ivanstudent

Путь к Файлу: /Измерительная техника и датчики / 217 / RAZD2.DOC

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   2
Пользователь:   ivanstudent
Добавлен:   24.12.2014
Размер:   331.5 КБ
СКАЧАТЬ

Раздел II. Измерение неэлектрических 

физических величин электрическими

методами. Датчики

 

Такие измерения обладают рядом преимуществ по сравнению с неэлектрическими  методами, а именно:

1) позволяют осуществлять дистанционные измерения;

2) обеспечивают возможность автоматического преобразования, как информационных параметров, так и результатов измерения с целью введения поправок;

3) более удобны для задач автоматического управления;

4) возможно измерять как медленные, так и быстрые изменения величин;

5) обеспечивают широкий диапазон измерений;

6) обеспечить большое разнообразие видов измерений.

Основным звеном в процессе измерения является измерительный преобразователь (ИП) неэлектрической величины в электрическую. Часто расположенные вдали от непосредственно электрического измерительного прибора (ЭИП) первичные преобразователи называют датчиками. Датчик может состоять из нескольких ИП.

 

 

10. Общие сведения

 

10.1. Характеристики измерительных преобразователей

    неэлектрической величины в электрическую

 

Метрологические характеристики:

1. Номинальная статическая характеристика преобразования ИП RAZD2, где RAZD2 - выходная, а RAZD2 - входная величины ИП соответственно.

2. Чувствительность RAZD2.

3. Основная и дополнительная погрешности.

4. Полное выходное сопротивление RAZD2.

5. Динамические характеристики (быстродействие).

Неметрологические характеристики: габариты; масса; взрывобезопасность; устойчивость к механическим, тепловым, электрическим и другим перегрузкам; надежность; стоимость и т.д.

 

 

 

10.2. Структурные схемы электрических приборов

      для измерения неэлектрических величин

 

1. Схемы прямого преобразования.

В общем виде схема прибора представлена на рис. 10.1 и представляет собой последовательное соединение некоторого числа различных ИП и ЭИП.

RAZD2                                            

 

 

 

 

Рис. 10.1

 

Измеряемая неэлектрическая величина может неоднократно преобразовываться для согласования пределов ее измерения с пределом измерения ЭИП или для получения более удобного для ЭИП вида воздействия.

При этом общая чувствительность прибора:

RAZD2, а погрешность измерения

RAZD2,                                       (10.1)

т.е. погрешность преобразователей в такой схеме суммируется с соответствующими весами. Для уменьшения погрешностей используют специальные схемы включения ИП – дифференциальную и логометрическую. Одна из разновидностей дифференциальной схемы ИП приведена на рис. 10.2.

RAZD2

Измеряемая величина действует на вход ИП, на вход другого действует величина той же природы, но имеющая постоянное  значение, в частности, равное нулю. Выходные сигналы ИП1 и ИП2 вычитаются в вычитающем устройстве. Тогда второй канал прибора служит  для компенсации

 
                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

                     Рис. 10.2

 

погрешностей, вызванных изменением условий работы устройства и для устранения аддитивной погрешности преобразователей. Вторая разновидность дифференциальной схемы ИП приведена на рис. 10.3.

Измеряемая величина х после некоторого преобразования в ИП1 воздействует на оба канала, причем при возрастании входной величины на входе одного канала (например, ИП2), на входе другого (ИП3) – она уменьшается на ту же величину. Выходные величины ИП2 и ИП3 вычитаются. В такой схеме аддитивные погрешности каналов уничтожаются, и при этом чувствительность прибора возрастает вдвое.

 

RAZD2                 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 10.3

 

Полной компенсации аддитивной погрешности и нелинейности характеристики преобразования на практике не получается из-за неидентичности каналов прибора.

Для уменьшения мультипликативной погрешности в схемах прямого преобразования используется логометрическая схема соединения ИП, представленная на рис. 10.4.

RAZD2Оба канала прибора одинаковы и находятся в одинаковых условиях. Выход – логометра Лог. представляет собой отношение

RAZD2. (10.2)

 

                      Рис. 10.4                                     при равенстве параметров каналов.

                                                                          Естественно, что полная компенсация погрешности и в этой схеме невозможна из-за некоторой неидентичности ИП1 и ИП2.

 

2. Уравновешивающие (компенсационные) схемы преобразования.

Схема прибора представлена на рис. 10.5.

RAZD2          

 

 

 

 

 

 

Рис. 10.5

 

Суть измерения заключается в уравновешивании измеряемой величины х такой же, но образцовой величиной хk, формируемой преобразователем цепи обратной связи ПОС. Известно, что в устройствах с отрицательной обратной связью выходной параметр

                                              RAZD2,                                      (10.3)

где RAZD2 и RAZD2 - чувствительности прямой цепи (ИП1¸ИПN) и цепи обратной связи (ПОС) соответственно. При петлевом усилении RAZD2 

                                                          RAZD2,                                                  (10.4)

т.е. параметры прибора определяются только цепью обратной связи, в которую обычно ставятся высокоточные образцовые элементы. Такие схемы имеют малую как аддиативную, так и мультипликативную погрешности, уменьшаются и динамические погрешности. Приборы обладают большой выходной мощностью, их показания мало зависят от нагрузки.

В зависимости от вида информационного электрического параметра все ИП делятся на параметрические и генераторные.

 

 

11. Параметрические ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

 

Выходной величиной таких ИП является параметр электрической цепи (R, L, M, C). Для обеспечения процесса измерения с помощью таких ИП требуется внешний источник питания.

 

11.1. Реостатные преобразователи

 

RAZD2

 
Основаны на изменении электрического сопротивления проводника под влиянием входной величины – перемещения. Представляют собой реостат, подвижный контакт (щетка) которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины. Существуют конструкции для измерения углового и линейного перемещения (рис. 11.1).

Рис.11.1

 

в)

 

б)

 

а)

 
На каркас необходимой формы наматывается проволока с высоким удельным сопротивлением (платина с иридием, константан, нихром, фехраль). Габариты определяются значением измеряемого перемещения, сопротивлением намотки и допустимой мощностью. Для получения нелинейной функции преобразования исполь-

зуется профилирование каркаса реостата (рис. 11.1,в).

Статическая характеристика ИП носит дискретный ступенчатый характер, так как сопротивление при перемещении щетки изменяется скачкообразно с дискретом, равным сопротивлению одного витка. Для устранения дискретности в требуемых случаях применяют реохорды (движок скользит вдоль проволоки).

Измерительные цепи: равновесные и неравновесные мосты, делители напряжения (потенциометрическая схема включения – см. рис. 11.2).

Погрешности:

RAZD21) Температурная погрешность. С изменением температуры изменяется сопротивление реостата

         RAZD2,          (11.1)

                                                                         где RAZD2 - сопротивление при темпе-

                                                                                        ратуре  RAZD2.

                                                                         RAZD2 - сопротивление при нулевой

                                                                                  температуре.

          RAZD2 - температурный коэффициент.

2) Погрешность дискретности.

3) Погрешность из-за нелинейности характеристики преобразования при потенциометрическом включении (из-за влияния RAZD2 вольтметра).

Достоинства:

1) Высокая точность преобразования.

2) Большие выходные сигналы.

3) Простота конструкции.

Недостатки:

1) Наличие скользящего контакта, что приводит к достаточно быстрому механическому износу реостата.

2) Необходимость больших перемещений контакта.

Область применения: для преобразования относительно больших перемещений и других неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в перемещение (усилие, давление, уровни жидкостей и т.д.).

 

11.2. Тензочувствительные ИП (тензорезисторы)

 

Основаны на тензоэффекте, заключающемся в изменении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механического напряжения и деформации.

При деформации проводника (полупроводника) изменяется его длина и площадь поперечного сечения. Деформация кристаллической решетки приводит к изменению удельного сопротивления материала и, следовательно, к изменению сопротивления тензорезистора. Относительное изменение сопротивления тензорезистора

RAZD2,

где  S – коэффициент тензочувствительности,

       RAZD2 - относительное изменение  длины (деформация) материала тензорезистора.

Проводниковые (проволочные, фольговые, пленочные) тензорезисторы изготавливаются из металлов (константан, никель и др.) и конструктивно представляют собой зигзагообразно уложенную и приклеенную к непроводящей подложке (бумага) проволоку толщиной 20¸50 мкм или фольгу 4¸12 мкм, или напыленную пленку (рис. 11.3). Устанавливают тензорезисторы (обычно приклеивают на объект) так, чтобы направление ожидаемой деформации совпадало с продольной (х - х) осью решетки. Коэффициент тензочувствительности определяется в основном материалом. Для константана RAZD2, для никеля – до 30.

RAZD2Выпускаются тензорезисторы на номинальное сопротивление 50, 100, 200, 400 и        800 Ом. Полупроводниковые тензорезисторы – пластинки из монокристалла кремния или германия длиной 5¸10 мм, толщиной 0,2¸0,8 мм. Номинальное сопротивление 50¸800 Ом. Чувствительность может быть как положительной, так и отрицательной (RAZD2).

Измерительные цепи: равновесные и неравновесные мосты.

Погрешности:

1) Сильная температурная зависимость сопротивления тензорезистора.

2) Большая неидентичность параметров тензорезисторов (до 10 % и более).

Достоинства:

1) линейность статической характеристики преобразования;

2) малые габариты и масса, простота конструкции.

Недостатки:

1) Относительно малая чувствительность.

2) Плохая воспроизводимость параметров.

Область применения: для измерения деформаций и других неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в деформацию – усилий, давлений, моментов, ускорений и т.д.

11.3. Терморезисторы

Основаны на зависимости электрического сопротивления проводников или полупроводников от температуры. По режиму работы делятся на:

а) перегревные,

б) без преднамеренного нагрева.

В первом случае электрический ток через резистор вызывает его собственный перегрев, зависящий от свойств среды. Такие терморезисторы используются для измерения скорости, плотности, состава среды и т.д.

Во втором случае температуру резистора определяет температура среды. Такие терморезисторы применяются для измерения температуры.

По виду материала, из которого изготовлены терморезисторы, различают:

а) металлические терморезисторы (болометры);

б) полупроводниковые терморезисторы.

Металлические изготавливаются обычно либо из меди, либо из платины,  иногда используют никель. Конструктивно терморезисторы представляют собой защитную арматуру из нержавеющей стали, в которую помещают керамическую трубку, содержащую спираль из проволоки. Для электроизоляции и фиксации спирали трубку заполняют порошком безводного оксида алюминия (высокая теплопроводность, малая теплоемкость).

Температурная зависимость для медного терморезистора линейна и имеет вид

                              RAZD2, где RAZD2 К-1                     (11.3)

при RAZD2С.           

Для платины RAZD2,                                 (11.4)

при  RAZD2С  и   RAZD2,

при  RAZD2С,

где   RAZD2 - сопротивление при RAZD2 С, RAZD2 К-1, RAZD2 К-2, RAZD2 К-4.

Изготавливаются терморезисторы с начальными сопротивлениями равными: для платиновых – 1, 5, 10, 46, 50, 100 и 500 Ом, для медных – 10, 50, 53 и 100 Ом.

Платиновые терморезисторы используются для измерения температуры в диапазоне -260¸+1100°С (специальные низкотемпературные для -268¸-183°С), медные терморезисторы – в диапазоне -200¸+200°С.

При включении терморезисторов без преднамеренного нагрева в измерительную цепь допустимое значение тока через резистор должно быть меньшим 10¸15 мА. При этом изменение его сопротивления за счет нагрева измерительным током будет < 0,1 % от RAZD2.

Полупроводниковые терморезисторы подразделяются на:

 а) термисторы,

 б) термодиоды и термотранзисторы.

Термисторы изготавливаются из окислов различных металлов: меди, кобальта, магния, марганца и т.д. Размалывают в порошок и спекают в столбики, шайбы, шарики, бусинки. Для защиты от внешней среды покрывают краской, помещают в металлический корпус, запаивают в стекло. С увеличением температуры сопротивление термисторов уменьшается, т.е. их температурный коэффициент сопротивления (ТКС) в отличие от металлических терморезисторов, отрицателен и значительно (в 10¸15 раз) превышает ТКС меди и платины. Следовательно, термисторы обладают большей чувствительностью, чем металлические терморезисторы. Кроме того, термисторы могут иметь более высокие (до 1 МОм) сопротивления при малых размерах. Используются в диапазоне от -60°С до +120°С.

Работа термодиодов и термотранзисторов (диапазон работы - -80¸150°С) в качестве терморезиторов основана на изменении сопротивления р-n-перехода. Фактически изменяется падение напряжения на переходе. Чувствительность по напряжению составляет 1,5-2 мВ/К, что значительно превышает чувствительность термопар.

Измерительные цепи для терморезисторов – мосты, логометрические приборы.

Погрешности:

1) отклонение характеристики преобразования от номинальной;

2) изменение сопротивления внешних цепей (соединительные провода, контакты).

Достоинства:

1) Достаточно высокая чувствительность, особенно у полупроводниковых терморезисторов.

2) Малая инерционность (высокое быстродействие).

3) Относительно малые размеры (особенно у термисторов).

4) Высокая надежность и малая стоимость.

Недостатки:

1) Малые значения начальных сопротивлений у металлических терморезисторов.

2) Узкий диапазон рабочих температур для полупроводниковых терморезисторов.

3) Плохая воспроизводимость характеристик для полупроводниковых терморезисторов.

Область применения: терморезисторы без преднамеренного перегрева применяются для измерения температуры и других физических величин, которые могут быть преобразованы в температуру. Перегревные терморезисторы применяются для измерения самых различных физических величин, так как теплообмен резистора, а, следовательно, его температура и сопротивление, определяются его конструкцией, а также составом, плотностью, тепловодностью, вязкостью, скоростью перемещения, разряженностью и другими физическими свойствами газовой или жидкой среды, в которой резистор находится.

 

11.4.  Электролитические  (кондуктометрические)

          преобразователи

Основаны на зависимости электрического сопротивления раствора электролита от его концентрации, площади соприкосновения с электродами и других факторов.

На рис. 11.4 приведена лабораторная электролитическая ячейка, представляющая собой сосуд с электролитом, в котором укреплены два электрода.

RAZD2Для промышленных измерений применяются проточные преобразователи, для которых стенки сосуда (металл) являются одним из электродов.

Измерительные цепи: мостовые.

Погрешности:

1) Сильное влияние на проводимость электролита температуры окружающей среды. Устраняют термостатированием преобразователей, либо включением в измерительную схему цепей термокомпенсации с медными терморезисторами (ТКС меди и электролитов примерно равны, но имеют противоположные знаки).

2) За счет электролиза раствора при протекании измерительного тока. Для устранения этого явления мостовые схемы питают переменным током частотой 300¸1000 Гц.

Области применения: для измерения концентрации раствора, а также перемещений, скорости, температуры и т.д.

 

 

 

 

11.5. Индуктивные (в том числе трансформаторные)

         преобразователи

Основаны на зависимости индуктивности или взаимной индуктивности обмоток на магнитопроводе от положения, геометрических размеров и магнитного состояния элементов их магнитной цепи.

Известно, что величина индуктивности обмотки на магнитопроводе

                                                  RAZD2,                                                  (11.5)

а величина взаимной индуктивности

                                                            RAZD2,                                             (11.6)

где  RAZD2 - число витков обмотки;

       RAZD2 - магнитное сопротивление магнитопровода.

 Величина RAZD2 является функцией величины воздушного зазора магнитопровода RAZD2, сечения воздушного участка магнитопровода RAZD2, магнитной проницаемости RAZD2, потерь мощности за счет вихревых токов RAZD2, магнитного потока RAZD2 и т.д. Следует отметить, что у чисто индуктивных ИП выходным информативным параметром является индуктивность RAZD2  обмотки. А у трансформаторных ИП информативным является напряжение RAZD2, снимаемое с выходной обмотки, при подаче на входную обмотку переменного напряжения RAZD2 с внешнего источника питания. Напряжение RAZD2меняется в зависимости от взаимной индуктивности RAZD2входной и выходной обмоток ИП. Поэтому индуктивные и трансформаторные ИП включаются в разные измерительные цепи. Как чисто индуктивные, так и трансформаторные ИП могут быть дифференциальными, т.е. такими, у которых при изменении входной величины, две выходные величины получают одно и то же приращение, но с противоположными знаками. Измерительные цепи производят вычитание выходных величин, в результате чего увеличивается чувствительность ИП, уменьшается нелинейность характеристики преобразования, уменьшается влияние внешних факторов.

На рис. 11.5 приведены примеры индуктивных и трансформаторных преобразователей для различных физических величин.

На рис. 11.5,а представлен индуктивный ИП с изменяющимся зазором RAZD2. Зависимость RAZD2 нелинейная. Применяется обычно при малых RAZD2   (0,01¸5 мм).

На рис. 11.5,б приведен индуктивный ИП с изменяющимся сечением зазора RAZD2. Зависимость RAZD2 линейна, но чувствительность меньше. Применяется при RAZD2=10¸15 мм.

На рис. 11.5,в и 11.5,г представлены схемы дифференциальных индуктивного и трансформаторного ИП соответственно. У трансформаторного ИП выходные обмотки включены встречно, поэтому в исходном состоянии RAZD2.

На рис. 11.5,д приведена схема магнитоупругого индуктивного датчика (может быть и трансформаторным) для измерения силы RAZD2, приложенной к магнитопроводу. Сила RAZD2 вызывает напряжение RAZD2 в магнитопроводе, в результате чего меняется магнитная проницаемость RAZD2 и изменяется магнитное сопротивление RAZD2, а, следовательно, изменяются RAZD2 или RAZD2.

Для преобразования угловых перемещений часто используют трансформаторные ИП, состоящие из неподвижного статора и подвижного ротора с обмотками. Обмотку статора питают переменным напряжением.

RAZD2 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                                                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11.5

 

Поворот ротора вызывает изменение значения и фазы наводимой в обмотке ротора ЭДС. При повороте ротора на угол RAZD2, где RAZD2 - число полюсов статора, фаза ЭДС меняется на 180°. Такие ИП применяются при измерении больших угловых перемещений. С целью увеличения чувствительности (разрешающей способности) созданы индуктосины, принцип действия которых аналогичен вышесказанному. Особенность их в том, что ротор и статор имеют обмотки в виде радиального растра (см. рис. 11.5,е), изготовленного печатным способом, что позволяет получить большое количество RAZD2 полюсных шагов обмотки (уменьшить RAZD2).

 Конструкция и габариты индуктивных ИП определяются диапазоном изменения измеряемой величины и требуемой мощностью выходного сигнала.

Измерительные цепи: равновесные и неравновесные мосты для чисто индуктивных ИП, а для трансформаторных ИП – вольтметры или компенсаторы.

Достоинства:

1) Значительные по мощности выходные сигналы.

2) Простота конструкции, высокая надежность.

Недостатки:

1) Обратное воздействие ИП на исследуемый объект (реакция якоря). Дело в том, что при протекании измерительного тока через обмотки, возникает электромагнитное поле, противодействующее первичному возмущению.

2) Высокая инерционность (относительно малое быстродействие).

Область применения: для преобразования линейных и угловых перемещений, а также усилий, давлений, моментов и прочих физических величин.

 

 

11.6. Емкостные преобразователи

 

Основаны на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними. Емкость плоского конденсатора определяется выражением

RAZD2,

где  RAZD2 - электрическая постоянная;

        RAZD2 - относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками;

        RAZD2 - активная площадь обкладок;

        RAZD2 - расстояние между обкладками.

Таким образом, емкость конденсатора является функцией величин RAZD2, RAZD2 и RAZD2, что используется для построения ИП.

На рис. 11.6 приведены примеры таких преобразователей.

 

 

 

RAZD2
 

 

 

 

 

 

 

 


    а)                                                    б)                                         в)

 

Рис. 11.6

 

На рис. 11.6,а приведена схема ИП с меняющимся расстоянием между пластинами. Зависимость RAZD2 нелинейна. Чувствительность увеличивается с уменьшением RAZD2. Применяется при малых RAZD2 (до 1 мм).

На рис. 11.6,б представлена схема дифференциального ИП с переменной активной площадью пластин. Причем, путем профилирования пластин возможно получить требуемую характеристику преобразования RAZD2. Применяется для сравнительно больших линейных и угловых перемещений (более 1 мм).

На рис. 11.6,в приведен датчик с изменяющейся диэлектрической проницаемостью.

Измерительные цепи: мостовые схемы и резонансные контура. Последние обладают высокой чувствительностью – до 10-7 мм. Особенностью схем, вследствие относительно малой емкости С, является потребность питания их напряжением высокой частоты для увеличения сигнала измерительной информации и уменьшения шунтирования сопротивлением изоляции.

Достоинства:

1) Простота конструкции.

2) Высокая чувствительность.

3) Малая инерционность.

Недостатки:

1) Сильное влияние внешних электрических полей, температуры, влажности.

2) Относительная сложность цепей включения и необходимость в источниках питания высокой частоты.

 

 

 

 

11.7. Ионизационные преобразователи

 

Основаны на явлении ионизации газа или люминесценции некоторых веществ под воздействием ионизирующего излучения.

В общем виде ИП представляет собой сосуд с газом и двумя электродами, к которым подведено питающее напряжение (см. рис. 11.7,а).

 

RAZD2
RAZD2
 

 

 

 

 

 

 


                         а)                                                            б)

 

Рис. 11.7

 

Под воздействием излучения газ ионизируется и возникает ионизационный ток I. Величина его зависит от приложенного к электродам напряжения U, от плотности и состава газа, размера камеры и электродов, свойств и интенсивности J ионизирующего излучения и т.д.

На рис. 11.7,б приведена зависимость тока ИП от величины напряжения RAZD2 и интенсивности излучения RAZD2. На участке А с ростом RAZD2 увеличивается количество ионов газа, доходящих до электродов (линейная зависимость от RAZD2). На участке Б ток не зависит от RAZD2, так как все  ионы участвуют в формировании тока (участок насыщения). На участке В происходит рост  тока за счет вторичной ионизации, а на участке Г ток уже практически не зависит от первичной ионизации, участок Д – это непрерывный разряд, ток I не зависит от интенсивности излучения RAZD2.

RAZD2Ионизирующее излучение: RAZD2 - излучения, реже рентгеновские лучи и нейтронное излучение. RAZD2-лучи – большая ионизационная способность, но легко поглощаются. RAZD2-лучи – меньшая ионизационная, но большая проникающая способность. RAZD2-лучи (RAZD2 см) – большая проникающая способность.

Для измерения степени ионизации используются ионизационные камеры (участок А и Б вольт-амперной характеристики), ионизационные счетчики – пропорциональные, Гейгера-Мюллера, полупроводниковые (участки В и Г). Иногда используются сцинтиляционные счетчики (люминисцентные) – основаны на появлении световых вспышек (сцинтиляций) в некоторых веществах – фосфорах (активированный серебром сернистый цинк, сернистый кадмий и др.) под воздействием излучения.

Измерительные цепи. Так  как токи ИП малы – порядка 10-10¸10-15 А, то для его измерения последовательно с преобразователем ставят большое сопротивление (109¸1010 Ом). Полученное напряжение усиливают и измеряют милливольтметрами, потенциометрами.

Погрешности:

1) С течением времени интенсивность излучения источника уменьшается за счет естественного распада.

2) Ядерный распад носит случайный характер как по времени распада и по траектории частицы распада, так и по захвату частиц веществом. Для уменьшения случайной погрешности необходимо увеличить время измерения.

Достоинства:

1) Возможность бесконтактных измерений.

2) Отсутствие влияния изменения внешних условий (температура, давление, напряжение питания и др.).

Недостаток: необходимость применения биологической защиты.

Область применения: измерения плотности и состава веществ, геометрических размеров, изделий, механических величин и т.д. Особенностью является возможность работы с агрессивными и взрывоопасными средами, при их больших давлениях и высоких температурах.

 

11.8. Фотоэлектрические преобразователи

 

Основаны на зависимости величины фототока или сопротивления ИП от освещенности преобразователя. Различают три вида преобразователей: с внешним фотоэффектом, с внутренним фотоэффектом и фотогальванические.

К преобразователем с внешним фотоэффектом относятся вакуумные и газонаполненные фотоэлементы и фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Фотоэлементы представляют собой вакуумированную колбу с двумя электродами – анодом и катодом. При освещении фотокатода он эмитирует электроны. Если между катодом и анодом приложить напряжение, то в преобразователе будет протекать фототок, величина которого пропорциональна интенсивности света.

Газонаполненный фотоэлемент содержит газ. Благодаря ионизации газа (при достаточном напряжении питания) происходит усиление тока фотоэмиссии (до 6-7 раз). Чувствительность таких преобразователей выше, чем у вакуумных. Еще большей чувствительностью обладает ФЭУ. Это вакуумный элемент с системой электродов (динодов), обеспечивающих последовательное усиление   (до   нескольких  сотен  тысяч  раз)   фототока   за   счет  вторичной эмиссии электронов на каждом диноде. ФЭУ используются для измерения очень малых световых потоков – до 10-5 лк.

Преобразователи с внутренним фотоэффектом (фоторезисторы) выполняются в виде пластинки с контактами из фоточувствительного полупроводникового материала или этот материал наносится слоем на некоторую подложку. Обычно используются сернистый кадмий, селенистый кадмий или сернистый свинец, определяющие спектральную характеристику фоторезистора. При освещении возбуждение электронов полупроводника увеличивается, что приводит к уменьшению сопротивления фоторезистора. При небольших освещенностях зависимость сопротивления фоторезистора RAZD2 линейна. Здесь RAZD2 - напряжение, приложенное к фоторезистору, RAZD2 - фототок. При больших освещенностях пропорциональность нарушается. Чувствительность фоторезисторов определяется кратностью изменения их сопротивления

RAZD2,

где  RAZD2 - темновое сопротивление;

        RAZD2 - сопротивление при освещенности в 200 лк.

К  может достигать величины порядка 105.  Инерционность характеризуется постоянной времени RAZD2. Для селенисто-кадмиевых фоторезисторов RAZD2 мс, для сернисто-кадмиевых RAZD2 мс.

Фотогальванические преобразователи представляют собой приборы с  р-n-переходом – фотодиоды и фототранзисторы, фотоварикапы. В фототранзисторе совмещены фотодиод и усилитель фототока.

Фотодиоды могут работать в фотодиодном или генераторном (вентильном) режимах. В фотодиодном режиме на преобразователь подают запирающее напряжение. При увеличении освещенности возрастает обратный ток диода, причем зависимость тока от освещенности практически линейна. Значение темнового тока диода сильно зависит от температуры. Фотодиоды - малоинерционные преобразователи (постоянная времени порядка 10-7¸10-8 с).

В генераторном режиме фотодиод сам является источником фототока, величина которого определяется степенью освещенности.

Принцип действия фотоварикапа основан на изменении емкости р-n-перехода под действием потока оптического излучения. Фотоварикапы из арсенида галлия имеют удельную емкость до 500 пФ/мм2 и относительное изменение емкости на единицу потока света (светочувствительность) порядка 240 мВт-1.

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика