В пристроях автоматичного регулювання температури застосовують самі різноманітні датчики: від найпростіших ртутних термоконтакторов ТК і ТПК до спеціалізованих мікросхем. Але якщо потрібно з високою точністю підтримувати задану температуру протягом інтервалів часу тривалістю від доби до десятків років, потрібну стабільність забезпечують тільки пристрої на базі температурно-чутливих кварцових резонаторів з подальшим перетворенням термозависимой частоти сигнал управління нагрівачами або охолоджувачами термокамери.
Схема кварцового автогенераторного перетворювача температури в частоту (КАПТЧ) наведена на рис. 1.
Використовується серійний термочутливий кварцовий резонатор зрізу ПЯ на частоту 5 МГц з лінійною температурно-частотної характеристикою і температурним коефіцієнтом 185 Гц/°С [1]. Його можна замінити випускається заводом р. Волзький Волгоградської області термочутливим резонатором РК-112, що містить пьезопластину зрізу ухbI/10° 54'/9° 45'51".
КАПТЧ виконують у вигляді самостійного вузла, розміщеного всередині термокамери, з'єднавши з основним блоком терморегулятора коаксіальним кабелем. По кабелю на генератор подають напругу живлення і отримують сигнал залежить від температури кварцового резонатора ZQ1 частоти f(T)=5000000+185T, де f - частота, Гц; Т - температура, °С.
Основний блок терморегулятора побудований за схемою, показаної на рис. 2.
Резистор R2 служить для навантажувальних КАПТЧ. Далі сигнал термозависимой частоти через підсилювач-формувач на транзисторі VT2 і елемента DD1.3 надходить на вхід З другого тригера мікросхеми DD2. На аналогічний вхід першого тригера надходить сигнал зразкової частоти від генератора на елементах DD1.1, DD1.2 з термостабільним кварцовим резонатором ZQ1 зрізу AT.
Частотно-фазовий детектор [2] складається з двох тригерів мікросхеми DD2, елемента DD1.4, резисторів R9, R11, діодів VD2, VD3 і конденсатора С5. Його вихідна напруга має низький логічний рівень, якщо термозависимая частота вище зразковою, і високий, якщо вона нижче. Проміжний рівень напруги можливий лише при точному рівності частот, чого на практиці не відбувається, так як коливання генераторів не синхронні.
При високому рівні на виході частотного детектора транзистори VT4 і VT5 відкриваються, подаючи напругу на встановлений в термокамері нагрівач. Одночасно запалюється світлодіод HL1.
Через емітерний повторювач на транзисторі VT3 сигнал термозависимой частоти може бути поданий на електронну частотомір. Стабілітрон VD1 з транзистором VT1 утворюють стабілізатор напруги живлення мікросхем.
Налаштовуючи терморегулятор, перш за все підбирають резистор R3, добиваючись симетричної форми імпульсів на виході елемента DD1.3. Ємність конденсатора C3 підбирають такою, щоб при заданій температурі зразкова частота дорівнювала термозависимой, що генерується КАПТЧ.
Термостабілізатори експлуатується на стенді атестації медичних електронних цифрових термометрів. Термокамера стенду має об'єм 60 см3, її стінки - з пінопласту товщиною 30 мм Нагрівач складається з двох резисторів МЛТ-2 56 Ом, з'єднаних паралельно.
Через 45 хв після включення в камері встановлюється і підтримується температура 40 °С. Випробування показали, що догляд стабілізації температури не перевищує 0,005 °С на один градус зміни температури зразкового резонатора (ZQ1 на рис. 2) і 0,02 °С за рік. Таким чином, протягом п'яти років при роботі пристрої в кімнатних умовах похибка підтримки температури в камері не перевищить 0,1 °С.
Література
Автор: Ст. Солодовник, М. Чебан