Фотоэлектрические преобразователи

Фотоэлектрическими являются такие первичные измерительные преобразователи, которые реагируют на электромагнитное излучение, падающее на поверхность преобразующего элемента. Излучение может быть видимым, т.е. световым, а также иметь большую или меньшую длину волны и быть невидимым. Известны три основных типа фотоэлектрических преобразователей: два из нх официально классифицируются как полупроводниковые приборы (фотоэлектрические и фотополупроводниковые). Они подробно рассмотрены низке. Хотя фотоэлектрический преобразователь и не относится к полупроводниковым приборам, он тоже будет описан ниже.

Фотопроводящие преобразователи

Эти преобразователи превращают изменение измеряемой величины в изменение сопротивления используемого материала (рис. 2.8). Несмотря на то что используе-

Электро магнитное излучение

Изменение сопротивления

Рис. 2:8. Фотопроводящее преобразование

Электромагнитное излучение

Фотоэлект рический • слой

-Электрод

Прозрачный -°

электрод

Рис. 2.9. Солнечный элемент как пример фотоэлектрического преобразования

мые материалы являются полупроводниковыми, фотопроводящие преобразователи не всегда являются полупроводниковыми приборами, поскольку они не имеют переходов между различными типами полупроводников. Такие преобразователи называются пассивными, т. ё. нуждаются во внешнем питании. Зачастую их название характеризует тип используемого преобразования, например светочувствительные резисторы.

Сопротивление материала является функцией плот-

ности основных носителей заряда, и так как" плотность увеличивается с возрастанием интенсивности излучения, то проводимость возрастает. Поскольку проводимость обратно пропорциональна сопротивлению, можно заключить, что сопротивление является обратной функцией интенсивности облучения. Значение сопротивления при полном облучении составляет в общем случае 100 200 Ом, а в полной темноте это сопротивление равняется мегаомам. В конструкции зависящих от света резисторов чаще всего используются такие материалы, как сульфид кадмия или селенид кадмия.

Солнечныеэлементы "

* •

Солнечные элементы представляют собой фотоэлектрические преобразователи, которые превращают излучаемую электромагнитную энергию в электрическую, , т.е. изменение измеряемого значения излучения преобразуется в изменение выходного напряжения (рис. 2.9).

Конструкция преобразователя включает в себя слой фоточуветвительного высокоомного материала, размешенного между двумя проводящими электродами. Один из электродов выполнен из прозрачного материала, через который проходит излучение и попадает на фоточувствительный материал. При полном освещении один элемент вырабатывает выходное напряжение между электродами около 0,5 В. ,

Резистивные преобразователи

Весьма большим классом измерительных преобразователей являются резистивные преобразователи, принцип действия которых основан на преобразовании значения измеряемой величины в изменение сопротивления. Последнее может быть вызвано различными эффектами в преобразующем элементе, например нагреванием или охлаждением, механическим напряжением, воздействием светового потока (как в фотопроводящих преобразователях), увлажнением, осушением, механическим перемещением контактной щетки реостата.

Если через резистивный материал во время изменения измеряемой величины протекает фиксированный ток, то результатом будет изменение напряжения вдоль ма-

териала, которое отражает изменение измеряемой величины.

Одним из вариантов резистивного преобразователя является потенциометрический преобразователь, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение отношения напряжений вследствие изменения положения контактной щетки на резистивном материале, запитываемом от внешнего источника (рис. 2.10). Определенный механический элемент преобразует изменение измеряемой величины в перемещение щетки.

РезастиВный элемент

Изменение тпртения

Рис. 2.10. Резистивное преобразование, при котором используется потенциометрическое устройство, вызывающее изменение выходного напряжения

Рис. 2.11. Эквивалентная схема потенциометрическо-го устройства, изображенного на рис. 2.10

Потенциометр, изображенный на рис. 2.10, можно представить в виде эквивалентной электрической схемы, как это сделано на рис. 2.11. Его выходное напряжение определяется выражением

" Rt + R . • , •

где Vi - напряжение на входе.

Когда прикладываемое на вход прибора напряжение является постоянным и измеряемое значение определяется положением щетки потенциометра, тогда выходное напряжение есть непосредственно функция измеряемой величины.

. В преобразователях могут использоваться потенцио-метрические устройства (с одним или несколькими со- противлениями в схеме) либо они сами являются потенциометром. В последнем случае потенциометрический элемент будет переменным. Некоторые преобразователи