УСТРОЙСТВО ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01R19/165 G01R17/02 

Предлагаемое устройство визуального контроля величины напряжения относится к области измерительной техники и может найти широкое применение не только в измерительной технике, но и в ракетно-космической технике и в автотранспортных средствах, где требуется постоянный контроль напряжения сети, питающей электрооборудование.

Известно устройство по А.С. N 78900, МПК: G 01 R 19/165, предназначенное для порогового контроля уровня постоянного напряжения, построенное по фантастронной схеме. В этом устройстве в цепь разряда времязадающего конденсатора включается диод, на анод и катод которого подается положительный потенциал измеряемого и опорного напряжения. При работе фантастрона в генераторном режиме конденсатор C1 заряжается. Частота генерируемых импульсов зависит от величины управляющего напряжения, подаваемого на анод лампы Л1, то есть от измеряемого напряжения.

Известно устройство, Япония заявка N 63-13130, МПК⁴: C 01 D 1/18, 7/00, предназначенное для индикации измеряемых величин в цифровом виде. Устройство содержит цифровой индикатор, состоящий из последовательно расположенных цифровых индикаторных элементов. Устройство содержит блок управления, с помощью которого индицируется значение измеряемой величины или тот факт, что указанная величина выше или ниже нормы.

Анализ принципиальных электрических схем указанных устройств показывает, что для регистрации величины напряжения используются сложные функциональные узлы и значительное количество электрорадиоизделий (ЭРИ). Как правило, использование сложных в функциональном отношении узлов и большое количество ЭРИ приводит к усложнению конструкции, снижению надежности и повышению массы изделия.

В качестве прототипа выбран индикатор напряжения по SU, авторское свидетельство 714296, кл. G 01 R 19/165, 1980 г.

Это устройство содержит основной и дополнительный светодиоды, соединенные анодами и образующие смежные плечи моста, а противоположные образуют последовательную цепь из основного стабилитрона, основного резистора и третьего светодиода.

Транзистор включен в измерительную цепь моста. База подключена к минусу основного светодиода и минусовому выводу основного стабилитрона, коллектор - к аноду третьего светодиода и катоду дополнительного светодиода.

Индикатор работает следующим образом. При минимальном напряжении питания транзистор открыт, излучает только третий светодиод. Дополнительный светодиод не излучает, так как шунтирован переходом эмиттер-коллектор. Часть тока стабилизации недостаточна для возбуждения основного светодиода. При увеличении напряжения возрастает ток через основной стабилитрон, транзистор переходит в состояние полного насыщения, яркость третьего светодиода возрастает, основной светодиод начинает светиться. Состояние дополнительного светодиода не изменяется. Яркость третьего светодиода снижается.

Анализ состава элементов прототипа и принципа его работы показывает, что он обладает теми же недостатками, что и известные аналогичные устройства, а именно наличием активных элементов и низкой надежностью при эксплуатации.

К недостаткам прототипа можно отнести то, что транзистор в нем работает в режиме, не оговоренном техническими условиями ("близком к насыщению", "полное насыщение"), вследствие этого основной светодиод может светиться при минимальном и номинальном напряжении питания, так же как и дополнительный светодиод.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности при одновременном снижении массы устройства, что крайне важно для изделий ракетно-космической техники.

Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагаемое устройство визуального контроля величины напряжения, содержащее основной и дополнительный светодиоды, две выходные клеммы, к которым подключен основной параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных основного стабилитрона и основного резистора, отличается тем, что в него введен дополнительный параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных дополнительного стабилитрона и двух дополнительных резисторов, при этом плюсовой вывод дополнительного светодиода через первый дополнительный резистор подключен к положительному выводу дополнительного стабилитрона, плюсовой вывод основного светодиода подключен к средней точке основного параметрического стабилизатора напряжения, минусовой вывод дополнительного стабилитрона соединен с основным резистором и подключен к первой выходной клемме, минусовые выводы основного и дополнительного светодиодов соединены между собой и подключены через второй дополнительный резистор ко второй выходной клемме, плюсовой вывод основного стабилитрона соединен с вторым дополнительным резистором и также подключен ко второй выходной клемме.

Предлагаемое устройство содержит всего 7 ЭРИ, при этом функция контроля реализована на пассивных элементах, что обеспечивает безусловное упрощение конструкции. Кроме этого, небольшое количество ЭРИ и отсутствие активных элементов обеспечивает в предлагаемом устройстве высокую надежность, при этом уменьшается масса изделия. Принципиальная электрическая схема устройства приведена на чертеже.

Это устройство состоит из следующих элементов:
1, 2 (VD1, R1) - основной параметрический стабилизатор напряжения,
3, 4, 5 (VD2, R2, R3) - дополнительный параметрический стабилизатор напряжения,
6, 7 (HL1, HL2) - основной зеленый и дополнительный красный светодиоды,
Х1, Х2 - выходные клеммы.

При этом к клеммам подключен основной параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных основного стабилитрона VD1 и основного резистора R1, дополнительный параметрический стабилизатор напряжения состоит из последовательно соединенных дополнительного стабилитрона VD2 и двух дополнительных резисторов R2, R3, при этом плюсовой вывод дополнительного светодиода HL2 через первый дополнительный резистор R2 подключен к положительному выводу дополнительного стабилитрона VD2, плюсовой вывод основного светодиода HL1 подключен к средней точке основного параметрического стабилизатора напряжения, минусовой вывод дополнительного стабилитрона VD2 соединен с основным резистором R1 и подключен к первой выходной клемме X1, минусовые выводы основного HL1 и дополнительного HL2 светодиодов соединены между собой и подключены через второй дополнительный резистор R3 ко второй выходной клемме X2, плюсовой вывод основного стабилитрона VD2 соединен с вторым дополнительным резистором R3 и также подключен ко второй выходной клемме X2.

Схема работает следующим образом. При подаче на клемму X1 плюса напряжения питания, а на клемму Х2 минуса питания потенциал на стабилитроне VD1 превышает потенциал на резисторе P3 на 1,5 В. Таким образом, в исходном состоянии через светодиоды течет ток и они горят. При уменьшении напряжения питания на стабилитронах VD1, VD2 напряжение остается постоянным, а напряжение на резисторе P3 уменьшается. В результате этого ток через HL2 возрастает и яркость свечения его увеличивается, а яркость свечения HL1 будет уменьшаться. При увеличении напряжения питания напряжение на стабилитронах VD1, VD2 будет оставаться постоянным, а напряжение на резисторе P3 будет возрастать. Это приведет к тому, что яркость светодиода HL2 будет увеличиваться, а яркость светодиода НL1 будет уменьшаться. Таким образом, изменение величины контролируемого напряжения приводит к изменению яркости светодиодов HL1 и HL2. Кроме контроля номинального напряжения предлагаемое устройство фиксирует снижение напряжения ниже, чем U_ном.min, при этом горит светодиод HL1 зеленого свечения и гаснет светодиод HL2 красного свечения. При увеличении напряжения выше, чем максимальное пороговое напряжение гаснет HL1 и загорается HL2. Изменение чувствительности схемы регулируется с помощью резистора R2. Исходя из вышеизложенного можно отметить, что устройство имеет всего семь пассивных ЭРИ, что позволяет реализовать максимально упрощенную конструкцию. В тоже время, несмотря на достаточно сложные функции, реализуемые устройством, надежность его значительно выше аналогичных приборов. В настоящее время изготовлена опытная партия и проведены испытания, которые подтвердили высокую надежность и простоту конструкции. За счет уменьшения количества ЭРИ стоимость одного изделия по сравнению с аналогами уменьшена на 10,0 рублей. При выпуске в год 10000 изделий, экономический эффект составит 100000 рублей. Предлагаемое устройство может быть реализовано на одном светодиоде типа ЗЛС331А, и тогда количество ЭРИ составит 6 штук, что существенно упрощает конструкцию, повышает надежность и экономический эффект. Значительный технико-экономический эффект можно достичь при внедрении устройства в ракетной технике, например, на пульте пилота, так как снижается масса изделия. Кроме того, необходимо отметить, что точность устройства составляет 1-3%, что является высоким показателем для приборов такого класса.

Устройство относится к измерительной технике и может найти широкое применение как в изделиях ракетно-космической техники, так и в автотранспортных средствах, где необходим контроль напряжения сети. Устройство содержит основной светодиод, две выходные клеммы, к которым подключен основной параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных основного стабилитрона и основного резистора, и отличается тем, что в него введены дополнительный светодиод, дополнительный параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных дополнительного стабилитрона и двух дополнительных резисторов, при этом плюсовой вывод дополнительного светодиода через первый дополнительный резистор подключен к положительному выводу дополнительного стабилитрона, плюсовой вывод основного светодиода подключен к средней точке основного параметрического стабилизатора напряжения, минусовой вывод дополнительного стабилитрона соединен с основным резистором и подключен к первой выходной клемме, минусовые выводы основного и дополнительного светодиодов соединены между собой и подключены через второй дополнительный резистор ко второй выходной клемме, плюсовой вывод основного стабилитрона соединен с вторым дополнительным резистором и также подключен ко второй выходной клемме. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение надежности. 1 ил.

Устройство визуального контроля величины напряжения, содержащее основной и дополнительный светодиоды, две выходные клеммы, к которым подключен основной параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных основного стабилитрона и основного резистора, отличающееся тем, что в него введен дополнительный параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из последовательно соединенных дополнительного стабилитрона и двух дополнительных резисторов, при этом плюсовой вывод дополнительного светодиода через первый дополнительный резистор подключен к положительному выводу дополнительного стабилитрона, плюсовой вывод основного светодиода подключен к средней точке основного параметрического стабилизатора напряжения, минусовой вывод дополнительного стабилитрона соединен с основным резистором и подключен к первой выходной клемме, минусовые выводы основного и дополнительного светодиодов соединены между собой и подключены через второй дополнительный резистор ко второй выходной клемме, плюсовой вывод основного стабилитрона соединен с вторым дополнительным резистором и также подключен ко второй выходной клемме.