Стабилизатор напряжения

 

ОП.ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцналмстеечвевех

Реснублмк

К АВТОРСКОМУ СВЙДВТВЛЬСТВУ

0 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

Ъ (22) Заявлено 10.07.72 (21) 1808098/24-7 с присоединением заявки №(51) М. Кл.

Q 05 f 1/46

Гасударственный немеет

Совета 1енннстраа СССР ее делам нэееретеннй н атнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано25.07.75,Бюллетень №27 (53) УДК 621.316.722. .1(088.8) Дата опубликования описания 21.07.75 (?2) Авторы изобретения В. Ф. Бахмутский, В. Г, Бойчук, Т. В. Красова, H. М. Огирко и Н. М. 11арюк (71) Заявитель

Львовский завод электроиэм ерительных приборов (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области элект роиэмерительной техники и может быть использовано при построении аналоговых и цифровых электроизмерительных приборов и средств их метрологической поверки. 5

Известен стабилизатор напряжения, содержащий управляемый источник тока, уравновешенный мост с терморезисторами, подогреваемыми образцовым источником тепла (например радиоактивным) и рези- 1О стивным нагревателем, подключенным к источнику тока последовательно с образцо- вым резистором, на котором выделяется стабильное выходное напряжение, и нуль-орган, соединенный с управляемым источ- 1а ником тока.

В таком устройстве стабильность выходного напряжения определяется стабильностью образцового источника тепла, что вынуждает испольэовать весьма громоздкие щ и дорогостоящие радиоактивные иСточники тепла, требующие надежной термоиэоляции от окружающей среды и радиационной защиты.

В предлагаемом устройстве требования к стабильности образцового источника теп- 26 да значительно снижаются благодаря тому, что в плечи уравновешенного моста включены дополнительные термореэисторы, один из которых, подогреваемый дополнительным образцовым источником тепла, соединен последовательно с термореэистором, подогреваемым резистивным нагревателем, а другой соединен последовательно с терморезистором, подогреваемым основным образцовым источником тепла, интенсивность тепловыделения которого больше интенсивности тепловыделения допо нштельного образцового источника.

Кроме того, в предлагаемом устройстве

I для упрощения реализаттии в качестве образцовых источников ч,епла использованы терморегулирующие тепловые трубки с лспаряемыми и конденсируемыми теплоносителями, имеющими различные температуры конденсации s зонах теплового контакта с подогреваемыми термореэетсторами.

На фиг, 1 изображена схема предлагаемого стабилизатора напряжения; на фиг. 2Пример выполнения одного из узлов схемы.

478290

Стабилизатор напряжения (см, фиг. 1) содержит управляемый. источник 1 постоянного .или переменного тока, образцовый резистор. 2, резистивный нагреватель 3, уравновешенный мост 4 с термостабильны ми резисторами 5, 6 и . . термозависимыми резисторами 7-10, исполнительный

11 и основной 12 образцовые источники тепла, поддерживающие постоянные температуры терморезисторов 7, 9 (Т, Т соответственно), нуль-орган 13.

Основной образцовый источник тепла 12 поддерживает постоянную температуру Т

9 терморезистора 9, а дополнительный истоъник 11 — постоянную температуру Т тер7 морезистора 7, причем T (Т . При неко9 торой начальной температуре Т и отклк>ченном источнике тока 1 сопротивления всех термореэисторов 7, 8, 9, 10 (соответственно Я, Ц, Я, Я ) совпадают и равны 1 . В установившемся рабочем

О режиме терморезистор 7 имеет температуру Т7, терморезистор 9 — температуру

Т, терморезистор 10 - температуру окружающей среды Т, а терморезистор 8—

cp некоторую температуру Т, которую необхо- димо подсчитать.

Условие равновесия моста 4 имеет вид:

R + Я = R з + R,0, где

" =оЕ1+ (т -тоЧ1 "S о х ой, (x) г Ь а(т -т 1), "ù=f t T, - Д() (C(— температурный коэффициент сопротивления термореэисторов) .

Из уравнений I и П следует, что

Т-Т =Т вЂ” Т (Ш). ср

Перегрев терморезистора 8 над окружающей средой Т вЂ” Т определяется выср деленной в нагревателе 3 мощностью, т. е.

Т-Т =K) Я (У1 ), где Я„ — сопротивление нагревателя 3, I — ток, протекающий через нагреватель, К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Из уравнений И! и 1У следует, что т. е. отабильность тока 1 определяется стабильностью поддержания разности температур Т вЂ” Т, и стабильностью сопроб тивления нагревателя Я . Выходное на« пряжение 0 =l 5 g, где обр сопротивление образцового резистора 2, зависит также от стабильности последнего.

1О . Поскольку резистор 2 нагреватель 3 могут быть выполнены термостабильными, стабильность (.) будет определяться алых главным образом стабильностью температур Т -Т, причем нестабильность

1б

9 7 вых в два раза меньше нестабильности т;:мператур Т -Т . Эффективность описаннои схемы определяется тем, что независимо от типа выбранного источника образцового тепла и нестабильность разности температур, поддерживаемых двумя конструктивно идентичными источниками, значительно мень« ше, чем нестабильность температуры, поддерживаемой каждым источником в отдел ности. Снижение требований к стабильности источников тепла позволяет отказаться от применения громоздких и дорогостоящих радиоактивных источников и заменить их более простыми в конструктивном отноше-. нии источниками на тепловых трубках.

Комненсация нестабильности источников тепла, вызванной влиянием окружающей среды, является тем более полной, чем больше температура Т, Т по сравнению

Зб. с температурой Т и чем меньше Разность

Ср температур Т9- Т7 Кр ше разность температур Т вЂ” Т., т. е.

40 температур Т вЂ” Т, тем меньше нагрев реср зистора 2 и нагревателя 3 током I, т.е, выше их стабильность. А чем меньше температура Т вЂ” Т, тем больше время уста45 новления теплового режима в нагревателе

3 при регулировании тока 1 подогрева, т. е. тем больше инерционность устройства.

На практике величину температур Т, Т.

9 бО следует выбирать компромиссно, исходя из требований точности и инерционности.

Если управляемый источник 1 является источником переменного тока, то, как видно из приведенных соотношений, выходное напряжение переменного тока стабилизируется по действующему значению.

Напряжение питания моста 0 л ожет

О быть KAK постоянным, так и переменным, однако выбор напряжения постоянного тока

478290 (УН) предпочтительнее, так как это позволяет избежать влияния реактивности плеч моста и облегчает помехозашиту. Построение чувствительного нуль-органа постоянного тока в данном случае не ограничивается 5 требованием быстродействия, так как инерционность применяемого для этих целей усилителя сушес твенно меньше инерционности тракта теплопередачи.

На фиг. 2 показан пример выполнения l0 узла: образцовый источник тепла — терл@резистор, выполненный на терморегулируюшей тепловой трубке, где: 14 — тепловая трубка; 1 5, 16 — теплоноситель в жидкой и газообразной фазе соответственно; 17 — 15 резервуар неконденсируемого газа; 18 резистивный нагреватель; 1 9 — терморезистор. За счет избыточного тепла нагревателя 18 жидкий теплоноситель 15 интенсивно испаряется. Пары теплоносителя пере- ® носится по тепловой трубке и конденсируются на тех участках ее внутренней поверх ности, температура которых ниже температуры испарения. Если окружающая среда является охлаждаюшей, то конденсация происходит в зоне объекта (в данном случае терлюреэистора 19), который имеет теплообмен с окружаюшей средой по внешней поверхности. Наличие резервуара 17 неконденсируемого газа позволяет регулировать ширину зоны конденсации паров теплоносителя в тепловой трубке и тем самым в значительной мере компенсировать изменение температуры конденсации, вызванное изменением давления паров теплоносителя эа счет изменения мощности нагрева или температуры окружающей среды. Улучшение качества термостабилизации может быть получено при замене резервуара 17 упругим элементом (нанример сильфоном) меньшего объема либо дополнительным охлаждаюшил устройством (конденсатором ), в качестве которого, если охлаждающей средой является внешняя среда, может быть использовано пассивное теплорассеи- 45 ваюшее устройство (радиатор).

Вместо резистивных нагревач лей при встраивании в электронную аппаратуру могут быть использованы элементы с ин- 50 тенсивным тепловыделением (например мошные транзисторы), благодаря чему исключаются непроизводительные затраты мощности на нагрев и одновременно расширяются функциональные возможности, так как 55 тепловые трубки выполняют по отношению . к указанным элементал функции теплоотводящих и термостабилиэируюших устройств.

Поскольку образцовые источники тепла (в частности тепловые трубки) предназна- 60 чены для поддержания стабильных температур и стабильных сопротивлений терморезисторов 7, 9, возникает вопрос о воэл олл— ности изъятия трубок при выборе раз.шчных номиналов сопротивлений, Я термостабильных резисторов 5, 6.

Для этого случая из условия равновс-< ня (уравнение I ) находят:

8>++ ((++a(T-Т ))=В -r0ji (T -Т01) Ф 1 б

1

Иэ этого следует, что

Из уравнений 6, 7 видно, что действующее значение тока I стабилизируется с точностью поддержания разности сопротивлений Я вЂ” Я при стабильных параметрах

К„Г и C Следовательно, выполнение резисторов 6, 5 с термостабильными сопротивлениями Я, Qg различной веруш чины дает практически такой же результат, как и применение тепловых трубок с различными стабилизируемыми температурами Т

Т при более простом конструктивнол реше9 нии. Различие заключается лишь в том, что вместо стабилизации разности температур Т вЂ” Т в данном случае необходимо обеспечить стабильность параметра

Я - Вр

Г06 (ьш), т. е. в первую очередь идентичность и стабильность параметров терл1озависнл1ых резисторов 8, 10.

Предм ет изобретения

1. Стабилизатор напряжения, содержашнй управляемый источник тока, уравновсшенный мост с термореэисторами, подогреваемыми образцовым источшпсом тепла и нагревателем, подключенным к источнику тока последовательно с образцовым выходным резистором, и нуль-орган, соединенный с унравляемЫм источником тока, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышении точности при снижении требований к стабильности образцового источника тепла, в плечи укаэанного уравновешенного м и .та включены дополнительные терморозист эры, один из которых, подогреваемый дополшн478290 тельным образцовым источником тепла, соединен последовательно с терморезистором, подогреваемым нагревателем, а другой соединен последовательно с терморезистором, подогреваемым основным образцовым источником тепла, интенсивность тепловыделения которого больше интенсивности тепловьщепения дополнительного образцового источника.

2. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения реализации, в качестве основного и дополнительного образцовых источников тепла использованы терморегулирующие тепловые трубки с испаряемыми и конденсируемыми теплоносителями, имеющими различные температуры конденсации в зонах теплового контакта с подогреваемыми терморезисторами.

Э. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч а:ю шийся тем, что, с целью упрощения реализации, последовательно с основным

Ið подогреваемым терморезистором и дополнительным терморезистором включены термостабильные резисторы с различными сопротивлениями.

17

Составитель B.Vpyraoaa

Редактор.Г Зат.Р @апипаиТехред И.Карандашова Корректор Н.Аук

Заказ gPgP Изд. М 8/3 р Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открнтий

Москва, 1l3035, Раушская наб., 4

Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24