Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №3

Основное достоинство этой схемы в том, что она не требует переделки заводской конструкции самопишущих приборов и позволяет избавиться от компенсационного датчика.

Как видно из рисунка, измеритель представляет собой мостовой диодно-реистивный сумматор напряжений, снимаемых с вторичных обмоток датчика. Kj выходу сумматора непосредственно подключен электронный самопишущий потенциометр КСП-4 (вместо КСП-4 можно использовать цифровой вольтметр с выходом на цифро- печать).

Еще одно достоинство этой схемы в том, что интервал измерения перемещения у датчика ограничен только его размерами и линейным участком характеристики. Как правило, линейный участок характеристики определяется раз» мерами магнитопровода и обычно равен 1/3 его длины. Сам же магнитопровод должен быть в 1,2 раза больше длины одной секции обмотки. Поэтому, увеличивая длину датчика, длину обмоток и соответственно магнитопровода можно значительно расширить интервал измеряемых перемещений.

На рис. 40 изображена принципиальная схема фотодиодного измерителя мощности лазерного излучения, разработанного С. Калашниковым и А. Мацвейко. Он позволяет измерять мощность слабого светового потока на фоне постоянной засветки. Динамический диапазон измерителя 80 дБ при минимальной чувствительности 10^{– 7} Вт.

Прибор выполнен на ОУ DA1 и фотодиоде VD1. Напряжение на выходе устройства, создаваемое темновым током фотодиода и мешающим световым фоном, компенсируется напряжением, снимаемым с делителя R5-R7. Чувствительность измерителя устанавливают переключением резисторов R1-R4 в цепи обратной связи.

Показания можно отсчитывать по любому вольтметру — цифровому или аналоговому со шкалами на 1 и 10 В.

На рис. 41,а изображена конструкция емкостного датчика для измерения магнитострикции малых образцов при температуре 4,2 К. Авторы З.Казей, М. Леванидов, В. Соколов. Принцип действия, его основан на изменении емкости датчика при изменении расстояния между его электродами.

Датчик состоит из верхней обкладки 3, выточенной из латуни как одно целое с винтом. Эта обкладка гайкой скреплена с изоляционной шайбой 6 из текстолита. Накидной гайкой 5 из латуни шайба 6 зажата в латунном корпусе 4. В наружной части корпуса закреплен стеклянный изолятор 2, через который пропущен вывод 1, припаянный к нижней обкладке 7, выточенной из латуни в виде стакана. Плоскости обкладок строго параллельны, пришлифованы одна к другой и отполированы.

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.