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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Überhitzungssensor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren Die beschriebene Vorrichtung ist ein Temperatur-Frequenz-Wandler mit diskreter Wirkung. Strukturell ist dies ein Autogenerator, dessen positive Rückkopplungsschleife eine Ultraschallkommunikationsleitung mit einem darin enthaltenen empfindlichen Element enthält. Sie dienen als selbstrückstellende Polymersicherung. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit nicht nur der elektrischen, sondern auch der akustischen Eigenschaften einer solchen Sicherung ändert sich die Schwingungsfrequenz des Oszillators. Der Sensor ist für den Einsatz als Teil von Geräten zur Temperaturtoleranzkontrolle von Objekten in explosionsgefährdeten Umgebungen ausgelegt [1], kann aber auch in anderen ähnlichen Systemen verwendet werden, beispielsweise in Notfeueralarmgeräten. Da die Verbindung des sensitiven Elements mit der Elektronik akustisch erfolgt, sind der Stromfluss im Messkreis und die Möglichkeit einer Funkenbildung im kontrollierten Bereich ausgeschlossen. Wichtigste technische Merkmale Ansprechtemperatur,
Das Gerät besteht aus einem empfindlichen Element, das in der Unterbrechung des Schallleiters enthalten ist und eine Ultraschall-Kommunikationsleitung zwischen den sendenden und empfangenden piezoelektrischen Wandlern bildet, einem Leistungsverstärker, einem Vorverstärker und einer Rückkopplungsschaltung, die den Ausgang des Vorverstärkers mit dem Eingang des verbindet Leistungsverstärker. Der strahlende Wandler regt im Schallleiter akustische Wellen an, die das sensitive Element passieren und den empfangenden Wandler erreichen, der sie in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses vom Vorverstärker verstärkte Signal wird über die Rückkopplungsschaltung dem Eingang des Leistungsverstärkers zugeführt. Durch positive Rückkopplung treten im System Eigenschwingungen auf. Das empfindliche Element des Sensors besteht aus einem Material, dessen akustische Impedanz sich bei einer bestimmten Temperatur stark ändert. Als Ergebnis tritt eine abrupte Änderung der Oszillationsfrequenz auf, die als Überhitzungssignal dient. Nachdem die Ursache der Überhitzung beseitigt ist, sinkt die Temperatur des empfindlichen Elements, der akustische Widerstand der Kommunikationsleitung und die Schwingungsfrequenz kehren zu ihren ursprünglichen Werten zurück - der Sensor ist wieder betriebsbereit.
Die Sensorschaltung ist in der Abbildung dargestellt. An den Transistoren VT1-VT4 wird ein Leistungsverstärker hergestellt. Seine Spannungsverstärkung wird durch das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände R6 und R4 bestimmt. An den Ausgang des Verstärkers ist ein Sendepiezowandler BQ1 angeschlossen, der über einen Schallleiter und ein sensitives Element VK1 akustisch mit dem Empfangspiezowandler BM1 verbunden ist. Die Kondensatoren C1 und C4 trennen sich. Die Dioden VD1 und VD2 stellen die Vorspannung der Transistoren VT3 und VT4 ein. Der Leistungsverstärker wird von einem 20-V-Spannungsregler auf dem DA1-Chip versorgt. Kondensator SZ - Filterung im Stromkreis. Der Vorverstärker ist auf dem Operationsverstärker DA3 montiert. Da die Stromversorgung des Operationsverstärkers unipolar ist, wird mit Hilfe der Widerstände R10, R11 und R13 eine Vorspannung gleich der halben Versorgungsspannung an seinen nicht invertierenden Eingang angelegt. Der Kondensator C6 ist ein Sperrkondensator in der Vorspannungsschaltung. Der Widerstand R12 stellt die Betriebsart des Operationsverstärkers ein. Die Widerstände R14–R16 und der Kondensator C7 bilden eine Gegenkopplungsschaltung, die die Verstärkung des Vorverstärkers einstellt. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit dem Eingang des Leistungsverstärkers über den Kondensator C9 verbunden, der die positive Rückkopplungsschaltung vervollständigt. Kondensator SU trennt sich. Der Vorverstärker wird von einem 15-V-Spannungsregler auf dem DA2-Chip versorgt. Der Kondensator C5 ist ein Filterelement im Leistungskreis. Das Messelement VK1 ist eine rückstellbare MULTIFUSE-Polymersicherung von Bourns [2]. Im abgekühlten Zustand gleicht die Struktur der Polymerfüllung einem Kristallgitter. Beim Erhitzen verändert es sich, sodass ab einer bestimmten Temperatur nicht nur die elektrische Leitfähigkeit des Polymers sprunghaft ansteigt, sondern auch sein akustischer Widerstand. Die meisten Sensorteile befinden sich auf einem Steckbrett mit durchkontaktierten Löchern, die Befestigung erfolgt mit dünnen isolierten Drähten. Die Platine befindet sich in einem Metallgehäuse, auf dem piezoelektrische Wandler installiert sind. Das empfindliche Element des Sensors befindet sich außerhalb und ist über eine Schallführung mit den piezoelektrischen Wandlern verbunden - einem U-förmigen Bogen aus Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einer Länge von 1 m. Die gegenüberliegenden Enden der Schallführung werden auf die Arbeitsflächen der piezoelektrischen Wandler gelötet. Das sensitive Element wird an der Stelle seiner Krümmung in den Spalt des Schallleiters eingelötet. Der Sensor verwendet Tantaloxid-Kondensatoren K53-52; es können auch andere verwendet werden, beispielsweise K53-4. Keramikkondensatoren - K10-176 (oder KM-3-KM-6). Festwiderstände C2-33 (möglicher Ersatz - C2-23, MLT, OMLT). Trimmerwiderstand - SPZ-39a (oder SPZ-37, RP1-48). KD522B-Dioden können durch andere Siliziumdioden ersetzt werden, beispielsweise aus der Serie KD503, KD521. KT503G-Transistoren können durch Transistoren derselben Serie oder Siliziumbauteile anderer Serien mit ähnlichen Parametern ersetzt werden. KT814G und KT815G können durch Transistoren derselben Serie bzw. der Serien KT816 und KT817 ersetzt werden. Anstelle der importierten Mikroschaltungen L7815, L7820 können Sie die inländischen Mikroschaltungen KR142EN8V bzw. KR142EN9A verwenden. Piezoakustische Wandler BQ1, VM1 – ungerahmte dreipolige Wandler ausländischer Produktion (vermutlich Typ FML-34.7T-2.9B1 -L). Die selbstrückstellende Sicherung MF-R025 kann durch eine ähnliche Sicherung von RaychemVTyco oder Little Fuse ersetzt werden. Das Einstellen des Sensors besteht darin, den Abstimmwiderstand R16 auf eine solche Verstärkung in der positiven Rückkopplungsschleife einzustellen, bei der eine stabile Erzeugung beobachtet wird und das Signal am Ausgang des Leistungsverstärkers sinusförmig mit einer leichten zweiseitigen Begrenzung ist. Durch Erhöhen der Temperatur des sensitiven Elements VK1 wird dessen Wert festgelegt, bei dem eine abrupte Änderung der Schwingungsfrequenz auftritt. Es ist darauf zu achten, dass die Frequenz beim Abkühlen des Messelements wieder auf den ursprünglichen Wert zurückkehrt. In der Version des Sensors des Autors betrug die Frequenz der erzeugten Schwingungen bei einer Temperatur des empfindlichen Elements von +20 °C 12,9 kHz, und wenn die Temperatur +40 °C erreichte, stieg sie abrupt auf 85,3 kHz. Literatur
Autor: O. Ilyin, Kasan, Tatarstan; Veröffentlichung: radioradar.net
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