Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №3

Журнал «Домашняя лаборатория»

В стакан 7 вклеены клеем БФ-2 изолирующие прокладки 8 из текстолита и диск 9 из пьезокерамики ЦТС-19. Снизу в корпус ввинчена крышка 12 из латуни. В нижней части крышка переходит в цанговый зажим с зажимной гайкой 13.

В цанговом зажиме фиксирован стержень 11 из латуни.

На этом стержне устанавливают исследуемый образец 10, изменение размеров которого в ходе физического эксперимента необходимо исследовать. Сверху на образец устанавливают стакан 7 с пьезокерамическим диском 9. Затем стержень 11 вдвигают внутрь

до короткого замыкания между обкладками 3 и 7 датчика и фиксируют гайкой.

Собранный датчик охлаждают до температуры 4,2 К. При этом за счет температурной усадки материала датчика образуется зазор между обкладками, после чего датчик готов к работе.

На рис. 41,б изображена схема включения датчика. Датчик В1 включен в контур генератора ВЧ, выполненного по трансформаторной схеме на транзисторе VT1. При изменении емкости датчика из-за изменения расстояния между обкладками при магнитострикционном эффекте (30-150 пФ) частота генератора изменяется от 1,25 до 1,75 МГц. Чувствительность датчика 0,05 нм.

Пьезокерамический диск 9 служит для калибровки прибора. При подаче на. него постоянного напряжения 200 В его толщина увеличивается на 11,5 нм и ил такую же величину уменьшают зазор между обкладками.

В лаборатории Московского государственного университета с помощью описанного датчика исследовали магнитострикцию пластины монокристалла феррита толщиной 240 мкм в магнитном поле напряженностью 50 кЭ. При этом получено значение магнитострикции Лт, равное 2250•10^{– 6}, что с точностью до 5 % соответствует значениям, полученным другими методами.

На рис. 42 изображена принципиальная схема включения резистивного нагревателя-термопары. Авторы конструкции Б. Булах, Г. Пекарь и Г. Купченко.

Особенность конструкции в том, что в ней нагревательный элемент изготовлен из двух сваренных на стыке проволок, образующих термопару. Для изготовления нагревательного элемента использованы отрезки платиновой и платинородиевой проволоки диаметром 0,5 мм. Из этой проволоки на керамическую трубу диаметром 10 мм была намотана спираль длиной 25 мм с шагом 1 мм. Снаружи спираль обмотана слоем теплоизоляции. При напряжении 18 В и токе 7,6 А внутри керамической трубы температура достигала 1250 °C. Эта печь использовалась в установке зонной перекристаллизации для выращивания полупроводниковых кристаллов. На время измерения температуры нагреватель ЕК1 отключали от источника тока прерывателем SB1 с частотой от 25 до 40 Гц. За время контроля температура нагревателя снижалась менее чем на 0,1 °C.

Регуляторы технологических процессов

На рис. 1,а изображена структурная схема тринисторного регулятора мощности электронагревателей (авторы: А. Вдвовикин, Р. Абульханов, Ю. Демин), который может быть использован для плавного регулирования температуры в электропечах, сушильных шкафах и других аналогичных устройствах мощностью до 2 кВт. При необходимости регулирования мощности в более широких пределах надо либо применять принудительное охлаждение тринисторов, либо заменить их другими, более мощными.

Принцип действия регулятора основан на периодическом включении нагрузки с помощью тринисторного ключа, управляемого блоком сравнения рабочего и образцового сигналов. В регуляторе использован число-импульсный способ управления тринисторным ключом.

Регулятор состоит из источника 1 напряжения, пульсирующего с частотой сети, формирователя 2 импульсов синхронизации, генератора 3 пилообразного напряжения, датчика температуры 4, узла 5 сравнения напряжений, генератора 6 импульсов высокой частоты, элемента совпадения 7 и тринисторного ключа 8. Регулятор работает следующим

образом. С источника пульсирующего напряжения на формирователь поступают положительные полупериоды выпрямленного напряжения частотой 100 Гц. В моменты перехода выпрямленного напряжения через нуль на выходе формирователя образуются синхроимпульсы длительностью 1,5–2 мс. Эти импульсы поступают на вход генератора пилообразного напряжения и запускают его. С выхода генератора убывающее по амплитуде пилообразное напряжение поступает на вход узла сравнения. На другой его вход от датчика температуры поступает отрицательный перепад напряжения. Пока пилообразное напряжение компенсирует отрицательный перепад на входе узла сравнения, элемент совпадения не пропускает на тринисторный ключ запускающие импульсы высокой частоты с генератора 6, поэтому ключ закрыт. Как только уровень пилообразного напряжения станет меньше уровня сигнала с датчика, ключ откроется. Время, в течение которого открыт ключ, а значит, и отдаваемая в нагрузку мощность, будет тем больше, чем дольше через элемент совпадения будет проходить последовательность высокочастотных импульсов.

Электрическая схема прибора изображена на рис. 1,б. Выпрямитель блока питания собран на диодах VD1-VD4. Электронный блок питается от стабилизатора на стабилитроне VD6 и транзисторе VT1. Диод VD5 отделяет цепь запуска формирователя от цепей питания узлов регулятора.

Формирователь выполнен на элементе DD2.2 микросхемы DD2, представляющей собой два четырехвходовых расширителя по ИЛИ. При уменьшении мгновенного значения пульсирующего напряжения ниже порогового уровня напряжение на выходе формирователя резко уменьшается до низкого уровня (логический 0), а при последующем увеличении — резко увеличивается до высокого(логическая 1). При этом на выходе образуется импульс, по времени синхронный с переходом сетевого напряжения через нуль.

Этот импульс через диод VD8 поступает на вход генератора пилообразного напряжения и запускает его. Генератор выполнен на элементе DD3.1 с открытым коллектором. Запускающий импульс заряжает конденсатор С3 до напряжения питания (5 В), а после окончания действия импульса он начинает медленно разряжаться. При этом на выходе генератора образуется линейно уменьшающееся напряжение, которое прикладывается к входу элемента сравнения.

Элемент сравнения выполнен на транзисторе VT2. На базу транзистора одновременно подано пилообразное напряжение и отрицательный перепад напряжения (установочного) с резистора R9. Коллектор транзистора VT2 соединен со входом элемента совпадения, выполненном на логическом элементе DD3.2. На второй вход элемента совпадения (выводы 9, 10) поступают импульсы с генератора импульсов ВЧ. Он выполнен на элементах DD1.1-DD1.4.

Пока транзистор VT2 открыт, импульсы с генератора не проходят через элемент совпадения. Как только транзистор закроется (это произойдет, когда амплитуда пилообразного напряжения сравняется с установочным, снимаемым с датчика температуры), импульсы высокой частоты поступят на первичную обмотку импульсного трансформатора Т2. Откроется тот тринистор, к аноду которого будет приложено положительное напряжение сети.

Сетевой трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе Ш16х35. Первичная обмотка содержит 3000 витков провода ПЭВ-2 0,1, а вторичная — 120 витков провода ПЭВ-2 0,47. Трансформатор Т2 намотан на кольце типоразмера К10х6х5 из феррита 600НН. Все обмотки одинаковы — по 40 витков провода ПЭВ-2 0,17.

Более совершенную конструкцию регулятора мощности для электронагревательных установок разработали радиолюбители из г. Черкассы, В. Шамис и М. Каминский. Схема их прибора изображена на рис. 2.

Регулятор состоит из блока питания, формирователя импульсов запуска генератора линейно-изменяющегося напряжения, компаратора и узла включения тринистора.

Формирователь импульсов выполнен на диодах VD15, VD16 и транзисторе VT4. Выходные импульсы длительностью 1,5–2 мс с частотой следования 100 Гц поступают на вход двоичного счетчика на микросхемах DD1 — DD3, который управляет работой резистивной матрицы R9-R21. С ее выхода ступенчато возрастающее напряжение (64 ступени) поступает на один из входов компаратора. Компаратор выполнен на ОУ DA1. На другой его вход подано пороговое напряжение с резистора R24.