Bolometrul

Principii de Bază

Instrument sensibil folosit pentru a măsura diferenţe mici de temperatură.

Funcţionează prin înregistrarea schimbărilor în rezistenţă electrică a unui fir expus la căldura sau lumina. Se pot folosi pentru a măsura energia termică la distanţă, de exemplu în sistemele de cercetare şi ghidare în infraroşu, sau în astronomie pentru măsurarea temperaturii stelelor.

Funcţionarea: constă dintr-o Punte Wheatstone alcătuită din două lamele subţiri de platină. Una dintre ele este înnegrită şi expusă razelor de căldură. Cea mai mică creştere a temperaturii măreşte rezistenta electrică a lamelei. Diferenţa rezistentelor celor două strica echilibrul punţii, aceasta putând fi măsurată cu un aparat de măsură electronic şi folosită pentru calculul temperaturii.

Inventarea şi utilizarea: -inventat în 1880 de fizicianul american Samuel P. Langley, care a încercat realizarea unui instrument mai eficient decât termopila (un grup de termocuple folosit pentru măsurarea radiaţiei căldurii). Folosind bolometrul sau, acesta a descoperit o extindere a razelor în infraroşu a spectrului ce nu putea fi detectată cu orice alt instrument.

- Folosit şi pentru estimarea intensităţii energiei căldurii radiate. După o expunere precisă în timp la radiaţii, acestea sunt întrerupte, iar creşterea curentului necesară pentru a obţine aceeaşi creştere în temperatura este notată. Pot fi înregistrate schimbări de până la 10⁻⁷˚C.

Caracteristicile esenţiale ale unui bolometru sunt următoarele:

Figura 1.1 – Diagrama unui Detector Bolometric

Bolometrul însuşi conţine un material absorbant legat la un radiator cu o temperatură fixată.

Radiaţia electromagnetică este absorbită de material crescând energia cinetică a electronilor liberi.

Ciocnirea electronilor liberi cu atomii din material produce vibraţii care sunt observate ca o schimbare de temperatură.

Materialele obişnuite pentru termometre sunt semiconductorii precum germaniul dopat. Rezistenţă pentru astfel de materiale se schimba semnificativ la cele mai mici fluctuaţii ale temperaturii şi este caracterizată de ecuaţia,

(1)

Unde este o constantă numită parametrul rezistenţei (Ohmi), este rezistentă (Ohmi), este temperatura rezistorului, şi (K) este banda marjei de temperatura a materialului. Este denumit parametrul materialului şi i s-a atribuit simbolul . Coeficientul de temperatură al rezistenţei este definit de,

(2)

Operaţiile unui detector bolometru sunt ilustrate în figură (1). Bolometrul la temperatura este legat la un radiator cu o temperatură fixată cu o conductanţă termică . Un curent continuu de deplasare circulă prin bolometru generând o tensiune .

Schimbările de putere a radiaţiei determina schimbări ale rezistenţei , şi drept urmare în tensiunea de ieşire . Circuitul tipic al polarizării bolometrului este prezentat în figură 1.2