LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

1

1. POMIARY OPTOELEKTRONICZNE

1.1. Wprowadzenie

Natężenie oświetlenia dziennego jest to iloraz strumienia świetlnego po-

chodzącego od źródła światła do powierzchni oświetlanej.

]

[lx

S

E

Φ

=

Rys. 1.1. Graficzna ilustracja natężenia oświetlenia E.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

2

Rys. 1.2. Wartości natężenia oświetlenia E (źródło światła naturalne).

1.1.1. Zjawisko fotoelektryczne.

Jest to zjawisko elektryczne występujące w ciałach pod wpływem promienio-

wania elektromagnetycznego (np. światła). Jest związane ze wzrostem energii elek-

tronów w ciele wskutek pochłaniania fotonów.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne zwane fotoemisją elektronową zachodzi

gdy energia fotonu

ν

h padającego na powierzchnię ciała jest większa od pracy wyj-

ścia W elektronu z danej substancji.

K

E

W

h

+

=

ν

−

K

E

maksymalna energia kinetyczna emitowanego elektronu

Emisja fotoelektronowa występuje zatem przy promieniowaniu o częstotliwości

większej od tzw. częstotliwości progowej.

ϕ

ϕ

ν

14

0

10

42

,

2

⋅

=

=

h

e

−

e

ładunek elementarny

−

ϕ

potencjał wyjścia

−

h

stała Plancka

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

3

Długość fali odpowiadająca częstotliwości progowej nazywa się progiem falo-

wym emisji fotoelektrycznej

ϕ

ϕ

λ

6

0

10

24

,

1

−

⋅

=

=

e

hc

−

c

prędkość światła w próżni

Elektrony uzyskiwane w wyniku efektu fotoelektrycznego są nazywane foto-

elektronami, a wytwarzany przez nie prąd – prądem fotoelektronowym. Przy określo-

nej energii fotonów (czyli określonej długości fali) liczba fotoelektronów jest propor-

cjonalna do liczby padających fotonów.

Prąd fotoelektronowy jest zatem (przy stałej długości fali) proporcjonalny do

mocy promieniowania (prawo Stoletova).

λ

λ

Φ

= S

I

f

−

f

I

prąd fotoelektryczny

−

λ

S

czułość fotokatody

−

Φ

λ

strumień świetlny promieniowania monochromatycznego, padającego na foto-

katodę.

Stosunek liczby fotoelektronów do liczby padających fotonów nazywa się wy-

dajnością kwantowej emisji fotoelektronowej. Wydajność ta jest zazwyczaj bardzo

mała (rzędu

2

5

10

5

10

−

−

⋅

÷

), a jedynie w najbardziej korzystnych warunkach dochodzi

do

%

20

.

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne zachodzi gdy energia fotonu

ν

h jest

mniejsza od pracy wyjścia W elektronu, wówczas pochłonięta energia może przy-

czynić się do swobodniejszego poruszania się elektronów w ciele (co jest związane z

przejściem elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa).

Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne przejawia się bądź w zmniejszeniu oporu wła-

ściwego ciała półprzewodnika, dielektryka (fotoprzewodnictwo), bądź na polaryzacji

złącza p-n ciała (zjawisko fotowoltaniczne).

Fotoprzewodnictwo jest to zmiana przewodności ciał pod wpływem działania

promieniowania elektromagnetycznego. Jest związane z zwiększeniem koncentracji

elektronów w paśmie przewodnictwa lub dziur w paśmie walencyjnym.

Zjawisko fotowoltaniczne polega na przechodzeniu elektronów do obszaru n, a

dziur do obszaru p w wyniku pochłonięcia energii. Na granicy tych obszarów powsta-

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

4

je różnica potencjałów. Na złączu p-n następuje zamiana energii promienistej w

energię elektryczną. Złącze staje się więc źródłem siły elektromotorycznej.

1.1.2. Wtórna emisja elektronów.

Wtórną emisją elektronów jest zjawisko fizyczne, w którym ciała stałe emitują

elektrony pod wpływem bombardowania ich powierzchni wiązką elektronów o dosta-

tecznej energii. Elektrony bombardujące nazywane są elektronami pierwotnymi, a

elektrony emitowane przez ciało elektronami wtórnymi. Materiały wykazujące emisję

wtórną nazywane są emiterami.

Wtórna emisja scharakteryzowana jest przez współczynnik emisji wtórnej

p

w

I

I

=

δ

−

w

I

prąd elektronów wtórnych

−

p

I

prąd elektronów pierwotnych

1.2. Przetworniki fotoelektryczne.

Wszystkie przyrządy fotoelektryczne można podzielić na dwie grupy ze wzglę-

du na kierunek przemiany energetycznej. Pierwszą grupę stanowią fotodetektory i

fotoogniwa, tj. przyrządy służące do przemiany sygnałów optycznych ( energii świa-

tła ) w sygnały elektryczne ( energię elektryczną).

W tej grupie można wymienić przede wszystkim:

- fotorezystory;

- fotodiody i fotoogniwa;

- fototranzystory.

Druga grupa obejmuje wskaźniki i źródła światła, tj. przyrządy służące do

przemiany sygnałów elektrycznych (energii elektrycznej) w sygnały optyczne (energię

światła). Są to przede wszystkim :

- diody elektroluminescencyjne;

- wskaźniki z kryształów ciekłych.

Oddzielną grupę przyrządów optoelektronicznych stanowią transoptory, tj.

przyrządy funkcjonalne działające na zasadzie sprzężenia, w jedną całość, źródła

światła (diody elektroluminescencyjnej) z fotodetektorem (fotodiodą lub fototranzysto-

rem).

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

5

1.2.1. Fotorezystory.

Są to rezystory półprzewodnikowe, których rezystancja zmienia się pod wpły-

wem oświetlenia. Światło o odpowiedniej długości fali wywołuje generację par elek-

tron-dziura. Dodatkowa liczba elektron i dziur wywołuje zwiększenie konduktywności

półprzewodnika i odpowiednie zmniejszenie rezystancji fotorezystora. Fotorezystory

są wytwarzane zwykle z takich materiałów jak siarczek kadmu ( CdS ), siarczek oło-

wiu ( PbS ), selenek ołowiu ( PbSe ), tellurek ołowiu ( PbTe ).

• Właściwości optyczne fotorezystorów.

Oświetlenie fotorezystora, do którego końcówek przyłożono napięcie, powodu-

je zwiększenie przepływu prądu. Różnica między całkowitym prądem I a prądem

ciemnym I

o

, jest nazywana prądem fotoelektrycznym I

p

, czyli I

p

= I – I

o

. Związek mię-

dzy prądem fotoelektrycznym I

p

a natężeniem oświetlenia określa zależność

γ

E

G

I

p

⋅

=

gdzie:

G, γ - wartości stałe.

Czułość widmowa to zależność rezystancji od natężenia oświetlenia. Na war-

tość czułości wpływa rodzaj materiału i sposób jego domieszkowania – dobieranie ze

względu na przeznaczenie fotorezystora. Rezystancję fotorezystora określa zależ-

ność:

l

d

R

δ

=

Rys. 1.3. Zależność rezystancji R

E

fotorezystora Cds od natężenia oświetlenia.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

6

Rezystancję fotorezystora można zwiększać przez wzrost odstępu elektrod d i

zmniejszanie szerokości l (rys. 1.4). Odległości d nie można jednak dowolnie

zmniejszać, gdyż maleje wtedy maksymalne napięcie pracy dopuszczalne dla dane-

go fotorezystora, a ponadto maleje dopuszczalna moc rozproszenia.

Rys. 1.4. Oznaczenia wymiarów fotorezystora.

Innym parametrem jest współczynnik n określany jako stosunek rezystancji

przy danej wartości natężenia oświetlenia

50

R

R

n

D

=

gdzie: R

D

– Rezystancja ciemna

R

50

– Rezystancja przy natężeniu oświetleniu równym 50 lx.

Wartość rezystancji ciemnej zależy od stopnia czystości półprzewodnika. Re-

zystancja ciemna jest około tysiąc razy większa niż rezystancja przy oświetleniu 50 lx

Na podstawie charakterystyki prądowo – napięciowej fotorezystora dobiera się wła-

ściwy obszar jego pracy. Charakterystyki te są liniowe w dużym zakresie napięć i

prądów.

Rys. 1.5. Charakterystyka prądowo – napięciowa fotorezystora.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

7

Fotorezystory wykonuje się najczęściej w postaci cienkich półprzewodniko-

wych warstw monokrystalicznych lub polikrystalicznych naniesionych izolacyjne np.

szklane podłoże (rys. 1.6a). Materiał światłoczuły rozdzielają dwie metalowe elektro-

dy mające wyprowadzenia. Elektrody te często mają kształt grzebieniowy (rys. 1.6b).

a) b)

Rys. 1.6. Fotorezystor.

a) budowa, b) grzebieniowy kształt elektrod.

Wadą fotorezystora jest wrażliwość temperaturowa.

3.2.2. Fotodiody i fotoogniwa.

W oświetlonym złączu p-n występują dwa zjawiska:

- powstaje siła elektromotoryczna ( zjawisko fotowoltaniczne );

- prąd wsteczny zależy od natężenia promieniowania świetlnego.

Pierwsze zjawisko obserwuje się przy braku polaryzacji zewnętrznej (rozwar-

cie), wówczas złącze spełnia funkcję źródła energii elektrycznej i jest nazywane fo-

toogniwem lub baterią słoneczną. Drugie zjawisko obserwuje się przy polaryzacji złą-

cza w kierunku wstecznym. Złącze spełnia wówczas funkcję rezystancji nieliniowej,

zależnej od promieniowania świetlnego i jest nazywane fotodiodą. Przyczyną obu

tych zjawisk jest generacja świetlna par elektron-dziura w obszarze warstwy zapo-

rowej złącza p-n lub w bliskim jego sąsiedztwie.

Fotoogniwa stosowane jako detektory światła, są wykonywane techniką pla-

narną w krzemie. Ich powierzchnia światłoczuła wynosi przeważnie od kilku do kilku-

dziesięciu cm

2

. Fotoogniwa stosowane w bateriach słonecznych do wytwarzania

energii elektrycznej są to złącza p-n o dużej powierzchni światłoczułej.

Fotodiody są stosowane wyłącznie do detekcji światła, podczas gdy fotoogni-

wa - do detekcji światła oraz jako źródła energii elektrycznej. Główną zaletą fotodiod

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

8

jest duża szybkość ich działania. Są one wytwarzane w różnych odmianach kon-

strukcyjnych: diody Schottky’ego, ostrzowe, diody pin, lawinowe i kwadrantowe.

Rys. 1.7. Fotodioda - symbol

Fotodioda pracuje przy polaryzacji złącza w kierunku zaporowym. W stanie

ciemnym (przy braku oświetlenia) przez fotodiodę płynie tylko prąd ciemny, będący

prądem wstecznym złącza określonym przez termiczną generację nośników. Oświe-

tlenie złącza powoduje generację dodatkowych nośników i wzrost prądu wstecznego

złącza, proporcjonalny do natężenia padającego promieniowania.

Rys. 1.8. Fotodioda pn

W fotodiodzie pin między domieszkowanymi obszarami p-nznajduje się war-

stwa półprzewodnika samoistnego i. W takiej strukturze warstwa zaporowa ma dużą

grubość, równą w przybliżeniu grubości warstwy samoistnej, co powoduje że pojem-

ność takiego złącza jest bardzo mała, z czym wiąże się mała bezwładność działania

fotodiody.

Rys. 1.9. Fotodioda pin

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

9

Fotodioda lawinowa jest elementem pracującym w zakresie przebicia lawino-

wego złącza pn.

Rys. 1.10. Fotodioda lawinowa

Fotodioda lawinowa jest najbardziej czułym, półprzewodnikowym detektorem

światła. Fotoprąd jest tak duży, jak w zwykłej fotodiodzie, ale jest wzmacniany w war-

stwie, gdzie fotoelektrony są przyspieszane przez silne pole elektryczne. Pociąga to

za sobą dalsze elektrony, które z kolei pociągają następne. Jest to tak zwany efekt

lawinowy. Sygnał jest wzmacniany wewnętrznie ok. 100 razy. Diody lawinowe są

czułe na różnice napięcia i temperatury i dlatego muszą być bardzo dokładnie kom-

pensowane.

Fotodioda –zastosowanie

• Detektory światła widzialnego i podczerwonego,

• Detektory kartek, końca taśmy,

• Mierniki odległości i wymiarów,

• Komunikacja światłowodowa.

Fotodioda -parametry

• Maksymalne napięcie wsteczne U

r

,

• Czułość na natężenie oświetlenia,

• Czułość na moc promieniowania,

• Czas narastania,

• Prąd ciemny,

• Kąt detekcji,

• Zależność czułości od długości fali padającego światła.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

10

1.2.3. Fototranzystor

Fototranzystorem nazywamy element półprzewodnikowy z dwoma złączami p-

n. Działa tak samo jak tranzystor z tą różnicą, że prąd kolektora nie zależy od prądu

bazy, lecz od natężenia promieniowania oświetlającego obszar bazy. Oświetlenie

wpływa na rezystancję obszaru emiter-baza. Fototranzystory wykonuje się najczę-

ściej z krzemu.

Rys. 1.11. Zasada działania fototranzystora.

Oświetlenie fototranzystora powoduje wygenerowanie par elektron-dziura w

warstwie typu p. Elektrony jako ujemne nośniki ładunku przechodzą do obszaru ko-

lektora dzięki polaryzacji zaporowej złącza kolektorowego. Dziury nie mogą przejść

do obwodu emiterowego z powodu istniejącej bariery potencjału na złączu baza-

emiter. Część z nich jednak przechodzi do emitera, gdyż mają dostatecznie dużą

energię kinetyczną i tam ulegają rekombinacji. Natomiast dziury, które nie przeszły

powiększają nieskompensowany ładunek dodatni, obniżając barierę energetyczną

złącza emiterowego. W wyniku czego elektrony z obszaru n pokonują barierę zwięk-

szając strumień elektronów przechodzących z emitera do bazy, a potem do kolekto-

ra. Elektrony te zwiększają prąd kolektora w znacznie większym stopniu, niż elektro-

ny, które powstały w wyniku generacji par elektron-dziura bezpośrednio w obszarze

bazy pod wpływem oświetlenia. W ten sposób zachodzi wewnętrzne wzmocnienie

prądu fotoelektrycznego I

P

. Przez fototranzystor nie oświetlony płynie niewielki prąd

ciemny I

CE0

. Natomiast prąd jasny kolektor-emiter fototranzystora w układzie WE z

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

11

rozwartą bazą opisany jest zależnością:

p

CE

e

CE

I

I

I

β

+

=

0

)

(

W fototranzystorach końcówka może być wyprowadzona na zewnątrz obudo-

wy lub nie, dlatego też fototranzystor może pracować jako:

• fotoogniwo, wykorzystuje się tu złącze kolektor-baza (rys. 1.12 a),

• fotodioda, wykorzystane jest tu złącze kolektor-baza przy polaryzacji zaporowej (rys.

1.12 b),

• fototranzystor bez wyprowadzonej końcówki bazy w tym przypadku pracuje jako nor-

malny Fototranzystor (rys. 1.12 c),

• fototranzystor z wyprowadzoną końcówką bazy – można go niezależnie sterować

optycznie i elektrycznie (rys. 1.12 d).

a) b) c) d)

Rys. 1.12. Fo-

totranzystor

Charakterystyka prądowo – napięciowa. Jest ona identyczna z kształtem kon-

wencjonalnego tranzystora. Ze wzrostem temperatury złącza zwiększa się prąd

ciemny i prąd fotoelektryczny. Wartość prądu ciemnego zależy od napięcia U

CE

.

Fototranzystory mają znacznie większą czułość dzięki wzmocnieniu we-

wnętrznemu pierwotnego prądu fotoelektrycznego oraz możliwość jednoczesnego

sterowania prądu kolektora za pomocą sygnałów elektrycznych i świetlnych. Wadą

fototranzystorów jest ich mała prędkość działania. Częstotliwość graniczna f

T

jest

rzędu kilkudziesięciu kiloherców.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

12

Rys. 1.13. Fototranzystor:: a) charakterystyka prądowo – napięciowa,

b)charakterystyka czułości widmowej.

Fototranzystory znalazły duże zastosowanie. Głównymi obszarami zastoso-

wania są układy automatyki i zdalnego sterowania, układy pomiarowe wielkości elek-

trycznych i nieelektrycznych, przetworniki analogowo – cyfrowe, układy łączy opto-

elektronicznych, czytniki taśm i kart kodowych itp.

1.2.4. Transoptory

Fotoodbiorniki możemy sprzęgać z diodami elektroluminescencyjnymi, w celu

przesłania sygnałów na drodze optycznej. W ten sposób uzyskujemy przekazywanie

sygnałów z jednego układu do drugiego, przy galwanicznym odseparowaniu tych

układów. Tak powstały przyrząd nazywamy transoptorem (dioda i fotodetektor w róż-

nych obudowach) lub łączem optoelektronicznym (dioda i fotodetektor w jednej obu-

dowie).

Transoptor jest półprzewodnikowym elementem optoelektronicznym, składają-

cym się z co najmniej jednego fotoemitera i co najmniej jednego fotodetektora,

umieszczonych we wspólnej obudowie (rys. 1.14.).

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

13

Rys. 1.14. Budowa transoptora

1 – fotoemiter, 2 – fotodetektor, 3 – światłowód, 4 – obudowa.

Transoptor może być:

• zamknięty – transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem nastę-

puje za pomocą światłowodu,

• otwarty – transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem następuje

w powietrzu.

Transoptor pozwala przesyłać sygnały elektryczne z wejścia na wyjście bez

połączeń galwanicznych obwodów wejściowego i wyjściowego. W transoptorze rolę

fotoemitera w obwodzie wejściowym spełnia zwykle dioda elektroluminescencyjna z

arsenku galu GaAs. Na wyjściu transoptora może znajdować się fotodioda lub foto-

tranzystor.

a)

b)

Rys. 1.15. Schemat transoptorów. a) z fotodiodą, b) z fototranzystorem.

Transoptor pracuje w zakresie podczerwieni. Parametry transoptora charakte-

ryzują właściwości jego elementów składowych, tzn. diody elektroluminescencyjnej i

fotodetektora.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

14

Rys. 1.16. Charakterystyka przejściowa transoptora:

Dioda elektroluminescencyjna – fototranzystor.

Charakterystyka przejściowa (rys. 1.16) przedstawia zależność prądu wyj-

ściowego I

0

(np. prądu kolektor-emiter I

CE

fototranzystora) od prądu wejściowego I

I

(np. prądu przewodzenia I

F

fotodiody). Z nachylenia tej charakterystyki możemy wy-

znaczyć wzmocnienie transoptora, nazywane również przekładnią prądową CTR

.

Wartość CTR zależy przede wszystkim od fotodetektora.

Ważnym parametrem jest napięcie stałe izolacji U

IO

(lub napięcie zmienne

U

io

), tj. dopuszczalna wartość napięcia przyłożonego pomiędzy zwarte końcówki wej-

ściowe i wyjściowe, nie powodująca przebicia elektrycznego izolacji transoptora. Na-

pięcie to wynosi od kilkuset woltów do kilku, a nawet kilkudziesięciu kilowoltów.

W produkcji są także transoptory otwarte: refleksyjne i szczelinowe, w których obwód

wejściowy jest sprzężony optycznie z obwodem wyjściowym za pośrednictwem

przedmiotów zewnętrznych. W transoptorach refleksyjnych promieniowanie wysyłane

przez fotemiter ulega odbiciu od przedmiotu zewnętrznego i powraca do fotodetekto-

ra. W transoptorach szczelinowych strumień promieniowania może być przerwany

mechanicznie przez przedmiot wkładany w szczelinę między fotodetektorem a foto-

emiterem.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

15

Rys. 1.17. Schematycznie przedstawiona budowa transoptora scalonego:

a) transoptor w obudowie; b) schemat struktury; c) symbol graficzny.

Rys. 1.18. Schematycznie przedstawiona budowa transoptora otwartego:

a) szczelinowego; b) odbiciowego

1 - LED; 2 - fototranzystor; 3 - obudowa;

4 - element przerywający (przesłona) lub odbijający (zwierciadło) strumień świetlny

Rys. 1.19. Transoptor jak klucz elektroniczny

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

16

Transoptory stosuje się:

• do galwanicznego rozdzielania obwodów, - np. w technice wysokich napięć,

• w technice pomiarowej i automatyce,

• w sprzęcie komputerowym,

• w sprzęcie telekomunikacyjnym.

Spełniają one również rolę potencjometrów bezstykowych oraz przekaźników

optoelektronicznych, wykorzystywanych do budowy klawiatury kalkulatorów i kompu-

terów.

W układach sygnalizacyjnych i zabezpieczających są stosowane jako:

• wyłączniki krańcowe,

• czujniki otworów,

• czujniki położenia,

• wskaźniki poziomu cieczy.

1.3 Schemat ideowy układu pomiarowego

Rys. 1.20. Schemat ideowy układu.

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

17

1.4. REALIZACJA PRAKTYCZNA ĆWICZENIA – POMIARY.

W ćwiczeniu zastosowano układ pomiarowy (rys. 1.20.) wykonany w ramach

pracy dyplomowej oraz woltomierze cyfrowe i luksomierz Lx105

1.4.1 Dokonać pomiaru napięcia fotorezystora i natężenia oświetlenia dla oprawy ze

źródłem żarówkowym.

1.4.2 Dokonać pomiaru napięcia fototranzystora i natężenia oświetlenia dla oprawy

ze źródłem żarówkowym.

1.4.3 Dokonać pomiaru napięcia fotorezystora i natężenia oświetlenia dla oprawy ze

źródłem halogenowym.

1.4.4 Dokonać pomiaru napięcia fototranzystora i natężenia oświetlenia dla oprawy

ze źródłem halogenowym.

1.4.5 Dokonać pomiaru napięcia fotorezystora i natężenia oświetlenia dla oprawy ze

źródłem LED.

1.4.6 Dokonać pomiaru napięcia fototranzystora i natężenia oświetlenia dla oprawy

ze źródłem LED.

Tematy do opracowania

1. Narysować charakterystyki U = f (E) dla pomiarów z punktów 1.4.1 – 1.1.6.

2. Dla każdej charakterystyki obliczyć względny błąd pomiaru (dla dowolnego

punktu pomiaru).

%

100

x

d

L

L

L

∆

±

=

δ

gdzie:

L

x

- wartość mierzona, ∆L

d

- błąd dyskretyzacji (rozdzielczość).

UWAGA

Konieczność przygotowania przed zajęciami informacji na temat przetwornika, dokładno-
ści i rozdzielczości luxomierza Lx105 (strony WWW na podstawie symboli przyrządów).

LABORATORIUM

Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych

Pomiary optoelektroniczne

przedstawione materiały zostały użyte wyłącznie w celach dydaktycznych

dr inż. Marek KURKOWSKI

18

1.5. PYTANIA SPRAWDZAJĄCE

1. Natężenie oświetlenia – metodyka pomiarów.

2. Rodzaje przetworników fotoelektrycznych.

3. Transoptor – budowa i zastosowanie.

4. Pomiar natężenia oświetlenia luksomierzem - istota działania, właściwości metro-

logiczne i eksploatacyjne.

LITERATURA

1. Wykład

2. J. Piotrowski: Pomiary czujniki i metody pomiarowe wybranych wielkości fi-

zycznych i składu chemicznego WNT Warszawa 2009

3. M. Miłek: Metrologia elektryczna wielkości nieelektrycznych

Uniwersytet Zielonogórski 2006

4. A. Chwaleba, J. Czajewski: Przetworniki pomiarowe i defektoskopowe, Wy-

dawnictwo Politechniki Warszawskiej 1998

5. L. Michalski, K. Eckersdorf, J. Kucharski: Termometria – przyrządy i metody,

wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź 2004.

6. A. Michalski, S. Tumański, B. Żyła: Laboratorium miernictwa wielkości nieelek-

trycznych, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej 1999

7. Strony www firm:

INTROL
LUMEL
LABEL
NDN
DACPOL
I INNE