Сенсор теплового потоку

1. Сенсор теплового потоку на основі анізотропного спірального термоелемента з внутрі 3 82913 анізотропного спірального термоелемента, який має внутрішню порожнину для розміщення вимірювального об'єкту, при цьому вказана порожнина містить принаймні один теплоізолюючий елемент, що відокремлює вимірювальний об'єкт від її поверхні. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів та прототипів - вказана порожнина містить принаймні один теплоізолюючий елемент, що відокремлює вимірювальний об'єкт від її поверхні забезпечує заявленому пристрою необхідний „винахідницький рівень”. Промислове використання запропонованого винаходу не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах електронного та приладобудівного напрямків. На Фіг.1 представлено загальний вигляд запропонованого сенсора теплового потоку. Цей сенсор складається з прямокутної, порожнистої всередині, спіралі, яка виконана з кристалів, що характеризуються анізотропією коефіцієнтів термоЕРС. Спіраль виконується із попарно розташованих, геометрично паралельних коротших 1 і довших 2 ланок, які орієнтовані таким чином, що вибрані кристалографічні осі кристалу, з якого вони виготовляються, розташовуються в бічній площині цих ланок та орієнтуються під кутом j до їх робочих граней. В об'ємі прямокутної порожнистої спіралі розміщено теплоізолюючі елементи 3, які у тепловому відношенні відокремлюють внутрішню поверхню коротших ланок 1 термоелемента від теплових потоків, що виділяються вимірювальним об'єктом 4. Теплоізолюючі елементи 3 прямокутної форми у вигляді витягн утих бр усків виготовляються з матеріалів малої теплопровідності. Зовнішня поверхня спірального прямокутного анізотропного термоелемента оточена термостатом, який має 4 задану температуру Т 0. На кінцях спіралі містяться вихідні електричні виводи 5. Запропонований сенсор теплового потоку працює наступним чином. Теплова енергія вимірювального об'єкту 4, яка проходить через об'єми ланок 1 і 2, створює вздовж їх висот градієнти температур, що, в свою чергу, викликає виникнення відповідних поперечних термоЕРС e1 і e2 . При цьому різна кристалографічна орієнтація коротких і довгих ланок по відношенню до теплового потоку, який проходить через них, зумовлює різну полярність їх термоЕРС e1 і e2 . Оскільки ці ланки з'єднані послідовно, то це, в кінцевому рахунку, при відсутності теплоізолюючих елементів 3, веде до значного зменшення загальної термоЕРС e0. У випадку, коли внутрішні сторони коротших гілок 1 містять теплоізолюючі елементи 3, величина градієнта температур, а разом з цим і поперечної термоЕРС e1, яка генерується ними, зменшується, що в цілому веде до підвищення загальної термоЕРС e0 та, відповідно, їхньої вольт-ватної чутливості S. В Таблиці 1 представлено залежність ЕРС та вольт-ватної чутливості S запропонованого анізотропного спірального термоелемента, який виготовлений з монокристалів вісмуту, легованих оловом, від величини теплового опору RT теплоізолюючого елемента 3, що визначається товщиною d цього елемента 3, при однаковій заданій густині теплового потоку джерела тепла, що знаходиться у внутрішній порожнині. Кут, під яким орієнтовані вибрані кристалографічні осі кристалу, складає j0=45°. Теплоізолюючий елемент 3 виготовляється з пінополіуретану, який характеризується малою величиною коефіцієнта теплопровідності. Таблиця 1 RT, 103К/Вт d, cм ЕРС, В S, (В/Вт)×104 0 0 0,094 5,24 3,33 0,5 0,092 5,76 6,67 1 0,088 5,9 10 1,5 0,083 5,96 Аналіз даних, наведених в цій таблиці, показує, що із збільшенням величини теплового опору RT теплоізолюючого елемента 3, величина вольтватної чутливості S запропонованого термоелемента при заданій густині внутрішнього теплового потоку зростає. Розташування другого, аналогічного теплоізолюючого елемента 3 на протилежній, внутрішній бічній поверхні анізотропного спірального термоелемента веде до росту його вольт-ватної чутливості у два рази. В свою чергу, зростання вольтватної чутливості термоелемента веде до підвищення чутливості та точності вимірювальних приладів на його основі. Застосування інших анізотропних термоелектричних матеріалів, таких як антимонід кадмію, антимонід цинку, арсенід кадмію, арсенід цинку, сульфід кадмію та інших значно розширює галузі 13,33 2 0,078 6,05 16,67 2,5 0,073 6,1 20 3 0,067 6,14 26,67 4 0,055 6,19 33,33 5 0,042 6 застосування запропонованого анізотропного спірального термоелемента і його потенційні практичні можливості. Джерела інформації 1. Патент 2140826 (Франция). Thermoelement. L.I. Anatychuk, O.J. Luste. Заявл. 09.06.71; Опубл. Bulletin Officel de la Propriette Industrielle, №9,1973. 2. A.c. 197708 (СССР). Термоэлектрический генератор. Л.И.Анатычук, О.Я.Лусте. Заявл. 23.03.66; Опубл. в БИ №6,1973. 3. Anatychuk L.I., Luste O.J., Thermoelement, Patent UK1335303,1973. 4. Anatychuk L.I., Luste O.J., Thermoelement, Patent DE2128495,1977. 5. A.c. 237217 (СССР). Анизотропный термоелемент. Л.И.Анатычук, О.Я.Лусте. Заявл. 28.10.67; Опубл. в БИ №6,1973. 5 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 82913 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601