Фотоелектричні датчики

Фотоелектричним датчиком називається датчик, який реагує на зміну освітленості.

Фотоелектричний датчик інфрачервоних міток

Фотоелектричний датчик інфрачервоних міток.

У фотоелектричних датчиках використовуються 3 види фотоефекту (під фотоефектом розуміється явище зміни властивостей речовини при зміні його освітленості):

  • зовнішній фотоефект, який полягає в тому, що під впливом світлової енергії відбувається виліт електронів (емісія) з катода електронної лампи- величина струму емісії залежить від освітленості катода;
  • внутрішній фотоефект, який полягає в тому, що активний опір (електропровідність) напівпровідника залежить від його освітленості;
  • вентильний фотоефект, що полягає в тому, що між шарами освітлюється провідника і не освітлюються напівпровідника, розділених тонким ізоляційним шаром, виникає електрорушійна сила, величина якої залежить від освітленості.

Фотоелементи з зовнішнім фотоефектом являють собою вакуумну або газонаповнені лампу з катодом з фоточутливого шару.

Малюнок 1. Схема включення фотоелемента з зовнішнім фотоефектом в електричну мережу

Малюнок 1. Схема включення фотоелемента з зовнішнім фотоефектом в електричну мережу.

На рис. 1 приведена схема зєднання фотоелемента з анодної батареєю. анод А і катод До фотоелемента Ф укладені в скляний балон, з якого відкачано повітря (у вакуумних фотоелементів) або який після відкачування повітря наповнений розрідженим газом - аргоном (у газонаповнених фотоелементів).

Коли світловий потік падає на катод, покритий активним шаром, частина променевої енергії, що поглинається катодом, повідомляються електрони і електрони вилітають з катода. Це явище називається фотоелектронній емісією. Щоб використовувати цю емісію, між анодом і фотокатодом створюється електричне поле, що спрямовує електрони до позитивно зарядженого анода. Коли дія світла припиняється, ток в фотоелементі зникає.

До промислових типів фотоелементів із зовнішнім фотоефектом належать фотоелементи типу ЦГ (киснево-цезієвого газонаповнений), типу СЦВ (сурьмяно-цезієвий вакуумний).

Робота фотоелементів визначається їх характеристиками. Розглянемо деякі з них. Лінія, що зображає залежність фотоструму фотоелемента від напруги на аноді, називається вольт-амперної характеристикою.



Світловий характеристикою фотоелемента називається залежність фотоструму від світлового потоку, що падає на фотокатод.

Характеристики фотоелементів із зовнішнім фотоефектом

Малюнок 2. Характеристики фотоелементів із зовнішнім фотоефектом.

Світлова характеристика визначає чутливість фотоелемента. Чутливість фотоелемента є ставлення величини фотоструму в мікроамперах до величини світлового потоку в люменах, що викликав цей струм. Фотоелемент реагує на інтенсивність світлового потоку і його частоту, тому чутливість його розділяється на інтегральну (за інтенсивністю) і спектральну (по частоті).

Інтегральною чутливістю фотоелемента називається величина струму фотоелектронній емісії, створюваного в фотоелементі всім світловим потоком (від ультрафіолетових до інфрачервоних променів включно).

Спектральна чутливість фотоелемента характеризує його здатність реагувати на світлові коливання однієї частоти (т. Е. Певної довжини хвилі).



У вакуумних фотоелементах анодний струм обумовлений тільки електронами, що вилітають з фотокатода, і світлова характеристика такого фотоелемента лінійна (прямі 1 і 2 на рис. 2 а). У газонаповнених фотоелементах струм створюється не тільки електронами, що вилетіли з катода, але також електронами і іонами, що виходять в результаті іонізації газу, цим пояснюється нелінійність їх світлових характеристик (криві 3 і 4 на рис. 2 а).

На рис. 2 а фототокI виражений в мікроамперах, а світловий потік Ф - в люменах.

У газонаповнених фотоелементах наявні молекули газу створюють можливість використовувати іонізацію для збільшення фотоструму, що наочно видно з порівняння вольтамперних характеристик (рис. 2 б), газонаповненого фотоелемента (крива2) і вакуумного (крива 1).

фотосопротівленіе

Малюнок 3. Фотосопротивления.

Чутливість газонаповненого фотоелемента більше чутливості вакуумного фотоелемента. Наприклад, при номінальному робочій напрузі 240 В інтегральна чутливість вакуумного фотоелемента типу СЦВ-4 становить 100 мкА / лм, а газонаповненого фотоелемента типу ЦГ-4 - 200 мкА / лм.

Використання фотоелементів в схемах автоматики вимагає застосування підсилювачів з дуже великим коефіцієнтом посилення. Фотоелементи з внутрішнім фотоефектом (фотосопротивления). Явище внутрішнього фотоефекту полягає в тому, що в результаті поглинання світла в напівпровіднику зявляються додаткові вільні електрони, завдяки чому провідність речовини збільшується, а опір його зменшується.

Фотосопротівленіе (рис. 3) складається з світлочутливого шару напівпровідника Iтовщиною близько 1 мкм, нанесеного на скляну або кварцову пластинку 2. На поверхні напівпровідника укріплені струмознімальних електроди 3 (Зазвичай золоті). Чутливий до світла елемент з струмознімальних електродами монтується в пластмасовому корпусі так, щоб виступаючі електроди забезпечили включення фотосопротивления в схему через спеціальну панель. На рис. 3 б наведено зовнішній вигляд і дані габарити фотосопротивления типу ФС-К1.

Випускаються промисловістю фотосопротивления мають такі типові позначення: за буквами ФС, що позначають фотосопротівленіе, стоять літери і цифри, які мають відношення до складу матеріалу і до конструкції фотосопротивления. Так, фотосопротивления з сірчистого свинцю, крім букв ФС, мають позначення А, з сірчистого вісмуту - Б, з сірчистого кадмію - К.

Робота фотосопротивления полягає в тому, що при висвітленні електричний опір різко падає і, отже, струм в електричному ланцюзі, в яку включено фотосопротівленіе, зростає. Струм через фотосопротівленіе, включене в ланцюг, проходить і в темряві, але при висвітленні величина струму різко зростає. Мірою чутливості фотосопротивления є різниця струмів в темряві і на світлі, віднесена до величини світлового потоку, що падає на фотосопротівленіе.

Слід підкреслити, що чутливість фотосопротивлений у багато разів більше чутливості фотоелементів із зовнішнім фотоефектом. Інтегральна чутливість деяких фотосопротивлений, наприклад ФС-КМ2, при найбільшому допустимому напрузі складає 3000-10000 мкА / лм.

Основними характеристиками фотосопротивления є: спектральна, яка характеризує чутливість фотосопротивления при дії на нього випромінювання певної довжини хвилі- світлова, яка характеризує чутливість фотосовентільних фотоелементів порівняно велика, так як система електродів, розділених найтоншим замикаючим шаром, утворює значну ємність.




Увага, тільки СЬОГОДНІ!

» » » Фотоелектричні датчики