Оптические приборы. Абсорбционные ультрафиолетовые и инфракрасные анализаторы

Приемниками излучения могут служить два типа устройств: тепловые и фотоэлектрические. К тепловым приемникам относятся термоэлементы и болометры. В фотоэлектрических (фотометрических) приемниках (фотоэлементах) используются явления внешнего и внутреннего фотоэффекта. К ним относятся вакуумные, газонаполненные, фоторезисторы, фотодиоды, фототриоды, фотогальваномагнитные элементы.

Принципы действия их следующие.

Тепловой приемник

Тонкий металлический диск или листик, который покрыт чернью. Может покрываться солью с красителем, солью с графитом, используют гальваническое чернение. К этому диску прикрепляется термопара или термометр сопротивления (платиновый). Для уменьшения конвекции диск помещают в стеклянный баллон, из которого откачивается воздух.

Вакуумные фотоприемники

Стеклянный баллон, внутренняя сторона которого покрыта фоточувствительным слоем. При попадании луча изменяется электрическое сопротивление слоя. Аноды прикрепляются к фотослою, это кольцо или сетка (из никелевой проволоки). Такие фотоприемники относятся к группе безинерционных. Для того, чтобы не происходил процесс окисления и разрушения фотослоя, из баллона откачивается воздух.

Газонаполненные приемники

Имеют выходной сигнал больше по величине, чем в вакуумных приемниках за счет того, что в баллоне имеется газ (среда). Выходная характеристика — нелинейная и большая постоянная времени, поэтому применяются для регистрации световых потоков с частотами не выше нескольких сотен герц.

Фоторезисторы

Выполнены из полупроводниковой пластинки, которая при освещении уменьшает свое сопротивление в результате внутреннего фотоэффекта При попадании света меняется электронно-дырочная проводимость и соответственно сопротивление. Электронно-дырочная проводимость зависит от температуры окружающей среды. Допустимый температурный диапазон фоторезисторов от –60 до +60 ⁰С.

Фотогальваномагнитные элементы

В конструкцию входит монокристалл, который располагается между полюсными наконечниками магнита. Луч света, попадая на него, увеличивает количество электронов дырочных пар и они откланяются к катоду. Фототок в цепи кристалла пропорционален световому потоку. Основное достоинство этих элементов – малая инерционность.

Фотодиоды

Фотодиоды — вентильные фотоэлементы, к которым приложено обратное напряжение от внешнего источника. Вентильный фотоэлемент – полупроводниковый диод, один из электродов которого полупрозрачный. В этом случае условия проникновения не основных носителей из освещенной зоны через р-n-переход, облегчается, а обратное сопротивление этого перехода возрастает. При этом возрастают чувствительность и линейность характеристик фотоэлемента. Наиболее широкое применение находят германиевые и кремниевые фотодиоды.

13.1 Основные схемы оптических приборов

Схемные и конструктивные решения анализаторов, в работе которых используется излучение видимой части спектра, разнообразны.

На рисунке 13.2 приведена схема простейшего оптического 2-х лучевого колориметра (используется метод сравнения оптических свойств анализируемого вещества со стандартным веществом).

Колориметрический газоанализатор имеет один источник (лампа 1) и два приемника (фотоэлементы 6 и 9) излучения и является двухлучевым.

Излучение, выходящее из источника 1, проходя через фильтр 2, разделяется на два луча, которые через зеркала 4 поступает в измерительную 5 и сравнительную 10 кюветы. Через измерительную кювету прокачивается анализируемое вещество, а сравнительная кювета заполняется образцовым веществом (вещество с известной или равной нулю концентрацией определяемого компонента). Фотоэлементы 6 и 9 включены на вход усилителя 7 встречно, поэтому разность их сигналов, преобразованная в этом усилителе в унифицированный сигнал, однозначно зависит от концентрации определяемого компонента в анализируемом веществе. Выходной сигнал усилителя 7 измеряется вторичным прибором 8.

Схема 2-х лучевого фотоколориметра с обтюратором показана на рисунке 13.3.

Колориметрический анализатор имеет один источник и один приемник