Чем можно заменить термометр

Категории статей

Двадцать второй год – взгляд из будущего

А ведь наше настоящее, для людей, живших сто лет назад, было будущим. Далее

Дыхание картошки

Овощи продолжают жизненный цикл даже после сбора урожая. Какие процессы идут в картошке? Далее

Грибы против пластика

Ученые проводят исследования по разложению пластика с помощью микроорганизмов и грибов. Далее

Ученые ставят диагноз планете

Cтолько углекислого газа, как сейчас, в атмосфере не было последние 2 млн лет, метана и закиси азота — 800 тыс. лет. Далее

Природный регулятор температуры колибри

Учитывая огромную скорость и частоту крыльев, птицы должны нагреваться до температур, несовместимых с жизнью. Далее

Популярные статьи

Польза и вред инфракрасного обогревателя (323948)

Среди электрических обогревателей, которые мы используем в быту, наиболее популярными сейчас становятся инфракрасные нагреватели. Они очень широко рекламируются в Интернете и в газетах. Говорят, что они намного эффективнее масляных радиаторов и тепловентиляторов. Меньше потребляют энергии, не сжигают кислород и т.д. Главное – они совершенно не вредные, никакого отрицательного воздействия на организм человека не оказывают. Далее

Почему горячая вода замерзает быстрее, чем холодная? (210217)

Это действительно так, хотя звучит невероятно, т.к в процессе замерзания предварительно нагретая вода должна пройти температуру холодной воды. Парадокс известен в мире, как «Эффект Мпембы». Далее

Вредно ли разогревать пищу в микроволновке? (199295)

Контролируйте температуру приготовления мяса! (181551)

При приготовлении сырого мяса, особенно, домашней птицы, рыбы и яиц необходимо помнить, что только нагревание до надлежащей температуры убивают вредные бактерии. Далее

451 градус по Фаренгейту, температура возгорания бумаги? (167332)

451 градус по Фаренгейту. Это название знаменитой книги Рэя Брэдбери. На языке оригинала звучит так: ‘Fahrenheit 451: The Temperature at which Book Paper Catches Fire, and Burns’. Действительно ли при этой температуре начинают гореть книги? Далее

Основные разделы

Чем заменить ртутник?

Не возьметесь ли поверить ртутный термометр до 600 °С? Думаю, что всем поверочным центрам когда-либо задают такой вопрос «на засыпку». Да, такие термометры существуют, их вносят в Гос. Реестр, закупают, а потом оказывается, что поверить их в России практически невозможно. Ртутники должны поверяться на всех оцифрованных отметках шкалы. Нужны жидкостные термостаты, работающие в диапазоне 400-600 °С. А их нет. В стандарте ГОСТ 8.317-78 на методы поверки в качестве поверочного оборудования указан оловянный термостат, упомянуты также солевые ванны. Их нет ни в одном ЦСМ. Бедные потребители звонят во ВНИИМ (очередной такой звонок мы получили 16.04.10). Однако мы в эталонной лаборатории вообще ртутники не поверяем. Отсылаем их в местный ЦСМ, но туда они уже звонили. Получается ловушка.

Проблема не только в высокотемпературных ртутных термометрах, вопрос сейчас должен стоять уже о постепенном отказе от ртутников вообще. Конечно, у жидкостных термометров есть свои преимущества. Это простота отсчета показаний и хорошая долговременная стабильность. Но очень крупным недостатком является токсичность ртути. Даже если стеклянный термометр дешевле платинового, на утилизацию таких термометров и очистку территории от капель ртути уйдет очень много средств. Допустим, кто-то приобретет импортный высокотемпературный термостат, работающий до 680 °С на порошке из окиси алюминия. Разбив в нем один ртутник, можно будет термостат выбрасывать. Причем не просто выбрасывать, а сдавать в утилизацию и платить за это деньги.

В наше время существует вполне реальная альтернатива ртутникам. Это платиновые термометры сопротивления, термопары и термисторы. И сейчас уже не надо бояться усложнения отсчетов с прибора. Существует огромный парк отечественных и импортных измерительных цифровых преобразователей, подключив которые к датчикам можно сразу же отсчитать температуру в градусах, не задумываясь о каких-либо пересчетах. Будет ли это точнее, чем использование ртутного термометра? Не всегда. Если, например, взять ТСП класса А по ГОСТ Р 8.625 (МЭК 60751), по допуску он уступит лабораторному ртутнику полного погружения. Но если использовать ТСП с индивидуальной градуировкой, то можно получить значительный выигрыш в точности. Кроме того, следует отметить ряд неоспоримых преимуществ ТСП: 1) экологическая чистота!, 2) простота монтажа на объект, 3) возможность удаленного контроля температуры с помощью цифрового прибора, расположенного на далеко от объекта, 4) возможность контроля распределения температуры при установке нескольких датчиков и использовании многоканального отсчетного устройства.

Как вытеснить ртутные термометры из промышленного употребления? Сначала надо разобраться, кто их покупает и на основании каких требований. Провести разъяснительную работу с соответствующими ведомствами. Затем запретить вносить в Реестр хотя бы импортные ртутники. Ведь что получается? В США существуют уже специальные программы по отказу от использования ртутных термометров. А мы ввозим и вносим в Реестр американские ртутники по стандарту АСТМ. В России тоже необходимо принять решительные меры и инициировать переход на безопасные методы измерения температуры.

Кто хочет добавить что-то к данному материалу – пожалуйста, пишите свои комментарии после статьи. Производители точных электронных термометров, приглашаем разместить информацию о Ваших разработках в нашем каталоге приборов – она будет полезна для всех, кто ищет альтернативу ртутнику.

Гл. редактор Temperatures.ru
Моисеева Наталия Павловна

Замена ртутных термометров на электронные особенно актуальна для нефтегазовой отрасли, в которой в настоящее время используется огромное количество ртутных термометров. В октябре 2012 г. в Санкт-Петербурге состоялась конференция «Метрология и стандартизация нефтезгазовой отрасли», на которой был представлен доклад Моисеевой Н.П. (ВНИИМ им. Д.И. Менделеева) и Григорьева С.В. (ООО «ТЕРМЭКС», г. Томск) о перспективах замены ртутных термометров на электронные в нефтегазовой отрасли. Видео с записью доклада можно посмотреть по ссылке >>>

Другие статьи раздела

Комментарии:

Согласна абсолютно, что применение ртутных термометров часто является необходимым только по причине их упоминания в стандартах на методы контроля. Такое впечатление, что люди, которые пишут отраслевые стандарты, не знают, что есть достойная альтернатива ртутникам. Я думаю, что должна быть разработана Государственная программа по вытеснению ртутных термометров из практики измерения температуры. Возможно, следует обратиться с письмом-обоснованием в министерство природных ресурсов и экологии России. Обоснование должно содержать доказательства возможности замены ртутных термометров на другие виды датчиков без потери точности измерения, наличие базы электронных термометров Российского производства, возможность обучения персонала, содержать перечень стандартов, в которые необходимо ввести рекомендации об использовании альтернативных термометров. Однако, поскольку ртутников много, быстрой их замены не получится. Термометры ЛТИ и ЛТ300 – очень достойная альтернатива ртутникам. Возможно, существуют и другие разработки. Приглашаю шире их рекламировать в Интернет и на различных семинарах и конференциях. Возможно, можно даже запланировать отдельный семинар, посвященный исключительно электронным термометрам, заменяющим ртутные термометры. Еще раз приглашаю к участию в обсуждении темы производителей цифровых термометров.

Электронные термометры работают от батареек,а ведь батарейки тоже нужно утилизировать.За время работы одного ртутника можно потратить десятки батареек на электонный измиритель.Вред для экологии будет одинаковым.

Я работаю в области анализа продуктов нефтехимии с использованием автоматизированного лабораторного оборудования и референтных по отношению к этому оборудованию ручных методов. Могу вам дать прямой ответ почему до сих пор вынужден для своей лаборатории для ручных методов испытаний приобретать именно ртутные термометры, а не, к примеру, ЛТ-300. Причины две: техническая и формально-административная. 1. Техническая причина: Использование ртутных термометров в референтных ручных методиках измерения, где показания температуры снимаются в нестационарных состояниях. То есть, в этих условиях различие показаний поверенного ртутника и термометра сопротивления (к примеру) имеющего те же геометрические размеры, будет складываться из их статической погрешности (учесть которую очень просто калибровкой в термостате) и динамической погрешности, которую учесть очень не просто. Сложность задачи учёта динамической погрешности состоит в том, что в ходе одного и того же испытания датчик температуры может быть под воздействием разных фаз, теплоёмкость которых различается, и, нередко, на его поверхности происходит переход фаз (конденсация паров, к примеру, или кристаллизация продукта). Подобные процессы в точке измерения не дают применять простую зависимость динамического отклонения как функции от первой производной показаний по времени, а заставляют либо применять более сложные зависимости, и (либо) вносить в конструкцию электронного датчика температуры инерционные массы и переходные среды (покрытия), симулирующие поведение «ртути в стекле», а иногда и «с градиентом по высоте ртутного столба» в случае симуляции частично-погружного термометра и с «учётом теплопередачи по длинне ртутного столба-термометра» в нестационарных режимах. В качестве «простого» примера – испытание нефтепродукта по ГОСТ2177 <простая постепенная перегонка 100 мл пробы в колбе от 20°C до 400°C>. Все стандартные образцы продуктов, на которых поверяется автоматическое оборудование по этой методике испытаний по-прежнему разрабатываются на данных ручных аппаратов с ртутными термометрами, и любой автоматический лабораторный аппарат обязан воспроизвести эти показания. Сегодня ситуация, в чём-то комична и одновременно трагична: при автоматизации подобных методик испытаний измерения осуществляются с использованием платиновых термометров сопротивления имеющих превосходные точностные характеристики и минимальные инерционные массы, а потом алгоритмы приборов «корректируют» данные измерений (фактически «искажают») внося динамические погрешности кто-во-что-горазд, ибо единой методики подобных корректировок нет. В результате и возникает нередко ситуация, когда каждый из производителей рекламирует свои «сверх точные лаборарорные аппараты», а в реальной работе видишь, что воспроизводимость результатов между автоматическими аппаратами разных производителей может быть хуже, чем между двумя «ручными» аппаратами, с установленными в них ртутными термометрами. При статических же поверках в термостатах термометры аппаратов всех производителей показывают идентичные величины. Впрочем, это больше наблюдения прошлых времён, когда автоматические анализаторы только стали появляться в лабораториях. Сегодня большинство производителей успешно программно эмулируют «ртуть в стекле» применительно к конкретному методу испытаний. Производителям же альтенативных электронных термометов, претендующих на место ртутников в ручных методиках надо обязательно добавлять в меню своих изделий возможность симулировать динамические характеристики конкретных ртутных термометов и, возможно даже, применительно к конкретным стандартным методикам измерений. Термометры подобные ЛТ-300 мне знакомы, он отлично может заменить ртутник почти во всех случаях измерения стационарной температуры, но в динамических режимах конкретных стандартных испытаний он непригоден. К примеру, в упомянутом мной методе по ГОСТ2177 я физически могу поставить такой термометр в испытательную колбу вместо ртутника, но результат теста с ним будут за пределами требуемой воспроизводимости испытания. Чтобы использовать подобный электронный термометр в конкретной методике, к примеру, ГОСТ2177 [аналог ASTM D86], надо иметь возможноть в меню электронного термометра выбрать конкретную модель симулируемого ртутника (в данном случае – ТИН4-1 или ТИН4-2 [ASTM C7 или С8] в зависимости от темп.диапазона). При этом алгоритм такого термометра должен обеспечить симуляцию всех динамических отклонений от ртутника, которые я уже привел выше. 2. Административная причина: Кроме алгоритмической эмуляции динамических характеристик конкретных термометров необходимо иметь документ (сертификат?), допускающий замену ртутника этим термометром применительно к конкретной методике испытаний. Вероятно, производитель термометров должен пройти некую процедуру поверки в условиях конкретной методики испытаний (статические, динамические погрешности, условия различных измеряемых сред, режимов конденсации-кристаллизации и т.д.) с использованием стандартных образцов, которая бы гарантировала идентичность результатов этих испытаний с ртутным термометром. При отсутствии подобного сертифиата ни один завлаб не возьмёт на себя ответственность замены прописанного в стандарте ртутника каким бы то ни было электронным термометром, даже если поверка в статических условиях показывает его превосходную точность. В случае возникновения спорных ситуаций, хуже того, судебных споров, замена ртутника, прописанного в стандарной методике измерения на электронное средство измерения будет однозначно трактоваться как нарушение методики с соответсвующими негативными последствиями для ответственных за лабораторию. Так что, Сергей из ТЕРМЕКСа, не надо пенять на консервативность и костность мышления отечественных (и не только) лабораторий. Мы, технари, прекрасно понимаем, что электронные средства измерений вроде представленного Вами ЛТ-300 – прекрасный аппарат, но: 1. Поработайте над исследованием динамических характеристик ртутников в конкретных режимах испытаний конкретных методик нефтехимки; 2. Добавьте меню, в котором можно будет выбирать разные модели ртутников для самых популярных ручных методик нефтехимки, которые Вы будете успешно эмулировать (после выполнения предыдущего пункта) 3. Потраттесь на сертификационные испытания по конкретным методикам нефтехимки, которые бы свидетельтсвовали об идентичностьи результатов значениям эмулируемых ртутных термометров. После сего я буду первым, кто встанет в очередь за вашими термометрами 🙂 и даже своим иностранным коллегам буду с радостью рекомендовать сдавать их никчемные ртутники и приобретать продукты российского флагмана производителей измерительных приборов :).

Завлаб, я Вам крайне признателен за столь внятное объяснение причин «тормозов» в процессе замене ртутников. По иронии судьбы, в настоящий момент мы готовим более функциональную замену нашему ЛТ-300, и Ваши предложения именно сейчас как никогда кстати. Я бы очень хотел пообщаться с Вами в оффлайне. Если Вы не против, свяжитесь со мной, пожалуйста, sgrig(собака)termexlab.ru.

Источник

Чем можно заменить термометры

Н. – Нашел! Прошлый раз ты мне говорил, что резисторы тензометрических преобразователей чувствительны к температуре. Достаточно один такой преобразователь подвергнуть воздействию не механических напряжений, а температуры, и дело в шляпе!

Л. – Совершенно справедливо, так и делают. Однако в качестве чувствительного к температуре элемента используют не тензометрический преобразователь, в котором все сделано для снижения его чувствительности к температуре, а обычный резистор. Можно сказать, что в среднем при обычной температуре сопротивление металлической проволоки увеличивается на 1 % при возрастании температуры на каждые 3 °C.

Н. – Я думаю, что в этом случае предпочтение отдается наиболее чувствительным к температуре резисторам, которые, как я слышал, называются терморезисторами?

Л. – О, не всегда! Терморезисторы (о них я еще буду говорить) представляют собой полупроводниковые приборы, сопротивление которых при небольших токах (не вызывающих заметного нагревания) уменьшается при повышении температуры.

Впрочем, изменение сопротивления терморезисторов происходит значительно быстрее, чем в классических резисторах; изменение может достигать 4 % на 1 °C, т. е. в 12 раз больше, чем у металлов. Поэтому эти приборы называют терморезисторами или элементами с отрицательным ТКС (что означает температурный коэффициент сопротивления )[5].

Н. – Но если терморезисторы в 12 раз чувствительнее к температуре, чем металлические резисторы, то я полагаю, что последними для измерений температуры никогда не пользуются.

Л. – Ты не прав. Классические резисторы используются очень широко, так как они выдерживают температуры, которые выводят терморезисторы из строя. А кроме того, зависимость сопротивления резисторов от температуры очень простая, почти линейная, тогда как сопротивление терморезисторов подчиняется относительно сложной закономерности. Резистор из платины может использоваться для измерения температуры от нескольких градусов выше абсолютного нуля (около –260 °C) до 1500 °C. Но имеются также термоэлектрические пары, прочно соединенные два металла (или полупроводниковых материала), контакт между которыми при нагревании превращается в настоящую батарею (рис. 21).

Рис. 21. Термопара состоит из двух спаянных кусочков разных металлов. При нагревании места спая на выводах термопары появляется напряжение, повышающееся при увеличении температуры.

Н. – Чудесно! Значит, достаточно подогреть такие пары металлов и получай электричество. Так это же прекрасное будущее для электростанций!

Л. – Конечно. В частности, в СССР, где занимались этой проблемой, научились получать электроэнергию для транзисторного радиоприемника от батареи термопар, расположенной вокруг стекла керосиновой лампы, используемой для освещения.

Излучение

Н. – А как измеряют высокие температуры, например выше 2000 °C?

Н. – Лично я предпочел бы, чтобы эти законы оказались правильными.

Н. – Значит, измерения излучения ровным счетом ничего не стоят?.

Л. – Не совсем так. Например, термопары позволили измерить температуру в различных точках Луны и некоторых планет; для этого пришлось полученное с помощью телескопа изображение небесного тела или части небесного тела зеркалом направить на термопару, нагрев которой изменяется в зависимости от температуры наблюдаемого в телескоп тела. Эти измерения дали прекрасные результаты.

Н. – Охотно признаю, но мне хотелось бы, чтобы ты, наконец, рассказал мне о фотоэлементах.

Л. – Я как раз и подхожу к этому вопросу. Но помнишь ли ты, каким образом вырывают электроны из катода электронной лампы?

Н. – Конечно. Для этого повышают температуру тела, что увеличивает подвижность молекул; движущиеся молекулы так толкают электроны, что в конечном счете они вылетают из вещества.

Л. – Примерно так. Для большей точности я добавлю, что вызываемое повышением температуры увеличение энергии электронов позволяет им прорваться через поверхностный слой. Так вот, Незнайкин, энергию электронов можно также увеличить, облучив светом вещество, в котором они находятся…

Н. – Великолепно! Но тогда нагреваемые катоды в электронных лампах можно заменить освещаемыми катодами?

Фотоэлементы

Рис. 22. Фотоэлектрический элемент. Под воздействием света катод испускает электроны, а анод эти электроны собирает.

Н. – Как я вижу, фотоэлемент не так уж сложен. Это просто диод, у которого катод не нагрет, а освещен. Но скажи мне, пожалуйста, почему ты нарисовал анод таким маленьким, как кусочек тонкой проволоки? Его следовало бы сделать значительно больше.

Л. – В этом нет необходимости и, кроме того, не забывай, что анод должен пропускать весь свет и не должен отбрасывать на катод тень. А кроме того, для небольшого анодного тока I_a (который редко достигает десятка микроампер и часто составляет всего лишь доли микроампера) большой анод не нужен.

Н. – До чего же маленькие токи в фотоэлементе. А кроме того, наверно, очень неудобно размещать анод на пути светового потока!

Л. – Как ты увидишь, мы очень легко приспосабливаемся к этим маленьким токам. Что же касается размещения анода, то можно сделать катод полупрозрачным и нанести его фотослой на внутреннюю стенку колбы: лучи света будут падать на фотослой катода с одной стороны (внешней), а электроны вылетать с другой стороны (внутренней), и тогда отпадет необходимость располагать анод со стороны источника света. И уж если мы начали говорить о катоде, позволь мне сказать, что имеется большое количество различных катодов. Катоды из цезия, нанесенного на слой сурьмы, чувствительны к синим и фиолетовым лучам; катоды из цезия, нанесенного на окись серебра, чувствительны в основном к красным и инфракрасным лучам. И наконец, запомни, что анодный ток I_а почти не зависит от анодного напряжения – он зависит только от освещенности катода (эта зависимость почти прямо пропорциональна, что позволяет установить чувствительность фотоэлемента в микроамперах на люмен[7]). В принципе вакуумный фотоэлемент ведет себя примерно так же, как диод в режиме насыщения, ток насыщения которого зависит от температуры нити накала.

Н. – Ты говоришь вакуумные фотоэлементы? Значит, бывают и другие?

Л. – К сожалению, да. Например, газонаполненные фотоэлементы, которые практически идентичны описанным выше, но отличаются от них тем, что в них вводят небольшое количество газа, ионизирующегося под воздействием исходящих с катода электронов. Ионизация газа увеличивает фотоэлектрический ток в несколько раз (может доходить до 4) и…

Н. – Так ведь это просто здорово, если первоначальный ток так мал. Почему же ты сказал «к сожалению»?

Промодулированный дорожкой свет попадает на фотоэлемент, который и преобразует его в электрические сигналы; последние поступают на усилитель. На протяжении многих лет газонаполненные фотоэлементы вытесняли все другие. Однако они очень недолговечны; их чувствительность изменяется во времени и зависит от температуры, а из‑за запаздывания ионизации или деионизации они не могут правильно воспроизводить очень быстрые изменения света (уже на частоте 10 кгц они создают потери 3 дб)…

Н. – Достаточно, не выдвигай других обвинений. Для меня газонаполненные фотоэлементы осуждены окончательно и без права обжалования приговора. И сожалею только о том, что, кроме вакуумных фотоэлементов, нет никаких других приборов, чувствительных к свету.

Светочувствительные приборы

Л. – Твои сожаления совершенно излишни. Уже существует великое множество светочувствительных приборов. В первую очередь следует назвать фоторезисторы; некоторые вещества, в частности сульфид свинца, сульфид кадмия, а также селениды и антимониды, после соответствующей обработки обладают определенным электрическим сопротивлением, изменяющимся в зависимости от освещения. Но из этих веществ не всегда можно сделать настоящие резисторы; некоторые из них представляют собой полупроводники (протекающий по ним ток не пропорционален приложенному напряжению). Кроме того, они могут отличаться большой инерционностью (несколько десятых долей секунды). Поэтому фоторезисторы мало пригодны для измерения света, но прекрасно служат, когда нужно включить реле (рис. 24).

Рис. 24. При освещении фоторезистора его сопротивление снижается, и проходящий по нему ток может без дополнительного усиления включить реле.

Н. – Я думаю, что это как раз то, чего мне не хватало для моей системы охраны ювелирного магазина от воров.

Л. – Совершенно верно, особенно если учесть, что фоторезисторы достаточно чувствительны к инфракрасным лучам.

Н. – Опять эти инфракрасные лучи! Что это такое и как их получают?

Л. – Здесь нет ничего таинственного. Инфракрасные лучи располагаются в спектре немного дальше красных лучей в сторону более низких частот (более длинных волн). Наш глаз не может их увидеть, но некоторые фотоэлементы, чувствительны к ним так же, как к видимому свету. Для получения инфракрасных лучей используют простую лампу накаливания и фильтр, задерживающий все видимые световые лучи и пропускающий только инфракрасные. Таким образом, ты можешь получить луч невидимого света, который можно обнаружить вакуумным фотоэлементом с катодом, чувствительным к инфракрасным лучам; такой катод состоит из слоя цезия, нанесенного на пластинку из окиси серебра. Обычно фирмы, выпускающие фотоэлементы, называют эти катоды «катодами Si». Ты можешь также использовать фоторезистор, и никто не сможет увидеть твоей системы предупреждения.

Н. – Это, действительно, очень практично. Назови мне, пожалуйста, другие преобразователи света – я догадываюсь, что их должно быть немало!

Фотодиоды

Рис. 25. Так обозначается на схемах фотодиод.

Н. – Как и в любом диоде из порядочной семьи!

Л. – Да, но этот диод «из порядочной семьи» набирается дурных идей, когда на его переход попадает свет: удары фотонов (частичек света) порождают на переходе пары «электрон – дырка», и диод ведет себя так, как если бы появился «ток утечки», впрочем, мало зависящий от напряжения.

Н. – Диод меня побери! Ты объяснил мне одно явление, которого я никак не мог понять: однажды я сделал универсальный измерительный прибор с гальванометром и четырьмя плоскостными германиевыми диодами и заметил, что при измерении переменных напряжений мое сооружение утром работает плохо, а во второй половине дня намного лучше. Окна моей лаборатории обращены на восток, и утром солнце сильно освещало диоды.

Л. – Это может служить объяснением. Но возможно также, что причина заключается в нагревании твоих диодов. Их предохраняют от воздействия света, покрывая черной краской.

Н. – Да, сначала краска была, но я ее соскоблил, чтобы посмотреть, что находится внутри.

Л. – Весьма поучительная история – любопытство всегда наказывается. Фотодиод интересен тем, что он часто в 300 раз более чувствителен, чем лучший из вакуумных фотоэлементов. А кроме того, он отличается малой инерционностью и легко воспроизводит изменения света со скоростью до 100 000 периодов в 1 сек. Основной его недостаток, общий для всех полупроводниковых приборов, – чувствительность к повышению температуры.

Н. – В 300 раз чувствительнее лучших вакуумных фотоэлементов! Да это просто чудо! Фотодиоды можно использовать только в сумерках!

Л. – Ты серьезно ошибаешься. Чувствительная поверхность фотодиодов очень маленькая, и требуется хорошее освещение, чтобы на эту крошечную поверхность попал поток в несколько люменов, необходимый для получения достаточного тока. Тем не менее это очень полезные приборы, и они несомненно заменят газовые фотоэлементы в воспроизводящих головках звуковых кинопроекторов.

Н. – Прекрасно!

Л. – Я тоже не надену траура. Однако существует и другое средство для чрезвычайно большого повышения чувствительности фотоэлементов.

Н. – Усиление?

Л. – Совершенно верно. Но сейчас я думаю не о том методе усиления, который ты знаешь, а о методе, основанном на использовании вторичной электронной эмиссии.

Фотоумножители

Н. – Что это еще за пугало? А, вспомнил. Это явление доставляло нам столько неприятностей в тетродах: ускоренные экранной сеткой электроны при попадании на анод выбивают из него новые электроны. В некоторых случаях когда потенциал сетки выше потенциала анода, экранная сетка улавливает эти электроны, что порождает определенный ток, протекающий от анода к экрану, и анод становится вторичным катодом.

Л. – Двадцать из двадцати, дорогой Незнайкнн! Для использования этого явления в фотоэлементах делают так, что электроны, исходящие с освещенного катода (его потенциал равен 0), попадают на первый электрод (с потенциалом +100 в). Этот электрод покрыт веществом, обладающим большой вторичной эмиссией, а расположен он рядом с другим электродом с потенциалом +200 в. На каждый электрон, вылетевший с фото катода и попавшим на электрод с потенциалом +100 в, с этого электрода вырывается 2 или 3 электрона, которые летят на электрод с потенциалом +200 в. Рядом с последним еще один электрод с потенциалом +300 в. он получает уже 4 или 9 электронов (рис. 26).

Рис. 26. В фотоумножителе испускаемые катодом электроны вызывают вторичную эмиссию на первом диноде, который посылает электроны на другой динод, имеющий более высокий потенциал. Этот второй динод еще раз умножает количество электронов и направляет их на анод.

Н. – Все это очень хорошо, но скажи, пожалуйста, Любознайкин, что мешает исходящим с фото катода электронам отправиться прямо на электрод с потенциалом +200 в, а еще лучше на электрод с потенциалом +300 в?

Л. – Этому препятствует само взаимное расположение электродов, создающее электрические поля соответствующей формы. Но тем не менее всегда находится несколько электронов с «дурной головой», которые идут туда, куда им ходить не следовало бы. Главное в том, что, говоря языком статистики, они немногочисленны.

Создав фотоумножитель с десятком каскадов умножения, можно достичь усиления фотоэлектрического тока в несколько миллионов раз. Чувствительность таких фотоумножителей бывает просто фантастической. Впрочем, эти электровакуумные приборы широко используются для измерений в промышленности, в астрономии…

Я принес с собою один такой прибор, чтобы показать его тебе.

Н. – О! А я‑то ожидал увидеть колоссальное сооружение, особенно когда узнал, что в нем 11 фотоумножающих каскадов. Кстати, как называются эти электроды, которые одновременно являются анодами (для предшествующей части) и катодами (для последующей части)?

Рис. 27. Для питания многокаскадного фотоумножителя лучше подавать смещение на диоды с помощью цепочки резисторов, включенной между катодом (с высоким отрицательным потенциалом) и корпусом.

Н. – Понятно. Но почему на своей схеме ты подал на катод отрицательное напряжение?

Л. – Я предпочел подать на катод – 1000 в относительно корпуса и таким образом иметь потенциал последнего электрода (анода) близким к нулю, потому что именно с того электрода я буду снимать усиленный фотоэлектрический ток.

Н. – Но скажи, пожалуйста, зачем все‑таки нужен фотоэлемент с такой чудовищной чувствительностью?

Л. – Весьма часто приходится иметь дело с очень слабым лучом света. Наиболее типичным случаем является использование фотоумножителей в сцинтилляционных счетчиках, предназначенных для обнаружения ядерного излучения[8].

Н. – Ты хочешь сказать атомных лучей?

Л. – В известном смысле, да, но мне абсолютно не нравится это выражение, порожденное авторами низкопробного фантастического чтива. Во всех явлениях, которые неверно называются «атомными», на самом деле происходят изменения ядра.

Н. – Я понял, к чему ты ведешь. Вырывание электронов с катода электронной лампы или из ионизированного газа затрагивает атомы и поэтому могло бы заслуживать название «атомного явления».

Н. – Все эти истории с радиоактивностью представляются мне довольно туманными. И раз ты начал мне говорить об этом, то я могу сделать вывод, что нам предстоит сменить класс рассматриваемых преобразователей, но часы показывают очень поздний час, и я думаю, что сегодня я не способен больше что‑либо воспринять. Если ты не возражаешь, мы продолжим нашу беседу завтра.

Л. – Согласен, и мы сможем завершить вопрос о преобразователях. Он, несомненно, немного скучен, но имеет очень большое значение в электронике.

Беседа четвертая

Дата добавления: 2019-02-12 ; просмотров: 215 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник