2.6. Фотоэлектрические измерительные преобразователи
По принципу действия фотопреобразователи (ФП) делятся на следующие группы: фотоэлементы с внешним эффектом, фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (фоторезисторы) и вентильные фотоэлементы.
ФП с внешним эффектом представляет собой вакуумную или газонаполненную лампу, катод которой испускает электроны под действием светового потока. Фототок вакуумных ФП прямо пропорционален интенсивности светового потока. Чувствительность составляет 20 – 100 мкА/лм. В качестве светочувствительного катода используется сурьмянистый цезий и кислородный цезий. Фотоэлементы имеют обозначение: СЦВ, ЦВ, СЦГ и др.
Вентильные ФП основаны на явлении фотоэффекта, заключающегося в том, что запорный щит некоторых полупроводниковых переходов под действием света становится источником тока. Вентильные ФП типа К выполнены на основе селена, типа ФЭСС – У на основе сернистого серебра. В качестве светочувствительного материала используют сернистый калий. Интегральная чувствительность их доходит до 10000 мкА/лм. Наведенная фото ЭДС достигает 150 мВ. Световая характеристика практически линейна от 0 до 2,0 лм при сопротивлении нагрузки 3 Ом.
Внутренний фотоэффект заключатся в уменьшении сопротивления некоторых п/п под действием светового потока. Световая характеристика фоторезистора (ФР) имеет явно нелинейный характер, вызванный не только световым потоком, но и напряжением, приложенным к ФР. Поэтому ФР характеризуется удельной чувствительностью, определяемой в мкА/лмВ. Важной характеристикой ФР является отношение Rc/RT, т.е. отношение светового сопротивления к темновому, определяемое при освещенности 200 лк. В качестве светочувствительного материала используют сернистый свинец (ФС–А), селенид кадмия (ФС–Д), монокристалл сернистого кадмия (ФС–К). Вольт-амперные характеристики ФР линейны в пределах допустимых мощностей рассеяния. Световая характеристика линейна только при малых уровнях светового потока (до 300 лк). Кратность изменения сопротивления в пределах (1,2-10), темновое сопротивление (104 – 107) Ом.
Фотоэлектрические преобразователи применяются для измерения различных неэлектрических величин и чрезвычайно разнообразны в отношении конструкции и схемы оптического устройства, определяющего воздействие светового потока на ФП.
По принципу использования ФП можно разделить на две группы: к первой относится ФП с амплитудной модуляцией светового потока, а к второй ФП с прерыванием светового потока.
На рисунке 2.8. представлены принципы использования ФП.
A
Ф
ФП
IФ
IФ=f1(Ф)
IФ2=f2(Ф1)
ИС
А
ФП
IФ
Конц.
раств.
Ф1
Ф2
А
ИИ
ФП
IФ
IФ=f3(Ф1)
Ф
Ф1
ИИ
n
Ф
А
Ф
ФП
IФ
3
IФ=f4(n).
Рисунок 2.8 Принципы использования ФП: А – объект измерения; Ф – исходный световой поток; ФП – фотопреобразователь; ИИ – источник излучения