Импульсный стабилизатор температуры

 

1 »

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскйк

Социалистимеских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

M. Кл. G 05d 23/19

Заявлено 11.Х.1971 (№ 1704943/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Государственный комитет

Совета Министров СССР во делам изооретений и открытий

УДК 621 555.6(088.8) Опубликовано 21.Х1.1973. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания З.IV,1974

Авторы изобретения

А. Н. Щербань, Н. И. Фурман, Н, С. Белоголовин, А. E. Суржко, П. М. Скрынник и Ю. И. Чоповский

Заявитель

Институт технической теплофизики АН Украинской ССР

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к классу устройств, осуществляющих стабилизацию температуры объекта путем автоматического регулирования подводимой на нагрев электрической мощности. Устройства такого типа находят широкое применение в измерительной технике.

Известны устройства, в которых стабилизация температуры осуществляется путем автоматического изменения длительности импульсов питания нагревателя, имеющих постоянную амплитуду. В некоторых подобных устройствах сигнал обратной связи с измерительной диагонали моста подается на вход усилителя раз баланса через разделительный трансформатор. Такие стабилизаторы обладают высокой точностью, однако наличие индуктивных и емкостных межкаскадных связей обуславливает малый запас устойчивости и склонность к самовозбуждению, что сужает область их применения.

Схемы, не имеющие реактивных элементов, обладают большой простотой и, главное, высокой устойчивостью в работе. Это достигается непосредственным подключением перехода база-эмиттер входного транзистора усилителя к измерительной диагонали моста. Главным недостатком этих устройств является низкая температурная стабильность, поскольку пороговое напряжение эмиттерного перехода транзистора существенно зависит от температуры окружающей среды. В особенности влияет на стабильность всего устройства дрейф входного каскада.

С целью повышения стабильности и устойчивости работы стабилизатора температуры при одновременном упрощении его схемного решения измерительная диагональ моста подключена к базам транзисторов противоположного типа проводимости, эмпттеры которых через резисторы соединены с противолежащими точками диагонали питания, а коллекторы соединены вместе и подключены к базе управляющего транзистора.

В результате такого включения входная цепь управляющего транзистора оказывается подключенной к источнику тока, величина которого пропорциональна сигналу разбаланса

20 моста, а полярность зависит от знака этого разбаланса. Поэтому температурный дрейф порогового напряжения эмиттерных переходов управляющего и регулирующего транзисторов не оказывает влияния на общую стабильность устройства, величина которой зависит в этом случае от степени идентичности характеристик транзисторов, включенных в измерительную диагональ моста. При полной идентичности характеристик этих транзисторов пх тем30 пературный дрейф взаимно компенсируется.

407293

Предмет изобретения

Импульсный стабилизатор температуры, содержащий чувствительный мост, в одно из плеч которого включен термометр сопротивления, диагональ питания моста подключена к

45 источнику питания через коллекторный переход регулирующего транзистора, управляющий транзистор противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, а эмиттер че50 рез стабилитрон подключен к источнику питания, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности схемы при изменении температуры окружающей среды и обеспечения ее устойчивой работы, в измерительную

ы диагональ моста включены базы транзисторов противоположного типа проводимости, эмиттеры их подключены через резисторы к диагонали питания моста, а точка соединения коллекторов этих транзисторов подключена к ба60 зе управляющего транзистора.

На чертеже приведена схема предлагаемого импульсного стабилизатора температуры.

Устройство содержит термочувствительный мост, в плечи которого включены резисторы

1 — 3, и чувствительный элемент — термометр сопротивления 4. Любой из резисторов 1 — 3 может быть использован для задания требуемой температуры об.ьекта. Приведенная схема рассчитана на применение в качестве термоаномометра термохимического датчика, QIIтического пирометра и др. устройств, в которых функции нагревателя и термометра сопротивления выполняет одна и та же металлическая спираль. Для устройств, в которых указанные функции выполняются отдельными спиралями (например, термостаты и микротермостаты), нагреватель (на схеме не показан), может быть подключен, например, к диагонали питания моста непосредственно или через усилитель мощности.

К измерительной диагонали моста подключены базы транзисторов 5 и 6 противоположного типа проводимости, входными сигналами для которых являются падения напряжения соответственно на резисторах 1 и 3 моста.

Для повышения стабильности устройства и уменьшения влияния разброса параметров транзисторов 5 и 6 в их эмиттерные цепи введены равные по величине резисторы 7 и 8.

Коллекторы указанных транзисторов соединены вместе и подключены к базе управляющего транзистора 9. Потенциальное согласование входной цепи транзистора 9 с коллекторными цепями транзисторов 5 и 6 осуществляется за счет стабилитрона 10,.рабочий режим которого задается резистором смещения 11.

Коллектор управляющего транзистора 9 через ограничительный резистор 12 подключен к базовой цепи регулирующего транзистора

13, коммутирующего напряжение питания моста.

Запуск схемы производится короткими зондирующими импульсами, периодически поступающими на клемму «з».

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии температура объекта равна заданной, мост сбалансирован, падения напряжения на резисторах 1 и 3 равны, поэтому коллекторные токи транзисторов 5 и 6 одинаковы, а базовый ток управляющего транзистора 9, являющийся разностью указанных токов, равен нулю. Таким образом, балансу моста соответствует выключенное состояние датчика: управляющий 9 и регулирующий 13 транзисторы заперты, а измерительный мост отсоединен от источника питания (E). Питание мосту в этом состоянии подается лишь на время весьма коротких (т„=10 — 20 м/сек), зондирующих импульсов. Однако разогревом объекта за время действия зондирующих импульсов можно пренебречь, поскольку скважность их выбирается достаточно высокой.

По мере остывания объекта сопротивление термометра сопротивления, контролирующего его температуру, уменьшается и баланс моста нарушается. При определенной минималь ной температуре разбаланс моста становится достаточным для фиксации включенного состояния регулирующего транзистора. При этом после поступления очередного запускающего импульса падение напряжения на резисторе 3 оказывается больше, чем на резисторе 1, поэтому коллекторный ток транзистора 6 боль1> ше, чем у транзистора 5. Поскольку транзисторы 5 и 6 имеют большое внутреннее (выходное) сопротивление, разница их коллекторных токов поступает в базовую цепь управляющего транзистора 9 и открывает его.

20 В свою очередь, коллекторный ток транзистора 9 протекает через базовый переход регулирующего транзистора 13 — транзистор 13 полностью открывается и через его коллекторный переход напряжение источника (Е) гитания поступает на диагональ питания моста. После снятия зондирующего импульса открытое состояние схемы фиксируется цепью обратной связи и сохраняется до тех пор, пока объект вновь не нагреется до заданной

30 температуры. При ее достижении схема автоматически возвращается в исходное (запертое) состояние, поскольку при этом мост сбалансирован и сигнал обратной связи равен нулю.

35 Процесс регулирования температуры повторяется при поступлении следующего зондирующего импульса.

407293

Составитель Л. Птенцова

Техред E. Борисова Корректор Т. Добровольская

Редактор Л, Цветкова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 781/14 Изд. № 1087 Тираж 780 Подписно

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5