5.2.10. Термоэлектрические преобразователи

Термоэлектрические преобразователи (термопары) основаны на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников (или полупроводников), течет ток, если места спаев проводников имеют различные температуры.

Если взять замкнутый контур, состоящий изразно­родных проводников (термоэлектродов), то на их спаях и возникнут термо-ЭДС и , зависящие от температур и этих спаев. Так как эти термо-ЭДС оказываются включенными встречно, то результирующая термо-ЭДС , действующая в контуре, равна

(5.6)

При равенстве температур обоих спаев результирующая термо-ЭДС равна пулю. Спай, погружаемый в контролируемую среду, на­зывается рабочимконцом термопары, а другой - свободным.

5.2.11. Оптические датчики

В качестве приемных элементов в оптических датчиках используют фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы. Действие фототранзисторов основано на явлении внутреннего фотоэффекта, состоящего в том, что в результате поглощения света в полупроводнике фоторезистора появляются свободные электроны. Под действием приложенного напряжения первичные электроны приходят в движение и сталкиваются с атомами кристаллической решетки, вызывая дополнительный вторичный поток электронов. Таким образом, при освещении фоторезистора его проводимость резко увеличивается, что приводит к увеличению тока в цепи нагрузки. Изменение интенсивности излучение влияет на их сопротивление в непроводящем направлении. В фоторезисторах светом излучается базовая область. При этом действие светового потока (подобно действию напряжения, прикладываемого между базой и эмиттером в обычном транзисторе) приводит к увеличению тока эмиттера и соответственно выходного тока коллектора.

Оптические датчики используют в СЖАТ на метрополитене для контроля скорости движения поездов в районе остановочных платформ; в устройствах пассажирской автоматики (турникетах); в устройствах контроля прохода в тоннель и пр. На сортировочных горках оптические датчики контролируют свободность стрелочных участков при проследовании длиннобазных вагонов.

В системах, предназначенных для автоматического обнаружения перегретых букс подвижного состава (ПОНАБ), применяют датчики, реагирующие на инфракрасное излучение от корпусов греющихся букс. Они называются болометрами. Эти датчики преобразуют инфракрасное излучение от нагретых букс в электрические сигналы. Приемные устройства срабатывают при достижении температуры шеек осей колесных пар определенного значения, зависящего от настройки прибора. В сочетании с рельсовыми педалями система ПОНАБ контролирует наличие нагретых букс и определяет их порядковый номер.

Оптоэлектрические преобразователи используются для бесконтакт­ных измерений разнообразных физических величин. Чаще всего под действием измеряемой величины изменяется интенсивность излучения, например, вследствие изменения температуры излучателя, изменения поглощения или рассеяния оптического канала, однако могут изменять­ся также фазовый сдвиг между колебаниями в двух лучах, вызывае­мый разностью оптического хода этих лучей, частота идлина волны излучения, генерируемого источником.

В преобразователях излучений выход­ная электрическая величина функционально связана с характеристика­ми излучения. В зависимости от вида излучения различают оптоэлектрические и ионизационные преобразователи.

В оптоэлектрическихпреобразователях используется оптическое излучение видимого, инфракрасного или ультрафиолетового диапазона. Источниками излучения могут служить лампы накаливания, газораз­рядные лампы, светодиоды и лазеры. В качестве приемников излуче­ния чаще всего применяют фотоэлементы, фотоумножители, фоторезис­торы, фотодиоды ифототранзисторы. Следует отметить, что фотоэле­менты являются генераторными преобразователями, а фотодиоды мо­гут быть генераторными или параметрическими преобразователями.

Оптоэлектрический преобразователь измеряемой величины или в выходную электрическую величину содержит источник излучения ИИ потока , некоторый оптический канал ОК и прием­ник излучения ПИ, воспринимающий поток и преобразующий его вэлектрическую величину (рис.5.4).

Рис.5.6. Структурная схема оптоэлектрического преобразователя

Воздействие измеряемой величины на поток излучения может осуществляться двумя путями. В первом случае измеряемая величина воздействует непосредственно на источник излучения и изменяет тот или иной параметр излучаемого потока . Во втором случае измеряемая величина модулирует соответствующий параметр потока в процессе его распространения по оптическому каналу.