УСТРОЙСТВО ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ПИТАНИЯ ДВУХПРОВОДНОГО ДАТЧИКА Российский патент 2000 года по МПК H02H9/04 G01L9/06 

Изобретение относится к области элетротехники и может быть использовано при проектировании устройств искробезопасного питания двухпроводных датчиков, например датчиков давления.

Известно устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика, содержащее источник постоянного напряжения, соединенный через узел искрозащиты, включающий предохранители, балластные и ограничительные резисторы и шунтирующие цепи из стабилитронов, с цепью питания двухпроводного датчика [1].

Известное устройство обеспечивает высокий уровень искрозащиты, соответствующий особо взрывобезопасному уровню "а", однако в нем не предусмотрена возможность съема информационного сигнала датчика для его трансляции из опасной зоны в безопасную невзрывоопасную, кроме того, устройство характеризуется низкой надежностью при возникновении короткого замыкания в цепи питания и плохими массогабаритными показателями.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика, содержащее источник постоянного напряжения, один из положительных или отрицательных выводов которого соединен с одной из двух цепей питания двухпроводного датчика, через входную цепь узла развязки по току, выходная цепь которого через выходные выводы двухпроводного датчика соединена с другим положительным или отрицательным выводом источника постоянного напряжения, подключенным к общему выводу, соединенному со второй из двух цепей питания двухпроводного датчика, подключенных к его соответствующим входным выводам, при этом в цепь питания двухпроводного датчика, соединенную с положительным выводом источника постоянного напряжения, включены последовательно первые предохранитель и балластный и ограничительный резисторы, общая точка которых подключена к первому выводу шунтирующей цепочки, содержащей первый стабилитрон, связанный с последовательно- соединенными вторыми балластным резистором и предохранителем [2].

Известное устройство, обладая возможностью съема информации с датчика вне взрывоопасной зоны, не может обеспечить достаточную степень искрозащиты, соответствующую уровню "1а", имеет низкую надежность из-за наличия значительных помех, появляющихся за счет связи цепей питания датчика с выводом "земля" (соединения общего вывода схемы с "землей"). Кроме того, устройство имеет низкие массогабаритные показатели из-за необходимости выбора искрозащитных элементов с большим запасом по габаритной мощности (за счет наличия токов утечки через стабилитроны шунтирующей цепочки).

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании данного изобретения, является повышение надежности, улучшение массогабаритных показателей и увеличение уровня искрозащиты. Дополнительным техническим результатом является повышение надежности за счет обеспечения защиты по току при коротком замыкании в цепях питания двухпроводного датчика.

Технический результат достигается тем, что в устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика, содержащее источник постоянного напряжения, один из положительных или отрицательных выводов которого соединен с одной из двух цепей питания двухпроводного датчика через входную цепь узла развязки по току, выходная цепь которого через выходные выводы двухпроводного датчика соединена с другим положительным или отрицательным выводом источника постоянного напряжения, подключенным к общему выводу, соединенному со второй из двух цепей питания двухпроводного датчика, подключенных к его соответствующим входным выводам, при этом в цепь питания двухпроводного датчика, соединенную с положительным выводом источника постоянного напряжения, включены последовательно первые предохранитель и балластный и ограничительный резисторы, общая точка которых подключена к первому выводу шунтирующей цепочки, содержащей первый стабилитрон, связанный с последовательно-соединенными вторыми балластным резистором и предохранителем [2], согласно изобретению введены второй и третий стабилитроны и второй ограничительный резистор, причем второй стабилитрон включен согласно-последовательно с первым стабилитроном, к первому выводу шунтирующей цепочки, второй вывод которой подключен к общей точке вторых ограничительного и балластного резисторов, совместно с предохранителем включенных последовательно в цепь питания двухпроводного датчика, связанную с отрицательным выводом источника постоянного напряжения. Кроме того, в указанное соединение положительного или отрицательного вывода источника постоянного напряжения с соответствующей цепью питания двухпроводного датчика может быть введен датчик тока, подсоединенный ко входу оптопары, выход которой подключен параллельно указанным выводам источника постоянного напряжения.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит источник постоянного напряжения 1, который может быть выполнен по схеме преобразователя переменного напряжения в постоянное стабилизированное. Один из выводов источника постоянного напряжения 1 (положительный или отрицательный), не связанный с общим выводом, соединен через входную цепь узла развязки по току 2 с одной из двух цепей питания двухпроводного датчика 3, подключенных к его первому и второму входным выводам.

Выходная цепь узла развязки по току 2 через выходные выводы датчика 3 соединена с другим (положительным или отрицательным) выводом источника питания постоянного напряжения 1, подключенным к общему выводу, соединенному с второй цепью питания двухпроводного датчика 3. Узел развязки по току 2 может быть выполнен по схеме "токового зеркала " на транзисторах, силовая цепь первого из которых является входной цепью узла, а выходная цепь второго транзистора - выходной цепью узла [3]. Такое выполнение данного узла необходимо для развязки выходных цепей двухпроводного датчика 3 от цепей его питания и реализации съема информации с датчика 3 (с выходных выводов) вне взрывоопасной зоны, при этом сам датчик 3 размещен во взрывоопасной зоне. В каждую из двух цепей питания двухпроводного датчика 3 включены последовательно соответственно первые и вторые предохранители 4, балластные резисторы 5 и ограничительные резисторы 6. Общие точки балластных 5 и ограничительных 6 резисторов подключены к первому и второму выводам шунтирующей цепочки из двух согласно-последовательно соединенных стабилитронов 7, 8, общая точка которых присоединена через третий стабилитрон 9 к выводу "земля". Стабилитрон 9 образует согласно-последовательное соединение со стабилитроном 7, подсоединенным катодом к первому выводу шунтирующей цепочки, соединенному с положительным выводом источника питания. В указанное соединение положительного или отрицательного вывода источника питания постоянного напряжения с цепью питания двухпроводного датчика может быть включен последовательно датчик тока 10, подсоединенный ко входу оптопары 14, выход которой подсоединен параллельно положительному и отрицательному выводам источника питания постоянного напряжения 1. Корпус двухпроводного датчика 3 изолирован от выводов соединения с ограничительными резисторами 6 и может быть соединен с выводом "земля". Шунтирующая цепочка из стабилитронов 7-9 может быть задублирована аналогичной с целью повышения надежности работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме ток, протекающий через двухпроводный датчик 3, изменяется в диапазоне от 4 до 20 мА. Напряжение, подводимое к цепям питания датчика, устанавливается на уровне:
U1 = 2U_ст-ΔU (B),
где U_ст - зенеровское напряжение пробоя стабилитронов;
ΔU - напряжение на стабилитронах, при котором ток утечки каждого стабилитрона не превышает допустимого значения.

Обычно для стабилитронов с U_ст= 12B ΔU равно 2-3В при допустимом токе через стабилитроны 5 мкА.

В устройстве имеется защита по току (при коротком замыкании в цепи питания двухпроводного датчика 3) и по напряжению (при сбое в работе источника питания постоянного напряжения 1 и попадании на выводы предохранителей 4 переменного напряжения, питающего источник 1). При коротком замыкании в цепи питания двухпроводного датчика 3 напряжение с датчика тока 16 подается на вход оптопары, на выходе которой формируется сигнал, отключающий источник питания 1 от цепей питания датчика 3. При попадании на выводы цепей питания датчика 3 переменного напряжения стабилитроны 7-9 шунтируют на себя ток датчика, отключая его входные выводы от питающего напряжения.

Номиналы балластных и ограничительных резисторов подобраны таким образом, чтобы рассеиваемая мощность на элементах искрозащиты (4-9) не превышала установленных значений. Токи утечки через стабилитроны шунтирующей цепочки меньше по сравнению с устройством [2], т.к. последовательно с каждым стабилитроном в цепи прохождения тока включен другой стабилитрон, являющийся дополнительной динамической нагрузкой в цепи.

Таким образом, данное устройство обладает повышенной надежностью за счет организации защиты по току при коротком замыкании в цепях питания двухпроводного датчика и по напряжению при сбоях в работе источника питания, а также за счет отсутствия помех, возникающих в цепях заземления. Кроме того, устройство характеризуется хорошими массогабаритными показателями при высоком уровне взрывобезопасности.

Источники информации
1. ГОСТ 22782.5-78(СТ СЭВ 3143-8) М., Изд. стандартов
2. RU 2082955, H 02 H 9/04, 1996.

3. П.Хорвиц и др. Искусство схемотехники - М.: Мир, 1986 г., с 123.

Использование: область электротехники. Сущность изобретения: устройство содержит источник постоянного напряжения, подсоединенный к цепям питания двухпроводного датчика через входную цепь узла развязки по току, в выходную цепь которого включены выходные выводы, с которых возможен съем информации вне взрывоопасной зоны. Цепи питания двухпроводного датчика содержат предохранители, балластные и ограничительные резисторы и шунтирующую цепочку со стабилитронами. В устройстве организована защита по току - при коротком замыкании в цепях питания двухпроводного датчика, и по напряжению - при сбое в работе источника постоянного напряжения, а также исключено возникновение помех от заземления при высоком уровне взрывозащищенности. Техническим результатом является повышение надежности. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика, содержащее источник постоянного напряжения с положительным и отрицательным выводами, один из которых соединен с одной из двух цепей питания двухпроводного датчика через входную цепь узла развязки по току, выходная цепь узла развязки по току, выходная цепь которого через выходные выводы двухпроводного датчика соединена с другим выводом источника постоянного напряжения, подключенным к общему выводу, соединенному со второй из двух цепей питания двухпроводного датчика, подключенных к его соответствующим входным выводам, при этом в цепь питания двухпроводного датчика, соединенную с положительным выводом источника постоянного напряжения, включены последовательно первые предохранитель и балластный и ограничительный резисторы, общая точка указанных резисторов подключена к первому выводу шунтирующей цепочки, содержащей первый стабилитрон, вторые балластный резистор и предохранитель, отличающееся тем, что введены второй и третий стабилитроны и второй ограничительный резистор, причем второй стабилитрон включен согласно-последовательно с первым стабилитроном, их общая точка присоединена к введенному выводу "земля" через третий стабилитрон, образующий согласно-последовательное соединение со вторым стабилитроном, подсоединенным катодом к первому выводу шунтирующей цепочки, второй вывод которой подключен к общей точке вторых ограничительного и балластного резисторов, совместно с предохранителем включенных последовательно в цепь питания двухпроводного датчика, связанную с отрицательным выводом источника постоянного напряжения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в указанное соединение положительного или отрицательного вывода источника постоянного напряжения с соответствующей цепью питания двухпроводного датчика введен датчик тока, подсоединенный ко входу оптопары, выход которой подключен параллельно указанным выводам источника постоянного напряжения.