Стабилизатор напряжения Советский патент 1975 года по МПК G05F1/46 

(54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к области ааектроизмерительной техники и может быть использовано при построении аналоговых и ци4ровых электроизмерительных приборов и средств их метрологической поверки.

стабилизатор напряжения, содержащий управляемый источник тока, уравновешенный мост с терморезисторами, подогреваемыми образцовым источником тепла (например радиоактивным) и резистивным нагревателем, подключенным к источнику тока последовательно с обраацовым резистором, на котором выделяется стабильное выходное напряжение, и нуль-орган, соединенный с управляемым источНИКОМ тока.

В таком устройстве стабильность выходного напряжения определяется стабильностью образцового источника тепла, что вынуждает использовать весьма громоздкие и дорогостоящие радиоактивные источники тепла, требукшше надежной термоизоляции от окружающей среды и радиационной защит

В предлагаемом устройстве требования К стабильности образцового источника тепда значительно снижаются бла1Х)даря тому, что в плечи уравновешенного моста включены дополнительные терморезисторы, один из которых, подогреваемый дополнительным образцовым источником тепла, соединен последовательно с терморезистором, подогреваемым резистивным нагревателем, а другой соединен последовательно с терморезистором, подогреваемым основным образцовым источником тепла, интенсивность тепловьщеления которого больше интенсивности тепловыделения допошштеяьного образцового источника.

Кроме того, в пред)шгаемом устройстве для упрощения реализайии в качестве образцовых источников тепла использованы терморегулирующие тепловые трубки с испаряемыми и конденсируемыми теплоносителями, имеющими различные температуры конденсации в зонах теплового контакта с подогреваемыми терморез)1сторами.

На фиг, 1 изображена схема предлагаемого стабилизатора напряжения; на фиг, 2рример выполнения одного из узлов схемы. Стабилизатор напряжения (см, фиг, 1) содержит управляемый источник 1 постоян ного или переменного тока, образцовый резистор 2, резистивный нагреватель 3, Уравновешенный мост 4 с термостабильны ми резисторами 5, 6 и , термозависимыми резисторами 7-10, исполнительный Ц и основной 12 обраэдовые источники тепла, поддерживающие постоянные температуры терморезисторов 7, 9 (Т , Т со ответственно), нуль-орган 13, Основной образцовый источник тепла 12 поддерживает постоянную температуру Т терморезистора 9, а дополнительный исто ник 11 - постоянную температуру Т„ терморезистора 7, причем Т Т. При некоторой начальной температуре Т,, и отключенном источнике тока 1 сопротивления всех терморезисторов 7, 8, 9, 1О (соответственно R«,RQ,R.J,R ) совладают о э 10 и равны f . В установившемся рабочем режиме терморезистор 7 имеет температуру Т, терморезистор 9 - температуру Т„, терморезистор 1О - температуру окру жающей среды Т а терморезистор 8 некоторую температуру Т, которую необходимо подсчитать. Условие равновесия моста 4 имеет вид K9 + , где R, Го (Г-; -ТоН, ) (,1, R,(T,(u) ( 0( - температурный коэффициент сопротивления терморезисторов). Из уравнений I и II следует, что Перегрев терморезистора 8 над окружающей средой Т - Т определяется выделенной в нагревателе 3 мощностью, т. е где Яи - сопротивление нагревателя 3, I - ток, протекающий через нагреватель К - коэффициент пропорциональности. Из уравнений Щ и 1У следует, что т, е, отабильностъ тока I, определяется стабильностью поддержания разности температур Т„ - Т и стабильностью сопротивления нагревателя R . Выходное напряжение Ug,j lRo5j е Q сопротивление образцового резистора 2, зависит также от стабильности последнего Поскольку резистор 2 нагреватель 3 могут быть выполнены термостабильными. будет определяться стабильность U главным образом стабильностью температур TQ-T , причем нестабильность (j у {ВЫХ в два раза меньше нестабильности тсгмпе ратур TQ-Т„. Эффективность описанной у I схемы определяется тем, что независимо от типа выбранного источника образцового тепла и нестабильность разности температур, поддерживаемых двумя конструктивно идентичными источниками, значительно меньше, чем нестабильность температуры, поддерживаемой каждым источником в отдель- ности. Снижение требований к стабильности источников тепла позволяет отказаться от, применения громоздких и дорогостоящих радиоактивных источников и заменить их более простыми в конструктивном отнош&- НИИ источниками на тепловых трубках. Компенсация нестабильности источн1йсов тепла, вызванной влиянием окружающей среды, является тем более полной, чем больше температура Т , Т по сравнению с температурой Т и чем меньше разность температур Т, Кроме того, чем меньше разность температур Т,.- Т, т. f, у / « 11 температур Т - Т , тем меньше нагрев резистора 2 и нагревателя 3 током I , т.е, вьпие их стабильность, А чем меньше температура Т - Т, тем больше время уртаУ / новления теплового режима в нагревателе 3 при регулировании тока I подогрева, т. е, тем больше инерционност|з устройства. На практике величину температур Т, Т ледует выбирать компромиссно, исходя из требований точности и инерционности. Если управляемый источник 1 является источником переменнохх тока, то, как виано из приведенных соотношет1й, выходное напряжение переменного тока стабилизируется по действующему значению. Напряжение питания моста И может быть как постоянным, так и переменным, однако выбор напряжения постоянного тока предпочтительнее, так как это позволяет избежать влияния реактивности плеч моста и облегчает помехозащиту. Построение чувствительного нуль-органа постоянного) тока в данном случае не ограничивается требованием быстродействия, так как инер ционность применяемого для этих целей усилителя существенно меньше инерционности тракта теплопередачи. На фиг. 2 показан пример выполнения узла: образцовый источник тепла - TeptvOрезистор, выполненный на TepMoperyjrapyio щей тепловой трубке, где: 14 - тепловая трубка; 15, 16 - теплоноситель в жида:ой и газообразной фазе соответственно; 17 - резервуар неконденсируемого газа; 18 резистивный нагреватель; 19 - терморезистор. За счет избыточного тепла нагревателя 18 жидкий теплоноситель IS интенсивно испаряется. Пары теплоносителя пер носятся по тепловой трубке и конденсируются на тех участках ее В1гутренней повер ности, температура которых ниже температуры испарения. Если окружающая среда является охлаждающей, то конденсация про исходит в зоне объекта (в данном случае терморезистора 19), который имеет теплообмен с окружающей средой по внещней поверхности. Наличие резервуара 17 некоиденсируемого газа позволяет регулировать ширину зоны конденсации паров лоносителя в тепловой трубке и тем самым в значительной мере компенсировать изменение температуры конденсации, вызванное изменением давления паров теплоносителя за счет изменения мощности нагрева или температуры окружающей среды. Улучщение качества термостабилизащш может быть получено при замене резервуара 17 упругим элементом (например сильфоном) меньщего объема либо допол1 ительным охлаждающим устройством (конденсатором а качестве которого, если охлаждающей средой Является внещняя среда, может быть использовано пассивное теплорассеи- вающее устройство (радиатор). Вместо резистивных нагревателей при встраивании в электронную аппаратуру могут быть использованы элементы с ин- тенсивным тепловыделением (например мо ные транзисторы), благодаря чему исклк чаются непроизводительные затраты мощности на нагрев и одновременно расщиряются функциональные возможности, так как тепловые трубки вьшолняют по отнощению к указанным элементам функции теплоот- водящих и термостаби;шзирующих устройс Поскольку образцовые источ1ики (в частности тепловые трубки) предназначены д;ш поддержания стабильных темийратур и стабильных сопротивлений терморезисторов 7, 9, возникает вопрос о возмижности изъятия трубок при выборе различных номиналов сопротивлений Re . R Ob термостабилыш1х резисторов 5, 6. Для этого случая из условия равновесия (уравнение I) находят: (T-V 6 oU lTcp-To) -R т-т Из этого следует, что Rft-1 5 KR/oa Из уравнений 6, 7 видно, что действующее значение тока 1 стабилизируется с точностью поддержания разности сопротивлений при стабильных параметрах Rg-R Vo«« Следовательно, вьшо;шение резисторов 6, 5 с термостабильными сопротивлениями Rg Re различной ве;шч11ны дает практически такой же результат, как и применение тепловых трубок с различными стабилизируемыми температурами Т„, Т при более простом конструктивном решеУНИИ. Различие заключается /шшь в том, что вместо стабилизации разности температур Т - Т в данном случае необходимо обеспечить стабильность параметра RS-BS (УШ), т. е. в первую очередь идентичность и стабильность параметров термозависимых резисторов 8, 10. Предмет изобретения 1. Стабилизатор напряжения, с-одерлсащий управляемый источник тока, уравновоше1и1ый мост с терморезисторами, иодогреваемьпли образцовым источнюсом тепла и нахревателем, подключенным к источнику тока последовательно с образцовым выходным резистором, и нуль-орган, соединенный с управляемым источником тока, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышении точности при снижении требовапий к стабильности обр азцового источника тепла, в плечи указанного уравновещенного моста включены дополнительные теркторозисторы, один из которых, подогреваемый дополниТЕЛЬНЫМ образцовым источником тепла, со еданен последовательно с термореэистором, подогреваемым нагревателем, а другой соединен последовательно с термореаистором, подогреваемым основным образцовым исто НИКОМ тепла, интенсивность тепловыделения которого больше интенсивности тепловьоде- ления дополнительного образцового источника.,. ..... ..

использованы терморегулирующие тепловые трубки с HcnapHeMbnviH и конденсируемыми теплоносителями, имеющими различные температуры конденсации в зонах теплового

контакта с подогреваемыми терморезисто- рами.

подогреваемым терморезистором и дополнительным терморезистором включены термостабильные резисторы с различными оопротавлениями.j

U21

5

Фие 2