Многоканальное устройство разделения искробезопасных измерительных цепей Советский патент 1990 года по МПК E21F9/00 

Изобретение относится к области взрывозащищенного электрооборудова- ния, например рудничного, и может быть использовано для разделения искробезопасных выходных измерительных цепей датчиков контроля рудничной атмосферы и искроопасных входных цепей ЭВМ.

Целью изобретения является повышение трчности и надежности работы устройства.

На фиг.1 приведена блок-схема уст- ройства; на Фиг.2 - временная диаграмма сигналов управления в режиме разделения цепей; на фиг. 3 - то же, в режиме диагностического контроля.

Устройство содержит задающий генератор 1, источник 2 электропитания, источник 3 опорного токового сигнала 3, источники 4 входных сигналов (от одного до N), блок управления,сое- тоящий из двух десятичных счетчиков 5 и 6, инвертора 7, семи логических элементов 2ИЛИ-НЕ 8-14, двух логических элементов 2И 15 и 16, блоки иск- робезопасного разделения (от одного до N), каждьй из которых состоит из четырех аналоговых ключей 17-20,разделительного трансформатора 21,усилителя 22, детектора 23, потенциометра 24, Фильтра 25 нижних частот, элемента 26 аналоговой памяти и усилителя 27 постоянного тока.

Задающий генератор 1 соединен с блоком управления, а именно с входом десятичного счетчика 5 и первыми входами логических элементов 2ИЛИ-НЕ 13 и 14 блока управления, в котором выход Р десятичного счетчика 5 соединен со счетным входом десятичного

счетчика 6, выходы О1

десятич

5

0 5

5

ного счетчика 5 соединены с входами логического элемента 2ИЛИ-НЕ 8, выход которого соединен с первыми входами логических элементов 2ИЛИ-ЫЕ 11 и 2И 15, выход К десятичного счетчика 6 соединен с вторыми входами логических элементов 2И 15, 2ИЛИ-НЕ 12 и 14 и первым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ9, второй вход которого соединен с вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 10 и является входом управления устройства Контроль чувствительности, а выход соединен с вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 13. Выход К+1 десятичного счетчика 6 соединен через инвертор 7 с вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 11, выход которого соединен с первым входом логического элемента 2ИЛИ-КЕ 14, первый вход логического элемента 2ИПИ-НЕ 10 является входом управления устройства Контроль нуля, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 10 соединен с вторым входом логического элемента 2И 16, первый вход которого соединен с выходом логического элемента 2ИЛИ-НЕ 12. Выходы логических элементов 2И 15, 2ИЛИ-НЕ 13, 14 и 2И 16 являются выходами блока управления. Они соединяются в каждом из N блоков искробезопасного разделения с соответствующими входами управления аналоговыми ключами, причем выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 13 связан с входами управления аналоговыми ключами 17, выход логического элемента 2И 16 связан с входами управления аналоговыми ключами 18, выход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 14 связан

515

с входами управления аналоговыми ключами 19 и выход логического элемента 2И }5 связан с входами управления аналоговыми ключами 20. Входы аналоговых ключей 17 и 18 являются аналоговыми входами любого из Г блоков искробезопасного р аз дел ения, причем входы аналоговых ключей 17 объединены в последовательную цепь и соеди- йены с источником 3 опорного токового сигнала, входы аналоговых ключей 18 соединены с соответствующим источником 4 входного сигнала,выходы аналоговых ключей 17 и 8 подключены к входным обмоткам разделительного трансформатора 21, выходная обмотка которого через усилитесь 22 связана с детектором 23. Выход детектора 23 соединен через аналоговый ключ 19

и фильтр 25 нижних частот с усилителем 27 постоянного тока, а через потенциометр 24 и аналоговый ключ 20 - с элементом 26 аналоговой памяти, выход которого соединен с входом управления коэффициентом усиления усилителя 22. Выход усилителя 27 постоянного тока является выходом N-ro блока искробезопасного разделения.

Устройство разделения искробезо- пасных измерительных цепей может работать в двух режимах: в режиме разделения искробезопасных измерительных цепей и в режиме диагностического контроля.

В режиме разделения искробезопасных измерительных цепей на входы да- агностического контроля блока управления (первый вход логического элемента 2ИЛИ-11Е 10 и вторые входы логи- ческих элементов 2ИЛИ-НЕ 9 и 10) подается сигнал логического нуля (О), а с его четырех выходов (выходы логических элементов 2И 15 и 16, 2ИЛИ-НК 13 и 14) сигналы управления поступают в блоки искробезопасного разделения на входы управления аналоговыми ключами. Сигналы управления (фиг.2) формируются таким образом, что сигнал от задакмцего генератора 1 (фиг.2а) поступает на входы десятичного счетчика 5 и первые входы логических элементов 2ИЛИ-НЕ 12 и 13, Частота этого сигнала выбирается с учетом полосы частот, занимаемой

сигналом, поступающим по входной иск- робезопасной измерительной цепи, а также с учетом снижения индуктивност ти обмоток разделительного трансфор106

матора, что очень важно для повышения взрывозащищенности устройства. С выхода Р десятичного счетчика 5 сигнал поступает на вход десятичного счетчика 6. Счетчики 5 и 6 Нормируют временные интервалы коммутации измерительного сигнала (фиг.2г), поступающего от источника входного сигнала 4 (ИВС 4), и сигнала калибровки,поступающего от источника опорного токового сигнала 3 (И0тс 3), а также времек ной промежуток для разделения измерительных сигналов и сигналов калибровки (фиг.26, в, е), поступающих соответственно на фильтр 25 нижних частот (ФНЧ 25) и элемент 26 аналоговой памяти (ЭАП 26).

Сигнал временных интервалов коммутации формируется на выходе К десятичного счетчика 6 (фиг,2г), откуда он поступает на второй вход логического элемента 2ИТИ-НЕ 12 и через логический элемент 2ИЛИ-НЕ 9 - на второй вход логического элемента 211411-НЕ 13. На элементах 2ИЛИ-НЕ 12 и 13 осуществляется стробирование сигнала от задающего генератора (фиг.2л,м) при условии, что на второй вход логического элемента 2ИПИ-НЕ 9 подается сигнал логического О,

Таким образом, учитывая, что на втором входе логического элемента 2И 16 установлен сигнал логической 1, на выходе элементов 2Н 16 и 2ИПП-НЕ 13 формируются сигналы управления аналоговыми ключами соответственно 18 (фиг,2л) и 17 (фиг. 2м ), находягрг т- ся в N блоках искробезопасного разделения и коммутирующими соответствующие входные искробезоплс тые измерительные цепи и цепи а калибровки от ИОТС 3.

Временной промежуток для разделения измерительных, сигналов и сигналов калибровки Лормируется с цеггью исключения помех от переходных процессов, возникающих в разделительном трансформаторе 2 (тр 21) при переключении из режима преобразования измерительного сигнала в режим преобразования сигнала калибровки (на разделительном трансформаторе 21 с помощью ключей 17 и 18 происходит пропорциональное преобразование сигналов постоянного тока в сигналы переменного тока). Данный временной промежуток формируется с помощью десятичного счетчика 5, логического

элемента 2ИЛИ-НЕ 8 и десятичного счетчика 6. При поступлении с выходов О и 1 счетчика 5 сигналов (фиг.2б, в) на входы логического элемента 2ИЛИ-НЕ 8 на его выходе формируется сигнал, представленный на фиг.2е.

Г

Кроме того, на логическом элемен- те 2ИЛИ-НЕ 11 с помощью десятичного счетчика 6 (выход К+1) формируется сигнал, представленный на фиг.2ж. На время действия этих сигналов,поступающих на первые входы логических элементов 2И 15 и 2ИЛИ-НЕ 14,расширяется зона выключенного состояния аналогового ключа 19 (фиг„2э) и сужается зона включенного состояния аналогового ключа 20 (фиг.2и). Таким образом, прохождение измерительного сигнала от детектора 23 (Д 23) к ФНЧ 25 после переключения в режим преобразования измерительного сигнала задерживается на два периода сигнала задающего генератора. Яа это время на разделительном трансформаторе прекращается переходной процесс. Аналогично на ЭАП 26 поступает только часть сигнала калибровки, не иска- женная переходным процессом в разделительном трансформаторе, возникающем при переключении из режима преобразования измерительного сигнала в режим преобразования сигнала калибров- ки.

i

В каждый из N блоков искробезо- пасного разделения поступают сигналы, формируемые в блоке управления (БУ) , которые управляют аналоговыми ключами 17 - 20. В результате работы ключей 17 и 18 на выходе разделительного трансформатора 21 поочередно появляются сигналы переменного тока частотой сигнала задающего ге- нератора 1 , амплитуда которых пропорциональна величине тока входного сигнала и величине тока опорного сигнала. После усиления на усилителе 22, который выполнен с внешним управлением коэффициентом усиления,сигналы переменного тока поступают на детектор 23, например фазовый детектор С выхода Д 23 огибающая этих сигна- лов поступает на аналоговый ключ 19 и через потенциометр 24 - на аналоговый ключ 20. В результате работы ключей и 20 сигнал измерений, пропорциональн

величине входного сигнала, поступает на вход ФНЧ 25, а сигнал калибровки, пропорциональный величине опорного сигнала, поступает на ЭАП 26, представляющий собой, например, интегрирующую RC-цепь, присоединенную к входу полевого транзистора. ФНЧ 25 предназначен для выделения постоянной составляющей из сигнала огибающей, выделенного Д 23, из которого аналоговым ключом 20 вырезан сигнал калибровки. Сформированный ФНЧ 25 сигнал поступает на усилитель 27 постоянного тока, который служит для согласования блока искро- безопасного разделения с внешней нагрузкой. Выход усилителя 27 постоянного тока является выходом канала разделения устройства.

ЭАП 26 предназначен для запоминания уровня сигнала калибровки и поддержания неизменным коэффициента усиления усилителя 22 на время действия сигнала измерений. Он также служит для автоматической коррекции коэффициента усиления усилителя 2,которая выполняется ЭАП 26 каждый раз при поступлении на него сигнала калибровки. Потенциометр 24 предназначен для установки нужного коэффициента усиления усилителя 22 при начальной настройке (например, при температуре ).

Если в результате ухода коэффициента передачи на любом участке тракта аналоговый ключ 17 - разделительный трансформатор 21 - усилитель 22 - детектор 23 - аналоговый ключ 20 происходит изменение амплитуды сигнала калибровки на входе ЭАП 26, то оно вызывает изменение коэффициента усиления усилителя 22,восстанавливающее уровень сигнала калибровки, а, следовательно, и коэффициент передачи упомянутого тракта.

В режиме диагностического контроля (фиг.З) возможны два подрежима работы: проверка ухода сигнала нуля на выходе блока искробезопасного разделения, а также проверка чувствительности блоков искробеэопасного разделения.

При проверке ухода сигнала О на первый вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 10 подается сигнал логической единицы (1), а на вторые входы логических элементов 2ИПИ-НЕ 9 и 10 - сигнал логического нуля (). При

915

этом на второй вход элемента 24 16 поступает сигнал О (Ъиг.Зд), что прекращает подачу сигнала управления коммутацией входного сигнала с .элемента 2ИЛИ-НЕ 12 (Лиг.36) на аналоговый ключ 18 (фиг.Зе). Остальные сигналы управления БУ не изменяются. В результате этого сигнал калибровки, как и в режиме разделения искробезо- пасных измерительных цепей, поступает на ЭАП 26 ч поддерживает требуемый коэффициент усиления усилителя 22, а через аналоговый ключ 19 на ФНЧ 25 должен поступать сигнал нулевого

уровня, так как аналоговый ключ 18 закрыт и, следовательно, из-за отсутствия преобразования входного сигнала на выходной обмотке разделительного трансформатора напряжение равно нулю. Сигнал нулевого уровня с учетом допустимого отклонения должен присутствовать при этом и на выходе блока искробезопасного разделения. Отличие выходного сигнала от нуля мо- жет произойти из-за неисправности тракта (разделительного трансформатора 21, усилителя 22, детектора 23, аналоговых ключей, усилителя 27 постоянного тока и т.п.).

При проверке чувствитепьности блоков искробезопасного разделения на первый вход логического элемента 2ИЛИ-НЕ 10 поступает сигнал О, а на вторые входы логических элементов 2ИЛИ-НЕ 9 и 10 - сигнал I (фиг.Зг). На выходе логического эле4- мента 2ИЛИ-НЕ 9 появляется сигнал логического О (фиг.Зж), при этом, как и в случае проверки ухода сигна- ла нуля, прекращается поступление сигнала управления коммутацией входного сигнала (фиг.Зе, аналоговый ключ 18), а через логический элемент 2ИПИ-НЕ 13 на вход управления анало- говым ключом 17 непрерывно поступает сигнал от задающего генератора 1 (фиг.Зз). Остальные сигналы управления БУ не изменяются. В результате этого сигнал калибровки поступает

как на ЗАЛ 26 для поддержания требуемого коэффициента усиления усилителя 22, так и на НЧ25, а далее через усилитель 27 постоянного тока на выход блока искробезопасного разделе- ния.

Таким образом, выходной сигнал при проверке чувствительности должен быть пропорционален сигналу от исюю

точника 3 опорного токового сигнала и постоянен во времени. Отличие этого сигнала от эталонного сигнала, зафиксированного при настройке блока свидетельствует об уходе чувствительности.

Предлагаемое устройство может быть использовано на предприятиях угольной промышленности при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами для разделения искробезопасных цепей аналоговых датчиков, находящихся во взрывоопасной атмосфере, и искроопасных входных цепей ЭВМ.

Применением изобретения повышается точность работы за счет введения источника опорного токового сигнала и автоматического управления коэффициентом передачи тракта сигнала измерения, & также повышается надежность работы устройства за счет наличия диагностических функций,которые реализуются с помощью введенного блока управления.

Формула изобретения

Многоканальное устройство разделения искробезопасных измерительных цепей,состоящее из задающего генератора, источника электропитания и N блоков искробезопасного разделения, каждый из которых содержит разделительный трансЛорматор, первичная обмотка которого через аналоговый ключ связана с источником входного сигнала, усилитель, к входу которого подключена вторичная обмотка разделительного трансформатора, а к выходу подключен детектор, Лильтр нижних частот, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, выход которого является выходом блока искробезопасного разделения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы, разделительный трансформатор в каждом из N блоков искробезопасного разделения снабжен дополнительной обмоткой, в каждый блок нскробезопасного разделения введены три дополнительных аналоговых ключа, потенциометр и элемент аналоговой памяти, а устройство снабжено источником опорного токового сигнала и блоком управления,выполненным на двух логических элементах 2И, семи логических элементах 2ИЛИ-НЕ

инверторе и двух десятичных счетчиках, причем задающей генератор подключен к объединенным входам первого десятичного счетчика и первым входам первого и второго логических элементов 2ИЛИ-НЕ, выходы О и 1 первого десятичного счетчика соединены соответственно с первым и вторым входами третьего логического элемента 2ИЛИ-НЕ, а выход переноса Р первого десятичного счетчика подключен к входу второго десятичного счетчика, выход которого К соединен с вторым входом четвертого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, вторым входом первого логического элемента 2И, первым входом пятого логического элемента 2ИЛИ-НЕ и вторым входом первого логическрго

элементов 2ИЛИ-НЕ и 2И, выходы второго логического элемента 2И, четвертого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, первого логического элемента 2И и второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ являются выходами блока управления, соединенными соответственно с входами управления аналогового ключа и

Ю первого, второго и третьего дополнительных аналоговых ключей в N блоках искробезопасного разделения, при этом первый допогпштельный аналоговый ключ включен между выходом детекJ5 тора и входом фильтра нижних частот, второй дополнительный аналоговый ключ между подвижным выводом потенциометра и входом элемента аналоговой памяти, выход которого соединен с

динен с первым входом второго логического элемента 2И, а выход К+1 второго десятичного счетчика через инвертор соединен с вторым входом

элемента 2ШИ-НЕ, выход которого сое- 20 входом управления коэффициентом усиления усилителя, один из выводов потенциометра подключен к общей шине, а другой - к выходу детектора,третий дополнительный аналоговый ключ в кажшестого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, 25 дом из N блоков искробезопасного раз- первый вход которого соединен с выхо- деления включен последоватепьно с дом третьего логического элемента 2ИЛИ-НЕ и с первым входом первого логического элемента 2И, а выход подключен к первому входу четвертого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, первый вход седьмого логического элемента 2ИЛИ-НЕ и вторые входы пятого и седьмого логических элементов 2ИЛИ-НЕ являются входами диагностического контроля устройства, выходы пятого и седьмого логических элементов 2ИЛИ-НЕ соединены соответственно с вторыми входами вторых логических

Дополнительной обмоткой разделительного трансформатора, вход первого из N третьих дополнительных аналоге30 вых ключей подключен к первому выходу источника опорного токового сигнала, а выход - к входу аналогичного третьего дополнительного аналогового ключа в следующем из N каналов,

j, выход третьего дополнительного аналогового ключа в N-M канале соединен с вторым выходом источника опорного токового сигнала.

элементов 2ИЛИ-НЕ и 2И, выходы второго логического элемента 2И, четвертого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, первого логического элемента 2И и второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ являются выходами блока управления, соединенными соответственно с входами управления аналогового ключа и

первого, второго и третьего дополнительных аналоговых ключей в N блоках искробезопасного разделения, при этом первый допогпштельный аналоговый ключ включен между выходом детек5 тора и входом фильтра нижних частот, второй дополнительный аналоговый ключ между подвижным выводом потенциометра и входом элемента аналоговой памяти, выход которого соединен с

дом из N блоков искробезопасного раз- деления включен последоватепьно с

Дополнительной обмоткой разделительного трансформатора, вход первого из N третьих дополнительных аналогевых ключей подключен к первому выходу источника опорного токового сигнала, а выход - к входу аналогичного третьего дополнительного аналогового ключа в следующем из N каналов,

выход третьего дополнительного аналогового ключа в N-M канале соединен с вторым выходом источника опорного токового сигнала.

Изобретение относится к взрывозащищенному электрооборудованию и может быть использовано для разделения искробезопасных выходных измерительных цепей датчиков контроля рудничной атмосферы и искроопасных входных цепей ЭВМ. Цель - повышение точности и надежности работы. Устройство содержит задающий генератор 1, источник электропитания 2, источник опорного токового сигнала 3, N - источников 4 входных сигналов, блок управления (БУ). При этом БУ состоит из двух десятичных счетчиков 5 и 6, инвертора 7, семи логических элементов 2 ИЛИ-НЕ 8-14, двух логических элементов 2И 15 и 16 и N - блоков искроопасного разделения (БИБР). Каждый из БИБР состоит из четырех аналоговых ключей 17-20, разделенного трансформатора 21, усилителя 22, детектора 23, потенциометра 24, фильтра 25 нижних частот, элемента 26 аналоговой памяти и усилителя 27 постоянного тока, выход которого является выходом N-го БИБР. Устройство может работать в двух режимах: в режиме разделения искробезопасных измерительных цепей и в режиме диагностического контроля. В режиме разделения на входы диагностического контроля БУ подается сигнал логического нуля, а с его четырех выходов сигналы управления поступают в БИБР на входы управления аналоговыми ключами. В режиме диагностического контроля осуществляются проверка ухода сигнала нуля на выходе БИБР и проверка их чувствительности. Положительный эффект от использования устройства состоит в повышении точности работы за счет введения источника опорного токовогосигнала и автоматического управления коэффициентом передачи тракта сигнала измерения. Надежность повышается за счет введения диагностических функций. 3 ил.

ЛП.

0П П П

JQП

FUU1-1UL

J3Ш

ЛДР.1П.ППГ..П.Р 1 П П ЛППППП|1ЯПППППППЯР,. ;11 1ППП1 1|1 1ППЬ.

ЛЙЕДХ.

Л0

П П П П