ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ Советский патент 1973 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к классу устройств, осуществляющих стабилизацию температуры объекта путем автоматического регулирования подводимой на нагрев электрической мощности. Устройства такого типа находят щирокое 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 разбаланса 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 больщой 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 нротивоположного типа проводимости, эмиттеры 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 моста, а полярность зависит от знака этого разбаланса. Поэтому температ фный дрейф порогового напряжения эмиттерных переходов -правляющего 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 их температурный дрейф взаимно компенсируется.

(HSsM(i«ts ss:;. На чертеже приведена схема предлагаемо го импульсного стабилизатора температуры Устройство содержит термочувствительный мост, в плечи которого включены резисторы 1-3, и чувствительный элемепт - термометр сопротивления 4. Любой из резисторов 1-3 может быть использован для задания требуемой температуры объекта. Приведенная схема рассчитана на применение в качестве термоано.1ометра термохимического датчика, оптического 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 сииралями (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 смещеиия 11. Коллектор управляющего транзистора 9 через ограничительный резистор 12 подключен к базовой цепи регулирующего транзистора 13, коммутирующего иапряжсиие иитаиия моста. Запуск схемы производится коротки.ми 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 траизистора 9, являющийся разностью указанных токов, равеи нулю. Таким образом, балансу моста соответствует выключенное состояние датчика: управляющий 9 и регулирующий 13 транзисторы заперты, а измерительный мост отсоединен от источника питания (Е). Питание мосту в этом состоянии подается лишь на время весьма коротких (тп 10-20 м/сек), зондирующих импульсов. Однако разогревом 6 объекта за время действия зондирующих импульсов можно пренебречь, поскольку скважность их выбирается достаточно высокой. По мере остывания объекта сопротивление термометра сопротивлеиия, контролирующего его температуру, уменьшается и баланс моста нарушается. При определенной минимальной температуре .разбаланс моста становится достаточным для фиксации включенного состояния регулирующего транзистора. При этом после поступления очередного запускающего импульса падеиие напряжеиия на резисторе 3 оказывается больше, чем на резисторе 1, поэтому коллекторный ток транзистора 6 больше, 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. 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) питания 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 температуры. При ее достижении схема автоматически возвращается в исходное (запертое) состояние, поскольку при этом мост сбалансирован и сигнал обратной связи равен нулю. Процесс регулирования температуры повторяется при поступлении следующего зондирующего импульса. Предмет изобретения Импульсный стабилизатор температуры, содержащий чувствительный мост, в одно из плеч которого включеп термометр сопротивлеиия, диагональ питания моста подключена к источнику питания через коллекторный переход регулирующего транзистора, управляюий транзистор противоположного типа проводимости, коллектор которого соединен с базой регулирующего транзистора, а эмиттер чеез стабилитрон подключен к источнику пиания, отличающийся тем, что, с целью повыения стабильности схемы при изменении емпературы окружающей среды и обеспечеия ее устойчивой работы, в измерительную иагональ моста включены базы транзисторов ротивоположного типа проводимости, эмитеры их подключены через резисторы к диагоали питания моста, а точка соединения колекторов этих транзисторов подключена к бае управляющего транзистора.