Файл: Кривоносов, А. И. Полупроводниковые датчики температуры.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 86
Скачиваний: 0
Контроль —• »- Измерение
мка
90
80
70
60
50
КО
30
20
10
О
а)
Резистор |
Ri предна |
|
значен |
для |
шунтировки |
прибора, |
а |
Re — для на |
стройки |
на |
соответствую |
щий диапазон температур. Переключение в режи мы «контроль» и «изме рение» производится пе
реключателем П1.
Отсчет измеряемой температуры производит ся по шкале прибора при нажатии кнопки Кі-
Данный датчик тем пературы может быть использован, в частности, для измерения темпера туры тела человека.
Для уменьшения по стоянной времени датчика необходимо было уменьшить его теплоемкость С и увели
чить коэффициент рассеяния Ъ. Поэтому был взят мало габаритный транзистор. С этим транзистором время измерения температуры составляет около одной минуты. Если применить специальную конструкцию, это время можно значительно уменьшить.
Ниже показано, как производится расчет представ ленной на рис. 3-18 схемы, который состоит из расчета выходных вольт-амперных характеристик транзистора,
126
расчета измерительного моста, стабилизатора напряже ния и выпрямителя для зарядки аккумулятора.
Расчет измерительного моста сводится к расчету не уравновешенной мостовой схемы ('построению градуиро вочной термометрической шкалы) [Л. 60].
Для расчета датчика температуры в случае приме нения в качестве термочувствительного элемента выше указанного малогабаритного транзистора необходимо располагать семейством выходных вольт-амперных ха рактеристик его в диапазоне температур, например, от
33,5 до 42 °С, которое может быть |
найдено описанным |
в [Л. 60] методом. |
£С = /?2=-^з = 2,5 ком |
Сопротивления резисторов плеч |
были предварительно выбраны такими, чтобы обеспечить рабочую точку транзистора в зоне допустимой мощности рассеяния. При этом в момент равновесия моста ток коллектора транзистора равен 1,5 ма и рассеиваемая на его коллекторе мощность равна 5,62 мет.
После того, как найден ряд значений тока в измери тельной диагонали, соответствующих различным значе ниям температуры окружающей среды, строят градуи ровочную термометрическую характеристику /=|_(Г) (рис. 3-18,6). Расчетная характеристика представлена на этом рисунке. Термометрическая характеристика близка к линейной.
Погрешности датчика могут возникать под действием следующих факторов: температура окружающей среды, изменение напряжения питания.
Температура в данной схеме влияет на сопротивление постоянных резисторов Ri, R2, R3 и на напряжение, ста
билизируемое опорным диодом.
Так как в качестве Ri, R2, R3 применены высокоста
бильные резисторы типа ПТМН-0,5 с малым ТКС, по грешностью от изменения сопротивлений резисторов мож
но пренебречь. |
напряжения |
Температурный коэффициент изменения |
|
для диодов Д808 |
|
т Ь т / г і о - ЧИЙ-- |
(3-6) |
Так как номинальное напряжение 7,5 в'установлено при температуре 293 °С, то изменение напряжения в диа
пазоне 253-т-333°С выразится так: |
|
Лист= ±НстА|Т • 10_4= 30 мв. |
(3-7) |
Кроме того, изменение напряжения стабилизации про исходит при разряде аккумуляторов, когда ток стаби лизации меняется от 0,82 до 2,4 ма.
Номинальное напряжение установлено при ./ст.ном= = 1,8 ма. Максимальное изменение напряжения от этого фактора
AUcr= (/ст.ном' |
^ст.мии)Лд= 80 мв |
(3-8) |
в сторону уменьшения и |
|
|
Дб'ст= (Дт.макс |
Літ.ном)Rr~ 8,0 М в |
(3-9) |
в сторону увеличения. Здесь Rr— дифференциальное со противление'диода Д808. В данном диапазоне токов Rr =
= 8 ом.
Все это показывает, что напряжение питания в самом худшем случае может измениться на Д7УСТ= 30+ 8= 38 лш. При этом изменении тока указателя Д /=2 мка, что соот ветствует уменьшению показаний на 0,09 °С.
Внешний вид прибора показан на рис. 3-18. Размеры показывающей части 12ÖX140X70 мм. Сам термочувст вительный элемент помещен в конце хлорвиниловой трубки, внутри которой находятся три проводника, свя зывающие термочувствительный элемент с показываю щей частью термодатчика. Монтаж деталей печатный.
3-6. ТЕРМОРЕЛЕ С ТРАНЗИСТОРОМ
Зависимость тока коллектора от температуры позво ляет использовать транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, в качестве чувствительного элемен та— термореле. В отличие от схемы, предложенной [Л. 145], предусматривающей наличие двух источников питания, в предлагаемой схеме рис. 3-19,а используется один источник. Исполнительное реле включается в цепь коллектора, а в цель базы — резисторы Rit R2 и R3, одни
из которых шунтируется размыкающим контактом ис полнительного реле. Изменяя сопротивление резисторов R z и R i , можно настраивать реле на заданные темпера
туры срабатывания и отпускания [Л. 60].
Выведем выражение для расчета значений тока базы, при которых обеспечивается срабатывание и отпускание реле при достижении заданных значений температуры.
Значение тока базы h соответствует току срабатыва ния / к= / к.ері которое легко определить из формулы
128
[Л. 60]
f |
. |
Ci.cP Р |
С° |
n.cP P) |
РЛ<0 |
] Qy |
|
6cp |
T ( H - c BKtÄ^7p) |
|
|
||
Аналогично найдем ток базы, соответствующий току |
||||||
отпускания: |
|
|
|
_____ |
|
|
|
J |
____ А . О Т Д Р |
6*3Ѵ~Цк.в ß) |
p/ко |
ГЯ 1М |
|
|
б011Т— |
Tp + c.^ T T ^ J |
’ |
' |
||
Спроектируем |
реле, |
у которого Гср=349°К, |
Т0Тп= |
|||
= 346°К. В качестве термочувствительного элемента вы-
Рпс. 3-19. Общий вид прибора, построенно го по схеме, представленной на рис. 3-18,а.
би-раем транзистор типа МП40, имеющий следующие па раметры:
/к.пі=1 Д6 мка, ß = 8 000°K; ßHi= 35,7 мом,
___ і_
Сэ=2- ІО- 3 в 2 , ß=15, уэ= 0,33 1/зрад.
В цепь коллектора включаем являющееся нагрузкой транзистора электромагнитное реле типа РК.М.П-1 с дву мя нормально замкнутыми контактами и опаспортным'номером РС4523641, у которого
/ 0р = 8 MCL, I отті===& ма, ß p = 1 0 0 0 |
ом. |
Определим напряжение питания (рис. 3-19,6) по фор |
|
муле |
(3-12) |
^Лшт — ^K.a.cp+ ^cpßp. |
|
Задавшись значением £/](.э.ср и подставив значение / ср и Rp, получим:
б^тіт— 9 в.
9—25 |
129 |
Найдем значение £/к.э.0тп, соответствующее отпуска
нию реле, по формуле |
|
|
|||
|
|
|
Uк, .э.отп |
|
(3-13) |
Подставив в нее известные значения Umn, / |
к . о т пи Rp, |
||||
ПОЛУЧИМ Н |
к . э . о т—п 4 в. |
(3-11) определяем |
значения |
||
По |
формулам |
(3-10) и |
|||
/ б . с р |
и |
/ б . о т п |
- 137/ б . мкйс р =\ |
/б.отп = 40 мка. |
|
Определим величины сопротивлений резисторов Ru Rz и Rs, соответствующих значениям / б . Ср и / б . о т п -
Пренебрегая падением напряжения на переходе, ба за — эмиттер и считая, что напряжение питания Umn
прилюжено к резисторам Ri+R2 при срабатывании и
к R1+R0+ R3— при отпускании реле, находим:
R, + |
Rz — • ѵ°"т" - |
66 ком; |
|
' б.cP |
(3-14) |
|
|
|
^1+ ^- + |
^з = -Г — = |
225 КОМ. |
|
1 б.отп |
|
Питание реле осуществляется от источника постоян ного напряжения, равного 9 в, для стабилизации кото рого используется стабилитрон Д809 на UCi = 9 в. С целью осуществления термокомпенсации стабилитро на последовательно и встречно с ним включен другой стабилитрон Д809.
Практическая схема термореле представлена на рис. 3-19,а и работает следующим образом.
' Ток базы транзистора, необходимый для срабатыва ния реле при достижении заданной температуры, уста навливается с помощью сопротивления резисторов Ri и Rz. При срабатывании реле контакты Крі размыкают резистор Дз-
Ток базы транзистора, необходимый для отпускания реле при понижении температуры до заданного значе ния, устанавливается с помощью сопротивления, рав ного сумме сопротивлений резисторов Ri+Rz+Rz-
При отпускании реле контакты Кр\ шунтируют рези стор Rz и процесс повторяется. Диод Дз предохраняет транзистор от пробоя при выключении питания, так как в момент выключения питания в обмотке реле возникает э. д. с. самоиндукции, которая складывается с напряже-
130
нием питания и может в несколько раз превосходить допустимое напряжение на транзисторе. С помощью Дз э. д. с. самоиндукции, возникшая в обмотке реле, за мыкается по цепи обмотка — диод — обмотка.
Внешний вид термореле показан на рис. 3-20. Пер вая пластина является лицевой панелью. На ней укреп-
Рис. 3-20. Практическая схема термореле на транзисторе (а), график к расчету режима транзистора (б) и общий вид термо реле ( в) .
лены выключатели питания и регулировочный резистор Ri для настройки срабатывания реле на заданную тем пературу. На второй пластине крепятся магнитное реле, две пятиштырьковых монтажных платы для распайки резисторов, стабилитрона я переменного резистора для регулировки тока отпускания реле. Кожух конструкции реле изготовлен из алюминия толщиной 1 мм. В задней части кожуха имеется два выреза для проводов питания, датчика температуры и проводов нагревателя. В правой боковой стенке кожуха имеется отверстие для регули ровки резистора Rz-
9* |
131 |
В предложенной выше схеме реле температуры на транзисторе использовался линейный участок вольтамперной характеристики. В рассмотренной ниже схеме показана возможность работы реле температуры с ис пользованием транзистора на участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Работа схемы осно вана на наличии отрицательного дифференциального
Рис. 3-21. Схема термореле на транзисторе с использованием участка вольт-амперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением (а) и график к расчету схемы (б).
сопротивления на участке теплового пробоя транзисто ра, включенного по схеме с общей базой [Л. 81].
Преимуществом данной схемы термореле перед при меняемыми схемами на терморезисторах является боль шая температурная чувствительность по коэффициен ту В, превышающему 10 000°С, а также возможность дополнительной регулировки и настройки в связи с на личием управляющего электрода.
Схема реле температуры представлена на рис. 3-21,а. В результате отработки данной схемы был сделан вывод, что транзистор сохраняет свои свойства после многократного перевода его в режим с отрицательным
дифференциальным сопротивлением.
Был произведен расчет термореле со следующими параметрами:
:Гср = 3210К, 7’ОТП= 320°К, h = 10-ма.
1 3 2