Описуваний пристрій являє собою перетворювач температура - частота дискретної дії. За структурою це автогенератор, петля позитивного зворотного зв'язку якого містить ультразвукову лінію зв'язку з включеним у неї чутливим елементом. Їм служить полімерний самовідновлюється запобіжник.
Завдяки залежно від температури не тільки електричних, але і акустичних властивостей такого запобіжника змінюється частота коливань автогенератора. Датчик розроблений для роботи в складі приладів допускового контролю температури об'єктів, що перебувають у вибухонебезпечних середовищах, але може знайти застосування і в інших схожих за призначенням системах, наприклад, у пристроях аварійної пожежної сигналізації. Оскільки зв'язок чутливого елемента з електронним блоком акустична, виключені протікання струму в вимірювальної ланцюга і можливість іскроутворення в контрольованій зоні.
Основні технічні характеристики
Температура спрацьовування, °С, не більше...60
Час спрацювання, с, не більше 10...
Розмах вихідної напруги, В, не менше 5...
Напруга живлення, В...27±3
Струм споживання, мА, не більше 100...
Прилад складається з чутливого елементу, включеного в розрив звуковода, що утворює ультразвукову лінію зв'язку між випромінюючим і прийомним пьезопреобразователями, підсилювача потужності, попереднього підсилювача та ланцюга зворотного зв'язку, що з'єднує вихід попереднього підсилювача з входом підсилювача потужності. Випромінюючий перетворювач збуджує в звуководе акустичні хвилі, які проходять через чутливий елемент і досягають приймального перетворювача, що перетворює їх в електричний сигнал. Цей сигнал, посилений попереднім підсилювачем, через ланцюг зворотного зв'язку надходить на вхід підсилювача потужності.
В результаті позитивного зворотного зв'язку в системі виникають автоколивання. Чутливий елемент датчика виконаний з матеріалу, акустичне опір якого різко змінюється при певній температурі. В результаті відбувається стрибкоподібна зміна частоти коливань, що і служить сигналом перегріву. Після усунення причини перегріву температура чутливого елемента знижується, акустичне опір лінії зв'язку, і частота коливань повертаються до початкових значень - датчик знову готовий до роботи. Схема датчика зображена на рис. 1.
Рис 1
На транзисторах VT1-VT4 виконаний підсилювач потужності. Його коефіцієнт підсилення по напрузі визначається відношенням опорів резисторів R6 і R4. До виходу підсилювача підключений випромінює пьезопреобразователь BQ1, він через звуковод і чутливий елемент ВК 1 акустично пов'язаний з прийомним пьезопреобразователем ВМ1. Конденсатори С1 і С4 - розділові. Діоди VD1 і VD2 задають напруга зсуву транзисторів VT3 і VT4. Підсилювач потужності живиться від стабілізатора напруги 20 В на мікросхемі DA1. Конденсатор СЗ - фільтруючий в ланцюзі живлення.
Попередній підсилювач зібраний на ОП DA3. Оскільки харчування ОУ однополярної, з допомогою резисторів R10, R11 і R13 на його неінвертуючий вхід подано зсув, рівне половині напруги живлення. Конденсатор С6 - блокувальний в ланцюги зсуву. Резистором R12 заданий режим роботи ОУ. Резистори R14-R16 і конденсатор С7 утворюють ланцюг негативного зворотного зв'язку, що задає коефіцієнт підсилення попереднього підсилювача. Вихід цього підсилювача з'єднаний з входом підсилювача потужності через конденсатор С9, який замикає ланцюг позитивного зворотного зв'язку. Конденсатор С10 - розділовий. Попередній підсилювач живиться від стабілізатора напруги 15 В на мікросхемі DA2. Конденсатор С5 - елемент фільтрації в ланцюзі живлення. Чутливим елементом ВК 1 служить полімерний самовідновлюється запобіжник MULTIFUSE фірми Bourns. В охолодженому стані структура заповнює його полімеру нагадує кристалічну решітку. При нагріванні вона змінюється, тому при досягненні певної температури відбувається стрибок не тільки електричної провідності полімеру, але і його акустичного опору.
Більшість деталей датчика розташовані на макетної платі з металізованими отворами, монтаж виконаний тонкими ізольованими проводами. Плата поміщена в металевий корпус, на якому встановлені пьезопреобразователи. Чутливий елемент датчика знаходиться зовні і з'єднаний з пьезопреобразователями звуководом - U-подібним коліном з сталевого дроту діаметром 0,8 мм і довжиною 1 м. Протилежні кінці звуковода припаяні до робочих поверхонь пьезопреобразователей. Чутливий елемент впаяний в розрив звуковода в місці його вигину.
В датчику застосовані танталові оксидні конденсатори К53-52, допустимо використовувати й інші, наприклад К53-4. Керамічні конденсатори - К10-176 (або КМ-3 - КМ-6). Постійні резистори С2-33 (можлива заміна - С2-23, МЛТ, ОМЛТ). Підлаштування резистор - СПЗ-39а (або СПЗ-37, РП1-48). Діоди КД522Б можна замінити іншими кремнієвими діодами, наприклад, з серій КД503, КД521. Транзистори КТ503Г можуть бути замінені транзисторами цієї ж серії або кремнієвими приладами інших серій з аналогічними параметрами. КТ814Г і КТ815Г можна замінити транзисторами тих же серій або серій КТ816 і КТ817 відповідно. Замість імпортних мікросхем L7815, L7820 можна використовувати вітчизняні мікросхеми КР142ЕН8В і КР142ЕН9А відповідно.
Пьезоакустические перетворювачі BQ1, ВМ1 - безкорпусні трехвыводные зарубіжного виробництва (можливий тип FML-34.7 T-2.9B1 -L). Самовідновлюється запобіжник MF-R025 допустимо замінити аналогічним фірми Raychemf/Tyco або Little Fuse. Налагодження датчика полягає в установці підлаштування резистором R16 такого коефіцієнта посилення в петлі позитивного зворотного зв'язку, при якому спостерігається стійка генерація, а сигнал на виході підсилювача потужності - синусоїдальний з невеликим двостороннім обмеженням. Підвищуючи температуру чутливого елемента ВК 1, фіксують її значення, при якому відбувається стрибкоподібна зміна частоти коливань. Слід переконатися, що частота повертається до початкового значення при охолодженні чутливого елемента. В авторському варіанті датчика частота генерованих коливань при температурі чутливого елемента +20 °С була дорівнює 12,9 кГц, а при досягненні температури +40 °С стрибкоподібно збільшувалася до 85,3 кГц.
Автор: О. Ільїн, р. Казань, Татарстан; Публікація: www.cxem.net