evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Анодный ток ФЭУ довольно мал и требует дополнительного усиления. Для этого он преобразуется в напряжение с гюмошыс сопротивления Ки. Питание ФЭУ производится с помощью делителя напряжения к1 — ке. Фотоэлектроннь1е умножители имеют высокую чувствительность и 1В2 О гааааа Гааа бааК,лх а) и С = 1ф/П, (4. й) где 1ф — фототок; У вЂ” напряжение, приложенное к преобразователю, также пропорционально освещенности.
При больших освешенностях пропорциональность нарушается. Типичная зависимость фототока от освешенности приведена на рис. 4.4б,а. Чувствительность фоторезисторов определяется кратностью изменения нх сопротивления. Для некоторых типов она достигает значения К = ~тФзсс = 10', (4. ) где гЧт — темповое сопротивление, т. е. сопротивление неосвещенного преобразователя; 1гт се — сопротивление при Е = 200 лк. ВАХ фоторе- зисторов линейна (рис. 4.4б,б), т. е. их сопротивление не зависит от 183 используются для измерения очень малых световых потоков (до 10 ' лк). Чувствительный элемент преобркователей с внутренним фотоэффентом (фоторезисторов1 выполнен в виде пластинки, на которую нанесен слой полупроводникового фоточувствительного материала.
В качестве фоточувствительного материала обычно используется сернистый кацмий, селенисть|й кадмий или сернистый свинец. Электропроводносп полупроводниковых материалов обусловлена возбуждением электронов в валентной зоне и примесных уровнях. При возбуждении электроны переходят в зону провоцимости; в валентной зоне появляются дырки. При освешении возбуждение электронов увеличивается, что вызывает увеличение электропроводности. Красная граница фоторезисторов находится в инфракрасной области, например, для сернистосвинцовых Лго = 2,7 мкм. При небольших освешенностях преобразователя число возбужпеиных светом электронов пропорционально освещенности, его электрическая проводи- масть 1,мкА 600 т00 000 200 0 20 Ч0 60 00 2000,6 г) Вас.
4,42 приложенного напряжения. Инерционность характеризуется постоянной времени г. У сернисто кадмиевых преобразователей т лежит в пределах 1 — 140 мс, у селенисто-кадмиевых — Ор — 20 мс. Фоторезисторы имеют высокую чувствительность. Однако нх совротивление завцсит от температуры подобно сопротивлению термясторов, Для уменьшения температурной погрешности они включаются в смежные плечи моста. Фогогальвапические преобразователи представляют собой фотоэлектронные приборы с р-п.переходом: фотодиоды и фототранзисторы.
При освещении перехода созцается дополнительная концентрация носителей в и-слое. Это приводит к усилению их диффузии к р-и-переходу и в самом переходе. У диода, подключенного к запирающему напряжению (рис. 4.47„0), под действием света возрастает обратный ток.
Вольтамперная характеристика германиевого фотодиода приведена на рис. 4.47,б. При отсутствии освещения она не отличается от характеристики обычного диода, а при освещении смешается вверх пропорционально величине светового потока. Наиболее распространены германиевыв и кремниевые фотодиоды. Их спектральные характеристики заходят в обласп инфракрасного излучения (для германиевых фотодиодов до Л„= 2 мкм, для кремниевыхдо Лг = 1,2 мкм). гр Фотодиоды могут работать в фотодиодном и генераторном (вентнпьном) режимах. В фотодиодном режиме преобразователь пздключают к запирающему напряжению (рис.
4.47,0). При увеличении его освещенности возрастает обратный ток, что приводит к увеличению напряжения 11н на сопротивлении он. Напряжение Ц,-и чувствительность можно определить по ВАХ и нагрузочной прямой (рис. 4.47,б). Зависимость тока фотодиода от освещенности практически линей-: на. Внутреннее дифференциальное сопротивление фотодиода имеет величину порядка мегаомов, поэтому обычнО они работают в режиме, близком к короткому замыканию. 134 а) Рис. 4.48 Полный ток фотодиода 1 можно рассматривать как сумму т Ф т (4.150) где 1Ф вЂ” фстоток, определяемый световым потоком Ф; Я вЂ” чувствительность. Значение темпового тока 1т сильно зависит от температуры.
Фото- диоды — малоине~ционные преобразователи. Их постоянная времени имеет порядок 10" — 10 а с. В генераторном режиме фотодиод включают по схеме, приведенной на рис. 4.48, а, и он сам является источником тока. Фототок, напряжение на нагрузке с'а и чувствительность можно определить по ВАХ, приведенной на рис, 4.48, б. Особенности применения фотоэлектрических преобразователей для измерения несветовых величин. Фотоэлектрические приобразователи„используемые для измерения несветовых величин, имеют ряц особенностей. Имеется возможность измерения без контакта с объектом измерения, отсутствует механическое воздействие на обьект измерения.
Преобразователи чувствительны к силе света и его цвету. Их недостатком является большая погрешность, которая в основном определяется усталостью, старением и зависимостью параметров преобразователя от температуры. Вследствие этих особенностей фотоэлектрические преобразователи нашли применение в основном в следующих случаях. 1.При измерениях, в которых преобразователь работает в релейном режиме. Примером может служить измерение частоты вращения вала, имеющего диск с отверстиями. Диск прерывает луч света, падающий на фотоэлектрический преобразователь.
Измеряемая скорость преобразуется в частоту электрических импульсов. 2.В качестве прямого преобразователя в компенсационных измерительных приборах. З.При измерении несветовых величин, когда промежуточной величиной преобразования является величина световая, например, при измерении концентрации вещества в растворе, когда промежуточной велищной является изменение поглощения света раствором.
Для уменьшения погрешности измерения фотоэлектрические преобразователи включаются в дифференциальные или компенсационные измерительные цепи. Дифференциальная схема с двумя фотоэлектрическими преобразователями, служащая для измерения конРие. 4.49 центрации раствора, приведена на рис. 4.49. Первый луч света от источника 1 проходит через обьект. измерения 2, например через кювету с исследуемым раствором, и попадает на фотореэистор 3. Второй луч проходит через применяемый для настройки прибора оптический клин 4 и попадает на второй фоторезистор 5. Фоторезисторы включены в мостовую цепь. Благодаря дифференциальной схеме компенсируются температурные и другие адпитивные погрешности. Однако вследствие разброса характеристик и параметров фотоэлектрических преобразователей каналы дифференциальной цепи несколько отличаются друг от друга, и компенсация„получается неполной. Достоинством схемы является ее пригодность для измерения быстропеременных величин.
Инерционность прибора обусловливается инерционносп ю фотоэлектрических преобразователей и выходного прибора. Меньшую погрешность имеют дифференциальные схемы с одним фотоэлектрическим преобразователем (рис. 450,а). По этой схеме лучи света с одного и другого каналов попеременно освещают фотоэлектрический приобразователь 1. Коммутация осуществляется с помощью диска 2, имеющего отверстия н вращающегося с постоянной скоростью прн помощи синхронного двигателя СД Световой пэток, падающий на фотоэлектрический преобразователь, модулнрован и изменяется во времени, как показано на рнс. 450,б.
Переменная составляющая светового потока (4.151) и о Рис. 4.50 186 где ф„— световой поток, прошедший через объект измерения 3; Фе— образцовый световой поток, прошедший через оптический клин 4. Переменная составляющая светового патока преобразуется в переменное напряжение и усиливается.
В рассматриваемом приборе оба канала дифференциальной измерительной цепи различаются меньше, чем в предыдущем, и лучше компенсируются аддитианые погрешности. Вследствие модуляции светового луча уменьшается частотный диапазон прибора, увеличивается его инерционность. При таком способе измерения измеряемый частотный диапазон ограничивается частотой модуляции, причем верхняя частота диапазона должна быль на порядок меньше частоты модуляции. В качестве оптического модулятора обычно применяется электромехаиическое устройство. Его использование усложняет прибор и уменьшает надежность. Дифференциальные оптические приборы могут использоваться как приборы с ручной компенсацией.
В этом слу:пе оптический клин соединяется со стрелкой, перемещающейся по шкале прибора. При измерении оптический клин перемешается до тех пор„пока выходное напряжение (Ц,ых на рис. 4.49) и переменная составляющая напряжения (11 ыа на рис 450,а) не будут равны нулю. При этом измерительный н образцовый световые потоки равны межцу собой, и по положению оптического клина можно сушпь о значении измеряемой вели- ЧИНЫ. В приборах с автоматической компенсацией напряжение, пропорциональное разности световых потоков ЬФ, подается на реверсианый двигатель, который автоматически перемешает оптический клин в нужную с~орону.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
