АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ВИДОВ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ 9
1.1 Параметры охлаждаемого фотоэлектронного умножителя 9
1.2 Необходимость охлаждения фотоэлектронного умножителя на примере
дозиметрического пульта ИКС-А 10
1.3 Виды систем охлаждения 15
1.3.1 Жидкостное охлаждение 15
1.3.2 Воздушное охлаждение 19
1.3.3 Термоэлектрическое охлаждение 20
1.3.4 Выбор системы охлаждения 23
Выводы по первой главе 26
2 МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ТЕРМОСТАТИРУЮЩИХ СИСТЕМ 27
2.1 Пример расчета термостатирующей системы по графикам 27
2.2 Пример разработки системы охлаждения рубина, помещенного в камеру
из пеноплекса, до температур порядка минус 40 °C 30
2.3 Исследование эффективности элемента Пельтье при различных режимах
работы 35
Выводы по второй главе 42
3 ЧИСЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА 43
3.1 Расчет параметров составных элементов термостатирующей системы 43
3.2 Исходные данные для расчета 47
3.3 Тепловой расчет элементов 47
Выводы по третьей главе 56
4 ПРОГРАММНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА 57
Выводы по четвертой главе 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 79
Основными направлениями научно-технического прогресса последних лет стали робототехника, астрономия, атомная энергетика, развитие ракетно-космической техники, криогенной техники и др.
Во всех перечисленных направлениях существует потребность в высокой точности измерений. Среди различных средств измерений одно из первых мест принадлежит оптико-электронным приборам. Современная оптическая аппаратура обеспечивает очень высокую надежность и точность измерений в широких спектральных и энергетических интервалах [1].
В качестве основных классов оптико-электронных приборов и комплексов стоит выделить спектральные, фотометрические и поляризационные приборы.
В конце прошлого столетия значительно возросла актуальность решения одновременно комплекса вопросов, связанных с отдельными направлениями оптико-электрических измерений, а также создание универсальных эталонных образцов.
Под руководством профессора Юрия Александровича Усачева и непосредственном участии М. В. Лапина совместно с усилиями Всероссийского научно-исследовательского института оптико-электрических исследований (г. Москва) был создан уникальный метрологический спектрофотометрический комплекс Корунд-Б, аттестованный в ранге эталонного образца второго разряда, осуществляющий метрологическую аттестацию, калибровку, поверку и испытания фотометрической аппаратуры специального назначения в диапазоне длин волн (0,28... 1,25) мкм [2].
Актуальным остается вопрос снижения температуры работы фотоэлектрического умножителя в составе приемно-регистрирующей системы спектрофотометрического комплекса. Влияние темного тока (тока утечки), генерирующего шумы в сигнале, можно минимизировать, снизив рабочую температуру ФЭУ до криогенной (порядка -40оС). В данным момент имеющаяся термостатическая система на практике обеспечивает охлаждение ПРС до -20оС.
В выпускной квалификационной работе по теме «Тепловой расчет термостатирующего устройства приемно-регистрирующей системы (ПРС) спектрофотометрического комплекса Корунд-Б» необходимо было рассчитать параметры системы охлаждения, для охлаждения блока фотоэлектрического умножителя ФЭУ-112 до температур криогенных областей порядка - 40 Т.
Была проанализирована техническая литература, рассмотрены некоторые виды систем охлаждения: жидкостная, воздушная, термоэлектрическая. В результате сравнения, основываясь на ряде определяющих преимуществ: минимальные размеры исполнения, максимальная величина охлаждения элементов относительно температуры окружающей среды была выбрана термоэлектрическая система охлаждения на базе элементов Пельтье.
Далее были изучены некоторые методики и примеры расчетов термоэлектрических систем охлаждения. К сожалению, несмотря на то, что эффект Пельтье достаточно хорошо изучен, тепловой расчет термостатирующих термоэлектрических устройств на практике достаточно трудно осуществим и из-за низкого КПД элементов Пельтье часто не полностью совпадает с реальными результатами охлаждения.
На базе рассмотренных методик и примеров был осуществлен тепловой расчет термостатирующего устройства ПРС и выбраны элементы ТВ-31-1,0-2,5 в количестве 9 штук для нижнего каскада, и ТВ-2-(127-127)-1.3 в количестве двух штук для верхнего каскада.
В программном пакете САПР SolidWorks 2019 была создана 3D модель медного термостатирующего устройства с сохранением его физических свойств, спроектированы выбранные термоэлектрические элементы. После задания всех входных параметров на ФЭУ была достигнута температура - 33 Т, что является гораздо лучшим результатом, чем тот, что имеется в реальной системе сейчас, но не является полностью достигнутым для поставленной в работе задачи. В работе были представлены максимальные по мощности элементы, которые бы укладывались в конструкторские условия системы, но из-за низкого КПД самих элементов Пельтье требуемая температура не была достигнута. В ходе работы выявился потенциал более существенной модернизации системы охлаждения ФЭУ путем перехода на полностью жидкостную систему охлаждения жидким азотом.
