Устройство для контроля тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение в автоматизированных измерительных системах для контроля тока в цепях, состоящих из резисторов, соединенных последовательно.

Известно устройство для контроля малых токов, содержащее высокоомный изме- ритель, резистор, входную клемму, выходную клемму, общую клемму, контакты коммутационного реле замыкающего типа, контакты коммутационного реле переключающего типа, причем инверсный вход вы- сокоомного измерителя соединен с входной клеммой и неподвижными контактами коммутационного реле замыкающего типа, а второй вход высокоомного измерителя соединен с входной клеммой и неподвижными контактами коммутационного реле замыкающего типа, а второй вход высокоомного измерителя и вторые неподвижные контакты коммутационного реле переключающего типа соединены с общей клеммой, выходов, высокоомного измерителя соединен с выходной клеммой и первым неподвижным

контактом коммутационного реле переключающего типа, резисторы первыми выходами подключены соответственно к подвижным контактам коммутационного реле замыкающего типа, а вторые выходы - к подвижным контактам коммутационного реле переключающего типа.

Недостатками этого устройства являются:

невозможность измерения тока без разрыва цепи;

низкая достоверность функционирования контролируемого объекта из-за отсутствия оперативного контроля тока в измеряемых цепях и отсутствия возможности проведения самоконтроля с точностью до блока, большие затраты времени на операции связанные с замером тока.

Наиболее близким техническим решением является устройство цифровой измерительный прибор, содержащий входной блок, формирователь опорного напряжения, блок синхронизации, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок сравнения с уставками, индикатор годноШ Ь

00

«Ш&

о

сти, блок индикации, нормирующие резисторы, контрольные выходы входного блока, причем блок синхронизации своими выходами соединен, соответственно, с третьим входом входного блока, вторым входом коммутатора, вторым входом аналого-цифрового преобразователя, вторым входом блока индикации, вторым входом блока сравнения с уставками, выход которого соединен с входом индикатора годности, выход которого соединен с третьим входом блока индикации, первый вход аналого- цифрового преобразователя соединен с выходом коммутатора, третий вход со вторым выходом формирователя опорного напряжения, второй выход с первым входом блока индикации, первый выход с блоком сравнения с уставками, первый выход формирователя опорного напряжения соединен со вторым входом входного блока, первый вы- ход которого подключен к первому входу коммутатора, а контрольныетзыходычерез нормирующие резисторы с соответствующими входами коммутатора.

Недостатками данного устройства являются невозможность проведения самоконтроля с точностью до отдельного блока; низкая оперативность проведения контроля.

Цель изобретения - повышение достоверности функционирования устройства.

Это достигается за счет проведения оперативного контроля исправности устройства перед началом измерения.

С этой целью устройство, содержащее преобразователь ток-напряжение, источник эталонных напряжений, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и обработки информации, причем третий выход источника эталонных напряжений соединен с третьим входом преобразователя ток-напряжение, первый выход - с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход - со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы которого подключены, соот- ветстве ино, к первому и второму пыходам блока управления и обработки информации дополнительно содержит сумматор напряжения, блок контроля, блок элементов коммутации, исходы которого соединены с внешней контролируемой цегшо, аупрзвля - ющие входы - с девятым и десятым выходом блока управления и обработки информации, первый и второй выходы внешней контролируемой цепи подключены, соответственно, к Первому и второму входу преобразователя ток-напряжение, первый выход которого соединен с вторым входом сумматора напряжений, первый вход которого подключен к третьему выходу источника эталонных напряжений, а выход - ; третьему входу аналого-цифрового преобразователя, третий, четвертый и пятый выходы которого

соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входом блока контроля, адресный и управляющий входы которого, соответственно, подключены к адресному и управляющему выходу блока управления и

0 обработки информации, а выход - к третьему входу блока управления и обработки информации, с четвертого по седьмой выходы которого подключены, соответственно к первому-четвертому управляющим входам

5 преобразователя ток-напряжение, восьмой выход - к управляющему входу сумматора напряжений, и с пятнадцатого по двадцатый выходы - соответственно с первым- восьмым управляющими входами

0 источниками эталонных напряжений, с одиннадцатого по четырнадцатый выходы - соответственно с десятого по двенадцатый управляющими входами источника эталонных напряжений.

5Блок контроля содержит элемент сравнения с третьего по пятый элементы И, второй триггер, причем первый и третий входы блока соединены с перчым и вторым входом элемента сравнения, выход которого под0 ключей ко второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен со вторым входом блока, а выход - к входу S второго триггера, вход R которого подключен к выходу пятого элемента И, а выход - к треть5 ему входу четвертого элемента И, выход которого соединен с выходом блока, адресный вход блока соединен с первым входом пятого элемента И и с третьим входом четвертого элемента И, управляющий вход блока

0 соединен со вторым входом четвертого и пятого элемента И.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема преобразователя ток-напряжение; на фиг. 3-схемасуМ5 матора напряжения; иа фиг. 4 - схема источника эталонных напряжений; на фиг. 5 - схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 6 - схема блока контроля; на фиг. 7 - схема блока управления и обработки

0 информации; на фиг. 8 - схема блока элементов коммутации; на фиг. 9 - временная диаграмма работы устройства; на фиг. 10- 14 - алгоритм функционирования устройства.

5 Устройство для контроля тока (фиг.1) содержит преобразователь 1 тока в напряжение, сумматор 2 напряжения, источник 3 эталонных напряжений, аналого-цифровой преобразователь 4, блок 5 контроля, блок б управления м обработки информации, бчок

7 элементов коммутации, который используется, если необходимо обеспечить измерение тока без разрыва входной цепи.

На фиг. 1 представлены элементы внешней цепи 8. содержащей резисторы 8.1

8.rHk.

Блок 1 преобразователя ток-напряжение (фиг.2) содержит первый операционный усилитель 9. первое сопротивление 10, второе сопротивление 11. третье сопротивле- ние 12. четвертое сопротивление 13, первый электронный ключ 14, второй электронный ключ 15, третий электронный ключ 16, четвертый электронный ключ 17, пятый электронный ключ 18, шестой электронный ключ 19, седьмой электронный ключ 20, восьмой электронный ключ 21.

Сумматор 2 напряжения (фиг.З) содержит второй операционный усилитель 22, пятое сопротивление 23, третий операционный усилитель 24, шестое сопротивление 25, седьмое сопротивление 26, четвертый операционный усилитель 27, восьмое сопротивление 28, пятый операционный усилитель 29, девятое сопротивление 30, девятый электронный ключ 31.

Источник 3 эталонных напряжений (фиг.4) содержит источник 32 опорного напряжения, десятый электронный ключ 33, одиннадцатый электронный ключ 34, две- надцатый электронный ключ 35, тринадцатый электронный ключ 26, десятое сопротивление 37, одиннадцатое сопротивление 38, двенадцатое сопротивление 39. тринадцатое сопротивление 40, четырнад- цатое сопротивление 41, пятнадцатое сопротивление 42, шестнадцатое сопротивление 43, семнадцатое сопротивление 44, восемнадцатое сопротивление 45, четырнадцатый электронный ключ 46, пят- надцатый электронный ключ 47, шестнадцатый электронный ключ 48, семнадцатый электронный ключ 49, восемнадцатый электронный ключ 50, девятнадцатый электронный ключ 51, двадцатый электронный ключ 52, двадцатый электронный ключ 53.

Аналого-цифровой преобразователь 4 (фиг.5) содержит шестой операционный усилитель 54, седьмой операционный усилитель 55, первый элемент НЕ 56, первый элемент 57 задержки, первый элемент И 58, девятнадцатое сопротивление 59, двадцатое сопротивление 60, первый диод 61, кон- денсатор 62, двадцать первое сопротивление 63, второй диод 64, первый элемент ИЛИ 65, двадцать второй электронный ключ 66, седьмой операционный усилитель 67, двадцать второе сопротивление 68, второй элемент НЕ 69, второй элемент 70 задержки, второй элемент И 71, генератор

72 импульсов, делитель 73 частоты, формирователь 74 импульсов, первый триггер 75, счегчик 76 импульсов, первый элемент И/НЕ 77.

Блок 5 контроля (фиг.6) содержит элемент 78 сравнения, третий элемент И 79, второй триггер 80, четвертый элемент И 81, пятый элемент И 82.

Блок 6 управления и обработки информации (фиг.7) содержит микропроцессор 83. генератор 84 импульсов, узел 85 органов управления, узел 86 постоянной памяти, первую группу элементов И 87, первый регистр 88, вторую группу элементов И 89 дешифратор 90, второй регистр 91. третью группу элементов И 92, узел индикации 93, третий регистр 94.

Блок 7 элементов коммутации (фиг.8) содержит двадцать третий электронный ключ 95, двадцать четвертый электронный ключ 96.

На фиг. 9 представлена временная диаграмма сигналов формируемых в контрольных точках устройства.

На фиг. 10-14 - алгоритм функционирования устройства.

Преобразователь 1 тока-напряжения своим первым и вторым входом подключен к первому и второму входам внешней контролируемой цепи 8. Первый выход блока 1 соединен со вторым входом сумматора напряжений 2. Третий вход блока 1 соединен с третьим выходом источника 3 эталонных напряжений. Управляющие входы блока 1 подключены к четвертому, пятому, шестому, седьмому выходом блока 6 управления и обработки информации. Выход сумматора напряжений 2 подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя 4. Первый вход блока 2 соединен с третьим выходом источника 3 эталонных напряжений, а управляющий вход- с восьмым выходом блока 6 управления и обработки информации. Первый и второй выходы аналого-цифрового преобразователя 4 соединены с соответствующими входами блока б управления и обработки информации, а третий, четвертый и пятый выходы соединены с первым, вторым и третьим входами блока 5 контроля. Первый и второй входы блока 4 подключены к соответствующим выходам источника 3 эталонных напряжений, с первого по восьмой управляющие входы которого соединены соответственно с пятнадцатого по двадцать второй выходы, а с девятого по двенадцатый управляющие входы блока 3 соединены соответственно с одиннадцатого по четырнадцатый выходы блока 6 управления и обработки информации. Первый выход блока 5 контроля соединен с третьим входом блока б, а четвертый и пятый входы с первым, вторым выходом Ьлока 6. Управляющие входы блока 7 элементов коммутации соединены соответственно с четвертым, пятым выходом блока б. Выходы блока 7 подключены к входам внешней контролируемой цепи 8.

Первый и третий входы блока 5 контроля соединены с первым и вторым входом элемента сравнения 78, выход которого подключен ко второму входу элемента И 79. Второй вход блока 5 соединен с первым входом элемента 79, выход которого подключен к входу S триггера 80. Прямой выход триггера 80 подключен к первому входу элемента И 81. Четвертый вход блока соединен с первым входом элемента И 82 и с третьим входом элемента 81. Пятый вход блока соединен со вторым входом элемента 82, выход которого подключен к входу R триггера 80. Второй вход элемента 81 соединен с пятым входом блока, а выход - с первым выходом блока.

Преобразователь 1 ток-напряжение (фиг.2) работает следующим образом. С входа 1 на операционный усилитель 9, работающий в режиме усилителя постоянного тока, поступает измеряемый постоянный ток (I). Он преобразуется в пропорциональное ему напряжение, вычисляемое по формуле.

U2 I Rl,

где Ua - выходное напряжение операционного усилителя 9;

RI - эталонное сопротивление (10-13).

С помощью управляющих воздействий, поступающих на входы qi,. Mq4 элементов коммутации 14-21 и сопротивлений

1013, обеспечивается выбор одного из

четырех диапазонов измерений. При работе сумматора 2 напряжений (фиг.З), электронный ключ 31 размыкается в момент проверки блока 4.

Источник 3 эталонных напряжений (фиг.4) работает в соответствии с логикой, определяемой блоком б управления и обработки информации, которая представлена алгоритмом, представленным на фиг. 10-14. Управляющие сигналы Li, ...La воздействуют на соответствующие электронные ключи 46-53, которые используются при проверке работоспособности блока 1 в четырех диапазонах, коммутируя выход 3 с соответствующими сопротивлениями. Электронные ключи 33,34, в сочетании с сопротивлением 37, используются в блоке 4, для формирования линейно изменяющегося напряжения положительной или отрицательной полярности. Электронные ключи 35 и 36 применяются для проверки блока 4 на

работоспособность от источника опорного напряжения 32, при этом электронный ключ 31 блока 2 по приходу управляющего сигнала qs размыкается.

Эпюры напряжений аналого-цифрового

преобразователя 4 (фиг,5) представлены на фиг. 9.

Блок 5 контроля (фиг.6) работает следующим образом. В момент прихода триггера

0 75 блока 4 в единичное состояние с входов 1, 3 поступают сигналы противоположные по фазе, имеющие форму меандра, при этом элемент 78 сравнения не срабатывает (см.временную диаграмму на фиг. 9). Это

5 свидетельствует о правильном функционировании блока 4. При нарушении этого условия элемент 78 срабатывает и открывает элемент И 79, если на его первом входе присутствует сигнал с входа 2 блока. Выход0 ной сигнал с элемента 79 перебрасывает триггер 80 в единичное состояний Выходной сигнал с него открывает элемент И 81 при наличии соответствующего кода на шине считывания и шины адреса. Сигнал сни5 маемый с выхода элемента И 81 и свидетельствует о наличии неисправности в блоке 4 или о наличии сбоя в работе элемента И/НЕ 77.

Блоь 7 элементов коммутации (фиг.8) ра0 ботаэт следующим образом. По управляющим сигналам qe или q, поступающим с блока б, внешняя контролируемая цепь блока 8 своими выводами С или D закорачивается на корпус. Это осуществляется с

5 помощью электронных ключей 95 и 96.

Устройство работает следующим образом (фиг. 10-14). В устройстве предусмотрено три режима работы:

Режим самопроверки блока управления

0 и обработки информации;

Режим 1 (режим измерения в заданном диапазоне);

Режим 2 (режим с автоматическим поиском требуемого диапазона измерения).

5

В режиме самопроверки (фиг.10) блока б управления и обработки информации выполняется программа начальный пуск. В ходе реализации которой проверяется пра0 вильность выполнения команд микропроцессора, проверка исправности узла постоянной памяти путем подсчета контрольной суммы и сравнения с требуемой, проверка исправности регистров путем за5 писи и считывания информации в них. Здесь же осуществляется проверка аналого-цифрового преобразователя. После этог о осуществляется считывание с узла 85 органов управления режима 1 или режима 2 работы устройства.

При считывании режима 1 (фиг. 11), т.е. режима измерения в заданном диапазоне осуществляется проверка исправности преобразователя 1 тока в напряжение путем последовательного измерения величины напряжения iUnTH на четырех диапазонах, которые задаются с помощью электронных ключей в блоке 3.

Эпюры напряжений, поясняющие работу устройства в этом режиме, показаны на фиг. 9. Цифровой код, полученный в результате преобразования, с выхода 2 блока 4 поступает по шине информации в блок б для анализа и принятия решения. При выполнении условия

Uион mln lUnaM UvioH max

. продолжается проверка правильности функционирования преобразователя 1 ток-напряжение в первом режиме. При выполнении условия

Уэт птн min lUnTH UaT птн max

где On™ - напряжение на выходе блока 2;

Уэт птн min. иэт птн max - диапазоны изме- нения напряжений, снимаемых с выхода 3 блока 3,

осуществляется отключение электронных ключей в блоке 1 и 3.

Далее в соответствии с алгоритмом представленным на фиг. 12. устройство переходит к измерению тока х в цепи источника питания через сопротивления внешней контролируемой цепи 8. Для вычисления тока 1Х используем выражение

Un R7

Un

Ri

Un , Un

RJ Ж

И -l2 Il+l2

где Un - напряжение источника питания;

RI Re..-.+Re.n-i - сумма сопротивлений одного из плеч внешней контролируемой цепи;

Rj R8.n+R8.n-n+...+R8.n+k - сумма сопротивлений противоположного плеча контролируемой цепи;

И-ток, протекающий через цепь сопротивлений RJ, при условии, что к ней приложено напряжение Un;

2 - ток, протекающий через цель сопротивлений RI, при условии, что к ней приложено напряжение Un.

Для определения в цепи 1Х необходимо измерить два независимых тока И и 12. Для осуществления этого необходимо электронными ключами 95 и 96 в блоке 7 закоротить на корпус одну из точек D или С в блоке 8. Для измерения тока h это - D, для измерения тока 2 - С. Одно из условий работы

данного устройства - независимый от корпуса измерителя источник питания Un в блоке С. Операционный усилитель 9 блока 1 работает в режиме усилителя постоянного тока и обладает очень маленьким входным сопротивлением, значительно меньшим чем RI и RJ. В процессе выполнения алгоритма функционирования устройства происходит проверка блоков 1 и 2 после каждого изме- 0 рения тока. Вычисление величины тока х происходит в блоке 6.

При задании второго режима, т.е. режима поиска диапазона измерения, измерение токов Ни 2 и вычисление 1Х 5 осуществляется на основании алгоритмов, представленных на фиг. 13, 14.

В момент измерения тока и преобразования сигнала в блоке А, блоком 5 осуществляется непрерывный контроль параметров 0 узлов 72-75, 77 аналого-цифрового преобразователя.

Преимуществом устройства являются :

Повышение достоверности функционирования устройства за счет повышения достовер- 5 ности функционирования преобразователя 1 тока в напряжение; повышение достоверности пропорционально вероятности возникновения неисправности в блоке 1;

повышение достоверности функцио- 0 нирования устройства за счет повышения достоверности функционирования аналого- цифрового преобразователя 4; повышение достоверности достигается за счет организации контроля величины напряжений 5 +ИОНГи -ИОНГ;

повышение достоверности функционирования устройства на величину пропорциональную вероятности возникновения неисправности в элементах 72, 73, 74, 77 0 устройства;

уменьшение времени проверки объекта контроля за счет измерения тока без разрыва контролируемой цепи;

сокращение времени проверки объекта 5 контроля за счет автоматического поиска диапазона измерения 1Х.

Формула изобретения

Устройство для контроля тока, содержащее преобразователь ток-напряжение, 0 источник эталонных напряжений, аналого- цифровой преобразователь, блок управления и обработки информации, причем первый и второй выходы источника эталонных напряжений соединены соответст- 5 венно с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, а третий выход - с третьим входом преобразователя ток-напряжение, первый и второй выходы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с первым и

вторым входами блока управления и обработки информации, отличающееся тем, что, с целью повышения И, RS-тригтер, причем первый и второй входы элемента сравнения являются соответственно третьим и первым входами блока контроля, а выход элемента сравнения соединен с вторым входом первого логического элемента И, первый вход которого является вторым входом блока контроля, а выход соединен со S-входом RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу второго логического элемента И, а выход - к третьему входу третьего логического элемента И, выход которого является выходом блока контроля, первый и

третий входы второго и третьего логических элементов И соответственно соединены с адресным входом блока контроля, а вторые входы второго и третьего логических элементов И соединены с управляющим входом блока контроля.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматизированных измерительных системах для контроля тока в резистивных цепях. Устройство для контроля тока содержит преобразователь 1 ток-напряжение, сумматор 2 напряжений, источник 3 эталонных напряжений, аналого-цифровой преобразователь 4, блок 5 контроля, блок 6 управления и обработки информации, блок 7 элементов коммутации. 14 ил.

Pu,z.f

. Ј

&хг. 3

лг#

;

1781624

/27

1 гпф

l

t-29L8Al

Puz.ff

Ј /П&J/ i kЈAW Jl/A i&c J. З й Л- О JSJ Ј .4 A-4- &3 t t A-f/ 2j /A /7Z/S

C

0/я Cff/ #Jx:f.ii SS js/tyrqestxyyivf

f 3 # /)1 А ла#- & /7гй

ft jЈxss/

&я0$ Д ЖемгЈ ыффьу&фм ssa- / z#Јe0 &3

Ј Л ЈЛ Л7 #-&&г Г7й fatfj&f ,7 / zfy/ff4y

,

с

&

О S/tS/f

}

/ V ХГ i7Л

ty&ff/ s% jtrjp ЈefМ Я A1 J/ /7& 7 Jt A .-

, .r .i SJS S/4

)

#Mr4Јf0-f fM0- pЈ feaj0&syzts c/z -f jAtl4 Ј0&mfA4s ju&i&e &S- fss

tff&sTrss bVurs f 3 сЪЈаy a-So/ztf/ y r- 97/a0A &yr Јr s О-ЛЫЛАУ sjftbe лиуоурл ачз ЛЪ

Фаг./0

(fjr

vartf/nax

Z/t/W/

Фхг. //

Ятг 0&Ј- Је#А Ј ##&0/ s f#4u%

4 ArfA Ј/ f3Ј&.1S0Ј/rZ6

1

( Jfo/se

Ј77 J 3Јj&Ј jfA ytsx

tfa&jtef

( J

Фи г. 12

0/7геЗ / #л(Ј# Д е // г -л Л /

6 /Sf# /Z/ /7&f Cs 7A /

С А Р //Ј #

fa70J/ #J&ЈMfS

А 1 1уй Л / &3 ,SJX4T/Zjt & #C# A /

I

Г л # % j

3iij. , w.vf. /ящш Ј #

3/ i SSSlf Г#/г/ Л 2 #Ј /// Ј бЛ- бЯ+К S7/ fyЈ/S f A 0-46 .

«efffzfo /)#s ra / e f4Wf/f .тгд/я / j#/ чаы /а // Јг#СлЈ /40л& y/y #ЈtfA&x x ffifag-fo/TZAftf #.урдо л 4-лг#

/. еяг

UtTtf.

я

Ятгммгемг ffЈ # /емгйф/ Pin #e

л/ ы// #м Јг/я- глЈ /тгяг /уд-/г/ яЖ //4 S

v t/n

&лт«

j#

3ss/o( j.tfAsfA /Tza sfss..fq A f &Vx-j qji - ше c tqpfj eaz/tp- /xts&esr-A g S.f + 8./l-f/n/f- & Ј/ &л#ге. s/f-,

o 3 -f A 6 f.s SJ t f&srz&d

,у,-г. if

&rzJKr VfJ A - «ЛГ

# &ЛА i u 4 4/

Я

&i/ Ј&ЈjeЈjwf жямг У я

Уф у, .

Я +3г

Л/2#иг dssa-tfAfAy «fMsg /пал я У j

Фиг./З ф

Ј,rrsjЈS jЈ S A A i A A jP; / sVJ iftb U

/SfA S/ZfJ/// / ; JsttfAW/

(JC 0 S-/ fJ

, f фф) - -A-A / ЈJ

& ЛУЯЛТ Л& Ж/ТГХ

С

C L , & T

Фхг //

/ZfjA-A -1

. .4/t ,,t A f & J rf SSt.4t A J&ifjJfitifC

Of , sSJ /tSMf Jf f

X , / / &/ # t2- / Я& У&АЭ- A A JSf-f/0( Э

Ј лА 4 г л А е &

etyffejff/rKX S.u /TsZJJMr Ж4Г Ы жуй Я ягял а %, , ,

Ј/ 0&/fS / f

JMS 4 / 4 AfЈ Jj