Суммирующий измерительный преобразователь электрических сигналов с гальваническим разделением между цепями Советский патент 1985 года по МПК G01R19/10 

2. Преобразователь по п, 1, о т личающийея тем, что, с целью повышения надежности, в него введены два резистора и два стабилитрона, причем первый резистор включен между неинвертирующим входом компаратора и общей шиной, второй резистор включен между выходом и неинвертирующим входом компаратора, а встречно соединенные между собой стабилитроны включены между выходом интегратора /и неинвертирующим входом компаратора.

1. СУММИРУЮЩИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ РАЗДЕЛЕНИЕМ МЕЖДУ ЦЕПЯМИ, содержащий ферромагIt ; 1 4Ы нитный сердечник,- на котором расположены п входных обмоток управления, рабочая обмотка и обмотка обратной связи, а также сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования и упрощения, в него введены дифференцирующее устройство, .компаратор, интегратор,и преобразователь напряжение - ток, причем вход дифференцирующего устройства подключен к рабочей обмотке, а выход - к инвертирующему входу компаратора, неинвёртирующий ВХОД ,, кото-э рого соединен с общей шиной, а выход (Л соединен с входом интегратора, при этом выход интегратора соединен с входом фильтра и входом преобразователя напряжение - ток, выход которого соединен с обмоткой обратной связи. ел о СП О5

Изобретение относится к измери- тельной технике ,преимущественно к измерениям суммы аналоговых сигналов постоянного тока с гальваническим разделением между входными цепями, а также между входными и выходными цепями, и может быть использовано в измерительных преобразователях электрических величин для гальванического разделения цепей как постоянного,так и переменного тока.

Целью изобретения является повышение точности преобразования и упро;щенйе схемы преобразователя, а также повьшение надежности.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройств

Суммирующий измерительный преобразователь содержцт ферромагнитный сердечник 1, на котором расположены входные обмотки 2.1 - 2.п управления - по одной на каждый из входов, рабочая обмотка 3 и обмотка 4 обратной связи, дифференцирующее устройство 5, компаратор 6, интегратор 7, преобразователь 8 напряжение - ток, сглаживающий фильтр 9, два дополнительных резистора 10 и 11 и два стабилитрона 12 и 13, причем вход дифференцирующего устройства 5 подключен к рабочей обмотке 3, а выход к инвертирующему входу компаратора 6 неинвертирующнй вход которого соединен с общей шиной источников питания вход интегратора 7 подключен к выход компаратора 6, а выход - к входу преобразователя 8 напряжение - ток и к входу сглаживающего фильтра 9, выход преобразователя 8 напряжение ток соединен с обмоткой 4 обратной связи, а выход сглаживающего фильтра 9 является выходом устройства, дополнительный резистор 10 включен

между неинвертирующим входом компаратора 6 и общей шиной источников питания, резистор 11 включен между неинвертирующим входом и выходом

компаратора 6, а цепочка из последовательно и вс:тречно включенных стабилитронов 12 и 13 включена между неинвертирующим входом компаратора 6 и выходом интегратора 7,

На фиг. 2 представлены петля гистерезиса, временные диаграммы напряжений и токов на отдельных элементах схемы, а также временные диаграммы изменения напряженности магнитного

поля в сердечнике.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Ug - напряжение на выходе компаратора 6; U-j - напряжение на выходе интегратора 7; Ij - ток на

выходе преобразователя 8 напряжение ток; Н - напряженность магнитного поля в сердечнике, созданная током Ig в обмотке 4 обратной связи; Н напряженность магнитного поля в

сердечнике 1, созданная суммарным воздействием токов обмоток управления и током обмотки 4 обратной связи;

постоянная составляющая напряжения на выходе интегратора 7, которая .вьщеляется фильтром 9; Ig постоянная составляющая тока Н. постоянная составляющая напряженности Uj - ЭДС, наведенная в рабочей обмотке 3; Uy - напряжение на выходе дифференцирующего устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

Входные сигналы подаются на отдельную входную обмотку 2.1-2.П управления, что обеспечивает гальваническое разделение входных цепей между собой и с выходными цепями.

Входные обмотки управления, по которым протекают входные токи, создают постоянный суммарньш магнитный поток в сердечнике. При этом в обмотке 4 обратной связи формируется ток, периодически изменяющийся относительно постоянной, составляющей его. При равенстве нулю суммы постоянных составляющих магнитных потоков, созданных входными обмотками управления и потока, созданного обмоткой 4 обратной связи, сердечник перемагничивает ся по основной петле гистерезиса.

Это происходит следующим образом.

Пусть один из моментов времени на выходе компаратора 6 имеется напряжение отрицательной полярности U, которое подается на вход интегратора 7. При этом на выходе интегратора 7 формируется линейно нарастающее напряжение U, которое с помощью преобразователя напряжение - ток 8- преобразуется в линейно нарастающий ток Ig, протекающий по обмотке 4 обратной связи. При этом соответственно нарастает компенсирующий магнитный поток в сердечнике 1, а общий суммарный магнитный поток в сердечнике 1 уменьшается до нуля.

При достижении общим суммарньм магнитным потоком в сердечнике нулевого значения начинается перемагничивание сердечника по основной петле гистерезиса.

Во время указанного процесса, а также в процессе перемагничивания сердечника ЭДС - Uj, наводимая в рабочей обмотке 3, все время нарастает. Это нарастающее напряжение подается на вход дифференцирующего устройства 5, на выходе которого формируется в это время напряжение и положительной полярности.

Напряжение положительной полярности Uj- с выхода дифференцирующего устройства 5 подается на вхст; компаратора 6 и поддерживает на его выходе напряжение U отрицательной полярности, которое и обусловило указанный режим работы устройства. , После окончания перемагничивания сердечника ЭДС-и, наведенная на рабочей обмотке 3, начинает убывать, это позволяет изменить полярность напряжения Uy на выходе дифференцирующего устройства 5, что в свою очередь приводит к срабатыванию компаратора 6, на выходе которого напряжение Uj изменяется скачком и появляется напряжение положительной полярности, которое подается на вход интегратора 7. При этом напряжение U на выходе.интегратора 7 начинает линейно убывать, следовательно, линейн убывает ток Ig на выходе преобразователя напряжение - ток 8, т.е. ток в обмотке 4 обратной связи.

Так как перемагничивание сердечника происходит относительно нулевой напряженности магнитного поля, действующего в сердечнике, а петля гистерезиса симметрична относительно оси ординат, то постоянная составляющая напряженности магнитного поля действующего в сердечнике, равна нулю, т.е. выходной сигнал суммирующего измерительного преобразователя прямопропорционален сумме каждого извходных сигналов, при этом каждый входной сигнал суммируется с учетом коэффициента пропорциональности, равного числу витков соответствующе обмотки управления.

Предлагаемое устройство устойчиво работает как в статическом, так и в динамическом режиме входного сигнала, поскольку независимо от того, в какую сторону происходит перемагничивание, если состояние сердечника соответствует пологой части левой половины петли гистерезиса, то производная ЭДС обмотки 3 имеет положительную полярность, а если правой половины петли гистерезиса, то производная ЭДС обмотки 3 имеет отрицательную полярность. В обоих случаях компаратор 6 переходит в состояние, при котором интегратор 7 и преобразователь 8 напряжение - ток создают в обмотке 4 обратной связи ток, перемагничивающий сердечник в сторону более крутой части петли гистерезиса.

Частота генерируемых треугольных импульсов определяется лшпь параметрами компаратора 6, интегратора 7, преобразователя 8 и петли гистерезиса сердечника.

Так как эти параметры не зависят от входного сигнала, то частоту генерируемых импульсов можно считать постоянной.

Таким образом, если выбрать частоту генерируемых импульсов достаточно высокой, а в качестве фильтра использовать полосовой или высокочастотный фильтр, то с помощью указанного устройства можно суммировать сигналы как постоянного тока, так и переменного тока низкой частоты. Если при включении питающего напряжения или в результате случайного сбоя интегратор 7 и сердечник 1 окажутся в состоянии насыщения, то на выходе интегратора 7 появится напряжение, превьшающее по величине напря жение стабилизации стабилитронов 12 или 13, Если при этом на выходе интегратора 7 имеется напряжение положител ной полярности, то через цепочку стабилитронов t2, 13 и резистор 10 будет протекать ток, за счет которог на резисторе 10 ввделяется напряжени положительным потенциалом приложенное к нейнвертиругащему входу компаратора 6. При этом компаратор 6 переключается в такое состояние, что на его входе также появляется напряжение по ложительной полярности. За счет этого напряжения по цепочке резисторов 11 и ТО протекает ток, а напряжение на резисторе 10 за счет этого тока положительным потенциалом приложено к неинвертирующему входу компаратора 6. Положительное напряжение с выхода компаратора 6 прикладывается к входу интегратора 7 и выводит интегратор из состояния насыщения. При этом напряжение на выходе интегратора 7 линейно уменьшается, следовательно, линейно уменьшается ток в обмотке 4 и сердечник выходит из состояния глубокого насьпцения. Во время перемагничивания сердечника в обмотке 3 наводится ЭДС, производная которой прикладьшается к входу компаратора 6; после полного перемагничивания сердечника на инверсном . входе компаратора 6 появляется потенциал положительной полярности, превышающий падение напряжения на резисторе to. Схема переходит в нормальный режим работы. Аналогичные процессы протекают в случае, если интегратор находится в насыщении и на выходе его имеется отрицательное напряжение, превьшающее напряжение стабилизации стабилитрона 13. В случае нормальной работы устройства резисторы 10 и 11, стабилитроны 12 и 13 не.оказывают воздействия на режим работы устройства.