70_Pomiary fotometryczne.pdf

(170 KB) Pobierz
70_Pomiary fotometryczne
Cel wiczenia
Poznanie podstawowych wielkoci fotometrycznych, ich wizualnych i fizycznych metod pomiaru oraz
zapoznanie si z zasadami działania fotometru Lummera-Bredhuna oraz fotoogniwa poprzez wyznaczenie
natenia ródła wiatła metod wizualn i fizyczn, a take wykrelenie wykresów i=f(E), E=f() oraz badanie
przepuszczalnoci filtrów szarych przy zastosowaniu metody fizycznej.
CZ. I Pomiary fotometryczne z wykorzystaniem fotoogniwa selenowego
Układ i metody pomiarowe
Podczas wykonywania wiczenia korzystalimy z fotoogniwa selenowego, którego schemat jest
zaprezentowany poniej.
Rys. 1. Schemat budowy fotoogniwa
Zasada działania fotoogniwa jest oparta na właciwociach złcza metal-półprzewodnik. Absorpcja
wiatła w obszarze ładunku przestrzennego złcza metal-półprzewodnik powoduje wybijanie elektronów z
atomów i powstawanie par elektron-dziura, które s natychmiast rozseparowywane przez pole elektryczne
wystpujce w tym obszarze. W obwodzie dołczonym do biegunów fotoogniwa powstaje prd elektryczny i o
niewielkim nateniu, mierzony mikroamperomierzem.
Pierwszym zdaniem było mierzenie natenia prdu płyncego w obwodzie w zalenoci od odległoci
ródła wiatła i wyznaczenie charakterystyki i=f(E). W tym celu odsuwalimy fotoogniwo od ródła wiatła co 5
cm poczwszy od odległoci 30 cm a koczc na 95 cm.
Drugim zadaniem było mierzenie nat enia pr du płyn cego w obwodzie w zale no ci od k ta padania
wiatła na fotoogniwo. Na odległoci fotoogniwa od ródła równej 30 cm wychylalimy fotoogniwo o kt od 0°
(płytka fotoogniwa jest prostopadle do ródła wiata) do 70° co 10° w obie strony. Dla wychylenia fotoogniwa w
lewo przyjto notacj z „-”.
Kolejnym zadaniem było zbadanie przepuszczalnoci filtrów szarych. W tym celu mierzylimy
natenie prdu fotoelektrycznego i dla wiatła przepuszczanego przez filtry.
Pomiary do w/w zada wykonane zostały dla układu pomiarowego zaprezentowanego na Rysunku 2.
Rys. 2. Schemat układu pomiarowego
607735946.026.png 607735946.027.png 607735946.028.png
Pomiary i obliczenia
Pomiary zostały dokonane przy wykorzystaniu Zasilacza Stabilizowanego ZSC 05012 oraz urzdzenia
LM-3, słucego jako mikroamperomierz, którego klasa wynosi 0,5. ródło wiatła było zasilane przez prd o
charakterystyce: I = 1,46 A, U = 8,84 V. Przyjte do oblicze wartoci zostały zaprezentowane poniej:
Tabela 1. Wartoci przyjte do oblicze
I [cd] I [cd] [ ˚ ] [ ˚ ]
16,5
0,5
0
1
1. Wyznaczanie zale no ci E=f(r)oraz charakterystyki wietlnej fotoogniwa i=f (E)
Pomiary prdu zostały dokonane na zakresie 75, tak sam warto ma górna podziałka z której
korzystalimy. Tabela 2 zawiera zestawione pomiary i wykonane obliczenia.
Tabela 2. Dane pomiarowe i obliczenia
r r
i i
E E
[cm]
[cm]
[A]
[A]
[lx]
[lx]
30
66
183,33
6,78
35
48
134,69
4,85
40
36
103,13
3,64
45
28
81,48
2,83
50
22,5
66,00
2,26
55
18,5
54,55
1,85
60
0,2
15,5
0,5
45,83
1,54
65
13
39,05
1,30
70
11,5
33,67
1,12
75
10
29,33
0,97
80
9
25,78
0,85
85
8
22,84
0,75
90
7,5
20,37
0,66
95
7
18,28
0,59
Na podstawie danych z tabeli został sporzdzony wykres nr 1 tj. E=f(r) oraz wykres nr 2 tj. zaleno
i=f (E).
Wzory i przykładowe obliczenia
Przykładowe obliczenia zostały zaprezentowane dla pierwszego pomiaru:
D
=
klasa
×
zakres
max
=
0
×
75
=
0
375
Μ
A
klasy
100
100
D
odczytu
=
0
125
Μ
A
D
=
D
klasy
+
D
odczytu
=
0
Μ
A
podział
=
zakres
odczytu
=
75
=
1
Μ
A
elementarn
a
podział
75
max
i
=
podział
elementarn
a
×
odczyt
=
1
×
66
=
66
Μ
A
W oparciu o prawo Lamberta wyznaczamy natenie owietlenia:
E
=
I
×
cos
A
=
16
,
×
1
=
183
,
33
lx
r
2
0
2
Niepewno E liczymy z ró niczki zupełnej:
D
E
=
E
D
I
+
E
D
r
+
E
D
A
=
D
I
cos
A
+
I
×
D
r
×
cos
A
+
I
×
sin
A
×
D
A
=
6
78
I
r
A
2
3
2
r
r
r
Pozostałe obliczenia zostały wykonane analogicznie.
×
lx
607735946.029.png 607735946.001.png 607735946.002.png 607735946.003.png
2. Wyznaczanie zale no ci E=f( )
Pomiary zostały dokonane zgodnie z przedstawionym wczeniej opisem, przy nie zmienionych
parametrach zasilacza oraz z wykorzystaniem tej samej podziałki przyrzdu LM-3 co poprzednio. Wyniki
pomiarów i obliczenia zostały uporzdkowane w Tabeli 3.
Tabela 3. Dane pomiarowe
i
i
i r
i
E z Lamberta E z charakt E z Lamberta E z charakt
[ ˚ ]
[A]
[ ˚ ]
[A]
[A]
[A]
[lx]
[lx]
[lx]
[lx]
0
66,5
0
66,5
66,50
183,33 186,87
8,00
8,15
10
64,0
-10
60,5
62,25
180,55 175,02
7,88
7,64
20
63,0
-20
56,0
59,50
172,28 167,35
7,52
7,30
30
61,5
-30
53,5
57,50
0,5
158,77 161,77
6,93
7,06
40
56,5
-40
44,0
50,25
140,44 141,56
6,13
6,18
50
48,0
-50
39,0
43,50
117,84 122,74
5,14
5,36
60
41,0
-60
28,5
34,75
91,67
98,35
4,00
4,29
70
31,0
-70
16,0
23,50
62,70
66,99
2,74
2,92
Powysze dane posłuyły do wykrelenia Wykresu 3, tj. zalenoci E=f(). Wykres bdzie si opierał
na danych uzyskanych za pomoc prawa Lamberta.
Wzory i przykładowe obliczenia
Przykładowe obliczenia zawieraj tylko wzory, które pojawiły si pierwszy raz. Obliczenia
przeprowadzono dla kta =10˚.
i r
=
64
,
+
60
,
=
62
25
Μ
2
E zLamberta
=
I
×
cos
A
=
16
,
×
cos
10
=
183
33
lx
r
2
0
2
E z charakt było liczone poprzez wyznaczenie z trendu liniowego, zaznaczonego na Wykresie 2, zmiennej
x i podstawienie odpowiednich wartoci.
E
=
i
+
0
5283
=
66
,
+
0
5283
=
186
,
87
lx
0
3587
0
3587
Niepewno E została wyznaczona metod pochodnej logarytmicznej. Prezentowane obliczenie
niepewnoci dotyczy natenia owietlenia uzyskanego z prawa Lamberta.
D
E
=
D
+
D
I
2
r
×
E
=
×
+
0
2
0
002
×
183
33
=
8
00
lx
I
r
16
,
0
3. Badanie przepuszczalnoci filtrów szarych
Przy ustalonej odległoci r = 30 cm fotoogniwa od ródła wiatła oraz przy prostopadłym padaniu
promieni wietlnych na czynn powierzchni fotoogniwa zmierzylimy natenie prdu fotoelektrycznego i .
Wyniosło ono 69 A. Nastpnie, na drodze promieni wietlnych umieszczalimy po kolei filtry szare i
mierzylimy natenie prdu fotoelektrycznego i’ dla strumienia wiatła przepuszczanego przez filtr.
Tak zebrane dane zostały zaprezentowane w Tabeli 4.
Tabela 4. Dane pomiarowe – przepuszczalno filtrów
nr filtra
i'
delta i'
T
elta T
1
30,0
0,4348 0,0104
4
16,5
0,5
0,2391 0,0090
5
8,5
0,1232 0,0081
6
4,5
0,0652 0,0077
,
A
,
,
607735946.004.png 607735946.005.png 607735946.006.png 607735946.007.png 607735946.008.png 607735946.009.png 607735946.010.png 607735946.011.png 607735946.012.png 607735946.013.png 607735946.014.png 607735946.015.png 607735946.016.png 607735946.017.png 607735946.018.png 607735946.019.png 607735946.020.png 607735946.021.png 607735946.022.png 607735946.023.png 607735946.024.png
 
Wzory i przykładowe obliczenia
Obliczenia dotycz filtru nr 1. Współczynnik przepuszczalnoci filtra wyznaczamy ze wzoru:
T
=
i
'
=
30
=
0
4348
i
69
Niepewno współczynnika liczymy metod róniczki zupełnej.
D
T
=
T
D
i
+
T
D
i
=
D
i
'
+
i
'
×
i
=
0
0104
i
'
i
i
2
i
Dla pozostałych filtrów obliczenia przebiegały analogicznie.
4. Wyznaczanie mocy dostarczonej do arówki
Z wykonanych pomiarów jestemy w stanie obliczy jedynie moc dostarczona do arówki przy
wykonywaniu powyszych wicze. ródło wiatła było zasilane przez prd o charakterystyce odczytanej z
zasilacza: I = 1,46 A, U = 8,84 V. Jako, e mielimy do dyspozycji dokładniejsze przyrzdy pomiarowe,
skorzystalimy z nich. Natenie mierzone było przyrzdem MASTER M890G na zakresie 20 A, a napicie
przyrzdem METEX-3800 na zakresie 20 V.
Dane niezbdne do oblicze:
• dokładno Multimetru MASTER M890G
± 0,3 % rdg + 1 dgt
• dokładno Multimetru METEX-3800
± 2,0 % rdg + 5 dgt
Obliczenia zostały zebrane w Tabeli 5.
Tabela 5. Dane pomiarowe – obliczenie mocy
I I
U U
M M
A
A
V
V
W
W
1,47
0,01
8,77
0,23
12,89
0,46
Wzory i przykładowe obliczenia
Moc obliczymy korzystajc ze wzoru M = U * I = 1,47 A * 8,77 V = 12,89 W.
D
I
=
0
003
*
1
47
+
0
01
=
0
01
A
D
U
=
0
02
*
8
77
+
0
05
=
0
23
V
D
M
=
I
Niepewno mocy liczymy metod róniczki zupełnej:
W
D
U
+
U
*
D
I
=
1
47
*
0
23
+
8
77
*
0
01
=
0
46
CZ.II Wizualne pomiary fotometryczne z wykorzystaniem fotometru Lummera –
Brodhuna
Układ i metody pomiarowe
Podczas wykonywania wiczenia korzystalimy z fotometru Lummera-Brodhuna, którego schemat jest
zaprezentowany poniej
'
Niepewnoci napicia i natenia liczymy z dokładnoci Multimetrów:
*
607735946.025.png
 

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin