光电转速表最全word资料.docx

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光电转速表最全word资料

光电转速表

1.分类

（1）透射式光电转速传感器

透射式光电转速传感器设有指示盘和标尺盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。

在测量物体转速时，标尺盘会随着被测物体转动，光线则随标尺盘转动不断经过各条缝隙，并透过缝隙透射到光敏元件上。

光敏元件在接收光线并感知其明暗变化后，即输出电流脉冲信号。

透射式光电转速传感器的脉冲信号，通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测量对象的转速状态。

（2）反射式光电转速传感器

通过在被测量转轴上设定反射记号，而后获得光线反射信号来完成物体转速测量的。

反射式光电转速传感器的光源会对被测转轴发出光线，光线透过透镜入射到被测转轴上，而当被测转轴转动时，反射记号对光线的反射率就会发生变化。

反射式光电转速传感器内装有光敏元件，当转轴转动反射率增大时，反射光线会通过透镜投射到光敏元件上，反射式光电转速传感器即可发出一个脉冲信号，而当反射光线随转轴转动到另一位置时，反射率变小光线变弱，光敏元件无法感应，即不会发出脉冲信号。

2.特点

（1）光电转速传感器为非接触式转速表

它的测量距离一般可达200mm左右。

光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电转速传感器的测量误差更小，精度更高。

（2）光电转速传感器的结构紧凑

光电转速传感器的结构紧凑，主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成，因此光电转速传感器的体积设计小巧、内部结构精致，一般重量不会超过200g，非常便于使用者的携带、安装和使用。

（3）光电转速传感器的抗干扰性好

光电转速传感器多采用LED作为光线投射部件，极少会出现光线停顿的情况，也不会存在灯泡烧毁等故障危险。

另外，光电转速传感器的光源都是经过特殊方式调制的，有极强的抗干扰能力，不会受普通光线的干扰。

（4）光电转速传感器的测量能力好

光电转速传感器的可采用光纤封装，可于测量微小的物体，特别是微小旋转体的测量，特别适用于高精密、小元件的机械设备测量。

光电转速传感器的运行稳定，有良好的可靠性，测量的精度较高，能满足使用者的测量要求。

光电转速传感器的转速测量实验

一、实验目的：

了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二、基本原理：

光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接受转换成电信号，由于转盘有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。

三、需用器件与单元：

光电转速传感器、＋5V直流电源、转动源单元及转速调节2-24V、数显转速／频率表。

四、实验步骤：

1、光电转速传感器安装如下图所示，在传感器支持架上装上光电转速传感器，调节高度，使传感器端面离平台表面2-3mm，将传感器引线分别插入相应插孔，其中红色接入直流电源+5V，黑色为接地端，蓝色输入主控箱Fi。

转速／频率表置“转速”档。

2、将转速调节2-24V接到转动源2-24V插孔上。

3、合上主控箱电源开关，使电机转动并从转速／频率表上观察电机转速。

如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度。

五、思考题：

已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。

DT-2259 光电/闪频两用转速计

DT-2259 光电/闪频两用转速计

产品特性

-.小巧集成电路板设计，高精确度，测量范围大，数字显示。

-.一台机器包含两种功能：

“数字光电转速表”及“数字频闪仪”。

1.数字频闪仪功能：

可测量范围从100RPM到100,000RPM，且高精度数字显示。

时尚型固体高可见度橙色光，长寿命，基本免维护。

可用来检查和测量齿轮转速，摆速，离心速度，抽水机速率，马达转速等其他用于工业维修，生产，质量控制，试验室的设备，及学校研究所的频闪示范教学。

2.数字光电转速表功能：

非接触RPM测量，可测范围从0.5到100，000RPM。

当测量值小于1000RPM时解析度为0.1RPM。

最后测量值，最大值最小值将自动储存在记忆体中，当按下“记忆唤回”按钮就会显示出来。

高清晰的液晶显示屏令读数更清晰无误。

3.仪器采用耐用持久的材料造成，并且附送硬质便携盒。

针对人手设计适合一手使用。

主要规格

显示：

5数字，10mmLCD

精度：

±（0.1％+2）

取样时间：

1秒（>＝60RPM）

时基：

石英晶体

主板：

特别设计的一体式集成LSI电路板

电池：

4×1.5VAA

工作温度：

0－50°C

工作湿度：

低于80％RH

尺寸：

215×65×38mm

重量：

连电池300g

附件：

便携盒×1说明书×1

光电转速表电参数

测量范围

5到99999RPM

解析度

0.1RPM（<1000RPM时）

1RPM（≧1000RPM时）

检测距离

50到150mm最大300mm（取决于环境光强）

频闪仪电参数

频闪速率

100.到100,000RPM  FPM：

每分钟闪动次数RPM：

每分钟转动次数

频闪调节范围

A：

100-1000FPM

B：

1000-10000FPM

C：

10000-100000FPM

解析度

0.1FPM/RPM（<1000RPM时）

1FPM/RPM（>1000RPM时）

闪光管

高效LED灯

闪动持续

60到1000微秒

闪光颜色

橙色

闪动持续

约16%周期

闪光调整钮

粗调

细调

校准

石英时基及微电路，无需外部校准

操作步骤（频闪仪）：

-.准备：

先用选择键选择测量量程（1000RPM，10,000RPM，100,000RPM）

-.测量速度：

当测量时，一定要确保闪动频率与被测物频率保持一对一关系，当闪光频率2倍3倍或4倍于被测频率时，也可以看到静止效果，这只能看作是频率的一种合拍现象。

为了确保测量结果的唯一性，调试旋钮直到出现两个影像，（这时的读数是实际的两倍），然后减少闪动频率直到出现单一的稳定图像，这时的读值就是被测物实际的读数。

-.检测运动：

要分析运动情况，需按上述方法设定好实际的频闪，缓慢旋转旋钮，将出现慢动作效果供分析。

光电效应

英文名称

　　光电效应∶Photoelectriceffect

光电效应概述

　　光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。

这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。

　　金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。

光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。

临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。

还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。

可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。

正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位（即光子或光量子）所组成。

这种解释为爱因斯坦所提出。

光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用，在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应（Photoelectriceffect）。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。

前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。

后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。

　　光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关,光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响.

光电效应说明

　　①光电效应的实验规律。

　　a．阴极（发射光电子的金属材料）发射的光电子束和照射发光强度成正比。

　　b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。

这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

　　c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率叫做极限频率（或叫做截止频率），相应的波长λ。

叫做红限波长。

不同物质的极限频率”。

和相应的红限波长λ。

是不同的。

几种金属材料的极限波长

　　一些金属的极限波长（埃）：

　　铯钠锌银铂

　　65205400372026001960

　　d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。

这表明，光电效应是瞬时的。

　　②解释光电效应的爱因斯坦方程：

根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。

电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。

如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量（即电离能量）I和脱离物体表面时的逸出功（或叫做功函数）W，那么电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。

爱因斯坦方程

　　hυ=（1/2）mv^2+I+W式中（1/2）mv^2是脱出物体的光电子的初动能。

金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为hυ=（1/2）mv^2+W假如hυ

对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率（极限频率）υ0。

由hυ0=W确定。

相应的极限波长为λ0=C/υ0=hc/W。

发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。

③利用光电效应可制造光电倍增管。

光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。

算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式：

光子能量=移出一个电子所需的能量+被发射的电子的动能代数形式：

hf=φ+Emφ=hf0Em=（1/2）mv^2其中h是普朗克常数，h=6.63×10^-34J·s，f是入射光子的频率，φ是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，f0是光电效应发生的阀值频率，Em是被射出的电子的最大动能，m是被发射电子的静止质量，v是被发射电子的速度，注：

如果光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。

功函数有时又以W标记。

这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。

爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得1921年诺贝尔物理学奖。

光电效应的分类

　　光电效应分为：

外光电效应和内光电效应。

　　外光电效应

　　在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。

　　1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中首次发现的；

　　1902年，勒纳（Lenard）也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。

但无法根据当时的理论加以解释；

　　1905年，爱因斯坦提出了光子假设。

　　爱因斯坦光电效应方程：

　　1.光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A。

　　2.?

一定时，产生的光电流和光强成正比。

　　3.逸出的光电子具有动能。

　　基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。

　　内光电效应

　　当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。

分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。

　　1光电导效应

　　在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。

　　当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。

　　基于这种效应的光电器件有光敏电阻。

　　２．光生伏特效应：

在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。

基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。

　　①　势垒效应（结光电效应）

　　光照射PN结时，若h?

≧Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，电子偏向N区外侧，空穴偏向P区外侧，使P区带正电，N区带负电，形成光生电动势。

　　②侧向光电效应

　　当半导体光电器件受光照不均匀时，光照部分产生电子空穴对，载流子浓度比未受光照部分的大，出现了载流子浓度梯度，引起载流子扩散，如果电子比空穴扩散得快，导致光照部分带正电，未照部分带负电，从而产生电动势，即为侧向光电效应。

光电效应测普朗克常数预习提纲

芦立娟2020年9月1日

1、实验任务：

（1）用光电效应仪测普朗克常数；（必做）

（2）改变光的强度（改变距离或光澜孔直径）；（选做，可以不做）

2、实验原理：

（1）截止电位与截止频率？

（2）如何确定不同频率下的截止电压？

（3）光电子的能量随光强变化吗？

（4）光电流的大小随光强变化吗？

（5）如何从光电管的I-V特性图上利用“拐点法”确定“截止电压”？

（6）如何利用“线性函数”图像求出普朗克常数？

3、操作规范：

（1）贡灯开启直至实验结束、数据签字后才能关闭；

（2）操作时，室内人员勿讲话和走动，以免影响实验数据；

（3）仪器不用时，将镜头盖盖上，关掉电源开关（不用拔掉电源）；

4、数据处理：

两种方法选一种：

（1）利用坐标纸（略）：

根据实验数据利用坐标纸上画出每个频率下的伏安特性曲线，并找出相应的遏止电压，作出遏止电压——频率图，找出斜率，再根据公式h=eK求出普朗克常数。

（2）利用电脑：

将实验数据打入Excel表格内，点击“图表向导”作出每个频率下的伏安特性曲线图形，确定截止电压；再利用遏止电压——频率数据作出遏止电压——频率图，鼠标指向图线，按鼠标“右键”，点击“添加趋势线”，在“类型”中选则“线性（L）”，在“选项”中选“显示公式（E）”，在图形上，可直接确定斜率的大小，根据公式h=eK求出普朗克常数,最后将图打印后粘在实验报告册内；

5、如何进行结果讨论和误差分析：

（本次实验项目的重点）。

（1）定量分析引起误差的原因；

（2）百分差一般控制在5%以内。

6、实验所需公式：

公认值:

h0=6.63×10－34（J·S）

h=eK其中：

K在图上直接找出

光电效应测普朗克常数数据记录表格设计提示

（GD—Ⅲ南京激光仪器厂光电效应实验仪）

光阑孔直径Φ=mm；

（数据仅仅供参考，每位同学的仪器数据都不同）

距离：

L=20—30cm电压值量程：

-3.00—+3.00V；电流值放大倍率×10-11A；

365

405

436

546

577

U

I

U

I

U

I

U

I

U

I

-3.00

-3.00

-3.00

-3.00

-3.00

3.00

3.00

3.00

3.00

3.00

波长：

365nm，

横坐标电压U，纵坐标电流I

波长：

405nm

横坐标电压U，纵坐标电流I

波长：

436nm

横坐标电压U，纵坐标电流I

波长：

546nm

横坐标电压U，纵坐标电流I

波长：

577nm

横坐标电压U，纵坐标电流I

遏止电压（取正值）——波长表格：

波长（nm）

365

405

436

546

577

频率（x10-14HZ）

8.22

7.41

6.88

5.49

5.20

遏止电压

-2.08

-1.3

-1.17

-0.78

0.45

遏止电压（纵坐标，单位：

V）——频率（横坐标，单位：

x10-14HZ）：

数据处理：

（两种方法）：

（1）利用坐标纸：

根据实验数据利用坐标纸上画出每个频率下的伏安特性曲线，并找出相应的遏止电压、作出遏止电压——频率图，找出斜率，再根据公式h=eK求出普朗克常数。

（2）利用电脑：

将实验数据打入在Excel表格中，点击“图表向导”作出每个频率下的伏安特性曲线图形，确定截止电压；再利用遏止电压——频率数据作出遏止电压——频率图，鼠标指向图线，按鼠标“右键”，点击“添加趋势线”，在“类型”中选则“线性（L）”，在“选项”中选“显示公式（E）”，在显示图形上，可直接确定斜率的大小，根据公式h=eK求出普朗克常数。

图中看出斜率为：

0.4408

计算得：

　　　　h=eK=1.6×10-19×0.4408×10-14=7.01×10-34（J·S）

公认值:

　　　　h0=6.63×10－34（J·S）

相对误差：

（最多取两位）

本实验的误差分析举例：

（请同学们根据自己实验实际情况具体分析，以下仅供参考）

从测量得普朗克常数

Ｊ·s的结果看，

虽然比公认ｈ＝６.６２６０７５５×10-34值稍大一些，但基本符合结论。

影响测量精度的主要原因及测量方法（摘）：

〈1〉电流的原因：

由于有暗电流、本底电流、反向电流的干扰，实际的截止电位应

在I为零时的反向电压与I达到反向饱和拐点处对应的反向电压之间，不易准确找到一般以前者或后者来近似代替，故会产生较大的误差。

反向电流是由于在制造过程中光阴极物质溅射到阳极上，当光照射时，其行为与光阴极相似，致使在截止电压下获得一个反向电流，随着反向电压的增加，反向电流趋于饱和，这是因为在测量反向截止电压时，阴极是高电位，阳极是低电位，阳极是的阴极材料光电子在光电效应中的加速电场中所产生的反向电流就是在加上反向电压后总有0.2-0.4µΑ，（随频率的不同而异）的光电流的原因，实验得知随着反向电压增加到一定的值时（2V左右），这一电流就不在增加，所有阳极光电子都到了阴极。

影响测量精度的主要原因是暗电流、本底电流、反向电流。

〈2〉电压的原因：

由于电流的原因，导致本实验截止电压偏大，ｈ值偏大。

实际测量中常采用“图解法”消除以上所引入的系统误差，使实验数据处理变得直观、形象。

即所谓的“拐点法”。

光电效应实验的优化

光电效应实验在我国南部各省很难演示成功，其主要原因是空气湿度大。

由于空气潮湿，用毛皮摩擦的橡胶棒不易起电，验电器上带的电荷很难保持稳定。

如果在干燥的玻璃柜中演示，既不方便又可见度不大。

为此，我对现行教材上的光电效应实验做了如下改进。

一、实验器材的改进

1．验电器的改进。

将普通的指针验电器的胶木环拆下，换上自制的有机玻璃环，使其绝缘性能增强，然后将验电器的面板玻璃取下用250瓦的红外线灯照射验电器，使验电器内部空气干燥后立即盖上面板玻璃，再用透明胶带将缝隙全部封闭，这样验电器无论拿到实验室还是教室都不会因为内部空气潮湿而产

生放电。

2．改用紫外线灯代替弧光灯做光源，既方便又经济。

为防止紫外线刺伤学生眼睛，我们设计了简单的挡光装置如附图

所示，取与紫外线灯管长度相等直径为40毫米的塑料水管一根，将其锯出一个略小于

铁板大小的缺口，且在内壁涂白，然后套在紫外线灯管上即可。

3．改用海绵与橡胶棒摩擦。

使橡

胶棒带负电，其效果非常好，不过实验前需证明橡胶棒

带的是负电。

4．增加红外线灯照射。

实验时，整个实验装

置在红外线灯照射下，它不仅能使实验装置及其周围

的空气很快得到干燥，而且增加了验电器的可见度。

二、改进后的实验步骤

1．用砂纸将锌板受光面擦亮，固定在验电器的金

属杆上，打开红外线灯，用带正电的玻璃棒靠近验电

器，用感应起电的方法使验电器带负电荷而保持稳定

的张角。

2．用紫外线灯靠近锌板放置（距离小于10厘米），在锌板和紫外线灯之间放置一块挡光玻璃，打开紫外线灯，验电器张角不变，抽去挡光玻璃，验电器张角立即减小（玻璃有挡紫外线的作用）。

再挡住紫外光、验电器张角又停止减小，这样可重复几次，现象非常明

显，此现象说明紫外光从锌板上打出了光电子，从而使锌板带正电。

为了排除紫外线照射使空气电离而使锌板漏电的疑问，可再做对比实验，即用橡胶棒带负电，用静电感

应方法使锌板带正电，当紫外线照射锌板时，指针验电器的张角不会减小。

3．用红外线或白炽灯照射锌版，验电器张角保持不变，这是由于红外线、和白炽灯发出的光是频率较低的红外线和可见光，它们都小于锌的极限频率，这演示能清楚说明极限频率的存在。

三、光电效应单元练习题

　　一、选择题

　　1．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从半径为ra的圆周轨道上自发地直接跃迁到一个半径为rb的圆周轨道上，ra＞rb，在此过程中[　　]

　　A．原子要发出一系列频率的光子

　　B．原子要吸收一系列频率的光子

　　C．原子要发出某一频率的光子

　　D．原子要吸收某一频率的光子

　　2．激光器输出功率为P瓦，它每秒发出的光子数为[　　]

　　A．Ph/λcB．Pλ/hc

　　C．Pc/hλD．Pλc/h

　　3．处于基态的氢原子被一束单色光照射后，能辐射出三种频率分别为

1、

2、

3的光子，且

1＞

2＞

3，则λ射光的频率可能为[　　]

　　A．

1B．

2+

3C．

2D．

3

　　4．对光电效应的解释，正确的是[　　]

　　A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属

　　B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了

　　C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大

　　D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同

　　5．下列哪些说法是正确的是[　　]

　　A．光子说完全否定了波动说

　　B．光的波粒二象性是指光与宏观概念中的波与粒子很相似

　　C．光的波动说和光子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有不能解释的实验现象

　　D．光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识

　　二、填空题

　　6．发光功率为P的点光源，向外辐射波长为λ的单色光，均匀投射到以光源为球心、半径为R的球面上．已知普朗克常量为h，光速为C，则在球面上面积为S的部分，每秒钟有_______个光子射入．

　　7．已知铯的极限频率4.545×1014Hz．钠的极限频率为6.000×1014Hz，银的极限频率为1.153×1015Hz，铂的极限频率为1.529×1015Hz．当用波长为0.375μm的光照射它们时，可发生光电效应的物质是________

　　8．一单色光在某种介质中的传播速度为1.5×108m/s，它在介质中的波长为300nm，这种光的频率为_______Hz，在真空中的波长为________这种光子的能量为_______J．

　　9．某原子的核外电子从第三能级跃迁到第二能级时能辐射出波长为λ1的光，从第二能级跃迁到第一能级时能辐射出波长为λ2的光，则电子从第三能级跃迁到第一能级时能发出波长为_______的光．

　　三、计算题