Транзисторный анемометр

Принцип действия обычного проволочного термоанемометра основан на зависи­мости между скоростью потока воздуха и теплоотдачей чувствительного элемента. Такой прибор имеет существенный недостаток, заключающийся в использовании спе­циальной хрупкой металлической нити, применяемой в качестве датчика потока воздуха.

Схема Стива Вудварда (Университет Северная Каролина), показанная на рисунке, лишена этого недостатка. В ней ис­пользуется пара недорогих транзисто­ров, воспринимающих скорость воздуш­ного потока.

Транзисторный анемометр

Входной каскад схемы на транзисто­рах Q1, Q2 работает с поддержанием ус­ловия равенства напряжений Vq1=Vq2.

Для выполнения этой задачи необходи­мо, чтобы температура транзистора Q1 превышала температуру транзистора приблизительно на 50°С. Баланс напряже­ния база-эммиттер VBе требует  поддержания указанной разности температур, потому что ток коллектора Iq1в 1ОО раз больше, чем ток Iq2 (при равенстве температур транзисторов Q1 и Q2 напряжение Vq1 превышало бы напряжение VQ2 приблизительно на 1ОО мВ).

Правильное управление током Iq1 устанавливает разность нагревания, которая делает транзистор Q1 более горячим, чем транзистор Q2. Таким образом, для обеспечения равнове­сия Vq используется температурный коэффициент величиной около 2 мВ/°С.

Результирующее среднее значение тока IQ1 пропорцио­нально средней мощности, рассеиваемой в транзисторе Q1, т.е. количеству подводимого тепла, что используется для тепло­вого измерения скорости воздушного потока.

Калибровка датчика начинается с установки нуля с помощью потенциометра R1. При нулевом потоке воздуха обеспечива­ется равенство Vq1=Vq2 без влияния Q3. Тогда, при переме­щении воздуха возле транзисторов, растет скорость теплоот­дачи, увеличивается напряжение Vq1 и срабатывает компара­тор IC1. Конденсатор С1 заряжается, пока не сработает компаратор IC2, генерируя пусковой импульс через Q3 на Q1.

В результате ток коллектора генерирует импульс нагревания транзистора Q1, управляя температурой транзистора, и возвращает напряжение VBE к балансу.

Схема имеет цифровой выход при хорошей линейности. Среднее значение нагрева, порожденное импульсами в транзисторе Q1, определяется по формуле

H = 5xlxFxW, где I — амплитуда импульсов тока транзистора Q1 (регулируется резистором R2), F — выходная частота и W — ширина импульса.

Ширина импульсов W обратно пропорциональна току lD. Транзисторы Q4 и Q7 определяют в среднем выходной рабо­чий цикл, вырабатывая управляющее напряжение для транзистора Q5, таким образом создавая функцию W (F).

Фактически, контур обратной связи обеспечивает

W = К / (W х F),

где К — постоянный градуировочный коэффициент, опреде­ляемый номиналами компонентов.

Поэтому, W2 = K/F и Н = 5 х I х F/IK/F)1/2 Из этого выражения получаем F = (Н/5I)²/К. Следовательно, чааота F является функцией от н2 , таким об­разом линеаризируя зависимость между частотой и скоро­стью воздуха.

Метки: , , , .


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Проверочный код *

Разработка сайта: cryptonic