Самодельный измеритель мощности. Изготовление, вопросы.

Ну, если так непонятно, тогда возьмите две достаточно мощные лазерные указки: синюю и ИК, имеющие одинаковые мощности излучения и попробуйте зажечь спичку.

Нет, на моей прежней работе использовались измерители средней мощности лазерного излучения на базе ФД-24К, а также измерители максимальной мощности импульса излучения на базе высоковольтных быстродействующих фотодиодов.

 

Во первых вы ошибаетесь. Все как раз наоборот. Есть формула для энергии квантов Е = h*ню. Где «ню» - частота излучения. Осюда прямо следует что чем выше частота (т.е. чем меньше длина волны), тем больше енергия кванта.
НО это не имеет ничего общего с мощностью лазерного луча. Мощность – это количество энергии на еденицу площади в еденицу времени. И совешенно безразлично какой энергии сами кванты, просто более высокоэнергетичных квантов будет приходиться меньше для выделления тойже мощности (такого же количества тепла). Мощность (как и энергия) – это универсальная величина, и поэтому безразлично каков ее источник – или это механическая работа, или это тепло или это световая энергия, или электромагнитная (что впрочем тоже самое что и световая). И измеряется в тех же самых еденицах и све эти мощности эквивалентны и могут переходить друг в друга. А если бы не было потерь (фантастически предположим что что КПД = 100%, то и величины при переходе из одного вида энергии в другой будут те же самые.
Теперь отвечу по поводу абсолютно черного тела. Как известно в природе вообще не существует абсолютно черных тел, и поэтому прибегают к методу максимального приближенноого соответствия черному телу. То что оно на глаз видно что оно черного цвета значит что оно приблизительно в одинаковой степени поглощает все лучи видимого спектра. Подчеркиваю «приблизительно». Если бы какие то области спектра поверхность поглощала бы хуже, то она для глаза приобретала бы какой то цветовой оттенок. А тепероь о 5% отражения. Я взял технологию которая позволяет получить светопоглощение в видимой области не хуже 95%. Т.е. это в самом худшем случае отражение - 5%.
Причем это получается матовый черный цвет на плоской поверхности, а если учесть, что для поглощения луча лазера еще и сделано что эта поверхность конусная, то в конусе происходит многократное отражение этих 5% которые в свою очередь поглощаются на 95%. Поэтому реально я так думаю что на отражение падает не более 2-3 %.

Здесь вы правы в том что ток омметра нагревает термистор, но это пренебрежительно малая величина. Если бы вы взяли себе за труд подсчитать какую тепловую мощность может выделить этот ток (Измерение производится на шкале 20В – это ток изм. = 0,3 мА или 0,0003A. U= I*R. Т.е. падение напряжения на термисторе
= 0,0005А*12000ом = 3,6В.
При этом выделаемая мощность очень набольшая:
P = U * I = 3,6В * 0,0003A =
0,001 Ватт или 1,0мВт
По сравнению с иэмеряемыми нами мощностями от 5мВт до 3000 мВт это ничтожная величина. И этой величиной не только можно, но и нужно пренебречь, потому что ведь в процессе калибровки используется тот же самый тестер и на том же самом пределе, т.е. этот эффет совершенно нивелируется.

Опять же вы тут правы в плане чувствительности самого миниатюрного термистора. Но поскольу он запрятан в макрокорпус, то и чувствительность его соответственно очень загрубляется, и полностью зависит только от размеров, массы и материала корпуса.
А по поводу минимального теплового сопротивления резистора и того чтобы не «болтался» в отверстии термистор, могу сказать что и резистор и термистор посажены в свои гнезда плотно на термоклей.
Высылаю обещанные фотографии малого датчика для измерения мощностей от 5мВт до 650мВт,
И большего датчика для мощностей до 3000 мВт

 

В общем то очень просто. Окись меди CuO2 вещество очень сильно поглощающее во всем видимом диапазоне. Но кроме того лучше всего создать очень сильно развитую поверхность чтобы на ней могло происходить многократное переотражение падающих лучей.
Способ конечно очень «домашний», но для массового повторения как раз пойдет.
Для того чтобы это сделать я вначале покрыл поверхность латунного корпуса датчика слоем гальванически осажденной меди. Вначале приготовляется растров для гальванического меднения. Я в 200 гр. банку из под майонеза налил 100 гр. воды (обычной из под крана). Растворил около 1-1,5 грамма уксусно-кислой меди. Растовр стал сине-зеленый. Добавил для подкисления среды обычного столового уксуса 10% - пол чайных ложки. (Конечно лучше использовать медный купорос, а для подкисления серную кислоту). Затем заготову обезжирил протиркой растворителем. В качестве источника тока использовал 3 элеметна по 1,5 В. Напряжение подавал 3,6В, батареи были подразряжены. Минус (катод) подключается к медненной заготовке, а плюс (анод) к чему нибудь медному (голый медный провод свитый в спираль). Нужно чтобы приблизительно площади поверхности изделия и растворяющегося медного анода были равны. Перед самой загрузкой изделия в ванну, для окончательного снятия окисной пленки с поверхности будущего датчика, я его на 1 минуту погрузил в растров травителя, (персульфата аммония, которым травят платы). Потом включаем ток. Гальваническое осаждение меди производим в течение около 10-15 минут. Нужная плотность тока устанавливается автоматически если напряжение на электродах 3,6в. При этом происходит осаждение меди на поверхности датчика и она приобретает темно-розовый и даже до светло оричневого оттенка. Это нормально даже если будет темнее, все равно осевшую медь затем нужно будет чернить.
Медь осаждается не в виде ровного слоя, а в виде очень мелких дендритов (хаотичесих кристаллов) с сильно развитой поверхностью. Именно это и нужно, чтобы свет попадал в это хаотичесое нгромаждение и многократно отражался поглощясь при этом.
После того как меднение закончено, деталь промыть водой, и погрузить в раствор для чернения. Раствор опять таки приготовить в этой баночке, налить туда свежей воды 100 гр, растворить около3-5 грамм персульфата аммония, (или персульфата натрия), после этого добавитьв раствор около 2 гр. едкого натра или дкого калия. Вполне можно растворить 2 гр средства «КРОТ» для очистки сантехники, это чистый едкий натр. Раствор подогреть до температуры 60-70грдусов и погрузить туда деталь на 2-3 часа. При этом на медной поверхости образуется плотная очень серная пленка окиси меди. После того как процесс закончен, деталь промыть большим количеством чистой воды и высушить. После этого зачерненного поля датчика уже стараться не касаться пальцами. Ни в коем случае не лакировать, и не порывать никаким клеем ,жиром, лаком. Поверхность должна остаться матовой и черной.
Вот и все.

 

Это плотность мощности, а мощность - это количество энергии в единицу времени.

Весьма спорно. Кто же будет дозировать кванты, чтобы получить тот эффект, о котором Вы пишете?

Раз уж мы углубились в теорию, то давайте вместе пораскинем мозгами. Если я окажусь неправ, поправьте меня. Упрощённо моя мысль сводится к следующим моментам:
- мы по-прежнему имеем два непрерывных лазера, отличающиеся только длинами волн, соотношение между которыми двукратное;
- лазеры имеют одинаковое время экспозиции t и излучают одинаковое количество квантов n. Тогда энергия, излучаемая коротковолновым лазером будет равна Е1 = nhν1, а для длинноволнового лазера Е2 = nhν2. Поскольку ν1 = 2ν2, то Е1 = 2Е2.
Таким образом, энергия излучения зависит от длины волны. За время экспозиции коротковолновый лазер передаст фотоприёмнику в два раза больше энергии, чем длинноволновый;
- аналогично для мощностей излучения: P1 = nhν1/t и P2 = nhν2/t. Р1 = 2Р2. Таким образом, мощность излучения также зависит от длины волны. Термистор, нагретый излучением коротковолнового лазера больше, чем длинноволнового, отметит это. Интересно было бы провести практическое сравнение двух аттестованных измерителей средней мощности на базе фотодиода ФД-24К и болометра.

Для видимого спектра - согласен, но если длинноволновый лазер - ИК-диапазона, то, например, для сажи это будет не так.

Я, конечно ленив, но не до такой степени. Для упомянутых мною выше сверхминиатюрных термисторов я посчитал максимальную мощность, рассеиваемую на теле термистора измерительным током омметра на шкале 200 Ом на сопротивлении, указанном Вами 7,6 Ом. Величина измерительного тока была равна 2 мА. Получилоь 32 мкВт, что на три порядка ниже предельно допустимой паспортной величины. Использовался мультиметр типа M-838. Поэтому, для нормальных мультиметров, считайте, что я перестраховался. А потому я согласен с Вами, что:

Картинки и фото - великолепного качества! Да и руки, похоже, - золотые
Использование радиатора для мощного измерителя приведёт к большой инерционности измерений. Правда, при таком методе измерения мощности трудно придумать что-то другое.

 

Нет, не то же самое. Условия поглощения света и радиочастот отличаются как для металлов (материал фотоприёмника), так и для диэлектриков (материал чёрной окисной плёнки):http://window.edu.ru/resource/884/57884/files/itmo251.pdf

Нет, я предполагаю, что в идеальном случае, описанном выше, измеритель данного типа намерит большую мощность у коротковолнового лазера по сравнению с длинноволновым.

Я же писал об обратном эффекте, когда к термистору приходят разные тепловые мощности. Вы невнимательны. А термистор, пока не перегрет, всегда прав.

Потому, что я описываю идеальный случай, позволяющий разобраться в проблеме.

Вы мне пытаетесь доказать, что килограмм ваты имеет такую же массу, что и килограмм свинца. Кто бы спорил. Но речь-то не об этом. Суслику я уже ответил на этот вопрос.

С этого места по-подробнее, пожалуйста.

 

У меня только вопрос - откуда вы взяли что излучается одинаковое оличество квантов n?????????
Это ни из чего не вытекает. И стоить на этом рассуждение ОШИБКА!

По вопросу черного цвета покрытия окисью меди. Мне как раз и нужен был поглотитель для видимого диапазона излучения, я совершенно не планировал углубляться в ИК диапазон.
Что правда, измеритель инерционен, для стабилизации показаний требуется до 7-8 минут. Но для любительских целей я думаю это не так уж важно.

 

Ребята, ну, я уже устал повторять, что мы разбираем идеальный случай, позволяющий понять проблему.

 

Я не пытаюсь никого ввести в заблуждение, а предлагаю обсудить предложенный мною вариант. Начали спорить? Хорошо. Приводите свои доводы.

 

Вообще-то я думал, что мы тут бодаемся по поводу спектральной зависимости мощности, излучаемой лазером. Предложена логическая задача, упрощённая до идеального варианта. Давайте попробуем в ней разобраться, не отвлекаясь на вещи, не относящиеся к предмету спора.

Да, я писал об этом выше.

 

ток тему загадили спором бесполезным, больше практики давайте и действительно полезной информации. У меня есть заводская головка с термопарным датчиком и есть на основе пельтье. Для пельтье датчика даже таблица поглощения есть, материал поглотителя графит и разница в поглощении на оптическом диаппазоне мизерная, от длинны волны 0.35 до 1.2мкм разница меньше процента, в среднем по диаппазону 94,3%.

 

По моему здесь обсуждается тема - "Самодельный измеритель мощности. Изготовление, вопросы".
Так давайте по теме.
Например "ОхотниК" сообщил, что у него есть фирменные измерители мощности, и ссобщил параметры. НО много ли это даст участникам форума которые хотят сами изготовить себе головку, чтобы не быть совсем слепым в экспериментах с лахзерными диодами. Так давайте же помогать друг другу, по деловому обсуждать предлагаемые любительсие конструкции, предлагать новые идеи, для их улучшения, может быть упрощать технические решения для облегчения изготвления датчика в любительских условиях.
НАпример что полезное я вынес из сообщения того же "ОхотниКа" так это то, что поглотитель графит поглощает видимое излучение и не только на 94,3% в сре6днем по диапазону. Я считаю что это отлично. Так может быть чувствителдьную область датчика достаточно только закоптить черной копотью, это ведь тот же графит в чистом виде.
Свое предложение измерителя мощности я дал. Не утверждаю что это идеальное решение, но меня пока устраивает, сам оцениваю на 4+ как для любителя.
Были предложения об измерителе на базе элемента Пельтье. Очень хорошо. Та может быть попросим поподробнее осветить всю технологию изготовления такого самодельного датчика? Материалы? детали? что нужно сделать руками? и т.п.