Устройство для допускового контроля напряжений Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

. I .oJ:

е,где |е -е,

- абсолютное

значение разности напряжений -сигналов на входах 19 и 20; - заданный порог срабатьшания устройства по разности напряжений входных сигналов; в режиме срабатывания и вьодачи сигнала об отказе с фиксированной временной задержкой относительно момента отказа при ,jj

режиме восстановления после выдачи сигнала об отказе для во

11

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля абсолютного значения разности двух напряжений. .

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет исключения ложного срабатывания устройства от помех детерминированной длительности,

На фиг, 1 приведена схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит первый операционный усилитель I5 первый масштаб- ный резистор 2, второй масштабный резистор 3, второй операционный усилитель 4, первый диодный мост 5,второй диодньй мост 6, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 балансные резисторы, конденсатор 1-1, инвертор 12, первьй 13 и второй 14 ограничители напряжения, ограничительный резистор 15, пятый 16 и шестой 17 балансные резисторы, пороговый элемент 18, первый 19 и второй 20 входы

Инвертор 12 содержит третий опе- р.ационный усилитель 21 , третий мас- шт абный резистор 22, резистор 23 обратной связи.

Пороговый элемент 18 содержит четвертый операционный усилитель 24, диод 25.

Приняты следующие обозначения: е и е - напряжения на входах 19 и 21 устройства; е -е - напряжения на выходах инвертора 12, операционного усилителя 1 и операционного усилителя 4 соответственно; А и В - первый и второй входы порогового элемента 18 соответственно; R,,,R,. R - сопротивления резисторов,имеющих соответствумщий номер (фиг. 1)

Предлагаемое устройство работает в одном из трех основных режимов: в режиме слежения за абсолютным значением разности напряжений двух сигналов на входах I9 и 20 при

212

зобновления слежения за изменениями абсолютного значения разности напряжений входных сигналов при | е -e, Каоп(.

Режим слежения.

Значение суммарного тока I , действующего в цепи обратной связи операционного усилителя 1, определяется следующим выражением:

Для упрощения математических выражений принимают значение падения напряжения на открытом диоде в диодных мостах 5 и 6 равным О В.

Значение тока 1 через диагональ диодного моста 5 в открытом состоянии () определяется выражением:

I,

2Е

RT+R:

(2)

где Е - напряжение источника питания, относительно средней точки, объединенной с нулевой пшной устройства. При значении R,Rg выражение (2)

преобразуется к виду

5

5

0

I В

01 R,

Если

(3)

диодный мост 5 находится в открытом состоянии, его про- |Ходное сопротивление, зависящее от значения тока в однонаправленной диагонали моста 5, мало (единицы или десятки ом), что соответствует зна- .чению сопротивления обратной связи операционного усилителя 1 R 0 Ом.

Следовательно, выходное напряжение . 2) операционного усилителя в режиме слеженйя-е О В.

Значение тока через ограничительный резистор 15 определяется выражением

50

.Ij ,,

(4)

Значение тока через диагональ диодного моста 6 определяется выражением

55

Л2

2Е +R,

(5)

9

При , ,7 вьфажение (5) преобразуется к виду

.гг4- )

9 16

Поскольку значение тока

диодный мост 6, как и диодный мост

5, находится в открытом состоянии

его проходное сопротивление R 0 Ом и, следовательно, выходное напряжение Bg диодного моста 6 равно О В.

Потенциал е т. А определяется выражением

(7)

.,-н;Й,Г.

Потенциал в.. т. В определяется

ОО

выражением

е,,-Е О,

10 П

(8)

Значение де (А, В) (фиг. 2) разности напряжений между т. А и В оп-

ределяется выражением t

-(A.B) е, О, (9)

9 тб

йе(А,В)де Эоп

где е порог срабатьгоания элемента 18.

Напряжение на выходе операционного усилителя 24 (для принятой по- ляриости подключения его входов) имеет отрицательную полярность и, следовательно, напряжение на выходе устройства отсутствует, так как диод 25 закрыт.

Режим срабатывания и формирования временной задержки известной длительности.

В том случае, если 1 , происходит запирание диодного моста 5. При этом его проходное сопротивление Р.р, а выходное напряжение е скачком увеличивается, но не превышает значения - е„,р, (фиг. 2): е„,р, - напряжение ограничения ограничителя 13 напряжения.

При этом необходимо выполнение условия

е Hie

I огр 1

л так

(10)

ли

где е - предельное значение

чейной зоны выходной характеристики операцион- но о усилителя 1 (фиг. 2). В случае соблюдения условия (10) операционный усилитель I после скачкообразного увеличения его выходного напряжения продолжает работу в линейной зоне и, следовательно, ис 5

12871214

ходный нулевой потенциал его суммирующей точки по инверсному входу не изменяется, что исключает и в этом режиме влияние напряжений на входах I9 и 20 друг на друга, а также делает значение е независимым от разности (е -e,j.

Значение порога срабатывания операционного усилителя 1 определяется из условия равенства двух токов:

,

R

-e, Е.- ;

(11) (12)

при R,

Значение тока 1. во входной цепи и цепи обратной связи операционного усилителя 4 определяется вьфажением

1, 5(13

Для перевода операционного усилителя 4 в режим работы без обратной связи в случае |е необходимо условие

v..

(14)

При вьшолнении условия (14) диодный мост 6 запирается частью тока 5 , а часть тока л1 определяет значение зарядного тока конденсатора 11. Ток заряда конденсатора 11 определяется выражением

i-V,i,-V-°- -i f|; 7 - i5)

ftl const; ,|.

Выходное напряясенке операционного усилителя 4-е (фиг. 2) нарастает по линейному закону от исходного нулевого значения в соответствии с выражением

45

I LJjtl J J i.

(16)

11

50

При принятых полярностях напряжений входных сигналов

е,0, е,0, , . ,

исходный потенциал т. А - е не из- ,меняется, а потенциал . В увеличивается в соответствии с выражением

+ j iri55iff + 5.Ki52i

R +Н„

10 т

R,

(17)

при R Е,„; R,,R,,.

Значение де, разности напряжений

АВ

между t. А и В определяется выражением

(А,В)- ец де(А,В) (,8)

При двдр. $0 В дроисходит скачкообразное изменение исходной полярности и уровня выходного напряжения операционного усилителя 24, что приводит (фиг, 2) к скачкообразному появлению на выходе устройства напряжения положительной полярности ., и, следовательно, сигнализирует через время , о превьппении разностью напряжений ,) сигналов на, входах 19 и 20 порога срабатывания

1287121 -6

Одновременно скачком прекращается входной ток I усилителя 4 и конденсатор 11 начинает разряжаться.

Значение тока I разряда конден- сатора 11 определяется выражением

I f U JLР ЬР R

(21)

fO

paI,p J-oa

При выполнении условия 1р что равносильно одновременно с разрядом конденсатора 11 через ограничительный резистор 15 начинается его разряд через проходное сопротивление открытого диодного моста 6.

Среднее значение постоянной времени Т цепи разряда конденсатора 1 1 определяется выражением

te,-ej lfeon|-.

Значение граничного уровня напряжения е на выходе операдионного усилителя 4, при котором происходит изменение знака и уровня напряжения е,, на выходе устройства, определяется выражением

де(А,В) 2ER 9 e..

R;+R,;

R

R +E

9 16

гр

ЗЕ 5 ;

R

16

les..,. „„кс

|e

5 маис I

Значение (нормированной величины временной задержки вьщача сигнала отказа, формируемой устройст- 40 вом) определяется выражением

т Е

З I

jap

J Г v.

R

(20)

V6

Выбор уровня , 2 ограничения ограничителя 14 напряжения, как и ограничителя i 3, определяется требованием невыхода операционного усилителя 4 из зоны линейной части выходной характеристики:

I огР.1 1 4 (лакс

IP t I р I «2 г 1 6 макс I

Режим восстановления.

При выполнении условия ii (фиг. 2) происходит отпирание диодного моста 5 и скачкообразное уменьшение выходного напряжения операционного усилителя от -е. до О В,

I f U JLР ЬР R

(21)

paI,p J-oa

При выполнении условия 1р что равносильно одновременно с разрядом конденсатора 11 через ограничительный резистор 15 начинается его разряд через проходное сопротивление открытого диодного моста 6.

Среднее значение постоянной времени Т цепи разряда конденсатора 1 1 определяется выражением

Tp.,,C,,(R,//-Rj«C,R,-, (22)

Через промежутки времени tj разность потенциалов между тт, А и Б становится больше О В, операционный усилитель 24 вновь изменяет свое выходное напряжение и напряжение бых выходе устройства отсутствует (фиг. 2).

Длительность промежутка времени tj определяется выражением

Ф 7п „° . , 3TEt-R

(23)

35

40

Если принять за отсчетный уровень времени восстановления значение выходного напряжения операционного усилителя 4 - е, при котором ле 0,9 Де д. . то среднее значение времени восстановления устройства определяется выражением

mIn f :2l2l

S Vjp. l,2TETRg .

(24)

Инвертор 12 обеспечивает инвертирование сигнала е . с помощью операционного усилителя 21. с масштабным резистором 22 и резистором 23 обратной связи.

Пороговый элемент 18 с помощью, операционного усилителя 24 и диода 25 обеспечивает выдачу сигнала ,,, об отказе в случае |е -е .

Таким образом, за счет введения операционного усилителя 4, инвертора 12, ограничителя 14 напряжения, резисторов 15, 16, 17 и новых связей обеспечивается вьщача сигнала о выходе разности | е, -е I за допу7

стимые пределы на выход устройства с гарантированной и постоянной задержкой по времени t которая не зависит от разности (е, 1 что позволяет отфильтровывать помехи длительностью, менее , с практически любой амплитудой, исключить возможность ложного забракования разности / из-за помех и, следовательно, повысить достоверность контроля.

Кроме того, в устройстве исклго- чено искажение сигналов на входах 19 и 20 из-за их влияния друг на друга, что повышает точность изме- рения разности |е -е, ( и достоверность контроля.

Введение ограничителя 14 и включение ограничителей 13 и 14 обеспечивает независимость от разнос ти е, -е I , а также сокращает время восстановление t, так как предотвращает насыщение операционных усилителей 1,4,

Формула изобретени

Устройство для допускового контроля напряжений, содержащее первый операционный усилитель, соединенный инвертирующим входом с первым выводом первого масштабного резистора, первый диодный мост, соединенный первым выводом первой диагонали через первый балансный резистор с плюсовой шиной питания устройства, вторым выводом первой диагонали через , второй балансный резистор - с минусовой шиной питания устройства,вто

рой диодный мост, в первую диагонапь которого включен конденсатор, а к первому и второму выводам второй диагонали подключены соответственно первые выводы третьего и четвертого балансных резисторов, а также первый ограничитель напряжения, второй

с O

}5

0

5

yj

5

0

2Г8

масштабный резистор и пороговый элемент, выход которого является выходом устройства, о тлич ающе- е с я тем, что, с целью повьшюния достоверности контроля за счет исключения ложного срабатьшания устройства от помех детерминированной длительности, в него введены инвертор, ограничительный резистор, второй операдионньш усилитель, пятый и шестой балансные резисторы, второй ограничитель напряжения, причем второй вывод первого масштабного резистора является первым входом устройства, а его первый вывод соединен с первым выводом второй диагонали первого диодного моста непосредственно а через второй масштабный резистор - с выходом инвертора, вход которого является вторым входом устройства, выход первого операционного усилителя соединен с вторым выводом второй диагонали первого диодного моста непосредственно, через первый ограничитель напряжения - с вторьтм выводом первого масштабного резистора, а через ограничительный резистор - с инвертирующим входом второго операционного усилителя, с первым выводом первой диагонали второго диодного йоста и с выходом второго ограничит теля напряжения, соединенного входом с выходом второго операционного усилителя и с вторым выводом первой диагонали второго диодного моста, второй вывод третьего балансного резистора соединен с первым входом порогового элемента и с первым выводом пятого балансного резистора, соединенного вторьм выводом с плюсовой шиной питания устройства, второй вывод четвертого балансного резистора соединен с вторым входом порогового элемента, а через тестой балансный резистор - с минусовой шиной питания устройства.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля абсолютного значения разности двух напряжений. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет исключения ложного срабатывания устройства от помех детерминированной длительности. Устройство содержит два масштабных резистора 2, 3, тесть балансных резисторов 7-10, 16, 17, инвертор 12, два операционных усилителя 1, 4, два диодных моста 5, 6, конденсатор 11, два ограничителя напряжения 13, 14, ограничительный резистор 15 и пороговый iэлемент 18. За счет введения дополнительного операционного усилителя 4, инвертора 12, дополнительного ограничителя напряжения 14, двух дополнительных балансных резисторов 16, 17 устройство не выдает сигнала о вы.ходе разности двух контролируемых напряжений за пределы допуска при воздействии помех с длительностью, меньше заданной, что повышает достоверность контроля. 2 ил. с (Л Т9 f ш Фие.г