A A A

Światłomierz kompensacyjny

Przy stosowaniu przyrządów wskaźnikowych występują nieliniowe zależ­ności między wychyleniem przyrządu a czasem naświetlania i dlatego konieczne jest opracowanie krzywej kalibracji lub tabeli^ na której trzeba dokonywać odczytu. Dlatego bardziej korzystna od metody wychyłowej jest metoda kompensacyjna, która umożliwia bezpośrednie wyskalowanie przy­rządu i zapewnia lepsze warunki odczytu. W metodzie kompensacyjnej wielkość sygnału wejściowego zmienia się tak długo, dopóki element wskaźnikowy (najlepiej o charakterystyce pro- gowej) zmienia swój stan. Wielkości zmian sygnału wejściowego są wtedy miarą czasu naświetlania. Jako wskaźnik można zastosować tutaj czuły przekaźnik albo układ przerzutnikowy. Obydwa te warianty zostaną poniżej opisane. Jak wskazują schematy zastosowano spolaryzo­wany mikroprzekaźnik lub czuły przekaźnik telegraficzny, który służy nam jako element wskaźnikowy. Tego rodzaju przekaźniki wykazują wy­soką czułość reakcji, związaną z bardzo dobrą charakterystyką progową. Przekaźnik powinien mieć prąd zadziałania rzędu 1 mA i oporność we­wnętrzną l-f-6 kil. Stan zestrojenia poznaje się po tykaniu przekaźnika, spowodowanym przez zestyki robocze przekaźnika. Kondensator C służy do tego, aby zewrzeć stan nieokreślony w czasie przerzutu. Częstość tykania zależy od wielkości tego kondensatora; powinna ona być rzędu 1 Hz. Regulator Rk należy na­stawić tak, aby przerzuty następowały niezawodnie. Ustalenie punktu równowagi, w celu określenia czasu naświetlania odbywa się przy zastosowaniu fotoopornika za pomocą potencjometru P. Jeżeli jako fotoprzetwornik stosuje się fotoogniwo (uwaga na biegunowość), wtenczas regulację wykonuje się za pomocą regulatora P ( Jako regułę należy przyjąć, że przy posługiwaniu się przyrządem powinno się przechodzić od niższej do wyższej czułości, tzn. począwszy od zerowego położenia potencjometru P zmieniać do wyższych wartości oporności. Wielkość zmian położenia potencjometru daje nam wielkość czasu na­świetlania. W ciemności można dokonać odczytu po podświetleniu skali od tyłu czerwonym światłem. W wariancie pokazanym na zastosowano przekaźnik telegraficzny z dwoma położeniami spoczynkowymi i co najmniej dwoma uzwojeniami wzbudzenia. W przeciwieństwie do przekaźnika używanego w poprzednio omówionym przyrządzie, przekaźnik ten ma dwa stabilne położenia zesty­ków, tzn. aby przeszedł do innego położenia zestyków, konieczna jest zmiana kierunku prądu wzbudzenia. Przy łączeniu przekaźnika trzeba bezwarunkowo zwracać uwagę na odpo­wiednią biegunowość uzwojeń wzbudzenia. Prąd, dający się regulować za pomocą opornika Rk, musi mieć kierunek przeciwny do kierunku prądu płynącego przez uzwojenie połączone z tranzystorem. Opornik regulacyjny Rk należy tak dobrać, aby zapewnić niezawodność przerzutu. Przed każdym pomiarem należy przeprowadzić następującą regulację elek­tryczną. Przy zastosowaniu fotooporników należy wyłącznik S przesunąć w położenie cechowania „E". Teraz potencjometr Pi przy wciśniętym przycisku T należy przesuwać tak długo, dopóki przekaźnik nie zadziała. Wtedy, przełączając przełącznik S w położenie „M" można przeprowadzić pomiar (- 148). Jeżeli jednak stosuje się fotoogniwo wtedy przed każdym pomiarem należy wykonać dwa dostrojenia. Przy wciśniętym przycisku T, gdy przełącznik S znajduje się w położeniu Et wykonuje się strojenie za pomocą potencjometru P2; gdy przełącznik jest w położeniu Eti strojenie wykonuje się za pomocą potencjometru P3 tak, że uzyskuje się tykanie przekaźnika. Gdy przełącznik znajduje się w położeniu Em i E/v można wykonać pomiar przy różnych zakresach pomiarowych. Podany niżej przykład obliczeniowy powinien pomóc w ocenie rodzaju pomiarów oświetlenia i uzyskiwanej przy tym czułości. Należy stosować przekaźnik o prądzie progowym 1 mA i oporności wewnętrznej 6 kil. Sto­sując napięcie robocze 12 V i tranzystory o dużym wzmocnieniu prądowym B = 60, otrzymuje się następujące wartości: 12 V- * 0,1 llA W ten sposób otrzymuje się następujące czułości: element selenowy o światłoczułej powierzchni 5 cm* 0,2 lx element krzemowy o światłoczułej powierzchni 2 cm* 0,05 lx fotoopornik CdS-8/10 V 0,5 lx (» 100 MQ oporności fotoopornika) Wyniki te wskazują na to, że światłomierz pracujący na zasadzie kom­pensacji będzie miał tylko wtedy wymaganą czułość, gdy mamy do dyspo­zycji przekaźniki o wysokiej czułości Lepiej jest, gdy za­miast przekaźnika zastosujemy tzw. przerzutnik tranzystorowy Schmitta (wg - 150). Przerzutnik, podobnie jak przekaźnik ma dwa stany przełą­czania, które pokazuje lampka L. Obydwa stany przechodzą w siebie na­wzajem relaksacyjnie. Jeżeli napięcie wejściowe jest mniejsze od wielkości progowej, wtedy tran­zystor Ti jest zablokowany, Tj jest natomiast otwarty, a tym samym lampka L świeci (jasność lampy można uregulować za pomocą regulato­ra R). Jeżeli zwiększy się napięcie wejściowe aż do wielkości progowej, wtedy Ti zostanie relaksacyjnie otwarty, tym samym T2 zostanie zatkany i lampka zgaśnie. W podanym układzie w stanie wyzerowania, gdy napię­cie podstawowe na wejściu wynosi 1,5 V, do zadziałania układu potrzeba przyrostu AU = 150 mV, co odpowiada zmianie prądu o 100 jiA na opor­ności 1,5 kii. Oporność ta tworzy oporność obciążenia Ra włączona na wyjściu wzmacniacza prądu stałego, tak że będzie potrzebny prąd spoczyn­kowy 1 mA ze wzmacniacza. Układ pokazano na - 151. Przy UH = 9 V (np. bateria) i przy zastosowaniu tranzystorów, np. SC 206, o B = 50, otrzymuje się następujące parametry obwodu: Rv « 2 Mil Kx 0,5 RA * 36 kil V» 800 Tym samym otrzymuje się takie czułości wskazań: element selenowy o światłoczułej powierzchni 5 cm* 0,2 lx element krzemowy o światłoczułej powierzchni 2 cm* 0,05 lx fotoopornik CdS-8/9 V 0,5 lx Dostrojenie przyrządu: Przy zastosowaniu fotoopornika należy przy wciśniętym przycisku T tak ustawić potencjometr Pt, aby lampka L prawie gasła. Jeżeli stosuje się fotoogniwo, należy dodatkowo w położeniu En przełącznika S wyregulo­wać potencjometr Pj do momentu zgaśnięcia lampki L. Pomiar odbywa się przez regulowanie Pi w ten sposób, że lampka L prawie zapala się. Po takim wycechowaniu, na podstawie położenia regulatora można odczytać wielkość naświetlenia. Otrzymuje się stąd następujące czułości wskazań: element selenowy o światłoczułej powierzchni 5 cm* 0,1 lx element krzemowy o światłoczułej powierzchni 5 cm* 0,025 lx fotoopornik CdS-8, napięcie zasilające 100 V 0,025 lx (= 2000 MCI oporności fotoopornika) fotoopornik CdS-8, napięcie zasilające 10 V 0,25 lx (= 200 MQ oporności fotoopornika) Ponieważ oporność ciemna opornika CdS-8 jest rzędu kilkuset Mft, praca przy 100 V jest nieuzasadniona. Na podano przykład przyrządu bateryjnego o zastosowaniu uni­wersalnym. Jako miernik zastosowano typ 1 mA/100 ii, jako tranzystory można użyć np. typu npn SC 206/207 w wykonaniu mini, dające wzmoc­nienie prądu 60. Jako baterie wykorzystuje się 3 miniaturowe akumula-torki, które połączone w szereg dają napięcia 6 V. Z tych danych otrzy­muje się następujące wartości 60-6 V AIE « ——- « 0,01 jxA 3000 Otrzymuje się stąd następujące czułości: element selenowy o światłoczułej powierzchni 5 cm* 0,01 lx fotoopornik CdS-8 przy 6 V 0,01 lx 600 Mil oporności fotoopornika) Większą czułość otrzymuje się przy zastosowaniu tranzystorów o jeszcze wyższych współczynnikach wzmocnienia. A teraz o elektrycznej regulacji wspomnianych przyrządów. Najpierw parę słów o doborze prądu spoczynkowego tranzystora T2. Rozsądny zakres pracy dla prądów kolektora > 100 fiA. Przynajmniej tę wartość należy przyjąć dla prądu spoczynkowego. Istnieją dwa sposoby ustawienia prądu spoczynkowego zależne od metodyki odczytu miernikiem. Jeżeli przyjąć prąd spoczynkowy równy 0,1 mA, należy wtedy wstępne wychylenie, wynikające z tego prądu, kompensować za pomocą śruby me­chanicznego zerowania miernika. W przeciwnym przypadku pomiary będą obarczone stałym błędem, zaś czas naświetlania będzie odwrotnie propor­cjonalny do wychylenia miernika. Korzystniej, lecz nietypowo, jest przy­jąć prąd spoczynkowy = 1 mA, tzn. pełne wychylenie skali. W tym przy­padku czas naświetlania jest wprost proporcjonalny do wychylenia, od­niesionego do zera mechanicznego (nie elektrycznego, które odpowiada prą­dowi spoczynkowemu 1 mA). Zaletą tego rozwiązania jest to, że nie prze­ciąży się miernika oraz że fotoprzetwornik, np. fotoopornik, może być zasilany z jednej wartości napięcia. Przy wychyleniach miernika mniej­szych od jednej działki skali układ wymaga jedynie przełączenia zakresu pomiarowego. Od sposobu wychyłu miernika zależy odpowiednie pod wzglę­dem biegunowości dołączenie fotoprzetwornika. Można stosować oba rodzaje wskazań, trzeba jednak zdecydować, która z tych metod jest dla nas odpowiedniejsza. Ustawienie prądu spoczynko­wego (zerowanie) odbywa się za pomocą potencjometru Pt. W tym celu należy przycisnąć przycisk T. Ustawienie to należy sprawdzić przed każ­dym pomiarem. Przy zastosowaniu fotoogniwa należy wykonać jeszcze dal­sze dostrojenie. Po ustawieniu zera za pomocą Pi trzeba jeszcze wyzero­wać układ potencjometrem P2 (położenie przełącznika II na . Jest to konieczne, aby fotoprzetwornika nie polaryzować napięciem wstępnym tranzystora T. Przy zastosowaniu fotooporników można to napięcie po­minąć. Różne zakresy pomiarowe otrzymuje się przy zastosowaniu fotoogniw przez dołączanie oporników równoległych, natomiast przy fotoopornikach przez przełączenie przyłożonego napięcia (dzielnik).