Устройство для допускового контроля напряжений Советский патент 1984 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике электроизмерений, приборостроению ,и вычислительной технике и может быть использовано для построения схем допускового контроля абсолют- 5 кого значения разности напряжений входных аналоговых сигналов или одного сигнала при наличии в тракте управления помех, длительностью, меньше заданной.

Известен сигнализатор напряжения, содержащий два операционных усилителя в дифференциальном включении и два пороговых элемента в цепях обратной связи,° причем выход первого 5 операционного усилителя подключен к входу первого порогового элемента, выход которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход второго операцион- 20 усилителя подключен к входу второго порогового элемента, выход которого соединен с инвертируювчим входом первого операционного усилителя, а выходы операционных усилителей подсоединены к входам элемента Ш1И, вьпсод которого является выходом устройства Cl 3«

Недостатками являются сложность схемного решения, заключающаяся в ис-30 пользовании двух операционных усилителей и выходного порогового устройства, а также отсутствие схемы временной задержки по срабатыванию от помех известной длительности, уровень35 которых выше допустимого уровня рассогласования входньпс сигналов -(€доп)

Наиболее близким к предлагаемому .является сигнализатор напряжения, (Содержащий дифференциальный опера- 40 ционный усилитель с двумя масштабными резисторами, подключенными к инверсному входу, и делителем напряжения на двух резисторах, подключен- ным к прямому входу, первый ди- 45 одный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали, первый нагрузочный резистор и ключ С 2 3.

Недостатком указанного сигнализатора является отсутствие в нем схемы временной задержки по срабатыванию от помех известной длительности.

Цель изобретения - повышение 55

мехоустойчивости устройства к воздействию помех известной длительности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для допускового контроля напряжений, содержащее операционный усилитель с двумя масштабными резисторами, -подключенными к инаерсному входу, и делителем напряжения на двух резисторах, подключенным к прямому входу, первый диодный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали, первый нагрузочный резистор и ключ, содержит второй диодный мост с двумя балансными резисторами с однонаправленной диагонали и конденсатором в другой его диагонали, второй нагрузочный резистор и дифференциальный ограничитель напряжения, причём выход операционного усилителя через двунаправленную диагональ nefJBoro диодного моста соединен с первым выводом первого нагрузочного резистора, которьй через дву.1аправяенную диагональ второго диодного моста подключен к первым выводам второго нагрузочного резистора и первого масштабного резистора подключенного вторым выводом через второй масштабный резистор.к первому выходу дифференциального ограничителя напряжения, второй выход которого через делитель напряжения соединен с прямым входом операционного усилителя, а входы дифференциального ограничителя напряжения соединены с соответствующими входами устройства, вторые выводы нагрузочных резисторов соединены с нулевой шиной, выход однонаправленной диагонали первого c иoднoгo моста соединен с первым выходом ключа, а вход - с пер- вым выход ом ключ а, второй вход которого подключен к клемме источника постоянного напряжения, а второй выход - к выходу устройства.

Кроме того, дифференциальный огра-ничитель напряжения содержит два пороговых элемента, например диоды, включенные параллельно и встречно друг другу, и два резистора, общие точки соединения разнополярных выводов пороговых элементов и первых выводов резисторов соединены с выходами ограничителя, а вторые выводы резисторов соединены с его входами.

На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемого устройств на фиг. 2 - графики изменения токов 1)И напряжений в отдельных частях Ьхем в функции от изменения уровня рассогласования входных сигналов и времени. В состав устройства входят (фиг. дифференциальный операционный усили тель 1 с двумя масштабными резисторами 2 и 3 и делителем напряжения н двух резисторах 4 и 5, первый диодный мост 6 с двумя балансными резис торами 7 и 8, первый нагрузочный резистор 9, ключ 10, второй диодный мост 11 с двумя балансными резисторами 12 и 13 в однонаправленной диагонали и конденсатором 14 в другой его диагонали, второй нагрузочньй резистор 15, дифференциальный ограничитель 16 напряжения, содержа щий два пороговых элемента 17 и 8, выйолненные на диодах, и два резистора 19 и 20. Выход усилителя 1 через двунаправленную диагональ моста 6 соединяется с первым выводом рези тора 9 и через двунаправленную диаг наль моста 11 подключается к первым выводам резистора 15 и резистора 3, подключенного вторым выводом чер входной масштабный резистор 2 к первому выходу 21 ограничителя 16, второй выход 22 которого через делитель на резисторах 4 и 5 соединяется с прямым входом усилителя 1, а входы дифференциального ограничителя напряжения (выводы 23 и 24) соединяются с соответствующими входами устройства. Вторые выводы резисторов 9 и 15 соединены с нулевой шиной. Выход 25 однонаправленной диагонали моста 6 соединяется с первым входом 26 ключа 10, а вход 27 - с первьм выходом 28 ключа 10, второй вход 29 которого подключен к клемме 30 источника постоянного н пряженияе а второй выход 31 - к выходу устройства. Ограничитель 16 содержит два пороговых элемента 17 и 18, например диоды, включенные параллельно и встречно друг другу, и два резистора 19 и 20, общие точк соединения разнополярных выводов пороговых элементов и первых выходо резисторов соединяются с выходами 21 и 22 ограничителя 16, а вторые выводы резисторов соединяются с его входами 23 и 24. Устройство также содержит операционный усилитель З2.тр нзисторы 33,диоды 34 и резисторы 35. Физические процессы в устройстве разделяются на пять режимов} режим исходного нулевого состояния режим слежения за изменениями абсолютного значения разности напряжений вход- ных сигналов, когда результат сравнения меньше заданного порогового уровня, T.e.(e,-e.j(|e,onl i режим формирования временной заде14жки ре-, зультата сравнения от момента . , когда текущее значение абсолютной разности напряжений входных сигналов превьш1ает заданный пороговый уровень, определяемьй порогом срабатывания схемы временной задержки до здд ; режим формирования выходного сигнала отказа режим восстановления устройства. Режим исходного нулевого состояния,i В этом режиме напряжения входных сигналов по обоим входам устройства . что соответствует нулевыми значения:ми входных токов и тока в цепи обратной связи JJ . ex нулевым значениям выходных напряжений в точках А, В ис (ео,.. Через однонаправленные диагонали мостов 6 и 11 йротекают токи ограничения Jp и 3jj- , значения которых определяются выражениями (1) IEI IEI oi Rl-fRe Э -2,4ii- 02-2 w;: При этом необходимо выполнение условия (3) Величины внутренних динамических сопротивлений Rv диодных мостов зависят от разности величин двух токов впротивоположных его диагоналях: токов ограничения Зд и выходного тока ;jn,j усилителя 1, значение которого определяется суммой токов, fclxl PRshPR I , ( где Эдд. - значение тока на резисторе 9-; R15 значение тока на резисторе 15. При значениях выходного тока РвыхИ 0-1 011 величина сопротивления К А мостов будет малой и составляет десятки или сотни ом 5 для значений токов ограничения Ур единицы или десятые доли милиампе Разность потенциалов между про тивоположными выводами двунаправленных диагоналей диодных.мостов дет равна Он, что определяет исход ное нулевое состояние заряда на конденсаторе 14. r;,j:j.;; Разность потенциалов между вход .. ным 2-7 и выходным 25 выводами одн , направленной диагонали моста 6 буд травна2е,,р (где пр падение напряжения на открытом диоде), а е пол}) будет соответствовать непроводящему состоянию ключа 10. пряжение отказа +.U на выходной кл ме устройства отсутствует. Режим слежения. Этому режиму соответствует нал чие текущих уровней входных напря жений е и 62 на входных клемма устройства. Напряжения в точках А, В и С будут равны друг другу и определя ся выражением (5) е -е -ОЛ,6,С R, при условии, что 1 0 2 4- 5 в этом случае можно считать, чт максимальный уровень рассогласования входных сигналов по входу, на которое реагируют выходные напряже ния усилителя 1 в точках А, В и С будет равен ,,|тт е„р , (ь где брр - падение напряжения на от крытом диоде 17 или 19 в ограничителе 16. Для надежной работы устройства примем значение допустимого уровня рассогласования входных сигналов по ходу устройства, равным ri aUonrAonl JAon fAon Выходное напряжение операционн го усилителя 1 (в точке А/ с учет выражения (5) зависит от соотноше резисторов 2-5. 4 s) Для симметричной работы устройс ва по входу, примем f, R, i f,R, ft - . Тогда выражение (5) запишется в виде R Р о .р .p g (/ « оА,б,с TR Коэффициент передачи устройства определяется выражением (9) f, Йс о , Выражение (8) можно представить в виде (10) -е К-«-е --ОЛДС- В частном случае при К 1: OA,e, Значение выходного напряжения операционного усилителя 6 «(,,соответствующее допустимому уровнюрассогласованию входных сигналов,определяется выражением (11) ОАОП(-М,- При наличии рассогласования входных сигнало В, напряжения в точках А, В и G будут изменяться в соответствии с выражением (10) до значения ОАОП «при котором ток в двунаправленной диагонали второго диодного моста 11 достигает значения, равного току ограничения У .ЛР Аоп 2 К а номинал второго нагрузочного резистора 15 определяется выражением одоп При равенстве токов Дгдоп О2 происходит отсечка прохождения тока J(j2 через однонапрйвленйую диагональ второго диодного моста 11. Выходной токЗщ операционного усилителя 1, а следовательно, и ток через двунаправленную диагональ первого диодного моста 6 на данном участке выходной характеристики операционного усилителя определяется выражением (14) ; ( где .Эл р- в первом на3 о- грузочном резисторе 9. Режим формирования временной задержки , После отсечки тока ограничения DOJ в однонаправленной диагонали второго диодного моста 11, его проходное сопротивление R. и, с этого момента to в схеме создаются условия для заряда конденсатора 14. Схема переходит в режим интегрирования по рассогласованию сигнапревышающего значеl l zlAOO - пр до своего по входу, оппредельного значения ределяемому значением е примененных типов диодов 17 и 18. Зарядный ток конденсатора 14 определяется выражением (15) при условии, что R. Одновременно с зарядом конденсато ра Т4 происходит нарастание напряжения в точках А, В и С по линейному закону в соответствии с выражением (16) 3«pSoiA . значение зарядного тока где-З ар конденсатора 14, определяемое выражением (15)) время, в течение которого напряжение на конденсаторе 14, а следовательно, и на вькоде операционног усилителя достигает предельного значения , В момент достижения выходным напряжением операционного усилителя предельного значения, определяемого выражением (17) г 9 01 вЫХ + Р„ ток через двунаправленную диагональ первого диодного моста 5в,x станет равным значению исходного тока огра ничения Jfl-,.В момент равенства токов gbi и Jg происходит запирание первого диодного моста 6 и его проходное сопротивление Рд со , что равносильно разомкнутому состоянию цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя. Такое состояние операционного усилителя, усиленное наличием входного рассогласования по напряжению, приводит к скачкообразному увеличению напряжения на ег выходе. Из сравнения выражений (16) и (17), время задержки устройства о ределяется выражением (18) -() (18 W 14 Ri+Rg L enpl Для увеличения времени задержки t целесообразно выбирать -значение напряжения «о max близким к границе линейной зоны выходной характеристики операционного усилителя таким образом, чтобы выполнялось соотношет ние (19) е U отах нас. где . - уровень напряжения насыщения операционного усилителя. Режим формирования выходного сигнала отказа. После появлен ия скачка напряжения на выходе операционного усилителя (точкаГА), первый диодный мост 6 будет находиться в запертом состоянии. При этом относительная разность потенциалов между выводами 25 и 27 его однонаправленной диагонали скачком из меняет свое состояние из отрицательной в положительную полярность независимо от направления рабочего тока вых операционного усилителя, т.е. формируется модуль сигнала отказа, поступающий на входные клеммы ключа 10 и изменяющий его исходное состояние на обратное. Ключ 10 может иметь различное схемное исполнение. На фиг. 1 представлены две схемы его практической реализации (10а и 106). Ключ 10а представляет собой транзисторный вариант реализации, Содержащий два транзистора с различной проводимостью и, в общем случае, три резистора. Входной транзистор типа, резистор в базовой цепи которого ограничивает значение тока базы. База-эмиттернь1й переход входного транзистора подключен к выводам 25 и 27. однонаправленной диагонали диодного моста 6 таким образом, чтобы в исходном состоянии (до момента формирования сигнала отказа) транзистор находился в закрытом сортоянии., Выходной транзистор p-h-p типа, переход которого в насыщенное состояние определяется уровнем тока коллектора входного транзистора в момент его отпирания (приЛд, . Номиналы двух остальных транзисторов определяются параметрами примененных типов транзисторов. Необходимым условием для нормальной работы ключа 10а является превыше- ние значения напряжения источника +U напряжения источника питания операционного усилителя. Ключ 100 представляет собой вариант применеHi: в качестве входного чувствитель ного элемента - компаратора, реализованного на дифференщ1альн(т операционном усилителе, питание которого осуществляется от источника питания основного операщюнного yqилитeля 1. Наличие разделительного- диода на выходе компаратора формирует однополярный управляющий сигнал отказа, что наиболее удобно для его последующей обработки логическими элементами, Уровень скачка напряжения на выходе операционного усилителя 1 в момент запирания диодного моста 6 определяется соотношением параметром схемы устройства и входным сопротивлением открытого ключа 10. Режим восстановления устройства в исходное состояние. При рассогласовании входных сигналов ниже допустимого значения, происходит разряд конденсатора 14, что выводит операционный усилитель 1 из режима отказа скачком в рабочую область вь одной характеристики. Кточ 10 также скачком запирается, что приводит к пропаданию выходного сигнала отказа на вь1ходе устройства. Через время, определяемое разрядом конденсатора 14 через проходное сопротивление открытого второго диодного моста 11, режим восстановления устройства в исходное состояние заканчивается и схема переходит в режим слежения за изменениями абсолютного значения разности напряжений входных сигналов. Технико-экономический эффект от внедренияпредлагаемого устройства зaключaetcя в повышенной точности произведения оценки исправного состояния каналов управления при наличии |Прмезс известной длительности в трактах управления.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее операционньй усилитель с двумя масштабными резисторами, подключенными к инверсному , и делителем напряжения на двух резисторах, подключенньп к прямому входу, первый диодный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали, первый нагрузочный резистор и ключ, отличающ-ееся тем, что, с целью повышения его помехоустойчивости к воздействию помех известной деятельности, оно содержит второй диодный мост с двумя балансными резисторами в однонаправленной диагонали и конденсатором в другой его диагонали, второй нагрузочный резистор и дифференциальный ограничитель напряжения, причем выход операционного усилителя через двунаправленную диагональ первого диодного моста соединен с первым выводом первого нагрузочного резистора, который двунаправленную диагональ второго диодного моста подключен к первым выводам второго нагрузочного резистора и первого масштабного резистора, подключенного вторым выводом через второй масштабный резистор к первому выходу дифференциального ограничителя напряжения, второй выход которого через делитель напряжения соединен с прямым входом операционного усилителя, а входы дифференциального ограничителя напряжения соединены с соответствующими входами устройства, вторые выводы нагрузочных резисторов с (Л соединены с нулевой шиной, выход однонаправленной диагонали первого диодного моста соединен с первым входом ключа, а вход - с первым выходом ключа, второй вход которого подключен к клемме источника постоянного напряжения, а второй выход - к выходу устройства. ;о 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дифференциальный ограничитель напряжения д содержит два пороговых элемента, на пример диоды, включенные параллельно и встречно друг другу, и два резистора, обпще точки соединения разнополярi ных выводов пороговых элементов и первых вьшодов резисторов соединены с выходами ограничителя, а вторые выводы резисторов соединены с его входами.

,.M&:ii- lE

I1«

f

фиг: 2