регистратора 18 максимального значения сигнала, блока 19 коммутации, источника 20 переменного тока, источника 21 постоянно тока, блока 22 управления. Устройство работает следующим образом . Подвешенная в переоенном магнит- . ном поле, образованном электромагнитом 5, питаемым источником 20 пере6манного тока, масса частиц 7 из ферромагнитного материала воспринимает энергию излучения, проходящего через окна 2 и 3 сферическойкамеры 1 , которая выполнена из немагнитного материала, внутренняя поверхность ее покрыта теплоизоляционным светоотражающим материалом. Поверхность сферической формы в наибольшей степени обеспечивает создание поля магнитного подвеса требуемой конфигурации при соответствующем размещении на ней электромагнита 5, Вместе с тем замкнутость пространства камеры 1 уменьшает влияние окружающей среды на массу частиц 7 и ограничивает область их перемещения. Электромагнит 5 подключается к источнику 20 переменного тока через блок 19 коммутации по сигналу блока 22 управления. Масса частиц 7 под воздействием поля магнитного подвеса, образованного электромагнитом 5, перемещается в пространстве сферической камеры 1. Поле магнитного подвеса задается такой конфигурации,прикоторой вся масса частиц 7 располагается в зоне пучка излучения, образующая как бы объемный дисперсно-матричный первичный приемник излучения проходного типа. Ерк этом энергия излучения преобразуется приемником в тепловую энергию. Требуемое время нахождения частиц 7 в зоне излучения (время облучения) обусловливается временем установления температуры в процессе их нагрева и определяется на этапе метрологической аттестации устройства. Перемещение (перемешивание) частиц 7 в процессе измерения позволяет определить энергию во всем сечении пучка и тем самым уменьшить погрешность, вызванную расходимостью пучка излучения. После установления температуры частиц 7 (это время выдерживается блоком управления) блок 19 коммутации по сигналам блока 22 управления отключает источник 20 переменного тока от электромагнита 5, подключает на короткое время источник 21 постоянного тока к электромагниту 6, а затем переключает этот источник к обмотке электромагнита I7. При выключении поля магнитного подвеса и одновременном включе.ши постоянного магнитного поля, создаваемого электромагнитом 6, часоицы 7 под воздействием собственной массы и притяжения постоянного

магнитного поля собираются в шлюзовой камере 4, расположенной в нижней части сферической камеры . Шлюзовая камера 4 имеет конусообразную форму и охвачена электромагнитом 6 постоянного магнитного поля с внешней сторон в камеру вставляется своим окном 10 также конусообразной формы кювета 8, заполненная водой, внутри которой размещен термоэлектрический преобразователь 9 (группа термоэлектрических элементовХ Приемное окно кюветы закрывается немагнитным поплавком .11, к которому прикреплена нить 12, оттягиваемая подвижным сердечником 16 электромагнита 17. На нити 12 закреплена крьшка в виде диска 14, которая закрывает щель 13, через которую пропущена нить 12, когда поплавок 11 не оттянут сердечником 16 электромагнита 17, Нить 20 12 перемещается при помощи направляю го колесика 15.После кратковременного включения постоянного магнитного поля включает электромагнит 17, поплавок 11 оттяги вается от приемного окна 10 кюветы 8 масса частиц 7 из шлюзовой камеры 4 сферической камеры 1 сбрасывается в .воду кюветы 8 и электромагнит 17 по сигналу блока 22 управления отклю чается блоком 19 коммутации от источ иика 21 постоянного тока. Поплавок 11 при этом возвращается в свое поло жение, при котором он под действием выталкивающей силы воды прижимается ;к .окну Ю кюветы В, закрьгоая его. Начинается цикл передачи тепла от массй частиц 7 воде и преобразование этого тепла в соответствующий электрический сигнал. К термоэлектрическо му преобразователю 9 подключен измерительиый регистратор 18 максимального зиачения сигнала. Достижение выходным сигналом термоэлектрическог преобразователя 9 максимального значения указывает на момент окончанкя переходного процесса, т.е. установление теплового равновесия в кювете 8. Максимальное значение этого сигнала пропорционально энергии излучения как в известных устройствах калориметрического типа. Регистратор 18 максимального значения сигнала после завершения цикла измерения сигнализирует блоку 22 управления о возможности подготовки к новому циклу. По сигналу регистратора 18 максимального значения сигнала включается электромагнит 17,

поплавок 11 оттягивается от окна 10 кюветы 8 в сторону, после чего одновременно включаются поле магнитного подвеса и постоянное магнитное поле, которое теперь пульсирует,что достигается периодическим подключением источника 21 постоянного тока к электромагниту 6. Под воздействием поля магнитного подвеса частицы 7 устремляются из кюветы 8 вверх через шлюзовую камеру 4 в сферическую камеру 1. Пульсирующее магнитное поле, образуемое электромагнитом 6, задает при этом частицам 7 определенное ускорение и через некоторое время, необходимое для перемещения частиц из кюветы 8 (определяется на этапе метрологической аттестахщн yctройства), оно выключается Для того. чтобы частицы 7 при движении из кюветы 8 не задерживались ее верхней частью, последняя выполнена в форме усеченного конуса, заканчивающегося окном 10. Масса частиц 7 с кюветой 8, заполненной водой, образуют яоздкостный калориметр с Выносным дисперсно-матричным приемником излучения Такая конструкция калориметра с первичным (мас-у са частиц - вода) и вторичным (вода термоэлектрические элементь преббра- зователями позволяет устранить недостатки известных устройств и тем са- . Mbw расширить возможности применения жидкостных калориметров, при помощи которыхможно выполнять измерения без перекрытия излучения и поэтому использовать их также и в системах автоматического регулирования параметрами излучения ОКГ, например, в технологическом процессе; расширить диапазон измерений блат одаря применению жидкостного калориметра с выносным дисперсно-матричным приемником Формула изобретения 1. Калориметрическое устройство, содержащее кювету с водой,термоэлектрический преобразователь, регистратор Ме1ксимального значения сигнала и приемник излучения, отличающееся тем, что,.с целью расщи-. рения функциональных возможностей, приемник излучения выполнен в виде сферической камеры с входным; и выходным окнами, внутри которой расположены частицы из ферромагнитного материала, шлюзовой ьамеры, злектромагня-

та для создания поля магнитного подвеса, установленного на поверхности сферической камеры, электромагнита для создания постоянного магнитного поля, размещенного вокруг наружной поверхности пшюзовой камеры.

2.Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что оно дополнительно снабжено системой закрытия пшюзовой камеры, включающее электромагнит с подвижным средечником, поплавок и нить, соединяющую поплаво расположенный внутри кюветы с водой,

с подвижным сердечником электромагнита .

3.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено источником постоянного и переменного тока, блоком коммутации и блоком управления, причем вход блока коммутации соединен с источником постоянного и переменного тока и блоком управления, а выход с,электромагнитами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

. Авторское свидетельство СССР № 318112, кл. Н 01S 3/02, опублик. 1971 .

2.Патент США № 3575048,

кл. S 01 К 17/00, опублик, 1971.

3.Патент США № 3483747,

кл. Q 01 К 17/00, опублик. 1969 (прототип).