Фотоелектричні датчики

Фотоелектричним датчиком іменується датчик, який реагує на зміну освітленості. У фотоелектричних датчиках використовуються три види фотоефекту (під фотоефектом розуміється явище зміни властивостей речовини при зміні його освітленості):

1 -Зовнішній фотоефект, який полягає в тому, що під впливом світлової енергії відбувається виліт електронів (емісія) з катода електричної лампи- величина струму емісії залежить від освітленості катода,

2 - внутрішній фотоефект, який полягає в тому, що активний опір (електропровідність) напівпровідника залежить від його освітленості,

3 - вентильний фотоефект, що полягає в тому, що між шарами освітлюється провідника і знаходиться поза зоною напівпровідника, розбитих тонким ізоляційним шаром, з`являється електрорушійна сила, величина якої залежить від освітленості.

На рис. 1 приведена схема з`єднання 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 заповнений 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 фабричним типам фотоелементів із зовнішнім фотоефектом належать фотоелементи типу ЦГ (киснево-цезієвого газонаповнений), типу СЦВ (сурьмяно-цезієвий вакуумний).

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

Світловий рисою фотоелемента іменується залежність фотоструму від світлового потоку, що падає на фотокатод.

Світлова риса визначає чутливість фотоелемента. чутливість фотоелемента є відношення 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 ділиться на інтегральну (за інтенсивністю) і спектральну (по частоті).

Інтегральною чутливістю фотоелемента іменується 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 обгрунтований 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 рис (криві 3 і 4 на рис. 2 а).

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

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

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.

Впровадження 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 виникають додаткові вільні електрони, з цього провідність речовини зростає, а опір його зменшується.

Випускаються промисловістю фотосопротивления мають наступні типові позначення: за знаками ФС, що позначають фотосопротівленіе, стоять букви і числа, що мають відношення до складу матеріалу і до конструкції фотосопротивления. Так, фотосопротивления з сірчистого свинцю, не рахуючи 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, як слід, ток в електронній ланцюга, в яку включено фотосопротівленіе, зростає. Струм через фотосопротівленіе, включене в ланцюг, проходить і в імлі, але при висвітленні величина струму різко зростає. Мірою чутливості фотосопротивления є різниця струмів в імлі 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 становить 3000-10000 мка / лм.

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

література: І. Г. Мясковский "Бази автоматизації виробництва."