Описываемый прибор представляет собой преобразователь температура — частота дискретного действия. По структуре это автогенератор, петля положительной обратной связи которого содержит ультразвуковую линию связи с включенным в нее чувствительным элементом. Им служит полимерный самовосстанавливающийся предохранитель. Благодаря зависимости от температуры не только электрических, но и акустических свойств такого предохранителя изменяется частота колебаний автогенератора.

Датчик разработан для работы в составе приборов допускового контроля температуры объектов, находящихся во взрывоопасных средах [1], но может

найти применение и в других схожих по назначению системах, например, в устройствах аварийной пожарной сигнализации. Поскольку связь чувствительного элемента с электронным блоком акустическая, исключены протекание тока в измерительной цепи и возможность искрообразования в контролируемой зоне.

Основные технические характеристики

Температура срабатывания,

°С, не более...................60

Время срабатывания, с, не

более ........................10

Размах выходного напряжения, В, не менее ................5

Напряжение питания, В .........27±3

Ток потребления, мА, не

более .......................100

Прибор состоит из чувствительного элемента, включенного в разрыв звуко-вода, образующего ультразвуковую линию связи между излучающим и приемным пьезопреобразователями, усилителя мощности, предварительного усилителя и цепи обратной связи, соединяющей выход предварительного усилителя с входом усилителя мощности.

Излучающий преобразователь возбуждает в звуководе акустические вол-

ны, которые проходят через чувствительный элемент и достигают приемного преобразователя, преобразующего их в электрический сигнал. Этот сигнал, усиленный предварительным усилителем, через цепь обратной связи поступает на вход усилителя мощности. В результате положительной обратной связи в системе возникают автоколебания.

Чувствительный элемент датчика выполнен из материала, акустическое сопротивление которого резко изменяется при определенной температуре. В результате происходит скачкообразное изменение частоты колебаний, что и служит сигналом перегрева. После устранения причины перегрева температура чувствительного элемента пони-

жается, акустическое сопротивление линии связи и частота колебаний возвращаются к первоначальным значениям — датчик вновь готов к работе.

Схема датчика изображена на рисунке. На транзисторах VT1—VT4 выполнен усилитель мощности. Его коэффициент усиления по напряжению определяется отношением сопротивлений резисторов R6 и R4. К выходу усилителя подключен излучающий пьезопреобра-зователь BQ1, он через звуковод и чувствительный элемент ВК1 акустически связан с приемным пьезопреобразова-телем ВМ1. Конденсаторы С1 и С4 — разделительные. Диоды VD1 и VD2 задают напряжение смещения транзисторов VT3 и VT4. Усилитель мощности питается от стабилизатора напряжения 20 В на микросхеме DA1. Конденсатор СЗ — фильтрующий в цепи питания.

Предварительный усилитель собран на ОУ DA3. Поскольку питание ОУ одно-полярное, с помощью резисторов R10, R11 и R13 на его неинвертирующий вход подано смещение, равное половине напряжения питания. Конденсатор С6 — блокировочный в цепи смещения. Резистором R12 задан режим работы ОУ. Резисторы R14—R16 и конденсатор С7 образуют цепь отрицательной обратной связи, задающей коэффициент усиления предварительного усилителя. Выход этого усилителя соединен с

входом усилителя мощности через конденсатор С9, который замыкает цепь положительной обратной связи. Конденсатор СЮ — разделительный.

Предварительный усилитель питается от стабилизатора напряжения 15 В на микросхеме DA2. Конденсатор С5 — элемент фильтрации в цепи питания.

Чувствительным элементом ВК1 служит полимерный самовосстанавливающийся предохранитель MULTIFUSE фирмы Bourns [2]. В охлажденном состоянии структура заполняющего его полимера напоминает кристаллическую решетку. При нагревании она изменяется, поэтому при достижении определенной температуры происходит скачок не только электрической проводимости полимера, но и его акустического сопротивления.

Большинство деталей датчика расположены на макетной плате с металлизированными отверстиями, монтаж

выполнен тонкими изолированными проводами. Плата помещена в металлический корпус, на котором установлены пьезопреобразователи. Чувствительный элемент датчика находится снаружи и соединен с пьезопреобразователями звуководом — U-образным коленом из стальной проволоки диаметром 0,8 мм и длиной 1 м. Противоположные концы звуковода припаяны к рабочим поверхностям пьезопреобра-зователей. Чувствительный элемент впаян в разрыв звуковода в месте его изгиба.

В датчике применены танталовые оксидные конденсаторы К53-52, допустимо использовать и другие, например К53-4. Керамические конденсаторы — КЮ-176 (или КМ-3—КМ-6). Постоянные резисторы С2-33 (возможная замена — С2-23, МЛТ, ОМЛТ). Подстроечный резистор — СПЗ-39а (или СПЗ-37, РП1-48). Диоды КД522Б можно заменить другими кремниевыми диодами, например, из серий КД503, КД521. Транзисторы КТ503Г могут быть заменены транзисторами этой же серии или кремниевыми приборами других серий с аналогичными параметрами. КТ814Г и КТ815Г можно заменить транзисторами тех же серий или серий КТ816 и КТ817 соответственно. Вместо импортных микросхем L7815, L7820 можно использовать отечественные

микросхемы КР142ЕН8В и КР142ЕН9А соответственно. Пьезоакустические преобразователи BQ1, ВМ1 — бескорпусные трехвыводные зарубежного производства (предположительный тип FML-34.7T-2.9B1 -L). Самовосстанавли-вающийся предохранитель MF-R025 допустимо заменить аналогичным фирмы RaychemVTyco или Little Fuse.

Налаживание датчика заключается в установке подстроечным резистором R16 такого коэффициента усиления в петле положительной обратной связи, при котором наблюдается устойчивая генерация, а сигнал на выходе усилителя мощности — синусоидальный с небольшим двусторонним ограничением. Повышая температуру чувствительного элемента ВК1, фиксируют ее значение, при котором происходит скачкообразное изменение частоты колебаний. Следует убедиться, что частота возвращается к первоначальному значению при остывании чувствительного элемента. В авторском варианте датчика частота генерируемых колебаний при температуре чувствительного элемента +20 °С была равна 12,9 кГц, а при достижении температуры +40 °С скачкообразно увеличивалась до 85,3 кГц.

ЛИТЕРАТУРА

1 Виноградов Ю. Контроль взрывоопасных газов. — Радио, 2000, № 10, с. 37.

2. Самовосстанавливающиеся предохранители MULTIFUSE фирмы Bourns. — Радио, 2000, № 11, с. 49—51.

Редактор — А. Долгий, графика — А. Долгий