stabiler Thermostat. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren

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In automatischen Temperaturregelgeräten werden unterschiedlichste Sensoren eingesetzt: von den einfachsten Quecksilber-Wärmeschützen TK und TPK bis hin zu speziellen Mikroschaltungen. Wenn es jedoch erforderlich ist, eine bestimmte Temperatur über Zeitintervalle von Tagen bis zu mehreren zehn Jahren mit hoher Genauigkeit aufrechtzuerhalten, sind nur Geräte auf Basis temperaturempfindlicher Quarzresonatoren mit anschließender Umwandlung einer temperaturabhängigen Frequenz in ein Steuersignal für Heizer oder Kühler geeignet einer Thermokammer sorgen für die nötige Stabilität.

Ein Diagramm eines selbstoszillierenden Quarz-Temperatur-Frequenz-Wandlers (CAPTCH) ist in Abb. dargestellt. 1.

Es wird ein serieller thermosensitiver Cutoff-Quarzresonator PY mit einer Frequenz von 5 MHz mit linearer Temperatur-Frequenz-Kennlinie und einem Temperaturkoeffizienten von 185 Hz/°C verwendet [1]. Er kann durch einen temperaturempfindlichen Resonator RK-112 ersetzt werden, der von einem Werk in der Stadt Volzhsky in der Region Wolgograd hergestellt wird und eine piezoelektrische Platte mit dem Schnitt yхbI/10° 54'/9° 45'51'' enthält.

Der CAPTC wird als unabhängige Einheit ausgeführt, die sich innerhalb der Wärmekammer befindet und über ein Koaxialkabel mit der Haupteinheit des Thermostats verbunden ist. Über ein Kabel wird die Versorgungsspannung an den Generator angelegt und in Abhängigkeit von der Temperatur des Quarzresonators ZQ1 ein Signal mit der Frequenz f(T)=5000000+185T erhalten, wobei f die Frequenz in Hz ist; T – Temperatur, °C.

Der Hauptblock des Thermostats ist nach dem Schema in Abb. 2.

Widerstand R2 dient als Last für CAPTCH. Als nächstes wird das temperaturabhängige Frequenzsignal über den Verstärkerformer am VT2-Transistor und das DD1.3-Element dem Eingang C des zweiten Triggers der DD2-Mikroschaltung zugeführt. Ein ähnlicher Eingang seines ersten Triggers empfängt ein Referenzfrequenzsignal von einem Oszillator, der auf den Elementen DD1.1, DD1.2 mit einem thermostabilen Quarzresonator ZQ1 mit Schnitt AT basiert.

Der Frequenz-Phasen-Detektor [2] besteht aus zwei Triggerchips DD2, Element DD1.4, Widerständen R9, R11, Dioden VD2, VD3 und Kondensator C5. Seine Ausgangsspannung ist logisch niedrig, wenn die temperaturabhängige Frequenz höher als die Referenzfrequenz ist, und hoch, wenn sie niedriger ist. Ein Zwischenspannungsniveau ist nur bei exakt gleichen Frequenzen möglich, was in der Praxis nicht der Fall ist, da die Schwingungen der Generatoren nicht synchron sind.

Bei einem hohen Pegel am Ausgang des Frequenzdetektors öffnen die Transistoren VT4 und VT5 und legen Spannung an die in der Wärmekammer installierte Heizung an. Gleichzeitig leuchtet die HL1-LED.

Über einen Emitterfolger an einem Transistor VT3 kann ein temperaturabhängiges Frequenzsignal einem elektronischen Frequenzmesser zugeführt werden. Die Zenerdiode VD1 bildet mit dem Transistor VT1 einen Spannungsregler zur Versorgung von Mikroschaltungen.

Beim Einrichten des Thermostats wird zunächst der Widerstand R3 ausgewählt, wodurch eine symmetrische Impulsform am Ausgang des Elements DD1.3 erreicht wird. Die Kapazität des Kondensators C3 ist so gewählt, dass bei einer gegebenen Temperatur die Referenzfrequenz gleich der vom CAPTC erzeugten temperaturabhängigen Frequenz ist.

Der Hitzestabilisator wird am Stand zur Zertifizierung medizinischer elektronischer Digitalthermometer betrieben. Die Wärmekammer des Ständers hat ein Volumen von 60 cm3, ihre Wände bestehen aus 30 mm dickem Schaumstoff. Die Heizung besteht aus zwei parallel geschalteten MLT-2 56 Ohm Widerständen.

45 Minuten nach dem Einschalten wird in der Kammer eine Temperatur von 40 °C eingestellt und gehalten. Tests haben gezeigt, dass die Stabilisierungstemperaturdrift 0,005 °C pro Grad Temperaturänderung des beispielhaften Resonators (ZQ1 in Abb. 2) und 0,02 °C pro Jahr nicht überschreitet. Somit wird innerhalb von fünf Jahren, wenn das Gerät unter Raumbedingungen betrieben wird, der Fehler bei der Aufrechterhaltung der Temperatur in der Kammer 0,1 °C nicht überschreiten.

Literatur

1. Malov V. Piezoelektrische Sensoren. - M.: Energoatomizdat, 1989.
2. Levin V., Malinovsky V., Romanov S. Frequenzsynthesizer mit einem Puls-Phasenregelkreis-System. - M.: Radio und Kommunikation, 1989.

Autor: V. Solodovnik, M. Cheban

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