ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК G08B1/08 F22B37/46 G08B13/26 G08B19/00 G05B11/16 

Изобретение относится к сигнализаторам тревожной сигнализации, работающим от сети переменного тока и может быть использовано во всех областях их применения, как например, в охранной, и пожарной сигнализации, а также для сигнализации уровня слабоэлектропроводных жидкостей при помощи датчиков проводимости и неэлектропроводиных жидкостей и сыпучих материалов емкостными и индуктивными датчиками резонансным методом, как в производственных, так и в бытовых условиях.

Наиболее сложной задачей является сигнализация уровней жидкостей и сыпучих материалов в емкостях. Эти сигнализаторы появились давно, еще до применения транзисторов и выполнялись на электронных лампах. Поэтому и вся отечественная литература по этому вопросу имеет, как правило, дату издания и описания этих устройств на электронных лампах. Это объясняется еще и тем, что замена ламп на транзисторы хоть и улучшила характеристики этих устройств, но не изменила их в принципе. Сигнализаторы уровня на транзисторах известны по паспортам заводов-изготовителей.

Все известные сигнализаторы, и не только уровня, работающие от сети переменного тока, содержат в принципиальной схеме одни и те же элементы. Силовой трансформатор, выпрямитель, управляемые датчиками усилители-ключи, в количестве, равном количеству сигнализируемых параметров, нагрузками которых являются контактное реле, включающие при срабатывании средства сигнализации, звуковые и световые. При сигнализации от нескольких датчиков, каждое реле имеет несколько замыкающих и размыкающих контактов, в зависимости от сложности схем коммутации средств сигнализации.

Такие сигнализаторы используются также для двухпозиционного регулирования объектов, как правило, обладающих значительной постоянной времени, путем включения контактами реле электрических исполнительных механизмов.

Недостатками описанных устройств являются ненадежность контактов реле, необходимость их обслуживания, а также значительные габариты, вес, стоимость изготовления и монтажа, затрудняющие их широкое применение, например, в бытовой технике. Существенным недостатком сигнализаторов уровня воды в емкостях является также отложение солей на датчиках проводимости, ввиду питания их постоянным или пульсирующим током. Назвать наиболее близкий к предлагаемому изобретению аналог нельзя, т.к. все они принципиально одинаковы, а предлагаемое изобретение кардинально от них отличается принципом действия.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве понижающего силового трансформатора использованы обмотки и магнитопровод самого звонка, а привод звонка в действие осуществляется путем замыкания по одному из направлений тока / в отдельных случаях по двум / вторично обмотки электронным ключом. Это позволяет освободится не только от силового трансформатора, но и от крупногабаритных, сложных и ненадежных контактов реле и изготовить сигнализатор, даже в виде микросборки, достаточно миниатюрным для размещения в корпусе самого звонка, что снижает во много раз не только стоимость изготовления, но и монтажа.

Существенным признаком является разделение звуковой и световой сигнализации по направлениям тока во вторичной обмотке. Такое решение в большинстве возможных случаев использования является лучшим и позволяет иметь всего один мощный ключ, требуемый для замыкания вторичной обмотки, при звуковой сигнализации от любого количества датчиков. Т.к. работа звонка по прямому назначению наиболее эффективна в режиме достижения насыщения магнитопровода, что связано с максимальным падением напряжения во вторичной обмотке, то это падение происходит только при одном направлении тока. При другом направлении которое питает световую сигнализацию, при ее допустимой мощности, оно номинально. Это позволяет при применении маломощных источников света, например, светодиодов, использование сигнализатора с большим количеством датчиков. Что может быть использовано, например, при сигнализации предельных уровней в емкостях, для отслеживания его положения в промежутке предельными или, например, при пожарной и охранной сигнализации большого здания одним звонком, для чего рядом с ним устанавливаются план здания с отметками на нем светодиодами. При срабатывании одного или сразу нескольких датчиков с включением звонка загораются соответствующие светодиоды.

В изобретении, при вводе каждого дополнительного датчика, при современной элементной базе, объем даже макросборки увеличивается только на десятые доли см³, а при микросхемном исполнении всего на несколько мм³. В существующих же сигнализаторах для каждого нового датчика необходим мощный усилитель и контактное реле, в независимости от того, какой мощности сигнальное устройство.

Разделение сигнализации по направлениям тока позволяет иметь в датчиках проводимости строго переменный ток, что предотвращает отложение на них солей при сигнализации уровня воды.

В связи с работой сигнализатора на переменном токе и разделением сигнализации по его направлениям, изменена общепринятая конструкция резонансного генератора. Вместо одного транзистора введено два комплементарных, нагрузкой одного из которых является усилитель световой, а другого звуковой сигнализации. В данном случае применен генератор с автотрансформаторной обратной связью, но могут быть применены и с емкостной, и с трансформаторной связью.

Принцип работы емкостных датчиков с высокочастотными (В.Ч.) генераторами требует минимального расстояния между генератором и датчиком, поэтому большинство сигнализаторов при общепринятой схеме обслуживают один датчик и размещаются непосредственно около него. В предлагаемом же изобретении (В Ч) блок легко отделяется от сигнализатора и может быть установлен практически на любом расстоянии, причем, при маломощной световой сигнализации одним могут обслуживаться сразу несколько (В Ч) блоков, а также одновременно с другими датчиками.

Предусматривается и использование устройств в качестве двухпозиционных регуляторов путем бесконтактного включения электрических исполнительных механизмов в сеть переменного тока ключами в первичной обмотке. Если исполнительный механизм работает на постоянном токе, то одним ключом, на переменном двумя коплементарными ключами. При этом, во втором случае во вторичную обмотку вводится в ключ звуковой сигнализации на второе направление тока. Такая схема может быть использована для подключения другого сигнального устройства, например, сирены. Напряжение для управления ключами снимается с сопротивления или еще лучше с ограничителя тока в цепи первичной обмотки. В данном случае приняты ключи на транзисторах, но возможно и натиристорах с соответствующими характеристиками.

На фиг. 1 дан один из наиболее сложных вариантов устройства с большим количеством датчиков, со световой сигнализацией светодиодами, для тревожной сигнализации предельных уровней и информирующей сигнализации его промежуточных значений в емкостях, как с датчиками проводимости, так и с емкостными, с указанием мест подключения (ВЧ) блоков; на фиг. 2 вариант (ВЧ) блока с двухполупериодным генератором, питанием переменным током, применительно к сигнализатору на фиг. 1, выполненного с емкостным датчиком и генератором с автотрансформаторной обратной связью; на фиг. 3 схема включения электрического исполнительного механизма при использовании в качестве двухпозиционного регулятора.

Устройство сигнализации на фиг. 1 состоит из звонка с магнитопроводом 1 и обмотками: первичной 2 и низковольтной вторичной 3. ключа на транзисторе 4, непосредственно замыкающего вторичную обмотку, датчиков проводимости предельных уровней 5 и 6 и промежуточных, из которых, ввиду однотипности схем их включения показан только один 7. При сигнализации от емкостных и индуктивных датчиков с (ВЧ) блоками, а так же одновременно с датчиками проводимости, каждый в.ч. блок /вариант на фиг. 2/ между собой и к сигнализатору подсоединяется по точкам a, b, c, при тревожной сигнализации и по точкам a, b при информационной. Каждый датчик проводимости через ограничивающие R8, R9, R10 включен в цепь баз пар транзисторов, соответственно 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16, с разными темпами электропроводимости.

К транзисторам 12, 14 и 16 p-n-p структуры подключены светодиоды. К транзисторам 11, 13 и 15 n-p-n структуры ключ звуковой сигнализации, непосредственно к транзистору замыкающего датчика 11 /название по аналогии с контактами/ и через транзистор 17 к транзистору размыкающего. Датчик 7 не связан со звуковой сигнализацией и транзистор 15 n-p-n структуры служит только для симметрии переменного тока при замыкании датчика водой. В других случаях, когда вид тока через информирующий датчик не имеет значения, необходимость в этом транзисторе отпадает. Светодиод 18 сигнализирует нормальную работу устройства при уровне в емкости 19 между предельными значениями и гаснет при их достижении.

Работает устройство (фиг. 1) с датчиком проводимости следующим образом.

При допустимом уровне через размыкающий датчик нижнего предельного уровня проходит переменный ток, питая одним полупериодом транзистор 13, а другим
14, находящиеся в режиме насыщения. При этом, напряжение на коллекторе 13 ниже порога срабатывания транзистора 17, а на коллекторе 14 ниже порога зажигания светодиода. При опускании уровня ниже допустимого, ток через датчик 6 прекращается. Транзисторы 13 и 14 отключается и переход база иттер транзистора 17 через R 20 и светодиод 21 через R22 попадают под напряжение обмотки. Срабатывает ключ звуковой сигнализации 4 в коллекторной цепи транзистора 17 и загорается светодиод 21, указывая на сработавший датчик. При достижении верхнего предельного уровня, через замыкающий датчик 5 напряжение поступает на базы транзисторов 11 и 12. При этом транзистор 11 включает ключ 4, а транзистор 12 светодиод в своей коллекторной цепи, R23 отграничивает ток через светодиод, R24 необходим для выравнивания полупериодов переменного тока через датчик 5, т.к. напряжение полупериода звуковой сигнализации при ее срабатывании значительно меньше, чем световой. При уходе воды от датчика, на нем некоторое время может оставаться пленка. Хотя ее сопротивление и выше на несколько порядков, чем замкнутого водой датчика, все же оно в какой-то мере, мешало бы полному отключению транзисторов 11 и 12. Этому препятствует R25, создающее с пленкой длительность напряжения, в результате чего на базах транзисторов оказывается напряжение ниже порога их срабатывания. Понимание работы информационной сигнализации от датчика 7 в свете вышеуказанного не вызывает затруднений. R26 ограничивает через него ток. При срабатывании звуковой сигнализации напряжение ее полупериода падает, ток в цепи светодиода уменьшается, напряжение на R27 падает ниже напряжения зажигания светодиода.

(ВЧ) блок на фиг. 2 состоит из двухполупериодного генератора на комплементарных транзисторах 28 и 29 с резонансным контуром L30 C31 и емкостным датчиком C32, отдельного резонансного контура L33, C34, детектора R35, C36, и двух транзисторов разной структуры, один из которых 37 управляет световой, другой 38 звуковой сигнализацией.

Работает (ВЧ) блок следующим образом.

Генератор с L30, C31 и пустым датчиком C32 при замыкающем датчике или с C32 заполненным продуктом, при размыкающем датчике, настраивается в резонанс с контуром L33, C34. На резонансной частоте сопротивления контура L33, C34 велико для (ВЧ) токов, поэтому напряжение в детекторе R35, C36 в каждой из полупериодов ниже порога срабатывания транзисторов 38 и 37. При попадании продукта в C32, при замыкающем датчике или при уходе его из C32 при размыкающем, частота генератора изменяется и становится ниже или выше частоты контура L33, C34. Для частот на равных частоте контура его сопротивление резко падает. (ВЧ) ток через контур резко увеличивается, а вместе с ним и напряжение на детекторе R35, C36, что ведет к включению транзисторов 37 и 38, а вместе с ними световой и звуковой сигнализации. C38 шунтирует вторичную обмотку по (ВЧ) токам.

Схема включения электрического исполнительного механизма при использовании сигнализатора в качестве двухпозиционного регулятора на фиг. 3 включает R40 и два комплементарных транзисторных ключа в первичной обмотке устройства.

При работе без звуковой сигнализации, т.е. когда регулируемый параметр не достиг предела, ток первичной обмотки близок к току холостого хода, а при ее включении возрастает по замыкаемому направлению в несколько раз. Сопротивление R40 рассчитывается так, что при холостом ходе падение напряжения на нем ниже порога срабатывания ключей. При возрастании тока в несколько раз соответственно увеличивается и напряжение на R40 и включается по направлению тока противоположному замыкаемому во вторичной обмотке.

Использование: устройства преимущественно тревожной сигнализации, работающей от сети переменного тока, может быть использовано во всех областях их применения, как с датчиками проводимости, так и с емкостными и индуктивными. Сущность изобретения: использование обмоток звонка в качестве понижающего силового трансформатора устройства позволяет исключить из схемы контактные реле и во много раз сократить размеры устройства, разместив его в самом корпусе звонка. Разделение питания световой и звуковой сигнализаций по направлениям тока во вторичной обмотке позволяет для большого количества подключенных датчиков иметь один общий электронный ключ звуковой сигнализации, а сигнализацию светом - индивидуально для каждого датчика. Для работы устройства с емкостными и индуктивными датчиками разработан высокочастотный блок, выдающий напряжение звуковой и световой сигнализаций по соответствующим направлениям тока. Для использования устройства в качестве двухпозиционного регулятора в цепь первичной обмотки вводится электронный ключ для управления электрическим исполнительным механизмом. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электронное устройство тревожной сигнализации, питаемое от сети переменного тока, содержащее электромагнитный звонок с двумя обмотками, силовой трансформатор, датчики и усилители, нагруженные реле, отличающееся тем, что в качестве трансформатора использованы обмотки и магнитопровод звонка, а нагрузкой усилителей-ключей при звуковой сигнализации служит сама вторичная обмотка. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый датчик подключен к своей паре усилителей разных типов электропроводности, причем все усилители одного напрвления тока нагружены одним ключом звуковой сигнализации, а усилители другого направления тока каждый своим источником света, например, светодиодом. 3. Устройство по пп.1 и 2 с емкостными или индуктивными датчиками, отличающееся тем, что высокочастотный генератор выполнен на двух комплементарных транзисторах. 4. Двухпозиционный регулятор по п.1, отличающийся тем, что в первичную обмотку последовательно включено сопротивление, параллельно которому подключены переходы эмитер-база комплементарных транзисторых ключей для питания электрического исполнительного механизма.

Приоритет по пунктам:
1. 15.01.92 по пп.1 и 2.