CC BY
9
М. И. КУЛЕНОК
Фотоэлектрические приборы: объективный люксметр, измерители отражения и пропускания света
Из кафедры гигиены Ленинградского государственного педиатрического медицинского института
(Расширенная аннотация)
Для объективных световых измерений заслуженным признанием пользуются селеновые фотоэлементы с фотоэффектом в пограничном слое. Они представляют очищенную от окислов железную пластинку, на которую нанесен тонкий слой селена. На этот слой в свою очередь нанесен тонкий прозрачный слой какого-либо металла (золота, платины и др.), выполняющего функции электрода. Явление фотоэффекта обусловливается потоком электронов, возникающих под действием лучистой энергии в полупроводнике (селене) на границе с электродом. Эти электроны проникают сквозь запирающий слой, расположенный между полупроводником и электродом, и создают во внешней цепи ток, который пропорционален освещенности в том случае, если суммарное сопротивление полупроводника, прозрачного электрода и контактов будет мало по сравнению с сопротивлением запирающего слоя.
С течением времени чувствительность фотоэлементов претерпевает изменение. Ошибки, возникающие в этом случае, при небольших осве-щенностях достигают величины 1—2°/о, а при освещенностях выше 1 ООО люкс они делаются больше 5°/о.
Влияние температуры на работу фотоэлемента весьма существенно и при значительных колебаниях ее возникает необходимость введения в результат измерений поправочных величин.
1. Предлагаемая нами конструкция люксметра представлена фотоэлектрическим приемником, электроизмерительным прибором с шунтами и несколькими диафрагмами.
Фотоэлектрический приемник представляет селеновый фотоэлемент, вмонтированный в плоскую колодку с удлиненным концом, служащим рукояткой. Поверхность фотоэлемента защищена от действия прямых лучей стеклянной матовой пластинкой. Клеммы фотоэлемента при помощи провода связаны с электроизмерительным прибором — гальванометром с чувствительностью порядка 0,20 тА на 1° и сопротивлением в пределах 100 ом. С гальванометром связываются 2 шунта — сопротивления, включенные последовательно в цепь фотоэлемента. Величина шунтов подобрана так, что при включении их чувствительность всей системы снижается в 10 и 100 раз. Это дает возможность использования шкалы прибора для отсчета освещенностей от 0 до 10 000 люкс. Включение шунтов осуществляется нажатием соответствующих кнопок, расположенных в рукоятке приемника.
Шкала гальванометра градуирована на люксы и фиксирует 3 диапазона измерений: от 0 до 100 люкс, от 0 до 1 000 люкс и от 0 до 10 000 люкс.
В некоторых случаях удобно шунтирование гальванометра заменить диафрагмированием чувствительного слоя фотоэлемента. Для этого к люксметру прилагаются 3 диафрагмы в виде кольцевых накладок, сокращающих площадь фотоэлемента с таким расчетом, чтобы обеспечивался принятый диапазон измерений.
Точность определений освещенностей люксметром предлагаемой конструкции может быть достигнута порядка ±2%». Время, затрачи-
ваемое на одно определение освещенности, не превышает 1 минуты. Люксметр заключен в футляр и вместе с ним имеет вес около 1 кг.
2. Отражение светового потока обусловлено окраской и строением поверхности восприятия, и для характеристики этого понятия принят коэфициент отражения р, представляющий отношение потока ^ь отраженного от некоторой поверхности, к потоку Г, падающему на нее.
Хорошие результаты получены нами от применения фотоэлектрического прибора, специально сконструированного для поставленной цели, с диапазоном определения р в широких пределах. Принцип работы его заключается в следующем. В камере, открытой с одной стороны, создается при помощи лампочки накаливания некоторый световой потенциал, измеряемый фотоэлементом. Данный потенциал является величиной постоянной и может меняться только за счет поглощения лучей той или иной светопоглощающей поверхности, с которой может быть связана открытая часть камеры. В одном случае открытая часть может быть наложена на эталонную поверхность с известным коэфициентом отражения, и тогда световой потенциал получает эталонное выражение. В другом случае отверстие камеры может быть связано с исследуемой поверхностью, и тогда световой потенциал получает иное выражение. Отношение полученных потенциалов, очевидно, составляет коэфициент отражения исследуемой поверхности.
Основной частью фотоэлектрического прибора является селеновый фотоэлемент, заключенный в так называемую камеру-осветитель.
Электрическая схема состоит из двух самостоятельно замкнутых цепей: первая цепь накала составляется электрической лампочкой от карманного фонаря, реостатом (регулятором накала лампочки), аккумулятором и выключателем. Вторая цепь включает фотоэлемент в виде кольца и гальванометр, регистрирующий силу тока.
Камера-осветитель представляет металлическую полую цилиндрическую втулку, заканчивающуюся глухим концом в виде свода. Сторона камеры, противоположная своду, открыта. Внутри глухого свода камеры вмонтирован аспирационный вентилятор с пружиной и заводным ключом. Конструкция вентилятора целиком заимствована у аспира-ционного психрометра Ассмана. На боковой поверхности камеры, примыкающей к зоне вентилятора, имеются отверстия, равномерно расположенные по окружности цилиндра. Отверстия предназначены для выброса вентиляционного воздуха. Аспирационное устройство необходимо для создания в камере равномерной температуры, так как несоблюдение этого условия, что имеет место при работе лампочки, привело бы к нарушению правильной работы фотоэлемента. Известно, что при увеличении температуры фотоэлемента с 15° до 50° чувствительность его падает вдвое, а при более высоких температурах и вовсе теряется.
В камере ниже пояса вентиляционных отверстий вмонтирован селеновый фотоэлемент в форме кольца. Светочувствительный слой фотоэлемента направлен в сторону открытого основания камеры. От фотоэлемента через специальное отверстие отходят провода для соединения с электроизмерительным прибором.
Несколько выше фотоэлемента на линии оси камеры вмонтирована лампочка от карманного фонаря с рефлектором, направляющим световые лучи к открытому основанию. Опорой для рефлектора и лампочки служит периферия кольца фотоэлемента со стороны, противоположной светочувствительному слою. От лампочки отходят провода, выходящие через специальное отверстие в камере, для связи с реостатом, и аккумулятором.
с:
Открытым основанием камера накладывается на исследуемую поверхность. Для защиты от посторонних световых лучей металлическое основание камеры оклеено бархатной каймой. Выше бархата имеются зазоры для входа вентиляционного воздуха.
Остальные части фотоэлектрического прибора предназначены для обслуживания камеры и представлены: а) реостатом (круглой формы), служащим для регулирования накала осветительной лампочки; б) батареей, состоящей из последовательно соединенных свинцовых аккумуляторов, дающей напряжение в 4,5 V и употребляемой для питания лампочки накаливания; в) стрелочным гальванометром с чувствительностью не менее 0,13—0,15 X 10-18 А.
Стандартная поверхность в виде эталонной пластинки с известным коэфициентом отражения вводится под открытое основание камеры. В камере создается эталонный световой потенциал при помощи лампочки. Находящаяся первоначально на нулевом делении стрелка гальванометра отклоняется вправо. Вариируя накал лампочки с помощью реостата, отклонение стрелки гальванометра на шкале приводят к делению, соответствующему значению коэфициента отражения пластинки в процентах. Затем открытое основание камеры устанавливается на исследуемой поверхности. Фиксируется новое отклонение стрелки гальванометра. Отсчет, как правило, будет меньше предыдущего, так как световой потенциал будет ослаблен вследствие поглощения лучей ис-^ следуемой поверхностью.
В заключение стандартную пластинку вновь вводят под открытое ^ основание камеры, чтобы убедиться, что показание гальванометра не изменилось. Если в показаниях устанавливается расхождение, исследование повторяют вновь.
1Коэфициент отражения определяется по формуле:
где ^ 1 — показание гальванометра при введении под основание камеры исследуемой поверхности; — показание гальванометра при введении под основание камеры стандартной пластинки.
Время, затрачиваемое на одно определение, составляет не более 1 минуты.
3. Для характеристики степени пропускания светового потока введено понятие о коэфициенте пропускания, представляющем отношение светового потока, прошедшего через прозрачное тело, к потоку, падающему на него:
Л
Г'
Коэфициент пропускания очень удобно определяется при помощи сконструированного нами фотоэлектрического прибора, электрическая схема которого состоит из двух самостоятельно замкнутых цепей: цепи накала (электрическая лампа, реостат, аккумулятор в 8 V и выключатель) и цепи фотоэлемента (селеновый фотоэлемент, гальванометр, регистрирующий силу тока, и выключатель). На пути света от электрической лампы к фотоэлементу помещается собирательная линза, кассета для исследуемых материалов и диафрагма.
Световой поток, падающий на фотоэлемент, зависит от степени, прозрачности вещества, подвергаемого исследованию, помещенного на пути световых лучей от осветителя к фотоэлементу. Чем меньше прозрачность вещества, т. е. чем больше оно поглощает света, тем меньше его попадает на фотоэлемент и тем меньше будет возникающий фототек. Таким образом, сила фототока обусловливается степенью про
Гойу^арственк • ~ |
зрачности слоя вещества.
- I Научная^Ме
14«
I етгб:
Осветитель представляет комбинацию осветительной лампы с соби-рательной линзой, помещенных в верхней части неподвижного кронштейна. Ниже расположено две кассеты, которые поочередно могут вводиться под осветитель с помощью поворачивающегося в горизонтальной плоскости держателя. Кассеты находятся в металлической коробке, внутри которой укреплен селеновый фотоэлемент. На верхней крышке коробки имеется круглое отверстие с ирисовой диафрагмой, служащей для регулировки величины светового потока, падающего на фотоэлемент. С правой стороны коробки имеется выключатель для тока накала осветительной лампы, с левой стороны — пара клемм для присоединения гальванометра. Приключение аккумулятора для накала осветительной лампы производится через реостат. Батарея аккумуляторов, состоящая из последовательно соединенных свинцовых аккумуляторов, дает напряжение в 8 V.
Гальванометр должен иметь чувствительность не менее 0,13— 0,15 X 10—6 А. Кассеты имеют такое же устройство, как в проекционном фонаре.
Важнейшим условием получения правильных результатов при работе на фотоэлектрическом приборе является поддержание постоянной силы освещения. Это постоянство контролируется тем, что показание по шкале гальванометра при введении кассеты, заряженной стандартной пластинкой (с известным коэфициентом пропускания света), под осветитель устанавливается всегда одним и тем же, а именно «100». Другая кассета, будучи заряженной исследуемой пластинкой и введенной под осветитель, в зависимости от степени проходимости для световых лучей вызовет иное отклонение стрелки гальванометра.
Таким образом, порядок работы по определению коэфициента пропускания складывается из трех отсчетов по гальванометру. Первый отсчет с отметкой «100» для кассеты со стандартной пластинкой. Второй отсчет для исследуемой пластинки. Третий отсчет контрольный для стандартной пластинки с той же отметкой «100». Расхождение между первым и третьим отсчетом должно быть не более 0,5 деления шкалы гальванометра.
Расчет коэфициента поглощения света производится по формуле:
где /1 — отсчет по гальванометру для исследуемого тела; {— отсчет по гальванометру для эталонного тела; а — коэфициент пропускания эталона.
Л. С. РОЗАНОВ, Н Н. ОСТРОВСКИЙ и Т. М. ИВАНОВА
Вопросы оздоровления труда при применении галовакса
Из Московской городской госсанинспекции
За последние годы в элетропромышленности практикуется применение нового продукта — галовакса — в качестве электроизолирующего материала в конденсаторах.
Галовакс представляет собой хлорированный нафталин, в обычных температурных условиях являющийся твердым телом белого цвета, плавящимся при температуре 130°. При применении его в промышленности для пропитки деталей конденсатора галовакс приходится расплавлять при указанной выше температуре. При этом наблюдается выделе-
