专利名称：时基集成片物理量测控报警万用仪的制作方法
技术领域：
本实用新型为涉及时基集成电路应用领域的物理量测控报警万用仪。
众所周知，时基集成电路(国内型号有5G1555／5G1556等，美国型号有NE555／NE556等，以下为叙述方便出脚编号以单时基集成电路为例，并简称为时基集成电路“555”)的用途十分广泛，其原因在于它能构成单稳态、双稳态、无稳态三种基本模式电路。但是至今，它的每一种模式至少由一片时基集成电路“555”及外围元件构成。这样，要获得一部多功能的仪器或装置，就得在一个机箱内纳入多个各别的单元电路，以致仪器电路繁杂、体积大、造价高、操作不便。
本实用新型的目的是针对上述弊端，提供一种电路简单，测、控、报警功能齐全的万用仪。
本实用新型是由整流稳压电源、时基集成电路“555”、可变电阻(或等效电阻)、电容(或等效电容)等元件构成的核心电路以及发光管、电声器件、可控硅等构成的输出电路组成。它不但可方便地实现具有传感器的物理量的测量，控制与报警，而且可作为占空比在0～100％范围内可调的宽频脉冲信号源，因此它广泛地适用于家庭、工厂、教育、科研、军事、航天等领域。
为了便于理解本实用新型的电路原理和实际使用情况，
以下结合附图作进一步地详细描述。
附
图1是本实用新型的核心电路的原理图。
附图2是本实用新型的电路图。
参见附图1，时基集成电路“555”的3脚接直流电源的正极Vcc。1脚接地，信号电压输入端Vi与时基集成电路“555”7脚之间串接电阻R1、R2。电阻R1与R2的结点9同时与时基集成电路“555”的2脚与6脚及电容器C1相接，电容器C1的另一极接地，时基集成电路“555”的3脚为输出端。另外，时基集成电路“555”的4脚可以按通常接法与Vcc相接，也可以与2、6脚接在一起；或与5脚接在一起，而5脚既可按通常接法，即通过一只小电容接地(抗干扰)。也可悬空不接，故图中4、5两脚未画出。
根据时基集成电路“555”的真值表1，就可以得出附图1电路的真值表2。
这是因为在电路刚接通时，由于电容器C1的电压不能突变，故，时基集成电路“555”的2、6两脚电位为0，输出端3脚为高电位，7脚对地近于开路。Vi仅通过R1给电容器C1充电，直到其电位上升到 2/3 Vcc之前，3脚都一直保持高电位。当继续充电到大于 2/3 Vcc时，3脚立即由高电位翻转为“0”，同时7脚也对地相当于短接，此时电容器C1由充电而变成经R2及7脚向“地”放电。其放电的时间常数为 (R1R2)/(R1＋R2) ·C1，放电的初始值为 2/3 Vcc，终值为 (R2)/(R1＋R2) ·Vi。若此终值小于 1/2 Vcc，则电容C1在放电至大于此值，即等于 1/3 Vcc的瞬间，3脚的电位又从“0”翻转为“1”，电容C1又由放电而变成为充电，如此反复，形成多谐振荡输出。若上述电容C1的放电终值 (R2)/(R1＋R2) ·Vi大于 1/3 Vcc，则因电容C1无法放电到使时基集成电路“555”的2脚出现有效的触发电平，故时基集成电路“555”的3脚就不会再由“0”翻转为“1”而在后的时间内一直处于稳定的“0”电平。这是Vi＞ 2/3 Vcc时可能出现的两种情况。当然，当Vi＜ 2/3 Vcc时，由于C1的第一次充电就无法达到时基集成电路“555”的6脚的门限电平，所以时基集成电路“555”的3脚一直处于“1”电平。
产生振动时的脉冲宽度(以Vi＝Vcc为例)等于0.693R1C1而振荡的间隙时间则与R2关系甚大。因为电容C1在放电时的时间常数为 (R1R2)/(R1＋R2) ·C1，终值为 (R2)/(R1＋R2) ·Vcc，若R2＝0，则时间常数为0，终值为0，所以间隙宽度为0，占空比为100％；若终值为 1/3 Vcc，C1由 2/3 Vcc向终值 1/3 Vcc放电，从理论上说是永远也达不到的，所以间隙的宽度为无穷大，占空比为0。所以在Vi＝Vcc的情况下R2由 1/2 R1到0，或R1由2R2到无穷大时振荡波形的脉冲占空比为0～100％。占空比自0至100％的变化，实际上也就是其输出的直流电压平均值由近于0向趋近于Vcc变化。
参见附图2，它有三个输出端口、在测、控、报警及信号源中分别被使用。仅以温度量为例，若由负温度系数的热敏电阻Rt接入Cz1，此时Rt取代了R2·Vi＝Vcc，双刀双掷开关K1在附图2中处于“降温”位置。调节可变电阻器RW1，设定恒降温的温度值，在此温度时使RW1＝2Rt。被控温度高于设定温度时，由于Rt阻值小，RW1／Rt＞2，也就是 (Rt)/(RW1＋Rt) ＜ 1/3 ，相当于表2的第一种情况，时基集成电路“555”3脚输出多谐振荡，双向可控硅1一直导通，它驱动接于输出端口11和12之间的制冷器工作，迫使被控温度下降。当温度低于该设定值后Rt变大，RW1／Rt＜2则相当于表2的第二种情况，输出为“0”，双向可控硅1截止，制冷器停止工作。周而复始实现恒值降温控制。如把K1拨向附图2中相反位置，根据同样道理，可实现恒值升温控制。若Rt为正温度系数，则双刀双掷开关K1的“升”、“降”位置与上述情况相反。由上述控温过程可知时基集成电路“555”的3脚在“0”及多谐振荡出现的时候恰好是温度达设定的时候，若用发光二极管LED2或电声器件HTD进行监视或监听则可实现温度测量。因为Rt对应一个温度。就有一个确定的值，RW1也有一个确定的位置等于2Rt、故RW1的动臂位置只要用温度值刻度便可实现温度测量。利用声光器件监控测量的方法，也可直接用于温度报警，此时双刀双掷开关K1便作为向上或向下越限报警的选择开关。
若被控温度量经变送器等已经转换为相应的电压信号Vs，则可将此信号自插座Cz2输入。此时Vi＝Vv＋Vs，设定温度值对应信号电压以Vst表示，调节RW2使Vv＋Vst＝ 2/3 Vcc。由Cz2输入的恒值升温有两种情况一种是仅作恒值升温控制，另一种是恒值升温同时作报警用。对于前一种情况则调节RW1使得 (R2)/(RW1) ＞1，也就是 (R2)/(RW1＋R2) ＞ 1/2 、在温度低于设定值时，因为Vs＜Vst，故Vi＜ 2/3 Vcc，由表2知电路输出为“1”，双向可控硅2导通，接于端口11和14之间的电热器工作，进行升温。温度达设定值后Vs＞Vst，Vi＞ 2/3 Vcc，此时因为 (R2)/(RW1＋R2) ·Vi＞ 1/2 × 2/3 Vcc，也就是 (R2)/(RW1＋R2) ＞ 1/3 (Vcc)/(Vi) 对应表2的第二种情况。所以输出为“0”，因而电热器停止工作、温度下降。周而复始实现恒值升温。若调定 (R2)/(RW1) 略小于1，则在升温达设定值后，于Vi＞ 1/3 Vcc的一个小范围内 (R2)/(RW1＋R2) ＜ 1/3 (Vcc)/(Vi) 的条件尚能满足而输出多谐振荡，利用此音频振荡就能使电声器件HTD作达限报警。此后若温度再行升高，输出又变为“0”而停止加热。若需降温，则在输出端口11和12之间接入电动制冷器。调定RW1使 (R2)/(RW1＋R2) ＜ 1/3 。当温度高于设定值时Vs＞Vst，Vi＞ 2/3 Vcc电路输出多谐振荡，双向可控硅1导通，制冷器工作；当温度低于设定值以下，Vi＜ 2/3 Vcc，输出为“1”，因为电容C3的隔直作用双向可控硅1不导通，制冷器停止工作。周而复始实现恒值降温。
端口13、10可输出多谐振荡及电平“1”与“0”因而可作为信号源。
权利要求1.一种由整流稳压电源及时基集成片、电阻、传感电阻、电容构成的核心电路和电声器件等组成的测控报警仪。其特征在于核心电路的信号输入端Vi与时基集成电路“555”7脚之间串接电阻R1、R2、电阻R1与R2的结点9同时与时基集成电路“555”的2脚与6脚及电容器C1相接，电容器C1的另一极接地、时基集成电路“555”的3脚为输出端。
2.根据权利要求1所述的测控报警仪，其特征在于电阻R1、R2及电容器C1也可为等效电阻或等效电容。
3.根据权利要求1或2所述的测控报警仪，其特征在于时基集成电路“555”的3脚有3个输出端口，即由时基集成电路“555”的3脚串接电容C3、电阻R3、双向可控硅1后的输出端口11和12；直接由时基集成电路“555”的3脚输出多谐脉冲信号或逻辑电平“0”或逻辑电平“1”的输出端口10和13，端口10和13之间通过开关K2，接入电声器件HTD；时基集成电路“555”3脚串接二极管D1、电容C2到地，自电容C2与二极管D1的接点，再串接电阻R4和双向可控硅2的输出端口11和14。
专利摘要本实用新型为涉及时基集成片应用的物理量测控报警万用仪。它仅采用一片单时基集成电路，一只电阻，一只电容及一只可变电阻器构成核心电路。当物理量经变送成电压或电阻量输入该核心电路后，便可进行有效的控制、测量与报警。此外，该万用仪不仅可输出含有被测数据信息的方波振荡及逻辑电平“1”和“0”供其他装置配套开发，且又是一个输出占空比在0～100％范围内可调的宽频脉冲信号源。体积小，成本低，适用于家庭、工厂、乃至军事航天等各个领域。
文档编号G01R31/28GK2039430SQ8821505
公开日1989年6月14日 申请日期1988年10月13日 优先权日1988年10月13日
发明者吴美衡, 蒋虞书 申请人:吴美衡