Фотоэлектрические преобразователи (фоторезисторы)

Принцип действия основан на использовании внешнего и внутрен­него фотоэффектов. Внешний фотоэффект - испускание электронов во внешнее пространство освещенным веществом (рис. 4.9). При этом сопротивление между анодом и катодом уменьшается.

Внутри корпуса находится какой-либо инертный газ или вакуум. Энергия светового потока передается веществу, у которого ослабляет­ся связь между ядрами атомов и электронами на внешних орбитах.

Рис. 4.9. Фоторезистор с внешним фотоэффектом:

1 - корпус; 2 - вещество, обладающее фотоэффектом (сурьмяно-цезий,

кислородный цезий, висмуто-серебряный цезий); 3 - светопрозрачный

материал; К, А - катод и анод; Iф - фототок, вызванный

перемещением электронов; Фс- световой поток

Вследствие этого пополняется количество свободных электронов, ко­торые вытесняются в межмолекулярное пространство. Приложенное напряжение делает движение электронов упорядоченным. Возникаю­щий при этом ток называется фототоком (рис. 4.10). Величина Iф суще­ственно зависит от напряжения, приложенного между А и К.

Рис. 4.10. Статическая характеристика фоторезистора с внешним фотоэффектом: 1 - вакуумный с кислородно-цезиевым катодом; 2 - вакуумный с сурьмяно-цезиевым катодом; 3 - газонаполненный с сурьмяно-цезиевым катодом; Ua-анодное напряжение

Реакция фоторезистора на весь спектр светового потока (все час- тотные составляющие спектра) характеризуется интегральной чувст-вигельностью, а статическая характеристика представляет собой зависимость Iф от Фс.

(4.7)

Внутренний фотоэффект - перераспределение электронов в веще­стве при поглощении им энергии светового потока, что приводит к из­менению сопротивления вещества.

Свойством внутреннего фотоэффекта обладают: селен, теллур, гер­маний, кремний и т.д.

Конструкция и световая характеристика фоторезистора с внутрен­ним фотоэффектом аналогичны фоторезистору с внешним фотоэффек­том. Вольт-амперная и световая характеристики фотоэлектрического преобразователя с внутренним фотоэффектом аналогичны характери­стикам преобразователя с внешним фотоэффектом.

Фотоэлектрические преобразователи используются для измерения яркости света, его спектрального состава, оптической плотности среды, освещенности, отражения световых волн от поверхности и т.д. Кроме того, эти преобразователи используют для измерения неэлектрических величин: температуры разогретого до свечения тела, перемещений и т.д.

4.2.2. Индуктивные преобразователи

Их работа основана на свойствах индуктивности (рис. 4.11)

(4.8)

где W- количество витков; Z- полное магнитное сопротивление цепи

(4.9.)

где R, Х - активная и реактивная составляющие сопротивления маг-нитопроводах.

где lм - средняя длина магнитопровода; , - магнитная проницае­мость материала магнитопровода; - площадь поперечного сечения

магнитопровода; - потери активной мощности в магнитопроводе;

- угловая частота питающего напряжения; - магнитный поток

через сердечник;

(4.12)

- величина зазора; - магнитная проницаемость воздуха; - площадь поперечного сечения воздушного зазора.

Рис. 4.11. Принцип действия индуктивного преобразователя:

а - конструкция, б - статическая характеристика

Существуют и другие конструкции индуктивных преобразователей (рис. 4.12-4.14).

Рис. 4.12. Индуктивный преобразователь соленоидного типа:

1 - соленоид; 2 - сердечник из магнитопроводящего

материала; х - перемещение сердечника

Рис. 4.13. Индуктивный преобразователь с измене­нием

магнитной проницае­мости сердечника:

1 - сердечник, выполненный из магнитоупругого

материа­ла; 2 - обмотка; F - прило­женное усилие

Рис. 4.14. Индуктивный преоб­разователь с изменением

ре­активной составляющей маг­нитного сопротивления:

/ - магнитопровод; 2 - обмотка; 3 - магнитопроводящий материал

При воздействии силы F на магнитопровод изменяется его магнит­ная проницаемость , что приводит к изменению L.