Файл: Кривоносов, А. И. Полупроводниковые датчики температуры.pdf

ют хорошую 'стабильность работы. В спроектированном термодатчике использовались диоды в микромодульном исполнении.

Электрическая схема термодатчпка показана на ■рис. 3-15,а. Она представляет собой дифференциальную схему включения термочувствительного элемента датчи­ ка температуры. Питание схемы осуществляется от двух батарей Б] и Б2. В целях увеличения чувствительности в качестве термочувствительных элементов использова­ ны два включенных последовательно диода. Чтобы уменьшить разогрев диодов, вносящий дополнительную погрешность, последовательно с ними подключается ограничивающий резистор. Параллельно термочувстви­ тельной цепочке, с одной стороны, в зависимости от диа­ пазона температур, подключается переключателем Я4тот или иной резистор, а с другой стороны, подсоединен уси­ литель постоянного тока УПТ, собранный по дифферен­ циальной схеме, для уменьшения зависимости парамет­ ров схемы от температуры, в которой использованы транзисторы типа П25. На выходе УПТ включен микроамперметр, проградуированный в 0°С [Л. 60, 66, 80].

Внешний вид прибора показан на рис. 3-15,6. На пе­ редней панели расположены мнкроамперметр М-394М

ключатель 1 1 ) \ телефонный ключ, служащий выключате­

лем питания (переключатель 7); потенциометр «Кали­ бровка» §; переключатель диапазонов измерения темпе­ ратур (переключатель 9); ручка потенциометра «Уста­ новка нуля» 10. Гибким проводом датчик температуры из двух последовательно соединенных диодов соединяет­ ся со схемой прибора и при переноске укладывается под крышку 1 прибора. Прибор снабжен также выключате­ лем 4 и инструкцией 2.

Щуп 6 прибора выполнен в двух вариантах. Щуп,

изготовленный по первому варианту, представляет собой латунную трубку диаметром 4 мм, внутри которой про­ ложены два гибких проводника. Ріа конце трубки укреп­ лены две фарфоровые платы с вмонтированными в них диодами заводского изготовления. Была испытана и дру­ гая конструкция щупа датчика, в которой диоды извле­ кались из фарфоровых плат и помещались в хлорвини­ ловую трубку. Делалось это с целью уменьшения по-

119

'19

"18

"15

'19

"13

Рис. 3-15. Схема измерителя температуры с датчиком но дифферен­ циальной схеме на диодах (а) и общий вид прибора ( б).

120

стоянкой времени, которая при этом получалась равной 20 сек, «о такая конструкция датчика оказалась меха­ нически менее прочной. Следовательно, такую конструк­ цию целесообразно использовать там, где динамические нагрузки, действующие на датчик, невелики.

Расчет семейства вольт-амперных характеристик дио­ дов производится по 'Методике, приведенной в [Л. 60], а расчет дифференциальной схемы производится обыч­ ными методами.

При помощи разработанного прибора возможно из­ мерение температуры в диапазоне —80-ь+80°С. Весь

с диапазоном 0-ь500 мка. При этом следует произвести перерасчет параметров УПТ.

3-3. ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ СО СМЕЩЕННЫМ

ВПРЯМОМ НАПРАВЛЕНИИ И ВКЛЮЧЕННЫМ

ВМОСТОВУЮ СХЕМУ ДИОДОМ

Широкое распространение в современной электроиз­ мерительной технике получили мостовые схемы, в кото­ рых необходим один источник питания, а не два, как это имеет место в дифференциальных схемах включения.

Методика расчета мостовых схем с нелинейными эле­ ментами достаточно подробно изложена в '[Л. 60].

Электрическая схема датчика температуры представ­ ляет собой мостовую схему (рис. 3-16,а), в два противо­ положных плеча которой включено по микромодульному диоду. В качестве источника питания применена батарея типа КБС-Л-0,5.

Показывающий прибор выполнен на основе микроам­ перметра типа М24 класса точности 1,0 на 50 мка с внут­ ренним сопротивлением, равным 3,14 ком. Два резистора типа МЛТ-0,5, включенные в два других противополож­ ных плеча мостовой схемы, выбраны равными 100 и 500 ом. Диапазон измеряемых прибором температур — 40-ь + 60 °С. Шкала прибора близка к линейной. Цена деления прибора 0,5°. Прибор имеет внешний вид, пока­ занный на рис. 3-16,6.

121

ншо температуры и малые размеры. Что касается изго­ товляемых в настоящее время полупроводниковых дио­ дов, то уменьшение размеров в стремлении улучшить та­ кую характеристику датчика, как постоянная времени, связано с уменьшением и без того малых обратных токов р-п-перехода, что затрудняет их непосредственную -реги­ страцию.

Усиление обратного тока диода может быть осуще­ ствлено с помощью усилительной схемы, к которой вдан­ ном случае предъявляются требования максимальной простоты и надежности. Иногда бывает также полезным наличие на шкале прибора «плавающего нуля» с тем, чтобы перемещать начало отсчета в пределах допусти­ мого диапазона температур.

На рис. 3-17,а приведена схема устройства для изме­ рения температуры с использованием в качестве чувст­ вительного элемента диода в обратном включении и ре­ гистрацией температуры стрелочным индикатором [Л. 85]. Усиление обратного тока диода осуществляется импѵльсной схемой, обеспечивающей получение среднего значения тока, пропорционального измеряемой темпера­ туре.

После подачи на схему питающего напряжения кон­ денсатор С5 заряжается через диод Д чя до напряжения зажигания тиратрона Л^. После зажигания тиратрона Д4 на управляющем электроде его устанавливается потен­ циал, соответствующий режиму горения. Так как посто­ янная времени цепочки R3CZ выбирается большей, чем

цепи заряда емкости С5, то импульс с выхода релакса­ тора, выполненного на лампе Л2, поступит на управляю­ щий электрод тиратрона Л3 после зажигания Л4. После поступления положительного импульса с резистора R3 через конденсатор С3 на управляющий электрод Л3 по­ следний зажигается. Перепад 'напряжения на аноде" Л3

передается через конденсатор С4 на анод </74 и гасит его. Конденсатор С5 опять начинает заряжаться. При дости­ жении напряжения на управляющем электроде уровня, равного напряжению зажигания, тиратрон <Я4 зажигает­ ся. При этом в результате передачи через конденсатор С4 на анод тиратрона Л3 отрицательного перепада напря­

жения он гаснет до прихода следующего импульса от релаксатора.

Далее процесс повторяется. Изменяя величины Rs, С2 и С5 при любой заданной температуре, можно добиться

12 3

равенства времени нахождения тиратрона Jls и Л4 в .про­ водящем состоянии, результатомчего будет равенство нулю значения тока, регистрируемого измерительным прибором И. Таким образом, начало отсчета может быть

Рис. 3-17. Схема измерителя температуры с датчиком на обратносмещешюм диоде (а) и общий вид прибо­ ра (б).

смещено в ту Или другую сторону в пределах рабочего диапазона температур. Нагрев диода Д ч.э изменяет за­ рядный ток и, следовательно, время заряда конденсатора С5. Результатом этого при неизменной частоте следова­ ния импульсов с релаксационного генератора Л3 будет

изменение соотношения времени нахождения тиратронов

124

Лз и Л,„ в 'проводящем состоянии, увеличивающегося при увеличении температуры, что будет фиксироваться изме­ рительным прибором И. При расчете .цепи заряда кон­ денсатора С5, происходящего через обратносмеЩенный диод Дч.э, для последнего необходимо иметь семейство вольт-амперных характеристик, расчет которого произ­ водится по методике, предложенной в [Л. 60].

Несмотря на экспоненциальный характер температур­ ной зависимости обратного тока диода при работе в узком диапазоне температур зависимость выходного тока в нагрузке от температуры близка к линейной.

Прибор имеет печатный монтаж и шкалу 0—100°С (рис. 3-17,6). В качестве показывающего прибора исполь­ зован микроамперметр типа М24 на 100 мка.

3-5. ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ НА ТРАНЗИСТОРЕ

В данном датчике [Л. 67] попользуется зависимость от температуры среды тока коллектора транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Схема датчи­ ка рис. 3-18 представляет собой измерительный мост, в три плеча которого включены постоянные резисторы Я1, Яз, Яз, а в четвертом — в качестве термочувствитель­

ного элемента включен транзистор. В схеме предусмот­ рен резистор контроля Я/„ который в режиме «контроль» подключается в плечо вместо транзистора. При измене­ нии температуры датчика изменяется ток коллектора транзистора и в измерительной диагонали появляется ток .разбаланса, который регистрируется прибором маг­ нитоэлектрической системы М24 на 100 мка. Шкала при­ бора проградуирована в СС. Прибор может быть настроен на измерение температуры от +80 до —60°С. Высокая чувствительность датчика позволяет -растягивать диапа­ зон до 8°С на всю шкалу в интервале от +20 до +60°С и до 20°С в интервале от —ВО до + 2 0 °С. Шкала прибо­ ра близка к линейной.

Питание моста осуществляется от аккумуляторной ба­ тареи, заряд которой производится от сети 220 в, 50 гц

исключить разряд аккумуляторной батареи ниже 9 в, так как при этом рабочая точка опорного диода уходит с участка стабилизации, что и будет обнаружено в режи­ ме «контроль» по показанию прибора.

125