книги из ГПНТБ / Мяздриков О.Я. Дифференциальные методы гранулометрии

цип электрона с ионизированным центром. Скорость это­ го процесса описывается уравнением вида

На рис. 28 показана зависимость яркости электролю­ минесценции от частоты напряжения.

в

I

Выделяя фильтрами зеленую или голубую полосы из­ лучения, можно получить зависимость интенсивности / данной линии от частоты. Впд этих зависимостей приве­ ден на рис. 29.

К- п. д. электролюмипесцентного преобразователя электрической энергии в световую возрастает с увеличе­ нием напряжения U, через максимум он проходит при напряжениях, близких к пробивному. Согласно ряду оце­ нок, максимальное значение к. п. д. приблизительно 3%.

Интенсивность излучения электролюмпнесцентной ячейкой не постоянна, а изменяется периодически с из­ менением напряжения. Частота этих изменений вдвое больше частоты напряжения питания. Но интенсивность вспышек за положительный и отрицательный периоды, неодинакова. Фотоэлектрическая регистрация волны яр­ кости показывает, что эта волна существенно искажена по сравнению с синусоидой напряжения питания. Эти искажения проявляются в возникновении на восходящей или нисходящей ветвях волн яркости вторичных макси­ мумов, положение и величина которых зависят от часто­ ты, и т. д.

100

Самостоятельный интерес представляет вопрос о воз­ буждении люминесценции импульсным напряжением. Как и при синусоидальном напряжении, за один импульс в общем случае возникают две вспышки люминофора. Одна из них совпадает с фронтом импульса, другая со срезом. Между этими вспышками происходит затухание высветки. Характер высветкн в зависимости от длитель­ ности прямоугольного импульса показан на рис. 30. Из

приведенных зависимостей следует, что по мере умень­ шения длительности импульса затухание высветки электролюмииофора приближается к естественному, опреде­ ляемому рекомбинацнонными процессами электронов и центров свечения. Практически для большинства фосфо­ ров это критическое значение длительности импульса за­ ключено в пределах (50-=-100) • Ю - 6 с.

Как пороговое напряжение, так и яркость свечения, зависят от температуры, причем первое снижается, а вторая возрастает. Зависимость яркости от температу­ ры может быть учтена формулой (171), если аппрокси­ мировать постоянную b гиперболической зависимостью от температуры вида

Влияние температуры можно показать на таком при­ мере: при изменении температуры от 20 до 120° С поро­ говое напряжение снижается в 2—2,5 раза.

С точки зрения технической задачи, которая ставится перед рассматриваемым принципом, важное значение

101

имеет старение электролюмпнофора. В литературе при­ водятся данные, что при определенных значениях напря­ жения и частоты яркость в течение нескольких первых часов или даже минут возрастает, достигая некоторого максимума, после чего несколько спадает за время до тысячи часов и практически достигает стационарного значения по истечении 2—3 тыс. ч работы [40].

Таким образом, использование электролюминесцент­ ного конденсатора как оптического преобразователя воз­ можно. Следовательно, в этот импульс напряжения дол­ жно быть преобразовано то количество электричества t Q, которое было сообщено частице при некотором потен­ циале 0.

102

Ори контакте частицы с электродом заряд части­ цы меняет свой знак. Этот процесс может рассмат­ риваться как возбуждение контура RnC количеством электричества Q. Здесь емкость G — емкость участка электролюмпнесцеитного конденсатора в области кон­ такта частицы. В предельном случае, если удельное со­ противление электрода 4 мало, то С — емкость конден­ сатора в целом. Следует отметить, что более или менее значительные величины сопротивлений электрода 5 по­ лучить трудно, так как это может быть достигнуто толь­ ко за счет уменьшения его толщины, и он ставится полу­ прозрачным. По-видимому, оптимальным условием яв­ ляется такая величина общего сопротивления контура, при которой его постоянная становится равной постоян­ ной времени возгорания данного люминофора. Итак, для импульса напряжения можно написать

(179)

'SdC 0

При дальнейшем рассмотрении в качестве примера используем степенную аппроксимацию яркости высветки от приложенного напряжения. Тогда,

Если сопротивление нагрузки на выходе ФЭУ равно Rn, то для амплитуды выходного напряжения получим

(182)

Откуда

(183)

103

Таким образом, радиус частицы г связан сложной функциональной зависимостью с амплитудой импульса

напряжения Umax.

Однако если учесть, что показатель степени п может изменяться в широких пределах, то целесообразно раз­

существенно снижает требования, предъявляемые к эле­ ктронным элементам аппаратуры.

Укажем источники погрешностей преобразования раз­ мера в электрический сигнал в датчике с электролюмпнесцентным конденсатором. Таковыми являются неста­

люминесценции от величины напряжения питания. Учи­ тывая это, приходим к следующему выражению для от­ носительной погрешности преобразования:

На основании выражения (184) получим значение по­ грешности преобразования порядка +15%, но это явно завышенный результат, так как £ / т а х величина достаточ­ но неопределенная из-за того, что электролюмпнесцентные конденсаторы на основе суспензий фосфоров неодно­ родны в чувствительности по поверхности. Слои же фос­ фора поликристаллнческой модификации, полученные методом напыления, крайне непрочны. Поэтому приве­ денная выше цифра, по-видимому, должна быть увели­ чена в несколько раз.

Что касается минимально регистрируемого размера,

импульсного метода с оптической развязкой основан на том, что некоторые суспензии в твердом диэлектрике

104

возбуждаются, когда механическое напряжение в них изменяется во времени [28]. Особый интерес представ­ ляет возбуждение при соударении частицы со слоем суспензии фосфора. Наиболее наглядно и просто этот принцип может быть осуществлен по схеме, приведенной ма рис. 32. Слой 3 суспензии фосфора возбуждается при ударе шарика /, имеющего массу т и падающего с вы­

силы тяжести

регистрируется фотоумножителем 6 и, следовательно, выходной величиной является импульс напряжения с ам­ плитудой f/maxЭта амплитуда несет интересующую нас информацию при учете некоторых положений теории удара [15]. Согласно этой теории, полное время удара Т определяется выражением

Выражение (185) позволяет оценить время удара, кото­ рое мало зависит от скорости соударения и по порядку величин находится в пределах 10~4—10^-5 с. Последняя

105

цифра имеет существенное значение, так как показыва­ ет, принципиально возможно получение представитель­ ного результата за достаточно короткий промежуток времени.

Для нахождения связи между амплитудой f / m a x им­ пульса напряжения, снимаемого с выхода ФЭУ, и радиу­ сом г сферической частицы при скорости соударения v используем ударную силу Р, возникающую в процессе соударения, и сопутствующую ей деформацию а по пло­ щади контакта соударения. Законы изменения этих ве­

"1,068и

Кнекоторому моменту времени 1\ величины Р{1) и а (О достигают максимальных значений:

Затем за время t% обе эти величины уменьшаются до ну­ ля. Сумма времен t\ и U составляют полное время уда­ ра Т.

Используем приведенные соотношения для соударе­ ния сферической частицы со слоем суспензии фосфора в.твердом диэлектрике, т. е. будем рассматривать слой суспензии люминофора в твердом диэлектрике, нанесен­ ный на стеклянное основание как достаточно массивную плиту в сравнении с массой шарика.

Учитывая на основании опыта, что мгновенное зна­ чение яркости B(t) вспышки фосфора в зоне деформа­ ции при ударе пропорционально скорости возрастания энергии деформации, можно написать

.106

Выражение (194) показывает, что амплитуда импуль­ сного сигнала пропорциональна квадрату радиуса сфе­ рической частицы. Из формулы (193) следует, что в про­ цессе единичного удара импульс напряжения на выходе ФЭУ должен иметь два максимума:

Из последних выражений найдем расстояние между максимумами

Эта формула удовлетворительно согласуется с дан­ ными эксперимента. Отметим, что приведенные выраже­ ния справедливы для случая, когда постоянные времени возгорания и затухания люминофора значительно мень­ ше, чем полное время соударения Т, в противном случае процессы накладываются (аналогично возбуждению электролюминесценции импульсом напряжения) и ам-

107

плптуда импульса выходного напряжения пропорцио­ нальна максимальной энергии при соударении [17]

^гпах = max.а т а х - (199)

Коэффициенты k\ п /е характеризуют чувствитель­ ность суспензии фосфора к механическому возбуждению и зависят от типа ФЭУ и режима его питания. Кроме ко­ эффициентов &i н k, применимость для анализа той или иной суспензии фосфора в твердом диэлектрике опреде­ ляют и такпе-нараметры, как активная длительность им­ пульса ta, длительность фронта £фР и спектральная об­ ласть излучения фосфора. Один из них (k, k{ и спектр излучения) определяют чувствительность; другие (/„ и Арр) — допустимые скорости выработки информации. Основные характеристики некоторых из исследованных фосфоров [29] приведены в табл. 2, в которой значения

ki и k получены по данным эксперимента согласно схеме, приведенной на рис. 32, с использованием ФЭУ-13 с на­ пряжением на аноде 1300 В. Для более чувствительных ФЭУ (ФЭУ-15, ФЭУ-51) и лучшем согласовании по спек­ тральной чувствительности эти величины, по-видимому, могут быть улучшены в пределах 1—2 порядков.

108

Неравномерность распределения фосфора в связую­ щем диэлектрике приводит к тому, что в различных точ­ ках поверхности суспензии при одной и той же энергии шарика, параметры удара различны. Следствием этого является различие амплитуд импульсов напряжения, снимаемых с выхода ФЭУ от опыта к опыту. Некоторые выбросы достигают 100%. В связи с этим [18] был про­ веден статистический эксперимент, сущность которого сводилась к механическому возбуждению суспензии фос­ фора, повторенному при строго постоянных условиях. Выло установлено, что экспериментально . полученные гистограммы с большой степенью достоверности соответ­ ствуют кривой плотности распределения вероятностей появления импульсов данного напряжения по логариф­ мическому нормальному закону:

Знание закона распределения позволяет построить до­ верительный интервал, в котором с заданной вероятно­ стью можно ожидать появления импульса напряжения той пли иной амплитуды. На графике рис. 33 и приведе­ на зависимость наиболее вероятного значения амплиту­ ды импульса от энергии падающего шарика. Линейный характер зависимости сохраняется до некоторого крити­ ческого значения энергии Wup. Нарушение хода кривой вызвано тем,,что с увеличением энергии зона деформа­ ции выходит за пределы толщины слоя суспензии и даль­ нейшее увеличение амплитуды импульса обусловливает­ ся только ростом площади соприкосновения при ударе; только за счет этого фактора будет расти деформируе­ мый объем.

Чувствительность электролюминесцентной панели по­ вышается с увеличением концентрации зерен фосфора и

109