автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка и исследование тонкопленочных датчиков теплового потока для установок промышленной теплоэнергетики

005002985

Моисеев Станислав Сергеевич

Разработка и исследование тонкопленочных датчиков теплового потока для установок промышленной теплоэнергетики

Специальность 05.14.04 Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ДЕК 2011

Москва-2011 г.

005002985

На правах рукописи

Моисеев Станислав Сергеевич

Разработка и исследование тонкопленочных датчиков теплового потока для установок промышленной теплоэнергетики

Специальность 05.14.04 Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2011 г.

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина» на кафедре промышленной теплоэнергетики.

Научный руководитель

Доктор технических наук Жмакин Л.И.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, проф. Поляков Ю.А.

Доктор технических наук, проф. Тюрин М.П.

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологий»

Защита состоится «¿1 » декабря 2011 г. в -/2 часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.03 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н.Косыгина по адресу: 119071, город Москва, Малая Калужская улица, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина»

Автореферат разослан « ».и одбря 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук

А.В.Фирсов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Измерения плотностей тепловых потоков имеют важное значение в технике. Они необходимы в теплофизических экспериментах, посвященных исследованиям свойств веществ и процессов теплообмена, а также для диагностики промышленного теплоэнергетического оборудования и управления режимами его работы. Методы теплометрии можно с успехом применять для оперативного контроля качества тепловой изоляции энергетических установок и трубопроводов, определения теплозащитных свойств строительных конструкций. Такой контроль способствует, с одной стороны, рациональному использованию изоляционных материалов, с другой - экономии тепловой энергии.

Основная проблема, сдерживающая широкое использование теплометрии в нашей стране, связана с недостаточным уровнем развития теплометрических преобразователей (датчиков) теплового потока, заметно отстающих от современной цифровой измерительной техники. Это относится прежде всего к датчикам для промышленных экспериментов, которые наряду с приемлемыми метрологическими характеристиками, должны отличаться конструктивной простотой, надежностью и невысокой стоимостью. Диссертационная работа направлена на решение указанной проблемы, что и определяет ее актуальность.

Целью работы является разработка малоинерционных тонкопленочных датчиков теплового потока типа вспомогательной стенки и исследование их метрологических и эксплуатационных характеристик.

В соответствии с этой целью в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1) Исследовать технологические возможности вакуумного термического напыления для получения тонких металлических и полупроводниковых пленок на полимерных подложках.

2) Разработать технологию и создать опытные образцы гибких малоинерционных тонкопленочных датчиков теплового потока типа вспомогательной стенки с высокими метрологическими и эксплуатационными показателями.

3) Разработать и создать лабораторные установки для изготовления датчиков теплового потока и исследования их градуировочных характеристик.

4) Провести тестовые теплотехнические эксперименты по исследованию плотности тепловых потоков с помощью тонкопленочных ДТП в лабораторных и промышленных условиях.

Научная новизна.

1) Проведен анализ теплофизических и технологических характеристик ряда термоэлектрических материалов и полимерных подложек; среди них выбраны вещества, которые в наибольшей степени удовлетворяют требованиям получения тонкопленочных структур методом вакуумного напыления.

2) Разработаны оригинальные конструкции и получены опытные образцы гибких тонкопленочных датчиков теплового потока. В градуировочных экспе-, риментах определена вольт-ватгаая чувствительность этих датчиков.

3) Исследована с помощью сканирующего зондового микроскопа топография поверхности металлических и полупроводниковых пленок, напыленных в вакууме; определены диапазоны изменения толщины пленок и дефектность их структуры.

4) Исследованы с помощью тонкопленочных ДТП коэффициенты конвективной и радиационной теплоотдачи на поверхностях элементов лабораторного и промышленного энергетического оборудования, а также эффективность тепловой изоляции.

Практическая ценность и значимость работы.

1) Создана лабораторная технологическая установка, на базе универсального поста ВУП-5, для вакуумного напыления на полимерные подложки тонких металлических и полупроводниковых пленок методом свободной маски и лабораторный стенд для исследования градуировочных характеристик датчиков теплового потока.

2) Разработаны два типа тонкопленочных висмут-теллуровых и висмут-медных датчиков теплового потока и технология их изготовления. Изготовлены опытные образцы этих датчиков, которые отградуированы абсолютным методом при стационарном тепловом режиме и протестированы в лабораторных и производственных условиях.

3) Разработанные в диссертации датчики теплового потока могут быть использованы при количественной диагностике тепловых потерь в промышленном теплоэнергетическом оборудовании, работающем в области умеренных температур, и при экспериментальных исследованиях процессов теплообмена. Лабораторные стенды могут служить студентам кафедры «Промышленная теплоэнергетика» МГТУ им. А.Н.Косыгина в качестве учебной базы при изучении курсов «Тепломассообменное оборудование предприятий» и «Управление, сертификация и инноватика», а также при выполнении ими дипломных и научно-исследовательских работ.

Достоверность основных-научных положений и выводов работы подтверждается применением современной метрологически аттестованной экспериментальной техники и технологического оборудования для вакуумного напыления, воспроизводимостью результатов градуировочных экспериментов тонкопленочных датчиков тепловых потоков и анализом их погрешностей.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н.Косыгина» (2008-2011 гг.); на научно-практической конференции аспирантов университета на иностранных языках (2006); а также на международных научно - технических конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Тек-стиль-2009,2010, и 2011), г. Москва.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ в отечественных научных журналах и сборниках.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка из 75 наименований. Работа изложена на 138 страницах, содержит 6 таблиц и 52 иллюстрации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, определены цель и задачи диссертационной работы, приведены основные этапы решения поставленной задачи, перечислены наиболее существенные результаты исследований.

В первой главе приведен анализ методов измерения плотности теплового потока, представлен обзор конструкций соответствующих датчиков, а также методик их градуировки. Показано, что в настоящее время самым распространенным методом измерения местной плотности тепловых потоков в теплотехнических экспериментах является метод вспомогательной стенки. Он предусматривает размещение на исследуемой поверхности тела специальных датчиков теплового потока (ДТП или тепломеров) так, чтобы вектор теплового потока был перпендикулярен их рабочим поверхностям. Конструктивно ДТП представляет собой тонкую пластинку из материала с известной теплопроводностью и систему термоэлектрических преобразователей, измеряющих разность температур в этой пластинке. Тогда плотность стационарного теплового потока в месте установки ДТП можно найти по уравнению д = ЛД//<?, где X и 6 - теплопроводность и толщина датчика, Аг - перепад температуры в нем.

Выходным сигналом датчика является термоЭДС АЕ, пропорциональная проходящему через него тепловому потоку. Выражение для плотности потока тепла легко приводится к следующему виду

9 = ХАЕ/а8 = кАЕ, (1)

где к = Я/ад- коэффициент преобразования ДТП, зависящий как от его конструктивных параметров, так и от коэффициента термоЭДС «а » размещенных в нем термопар. Обратную величину 5 = 1/к называют вольт-ваттной чувствительностью ДТП. На практике коэффициент преобразования датчика определяют в специальных градуировочных опытах.

ДТП, используемые в методе вспомогательной стенки, делят на две основные группы: - ДТП продольного и ДТП поперечного типов. Первый тип -ДТП является традиционным и базируется на продольном эффекте Зеебека в электродах дифференциальной термопары, а второй - на проявлении поперечного эффекта Зеебека, возникающем в анизотропном материале вспомогательной стенки. Поперечные ДТП имеют некоторые преимущества перед продольными, прежде всего, по термическому сопротивлению и быстродействию. Однако пока основу средств измерения плотности тепловых потоков составляют датчики продольного типа.

Простейшими представителями этой группы ДТП являются одиночные датчики, представляющие собой плоские дифференциальные термопары. Их основной недостаток — низкую чувствительность по тепловому потоку - можно устранить, за счет использования дифференциальных многоспайных термоба-

тарей. Все термоэлементы этих батарей включены параллельно по измеряемому тепловому потоку и последовательно по генерируемому сигналу. В современных условиях производство батарейных ДТП базируется на новейших технологиях: - фотолитографии и металлизации; печатном монтаже; нанесении тонкопленочных покрытий на подложки и др. Для повышения чувствительности ДТП используют полупроводниковые термоэлектрические материалы.

Обзор литературы показал, что датчики теплового потока начинают активно внедряться в системы контроля и регулирования тепловых процессов. Совершенствование их конструкций идет по таким направлениям, как рост чувствительности, миниатюризация, снижение толщины и тепловой инерции. В этой связи разработка и исследование тонкопленочных ДТП, изготовленных методами вакуумного напыления, имеют большие перспективы и, несомненно, будут востребованными в ближайшие годы.

ДТП градуируют абсолютными методами по калиброванным радиационным или кондуктивным тепловым потокам, создаваемым в специальных лабораторных стендах, либо относительными методами, основанными на сличении показаний датчика и образцовых измерительных средств. При градуировке важно обеспечить стабильные тепловые потоки, проходящие через датчик, значения которых известны с высокой точностью. Современное метрологическое оборудование для градуировки используют, главным образом, предприятия по производству ДТП. Разработчики и исследователи часто создают для этих целей собственные устройства и стенды. Их схемы и конструкции разнообразны, но в большинстве случаев они основаны на абсолютном методе градуировки по тепловым потокам, создаваемым электрическими нагревателями.

Во второй главе описан метод термического испарения материалов в вакууме с целью получения тонкопленочных структур для датчиков теплового потока. При этом формирование пленок протекает в три стадии: - испарение вещества, распространение потока пара к подложке и его взаимодействие с подложкой (конденсация). Данный метод полностью удовлетворяет технологическим требованиям, предъявляемым к напылению термоэлектродов батарей и контактов, прост в управлении и аппаратурном оформлении и обладает приемлемыми технико-экономическими характеристиками. Он не загрязняет окружающую среду, чем выгодно отличается от химических и электрохимических способов получения пленок. ~ - -

Термическое испарение предполагает нагрев вещества различными способами и его переход в паровую фазу вследствие испарения либо сублимации. Поток массы вещества, испаряющегося в вакуум, описывается уравнением Гер-ца-Кнудсена

и

где р < 1 - коэффициент испарения, р, - давление пара у межфазной поверхности при температуре испарения Т, рт - давление пара в вакуумной камере. Частным случаем уравнения (2) является формула Ленгмюра

У = 0,0585(3) в которой] - скорость испарения с 1 см2 поверхности испарителя ( г/см2сек), р,=10"2 мм рт. ст.), ¡л - молекулярная масса паров (г/моль).

Конденсация атомов пара на поверхности подложки протекает в несколько стадий: вначале происходит их адсорбция, затем образование атомных кластеров - зародышей новой фазы. Устойчивые зародыши, размеры которых превышают критические, растут. Следующей стадией является коалесценция, когда происходит образование островков в результате срастания отдельных зародышей, наконец, островки сливаются, и образуется непрерывная пленка.

При молекулярном режиме течения пара для описания углового распределения атомов в вакуумной камере используют законы Ламберта-Кнудсена. Они утверждают, что интенсивность потока пара пропорциональна косинусу угла между нормалью к поверхности испарения и направлением движения атомов, а также что количество осажденного вещества на единичной площадке обратно пропорционально квадрату расстояния от нее до испарителя. Таким образом, чтобы получать равномерные по толщине пленки приходится увеличивать расстояние «испаритель-подложка» или применять специальную оснастку для перемещения подложки относительно испарителя.

Толщина пленки в различных точках подложки

Г ,

крИ2

-г2

(4)

где h - кратчайшее расстояние от испарителя до подложки, х - расстояние от центра подложки к ее периферии, m - масса испаренного вещества, р - плотность пленки.

В этой же главе описана технологическая установка ВУП-5, которую использовали для напыления термоэлектродов ДТП, изменения, внесенные в конструкцию этой установки при модернизации, а также сформулированы основные требования, предъявляемые к процессу вакуумного термического напыления. Рабочий объем ВУП-5 представляет собой вакуумную камеру колпакового типа диаметром 290 мм, высотой 330 мм и объемом ~ 24 л, размещенную на основании. Во внутреннем пространстве рабочего объема размещены испарители, обрабатываемые изделия, карусели, экраны и другая оснастка. Все технологические процессы в рабочем объеме проводятся в условиях вакуума 1,ЗЮ"2 ... 1,3' 10 Па, который обеспечивает классическая система откачки, включающая механический и паромасляный диффузионный насосы. Для получения потока пара в ВУП-5 предусмотрены резистивные испарители, отличающиеся простотой устройств электропитания, удобством контроля и регулирования режимов работы.

В ходе модернизации рабочего объема в нем была установлена рабочая ячейка, которая с помощью шарниров могла поворачиваться на угол 180° для удобства крепления образцов. Она позволяла производить напыление на подложки размером 30x45 мм. Для подогрева подложек был установлен резистив-ный подогреватель, и их температура контролировалась термопарой.

При вакуумном термическом напылении обязательно контролируются такие параметры процесса, как температура испарителя и подложки, давление в вакуумной камере, расстояние испарителя от подложки и время. На основании этих данных для каждого материала могут быть сделаны расчетные оценки скорости осаждения и толщины полученной пленки. Однако провести непосредственные измерения указанных величин гораздо сложнее. В диссертации для этого использовали метод взвешивания, который является абсолютным и наиболее распространенным способом измерения толщины; он предполагает определение средней толщины пленки по количеству осажденного вещества

3 = Ат/рР, (5)

где р - плотность вещества, площадь пленки, Ат - изменение массы подложки в результате напыления. При этом неравномерность толщины пленки по её поверхности игнорируется.

В третьей главе рассмотрены строение и теплофизические свойства металлических и полупроводниковых материалов для чувствительных элементов тонкопленочных ДТП, а также конструкции и технологии изготовления этих датчиков. Основу датчика составляет тонкая полимерная пленка (подложка), на которую напыляется многоспайный термоэлектрический преобразователь. Он измеряет разность температур в слое полимера, пропорциональную проходящему через него местному тепловому потоку. Такой датчик обладает минимальным термическим сопротивлением и не искажает температурное поле в исследуемом объекте.

При выборе материала подложек проводились пробные эксперименты по напылению пленок серебра, меди, никеля, олова и висмута. Они наносились на подложки из пластинок слюды (мусковит) толщиной 10 мкм, пленок полиэти-лентерефталата (ПЭТФ), полиимида ПМ-1 и фторпласта Ф-4МБ толщиной 20...40 мкм. Было установлено, что наилучшее качество пленок достигается на слюдяных и полиимидных подложках; на них также выше устойчивость пленок к отслоению. Из-за технологических сложностей в работе со слюдой было принято решение об использовании полиимида. Выбирая термоэлектрические материалы для датчиков, учитывали их абсолютный коэффициент термоЭДС относительно платины, а также-доступность, стоимостные показатели и ряд технологических характеристик, важных при вакуумном напылении. Эксперименты показали, что материалы, отобранные в диссертации для термоэлектрических преобразователей - медь, висмут и теллур - отличаются коррозионной и химической стойкостью, стабильностью, воспроизводимостью и линейностью градуировочных характеристик в рабочем диапазоне температур (0...+100°С). Батарейные датчики на их основе обладают приемлемыми коэффициентами преобразования тепловых потоков (вольт-ваттной чувствительностью).

Формирование термоэлектродов ДТП проводили с помощью масок заданной конфигурации, плотно прижатых к подложке в процессе осаждения пленок. Маски изготавливали методом лазерной резки из пластинок нержавеющей стали толщиной 0,3 мм. Для отработки технологии вакуумного напыления предварительно напылялись одиночные термопары по схемам «тре-

угольник» и «трапеция» с контактной группой. Затем они подвергались градуировке методом сличения.

В диссертации разработаны технологии изготовления ДТП двух типов. В ДТП 1-го типа предусмотрено осаждение тонкопленочных термоэлектродов на одну из сторон полиимидной подложки. Особенность этих ДТП состоит в том, что после напыления подложка с термобатареей перегибается по центру (радиус гиба ~3 мм), спаи дифференциальной термобатареи совмещаются и края подложки склеиваются между собой. ДТП 2-го типа конструктивно сложнее, т.к. в нем предусмотрено двухстороннее напыление пленок. Процесс изготовления датчика делится на два этапа: напыление его лицевой и обратной стороны с переворачиванием образца в рабочей ячейке. При этом слои одного и того же термоэлектрического материала соединяются через сквозные технологические отверстия. Опытные образцы датчика имели размеры 12x49 мм; его термоэлектроды расположены с обеих сторон подложки, а контактная группа - только с лицевой стороны.

Рис. 1. Схема стенда для изготовления ДТП на базе установки ВУП-5: 1,2 — насосы диффузионный и форвакуумный; 3- объем балластный; 4 - баллон форвакуумный; 5 - профилирующая маска; 6 - полиимидная подложка; 7 -рабочая ячейка; 8 - нагреватель; 9 - медь - константановая термопара; 10 -защитный экран; 11 - вакуумный ввод; 12 - испаритель; 13 - лампа подсветки испарителя; 14 - регулятор мощности испарителя; 15 - кнопка включения лампы; 16 - блок питания ВСА-5К; 17 - цифровой регистратор температуры ТРМ 201; УА1 - УА4 - клапаны коммутации вакуумной системы; Р1 — РЗ - датчики вакуумметра - ПМТ-2.

На рис. 1 приведена принципиальная схема лабораторного стенда, созданного на базе серийной установки ВУП-5, для вакуумного напыления термоэлектрических материалов. Перед напылением предварительно рассчитанная масса термоэлектрического материала взвешивалась и размещалась в рабочем объеме установки на резистивном испарителе. Для плавления и последующего испарения материалов использовались резистивные испарители типов «лодочка» и «мост»; их схемы приведены на рис. 2. В конструкции испарителей предусмотрено охлаждение токоподводов.

Рис. 2. Схемы резистивных испарителей: а) - испаритель типа «лодочка», б) - испаритель типа «мост»: 1-материал, 2- испаритель, 3- несущая пластина, 4- керамические изоляционные трубки, 5- шины, 6- медная стойка.

После напыления термоэлектродов на поверхности датчика наносился защитный слой из термостойкого лака. Общий вид датчиков показан на рис. 3.

ДТП 1-го типа ДТП 2-го типа

Рис. 3. Тонкопленочные датчики теплового потока

Разработанные в диссертации тонкопленочные ДТП градуировали абсолютным методом при стационарных режимах по тепловым потокам, выделяемым в нагревателе при пропускании электрического тока. Для этих целей был создан экспериментальный стенд, схема которого приведена на рис. 4. Нагреватель стенда представлял собой плоскую нихромовую ленту; её температуру контролировали термопарой. Расчеты показали, что величина дополнительного термического сопротивления тонкопленочного датчика/?,) = Е^гМг < 4"Ю"4 м2гр/Вт, что менее 0,7% от сопротивления теплоотдачи нагревателя Яа = \/а. Таким образом, можно полагать, что датчик, установленный на градуировоч-

ном стенде, не вносит заметных искажений ни в тепловой поток, создаваемый нагревателем, ни в распределение температуры на его поверхности.

6

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема градуировочного стенда: 1 - датчик; 2 - нагреватель; 3 - регистратор ТРМ201; 4 - термопара; 5 -вольтметр М2018; 6 - амперметр М2018; 7 - блок регулирования напряжения: а - трансформатор, б - автотрансформатор, с - выпрямитель ВСА-5К;

8 - милливольтметр.

Рис. 5. Градуировочная характеристика висмут-медного датчика 2 типа.

В исследованных диапазонах изменения плотностей тепловых потоков (0...300 Вт/м2 для висмут-теллуровых, и 0...1000 Вт/м2 для висмут-медных датчиков) градуировочные характеристики имели форму близкую к линейной. Поэтому они были аппроксимированы полиномами 1-й степени, коэффициенты которых определены методом наименьших квадратов. В качестве примера на рис. 5 приведена характеристика висмут-медного ДТП 2 типа. Суммарная погрешность градуировки тонкопленочных датчиков теплового потока, разработанных в диссертации, оценивается в 10-12%.

В целом, градуировочные эксперименты продемонстрировали удовлетворительную воспроизводимость параметров тонкопленочных датчиков теп-

лового потока; тем не менее, ряд их характеристик нуждается в уточнении. В первую очередь это относится к структуре поверхности и толщине термоэлектродов, напыленных на подложки. Соответствующие исследования были проведены с помощью сканирующего зондового микроскопа модели «Солвер Некст». На рис. 6 показан ЗБ - скан поверхности пленки висмута, отражающий локальную высоту её рельефа.

пш

Рис. 6. Трехмерный скан пленки висмута, напыленной в вакууме.

Результаты сканирования демонстрируют неоднородную структуру поверхности пленок и развитый рельеф. Обработка параметров рельефа пленок позволила определить их среднюю толщину, которая оказалась на 20.. .25% ниже значений, полученных расчетно-весовым методом.

В главе 4 описаны теплотехнические эксперименты, проведенные с использованием тонкопленочных висмут-медных датчиков 2-го типа. Они включали исследования плотностей тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи, как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Лабораторные испытания ДТП проводены на теплогидравлическом стенде кафедры «Промышленная теплоэнергетика». Стенд имел замкнутый контур горячего теплоносителя, в котором циркулировала вода, нагреваемая в электрическом котле проточного типа. Объектами теплометрических измерений служили верхняя крышка котла и вертикальная полипропиленовая труба, по которой горячая вода поступала в теплообменник. Чтобы минимизировать термическое сопротивление в зоне контакта ДТП с исследуемым объектом, датчики монтировали на высокотеплопроводной пасте марки КПТ-8 (ГОСТ 1978374) , которая заполняла мельчайшие углубления и шероховатости, вытесняя из них воздух.

Температуру в лабораторном помещении определяли ртутным термометром, а температуру стенок - с помощью хромель-копелевых термопар и инфракрасного пирометра ТРТ 64Р фирмы «Agema infrared systems». Совместное использование термопар и пирометра позволило оценить степень черноты исследуемых поверхностей в инфракрасном диапазоне. ТермоЭДС, развиваемую датчиками теплового потока, измеряли цифровым милливольтметром. Для каждого объекта были проведены по 3 серии опытов, результаты которых затем усредняли. Коэффициент местной теплоотдачи рассчитывали по уравнению

а = -

а + ЬАЕ гг

(6)

*ст 'ж

где д - плотность потока тепла, АЕ - величина термоЭДС датчика; а и Ъ - коэффициенты его градуировочной характеристики, ¿см и(ж- температуры стенки и воздуха.

Результаты измерений коэффициентов теплоотдачи к окружающему воздуху для элементов стенда были сопоставлены с их расчетными значениями. При этом учитывался сложный или комбинированный характер теплоотдачи, т.к. наряду со свободной конвекцией заметную роль в ней играет и тепловое излучение. Как известно, в прозрачных средах справедлив принцип аддитивности конвективного и лучистого потоков, поэтому а =ак + ал.

Расчеты конвективной теплоотдачи (ак) проводили по критериальным уравнениям, рекомендуемым в справочной литературе для свободной конвекции воздуха, а коэффициента теплоотдачи излучением - по формуле

«л = МТс1 + Тж} (Тст + Тж) (7)

где а - константа Стефана - Больцмана, е - степень черноты поверхности.

В качестве примера на рис. 7 приведены данные по теплоотдаче на стенке вертикальной трубы стенда в зависимости от -tж). Видно, что коэффициент теплоотдачи растет с увеличением температурного напора. Среднее отклонение опытных точек от расчетной кривой составило +12,9% , что можно считать приемлемым для экспериментов по теплообмену.

ал

34

Рис. 7. Коэффициенты теплоотдачи на трубопроводе стенда.

Тонкопленочные висмут-медные ДТП использовались и для определения тепловых потерь изолированного полипропиленового трубопровода с теплоносителем и эффективности его тепловой изоляции. При измерениях цилиндрический слой вспененной трубной изоляции «ТЬегтаАех» толщиной 10 мм и высотой около 180 мм плотно прилегал к трубе, на поверхности которой был предварительно установлен гибкий датчик теплового потока. Полученные результаты приведены на рис. 8. На их основе была рассчитана эффективность тепловой изоляции, равная 0,84... 0,92.

400

200

0

Как отмечалось выше, погрешность измерения плотности тепловых потоков тонкопленочными ДТП составляет 10... 12% и в значительной мере определяется надежностью их градуировочных характеристик. Эти датчики обладают малым собственным термическим сопротивлением (<410'4 м2гр/Вт), поэтому их ! установка на стенках лабораторного оборудования не вносит заметных искажений в тепловой поток и распределение температуры. Погрешность определения коэффициентов теплоотдачи с помощью ДТП оценивается в 12... 15%.

Испытания ДТП в производственных условиях включали измерения тепловых потерь и коэффициентов теплоотдачи на поверхностях действующего I оборудования теплового пункта текстильного университета. Измерения проводили на дизель-генераторной установке, предназначенной для автономного электроснабжения объекта, и на калорифере системы воздушного отопления, включая подводящий и обратный трубопроводы горячей воды.

При монтаже ДТП приходилось учитывать, что поверхности энергетического оборудования имели заметную шероховатость. Поэтому на стенки с помощью клеющей пасты предварительно устанавливали опорные алюминиевые пластинки толщиной 0,5 мм, а к ним липкой лентой крепили датчики. К сожалению, такой способ крепления ДТП ведет к местному увеличению термического сопротивления на стенке и искажению поля тепловых потоков. Учитывался этот эффект с помощью поправки

^В^'Уа^З^ тогда =4изм/к (8)

В числителе (8) записано сопротивление теплоотдачи стенки к наружному воздуху при отсутствии датчика, а в знаменателе - сумма сопротивлений теплоотдачи и теплопроводности ДТП и узла его крепления на стенке. Расчеты показали, что в нашем случае поправочный коэффициент к ~ 0,98. Для элементов оборудования теплового пункта были определены истинные значения плотности тепловых потоков, температуры и степени черноты стенок, коэффициенты суммарной, лучистой и конвективной теплоотдачи.

1СТ 1ж>

Рис. 8. Плотности теплового потока на стенке трубы стенда: 1- без изоляции, 2- с изоляцией "ТЪегтаЛех"

На основании проведенных испытаний можно утверждать, что опытные образцы тонкопленочных датчиков теплового потока позволяют получать надежные теплометрические данные, как в лабораторных, так и в производственных условиях при диагностике тепловых потерь энергетического оборудования.

Основные результаты и выводы

1) Создана, на базе универсального поста ВУП-5, лабораторная установка для вакуумного напыления тонких металлических и полупроводниковых пленок, предназначенных для датчиков теплового потока (ДТП). На установке отработаны оптимальные технологические режимы термического напыления различных материалов на полимерные и слюдяные подложки, а также методы определения толщины пленок.

2) Разработана технология вакуумного термического напыления одиночных термопар на полиимидные подложки. По результатам градуировки, проведенной методом сличения, для дальнейших исследований были выбраны пары термоэлектродов «висмут - теллур» и «медь - висмут», как отличающихся коррозионной и химической стойкостью, стабильностью, воспроизводимостью и линейностью характеристик в рабочем диапазоне температур 0...+100°С.

3) Разработаны оригинальные конструкции, технологии изготовления и созданы опытные образцы тонкопленочных ДТП на основе меди, висмута и теллура с одно- и двухсторонним вакуумным термическим напылением указанных материалов через маски на полиимидные подложки толщиной 40 мкм; толщина напыленных термоэлектродов составляла 50...60 нм. По сравнению с традиционными ДТП эти датчики отличаются лучшими эксплуатационными показателями, гибкостью и малой инерционностью, приемлемыми коэффициентами преобразования тепловых потоков (вольт-ватгной чувствительностью).

4) Для градуировки тонкопленочных ДТП разработан и изготовлен лабораторный стенд с автоматизированной системой записи и обработки информации с помощью персонального компьютера. Градуировка проведена абсолютным методом по тепловым потокам, создаваемым ленточным электрическим нагревателем. В диапазонах 0.. .300 Вт/м2 (для датчиков ВьТе) и 0... 1000 Вт/м2 (для датчиков ВьСи) градуировочные характеристики оказались линейными, что удобно при использовании этих ДТП в качестве измерительных средств.

5) Исследована, с помощью сканирующего зондового микроскопа «Со-лвер Некст», структура и топография поверхности наноразмерных металлических и полупроводниковых термоэлектродов ДТП в зависимости от режимов их осаждения в вакууме. При этом было установлено, что благодаря островковому механизму формирования пленок термоэлектроды имели развитый рельеф, а также структурные дефекты, которые могут приводить к повышенному разбросу градуировочных характеристик датчиков. Измерения микрорельефа поверхности пленок позволили оценить их среднюю толщину и уточнить результаты, полученные расчетно-весовым методом.

6) Выполнено тестирование тонкопленочных датчиков теплового потока на ряде классических задач теплообмена. Оно было проведено в лабораторных условиях с целью определения плотностей тепловых потоков, эффективности

тепловой изоляции и коэффициентов теплоотдачи на элементах теплогидрав-лического стенда кафедры «Промышленная теплоэнергетика», а также на действующем теплоэнергетическом оборудовании теплового пункта МГТУ им. А.Н. Косыгина. Тестовые эксперименты подтвердили работоспособность датчиков и корректность теплометрических измерений, осуществляемых с их помощью.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Моисеев С.С., Селезнева JI.H., Thin heat flux sensor // Тезисы докладов на научно-практической конференции аспирантов университета на иностранных языках - М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2006, с. 11.

2. Моисеев С.С., Жмакин Л.И., Измерение тепловых потоков тонкопленочными датчиками // Сборник научных трудов аспирантов, вып. 14 - М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2008, с. 104-110.

3. Моисеев С.С., Жмакин Л.И., Экспериментальное исследование тонкопленочных висмут-теллуровых датчиков тепловых потоков // Сб. научных трудов аспирантов, вып. 15 - М.: ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2009, с. 49-53.

4. Моисеев С.С., Жмакин Л.И., Характеристики и технология изготовления тонкопленочных висмут-теллуровых датчиков тепловых потоков // Вестник Димитровградского института технологии, управления и дизайна (ДИТУД), вып. 1 (43) - Димитровград, 2010, с. 16-21.

5. Моисеев С.С., Козырев И.В., Технология и методы изготовления тонкопленочных датчиков теплового потока. // Сб. материалов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2009) - М.: ГОУВПО МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2009, с. 285-286.

6. Моисеев С.С., Жмакин Л.И., Козырев И.В., Измерение стационарных тепловых потоков при помощи тонкопленочных висмут-теллуровых датчиков // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, 2010, JV»3, с. 109-111.

7. Моисеев С.С., Козырев И.В., Экспериментальное исследование характеристик тонкопленочных датчиков тепловых потоков // Сб. материалов Международной научно-технической'конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2010) - М.: ГОУВПО МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2010, с. 233.

... 8. Моисеев С.С., Козырев И.В., Тонкопленочные датчики теплового потока в установках текстильной промышленности // Тезисы докладов П-й научно-практической конференции «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности» - М.: ГОУВПО МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011, с. 24-25.

9. Моисеев С.С., Козырев И.В., Экспериментальное исследование характеристик тонкопленочных висмут-медных датчиков тепловых потоков // Сб. материалов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2011) -М.: ФГБОУ ВПО МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011, с. 230-231.

Подписано в печать 21.11.11 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ 368 Тираж 80 ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

Введение.

Глава 1. Обзор конструкций и характеристик датчиков теплового потока, используемых в теплометрии.

§1.1. Основные методы измерения тепловых потоков.

§ 1.2. Классификация ДТП и их конструктивные характеристики.

1.2.1. Одиночные ДТП продольного типа.

1.2.2. Батарейные ДТП продольного типа.

1.2.3. ДТП поперечного типа.

§ 1.3. Методы градуировки датчиков тепловых потоков.

Глава 2. Технология получения тонких пленок путем термического испарения материалов в вакууме.

§ 2.1. Основные методы вакуумного нанесения тонких пленок.

§ 2.2. Кинетика и термодинамика формирования пленок в вакууме.

§ 2.3. Особенности углового распределения испаряемых атомов.

§ 2.4.Технологические особенности вакуумного термического напыления.

2.4.1. Основные требования к испарителям вакуумных установок.

2.4.2. Требования к поверхности подложек при напылении.

2.4.3. Контроль скорости напыления и толщины пленок.

§ 2.5. Установка ВУП-5 для вакуумного термического напыления.

Глава 3. Экспериментальное исследование тонко пленочных датчиков теплового потока.

§3.1. Строение твёрдых тел и их теплофизические свойства.

3.1.1. Межатомные связи и структура твердых тел.

3.1.2. Теплофизические свойства материалов для тонкопленочных датчиков теплового потока.

§ 3.2. Конструкция и технология изготовления тонкопленочных датчиков теплового потока.

3.2.1. Материалы термопар и подложки.

3.2.2. Маски для вакуумного напыления термоэлектродов.

3.2.3. Технология изготовления датчиков теплового потока.

§ 3.3. Градуировка тонкопленочных датчиков теплового потока.

3.3.1. Градуировка тонкопленочных термопар.

3.3.2. Градуировка тонкопленочных датчиков теплового потока.

§ 3.4. Атомно-силовая микроскопия термоэлектродов датчиков.

Глава 4. Использование тонкопленочных датчиков теплового потока в теплотехнических экспериментах.

§ 4.1. Определение коэффициентов теплоотдачи и тепловых потерь на лабораторном стенде.

4.1.1. Определение коэффициентов теплоотдачи.

4.1.2. Измерение тепловых потерь изолированного трубопровода.

4.1.3. Погрешности тепловых измерений с помощью ДТП.

§ 4.2. Измерение тепловых потерь на теплоэнергетическом оборудовании МГТУ им. А.Н.Косыгина.

В последнее время мировое сообщество столкнулось с серьезными энергетическими проблемами, обусловленными ускоренным экономическим ростом, исчерпанием и крайне неравномерным распределением энергетических ресурсов, чрезмерной нагрузкой энергетической инфраструктуры на окружающую среду [1]. Для нашей страны эта ситуация усугубляется проблемами переходного периода, а также тем, что Россия -северная страна, вынужденная тратить значительную долю своих энергоресурсов на обогрев производственных и жилых зданий. Поэтому в Энергетической стратегии России на период до 2030 г. важнейшей задачей названо повышение эффективности производства и потребления энергии внутри страны, а энергосбережение отнесено к приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники и входит в перечень критических технологий [2].

Энергосбережение необходимо рассматривать в двух аспектах [3]. Первый предполагает структурную перестройку российской экономики в пользу развития малоэнергоемких обрабатывающих отраслей, наукоемких производств и сферы услуг. Второй включает в себя реализацию потенциала организационного и технологического энергосбережения, т.е. внедрение передовых технологий, техническое перевооружение существующих производств, внедрение энергосберегающих мероприятий, позволяющих заметно сократить затраты энергии на выпуск единицы продукции. Следует отметить, что экономия энергии неразрывно связана со сбережением ресурсов, в частности, пресной воды, которая потребляется в нашей стране в огромных количествах. В свою очередь, экономия ресурсов, стоимость которых содержит значительную энергетическую составляющую, влечет за собой экономию энергии.

Для объективного определения эффективности использования энергии в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте и в других отраслях экономики законодательно предусмотрено проведение энергетических обследований предприятий, которые включают и инструментальный контроль составляющих теплового баланса технологического оборудования и помещений [3]. По существу речь идет о проведении теплотехнических экспериментов в производственных условиях, позволяющих проводить диагностику и мониторинг объектов, как в статических, так и в динамических режимах их эксплуатации. Такие промышленные эксперименты являются технической основой энергосбережения и требуют соответствующего метрологического обеспечения.

Основные акценты при этом направлены на теплосбережение за счет организации учета тепловой энергии, поддержания оптимальных параметров теплоносителей и минимизации тепловых потерь в окружающую среду с поверхности теплотехнического оборудования, технологических трубопроводов и наружных ограждений зданий. Последнее предполагает наличие эффективной теплоизоляции и периодический контроль её целостности.

В настоящее время измерения всех основных параметров теплоносителей - давления, температуры, расхода, а также температур стенок - являются привычными и хорошо отработанными. Наиболее сложной процедурой при энергетических обследованиях остается непосредственное измерение плотности тепловых потоков на теплообменных поверхностях (теплометрия) [4]. Причина этого заключается в отсутствии простых, надежных, недорогих, а потому и распространенных датчиков тепловых потоков. Как известно, современные измерительные системы резко шагнули вперед; они позволяют автоматизировать и компьютеризировать эксперименты, регистрировать, хранить и обрабатывать огромные массивы опытных данных. Однако существующие датчики тепловых потоков пока 5 отстают от уровня развития преобразовательной техники. Сложившаяся ситуация сдерживает развитие методов диагностики теплоэнергетических систем промышленных предприятий, ограничивая их тепловизионным контролем распределения температуры на поверхности оборудования. Плотности тепловых потоков на стенках приходится затем определять расчетным путем, причем точность такого их определения невелика.

Вышесказанное в полной мере относится и к экспериментальным исследованиям процессов конвективного, радиационного и сложного теплообмена. Широкий спектр таких исследований проводится как учеными, так и разработчиками энергоэффективных конструкций, оптимальных тепловых схем и режимов эксплуатации промышленных теплоэнергетических установок. Использование тепло метрических датчиков, несомненно, следует рассматривать как средство повышения информативности и эффективности теплофизического эксперимента; оно позволит не только облегчить проведение комплексных научных исследований и лабораторных испытаний, но и упростить их автоматизацию.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

В современных условиях измерения плотности тепловых потоков приобретают важное значение в технике. Они необходимы в теплофизических экспериментах, посвященных исследованиям свойств веществ и процессов теплообмена, а также для диагностики промышленного теплоэнергетического оборудования и управления режимами его работы. Методы теплометрии можно с успехом применять для оперативного контроля качества тепловой изоляции энергетических установок и трубопроводов, определения теплозащитных свойств строительных конструкций. Такой контроль способствует, с одной стороны, рациональному использованию изоляционных материалов, а с другой - экономии тепловой энергии.

Теплометрия позволяет эффективно решать задачи измерения коэффициентов теплопроводности материалов с непосредственным определением плотности теплового потока, проходящего через контролируемый образец. С ее помощью можно измерять коэффициенты теплоотдачи и лучистого теплообмена; определять составляющие теплового потока в процессах сложного теплообмена; создавать замкнутые оболочки с контролируемым теплопереносом для высокоточной калориметрии тепловых эффектов при исследованиях удельной теплоемкости веществ, теплот фазовых переходов и т.п.

Основная проблема на пути широкого использования теплометрии в нашей стране связана с недостаточным уровнем развития теплометрических преобразователей (датчиков) теплового потока, заметно отстающих от современной цифровой измерительной техники. В особенности это относится к датчикам для промышленных экспериментов, которые наряду с приемлемыми метрологическими характеристиками, должны отличаться конструктивной простотой, надежностью и невысокой стоимостью. Диссертационная работа направлена на решение указанной проблемы. Этим и определяется ее актуальность.

Тематика работы соответствует планам научно-исследовательских работ кафедры «Промышленная теплоэнергетика» МГТУ им. А.Н.Косыгина и определена заданиями Министерства образования и науки РФ.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка малоинерционных тонкопленочных датчиков теплового потока типа вспомогательной стенки и исследование их метрологических и эксплуатационных характеристик.

В соответствии с этой целью в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1) Исследовать технологические возможности вакуумного термического напыления для получения тонких металлических и полупроводниковых пленок на полимерных подложках.

2) Разработать технологию и создать опытные образцы гибких малоинерционных тонкопленочных датчиков теплового потока типа вспомогательной стенки с высокими метрологическими и эксплуатационными показателями.

3) Разработать и создать лабораторные установки для изготовления датчиков теплового потока и исследования их градуировочных характеристик.

4) Провести тестовые теплотехнические эксперименты по исследованию плотности тепловых потоков с помощью тонкопленочных ДТП в лабораторных и промышленных условиях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1) Проведен анализ теплофизических и технологических характеристик ряда термоэлектрических материалов и полимерных подложек; среди них выбраны вещества, которые в наибольшей степени удовлетворяют требованиям получения тонкопленочных структур методом вакуумного напыления.

2) Разработаны оригинальные конструкции и получены опытные образцы гибких тонкопленочных датчиков теплового потока. В градуировочных экспериментах определена вольт-ваттная чувствительность этих датчиков.

3) Исследована с помощью сканирующего зондового микроскопа топография поверхности металлических и полупроводниковых пленок, напыленных в вакууме; определены диапазоны изменения толщины пленок и дефектность их структуры.

4) Исследованы с помощью тонкопленочных ДТП коэффициенты конвективной и радиационной теплоотдачи на поверхностях элементов лабораторного и промышленного энергетического оборудования, а также эффективность тепловой изоляции.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ.

1) Создана лабораторная технологическая установка, на базе универсального поста ВУП-5, для вакуумного напыления на полимерные подложки тонких металлических и полупроводниковых пленок методом свободной маски и лабораторный стенд для исследования градуировочных характеристик датчиков теплового потока.

2) Разработаны два типа тонкопленочных висмут-теллуровых и висмут-медных датчиков теплового потока и технология их изготовления. Изготовлены опытные образцы этих датчиков, которые отградуированы абсолютным методом при стационарном тепловом режиме и протестированы в лабораторных и производственных условиях.

3) Разработанные в диссертации датчики теплового потока могут быть использованы при количественной диагностике тепловых потерь в промышленном теплоэнергетическом оборудовании, работающем в области умеренных температур, и при экспериментальных исследованиях процессов теплообмена. Лабораторные стенды могут служить студентам кафедры «Промышленная теплоэнергетика» МГТУ им. А.Н.Косыгина в качестве учебной базы при изучении курсов «Тепломассообменное оборудование предприятий» и «Управление, сертификация и инноватика», а также при выполнении ими дипломных и научно-исследовательских работ.

ДОСТОВЕРНОСТЬ основных научных положений и выводов работы подтверждается применением современной метрологически аттестованной экспериментальной техники и технологического оборудования для 9 вакуумного напыления, воспроизводимостью результатов градуировочных экспериментов тонкопленочных датчиков тепловых потоков и анализом их погрешностей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н.Косыгина» (2008-2011 гг.); на научно-практической конференции аспирантов университета на иностранных языках (2006); а также на международных научно - технических конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2009, 2010, и 2011), г. Москва.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 9 работ в отечественных научных журналах и сборниках.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка из 75 наименований. Работа изложена на 138 страницах, содержит 6 таблиц и 52 иллюстрации.

Основные результаты и выводы

1) Создана, на базе универсального поста ВУП-5, лабораторная установка для вакуумного напыления тонких металлических и полупроводниковых пленок, предназначенных для датчиков теплового потока (ДТП). На установке отработаны оптимальные технологические режимы термического напыления различных материалов на полимерные и слюдяные подложки, а также методы определения толщины пленок.

2) Разработана технология вакуумного термического напыления одиночных термопар на полиимидные подложки. По результатам градуировки, проведенной методом сличения, для дальнейших исследований были выбраны пары термоэлектродов «висмут - теллур» и «медь - висмут», как отличающихся коррозионной и химической стойкостью, стабильностью, воспроизводимостью и линейностью характеристик в рабочем диапазоне температур 0. +100°С.

3) Разработаны оригинальные конструкции, технологии изготовления и созданы опытные образцы тонкопленочных ДТП на основе меди, висмута и теллура с одно- и двухсторонним вакуумным термическим напылением указанных материалов через маски на полиимидные подложки толщиной 40 мкм; толщина напыленных термоэлектродов составляла 50.60 нм. По сравнению с традиционными ДТП эти датчики отличаются лучшими эксплуатационными показателями, гибкостью и малой инерционностью, приемлемыми коэффициентами преобразования тепловых потоков (вольт-ваттной чувствительностью).

4) Для градуировки тонкопленочных ДТП разработан и изготовлен лабораторный стенд с автоматизированной системой записи и обработки информации с помощью персонального компьютера. Градуировка проведена абсолютным методом по тепловым потокам, создаваемым ленточным электрическим нагревателем. В диапазонах 0.300 Вт/м (для датчиков Вн Те) и 0.1000 Вт/м" (для датчиков В1-Си) градуировочные характеристики оказались линейными, что удобно при использовании этих ДТП в качестве измерительных средств.

5) Исследована, с помощью сканирующего зондового микроскопа «Солвер Некст», структура и топография поверхности наноразмерных металлических и полупроводниковых термоэлектродов ДТП в зависимости от режимов их осаждения в вакууме. При этом было установлено, что благодаря островковому механизму формирования пленок термоэлектроды имели развитый рельеф, а также структурные дефекты, которые могут приводить- к—повышенному разбросу градуировочных характеристик датчиков. Измерения микрорельефа поверхности пленок позволили оценить их среднюю толщину и уточнить результаты, полученные расчетно-весовым методом.

6) Выполнено тестирование тонкопленочных датчиков теплового потока на ряде классических задач теплообмена. Оно было проведено в лабораторных условиях с целью определения плотностей тепловых потоков, эффективности тепловой изоляции и коэффициентов теплоотдачи на элементах теплогидравлического стенда кафедры «Промышленная теплоэнергетика», а также на действующем теплоэнергетическом оборудовании теплового пункта МГТУ им. А.Н. Косыгина. Тестовые эксперименты подтвердили работоспособность датчиков и корректность теплометрических измерений, осуществляемых с их помощью.

1. В.Е.Фортов, О.С.Попель, Энергетика в современном мире, ИД «Интеллект», М., 2011, 167 с.

2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: http://minenergo.gov.ru/activitv/energostrategy/pr 4.php.

3. О.Л.Данилов, А.Б.Гаряев, И.В.Яковлев и др., Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях (под ред. А.В.Клименко), М., ИД МЭИ, 2010, 423 с.

4. С.З.Сапожников, В.Ю.Митяков, А.В.Митяков, Градиентные датчики теплового потока, СПб., Изд. СПбГПУ, 2003, 168 с.

5. Теория тепломассообмена // Под ред. А.И.Леонтьева, М., Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1997, 683 с.

6. Ф.Ф.Цветков, Б.А.Григорьев, Тепломассообмен, М., Изд. МЭИ, 2001, 549 с.

7. О.А.Геращенко, В.Г.Федоров, Тепловые и температурные измерения, Киев, Наукова думка, 1965, 304 с.

8. О.А.Геращенко, Основы теплометрии, Киев, Наукова думка, 1971, 192 с.

9. Ю.П.Царьгородцев, Н.П.Полуэктов, И.И.Усатов, В.Н.Харченко, Тепловые потоки в магнетронном разряде с полым катодом, Труды 5-й Российской национальной конференции по теплообмену, т. 1, М., 2010, с. 142-145.

10. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник под ред. А.В.Клименко и В.М.Зорина, книга 2, М., Изд. МЭИ, 2001, 561 с.

11. Б.М.Григорович, И.П.Назаренко, П.В.Никитин, Е.В.Сотник, Метод кало-риметрирования тепловых потоков высокой интенсивности датчиками регулярного режима, Современные проблемы науки и образования, №3, 2009, с. 33-42.

12. J.A.Duffie, W.A.Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, 2 Ed., J.Wiley & Sons, USA, 1991, 919 p.

13. ГОСТ 26263-84. Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов. М., Изд. стандартов, 1987, 12 с.

14. T.E.Diller, Heat Flux: http://www.engnetbase.com.

15. T.E.Diller, Advances in heat flux measurements // in "Advances in Heat Transfer" (eds. J.P.Hartnett et al.), v.23, Boston, Academic Press, 1993, p. 279-368.

16. F.Van der Graaf, Heat Flux Sensors // in "Sensors" (eds. W.Gopel et al.), v.4, New York, VCH, 1989, p. 295-322.

17. Captec scientific catalogue: http://www.captec.fr. —18. Vatell heat flux microsensors: http://www.vatell.com.

18. Application and specification of heat flux sensors: http://www.hukseflux.com.

19. Thin film flux sensors HFS-3, HFS-4: http:// www. о me ga. со m.

20. High temperature heat flux sensors: http://www.wuntronic.com.

21. Г.Ф.Селявин, Институт технической теплофизики АН УССР (под ред. А.А.Долинского), Киев, Наукова думка, 1965, 159 с.23. http://www.etalonomsk.ru.

22. Измеритель плотности тепловых потоков и температуры «Теплограф» http ://www. interpribor.ru.25. http://www.promsouz.ru.

23. С.З.Сапожников, В.Ю.Митяков, А.В.Митяков, Измерение нестационарных тепловых потоков градиентными датчиками на основе анизотропных монокристаллов висмута, ЖТФ, т. 74, вып. 7, 2004, с. 114-120.

24. С.З.Сапожников, В.Ю.Митяков, А.В.Митяков, Гетерогенные датчики теплового потока для исследований при высоких температурах, Труды 5-й Российской национальной конференции по теплообмену, т.1, М., 2010, с. 139-141.

25. M.A.Albers, Calibration of heat flow meters in vacuum, cryogenic, and high temperature conditions, J. Thermal Insulation and Building Environments, v. 18, 1995, p. 399-410.

26. A.V.Murthy, B.K.Tsai, R.D.Saunders, Comparative calibration of heat flux sensors in two blackbody facilities, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol., v. 104, №5, 1999, p. 487-494.

27. A.V.Murthy, B.K.Tsai, C.E.Gibson, Calibration of high heat flux sensors at NIST, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol, v. 102, №4, 1997, p. 479-488.

28. МИ 1855-88. Государственная поверочная схема для средств измерения поверхностной плотности теплового потока в диапазоне 10-2000 Вт/м2 // Методические указания, М., Изд. стандартов, 1988, 5 с.

29. Е.А.Томбасов, В.Я.Черепанов, А.И.Калинин, Разработка и исследование средств метрологической аттестации преобразователей теплового потока, Измерительная техника, №5, 1987, с. 30-32.

30. О.А.Геращенко, Т.Г.Грищенко7-Л.В.Декуша, В.П.Сало, Аппаратура для метрологической аттестации первичных преобразователей теплового потока, Промышленная теплотехника, т. 13, №4, 1991, с. 64-69.

31. С.Ковтун, Т.Грищенко, Л.Декуша, Л.Воробьев, Аппаратурное обеспечение поверочной схемы для теплопоточных измерений, Вим1рювальна техшка та метролог1я, №68, 2008, с. 126-133.

32. ГОСТ 25380-92. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции, М., Изд. стандартов, 1988, 15 с.

33. А.И.Костржицкий, В.Ф.Карпов, М.П.Кабанченко, О.Н.Соловьева, Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме, М., Машиностроение, 1991, 175 с.

34. М.М.Никитин, Технология и оборудование вакуумного напыления, М., Металлургия, 1992, 111 с.

35. Б.С.Данилин, Вакуумное нанесение тонких пленок, М., Энергия, 1967, 311 с.

36. М.Хокинг, В.Васантасри, П.Сидки, Металлические и керамические покрытия, М., Мир, 2000, 516 с.

37. И.Л.Ройх, Л.Н.Колтунова, С.Н.Федосов, Нанесение защитных покрытий в вакууме, М., Машиностроение, 1976, 367 с.

38. В.В.Кудинов, Г.В.Бобров, Нанесение покрытий напылением. Теория, технология, оборудование, М., Металлургия, 1992, 431 с.

39. Г.В.Бобров, А.А.Ильин, Нанесение неорганических покрытий, М., Ин-термет Инжиниринг, 2004, 623 с.

40. О.Кнаке, И.Н.Странский, Механизм испарения, УФН, т. 68, вып. 2, 1959, с. 261-305.

41. Д.А.Лабунцов, Анализ процессов испарения и конденсации, Теплофизика высоких температур, т. 5, №4, 1967, с. 647-654.

42. Д.А.Лабунцов, Т.М.Муратова, Кинетический анализ процессов испарения и конденсации, Теплофизика высоких температур, т. 7, №5, 1969, с. 959-967.

43. Д.А.ЛабунцовТ"Неравновесные эффектьгпри-испарении и конденсации // в сб. «Тепло- и массоперенос при интенсивном лучистом и конвективном нагреве», Минск, Изд. ИТМО им. А.В.Лыкова, 1977, с. 6-33.

44. Технология тонких пленок. Справочник // Под ред. Л.Майселла и Р.Глэнга, М., Советское радио, 1977; т. 1, 662 с. (вакуумная технология); т. 2, 764 с. (кинетика конденсации, толщина и свойства пленок).

45. Л.Н.Розанов, Вакуумная техника, М., Высшая школа, 1982, 207 с.

46. Г.Л.Саксаганский, Молекулярные потоки в сложных вакуумных структурах, М., Атомиздат, 1980, 216 с.

47. Вакуумный пост универсальный. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1989, 8 с.

48. Д. Займан, Принципы теории твердого тела, М.: Мир, 1974, 472 с.

49. С.В.Вонсовский, М.И.Кацнельсон, Квантовая физика твердого тела, М., Наука, 1983, 336 с.

50. Л.С.Стильбанс, Физика полупроводников, М., Сов. Радио, 1967, 451 с.

51. Д.Рейсленд, Физика фононов, М., Мир, 1975, 365 с.

52. Энциклопедия низкотемпературной плазмы // под ред. В.Е.Фортова, книга Ш, раздел VI, М„ Наука, 2000, 574 с.

53. Н.Мотт, Э.Девис, Электронные процесы в некристаллических веществах, М„ Мир, 1974, 472 с.

54. Е.М. Лившиц, Л.П. Питаевский, Физическая кинетика, М.: Наука, 1979, 528 с.

55. А.С.Охотин, Л.И.Жмакин, А.П.Иванюк, Модели теплопереноса в конденсированных средах, М., Наука, 1990, 199 с.

56. О.А.Геращенко, А.Н.Гордов, В.И.Лах и др., Температурные измерения. Справочник, Киев, Наукова думка, 1984, 494 с.

57. А.С.Охотин и др., Теплопроводность твёрдых тел. Справочник, М., Энер-гоатомиздат, 1984, 320 с.61. http://www.dupont.com./kapton.

58. М.И.Бессонов, М.М.Коон и др., Полиимиды класс термостойких полимеров,"М-Л, Наука,"1983, 306 с. -

59. Теоретические основы теплотехники. Общие вопросы. Справочник под ред. А.В.Клименко и В.М.Зорина, книга 1, М., Изд. МЭИ, 1999, 527 с.

60. А.Г.Григорьянц, Основы лазерной обработки материалов, М., Машиностроение, 1989, 300 с.

61. Л.И.Турчак, Основы численных методов, М., Наука, 1987, 318 с.

62. И.П.Корнюхин, Тепломассообмен в теплотехнике текстильного производства, М., Изд. «Совъяж Бево», 2004, 597 с.

63. В.Л.Миронов, Основы сканирующей зондовой микроскопии, М., Техносфера, 2004, 144 с.

64. С.Б.Нестеров, Б.А.Логинов, О.С.Зилова, Н.Р.Сабирзянов, Сканирующие зондовые микроскопы, ИД МЭИ, 2007, 187 с.

65. А.А.Суслов, С.А.Чижик, Сканирующие зондовые микроскопы (обзор) // Материалы, Технологии, Инструменты, т.2, №3, 1997, с. 78-89.

66. А.А.Бухарев, Д.В.Овчинников, А.А.Бухарева, Диагностика поверхности с помощью сканирующей зондовой микроскопии (обзор), Заводская лаборатория, №5, 1997, с. 10-27.

67. Официальный сайт ЗАО «Нанотехнология МДТ»: http://www.ntmdt.com.

68. К.А.Кирокосян, Разработка и исследование рекуперативных и радиаци-онно-конвективных теплообменных аппаратов с текстильными теплопере-дающими поверхностями, автореферат дисс. к.т.н., М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2010, 16 с.73. http://www.abika-m.ru.

69. В.А.Осипова, Экспериментальное исследование процессов теплообмена, М„ Энергия, 1979, 319 с.75. http://www.thermaflex.rn.3