Устройство искрозащиты Советский патент 1981 года по МПК G01R19/18 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Известно устройство искроза иты с гальваническим разделением входных и выходных цепей и с выходным сигналом прстоянного тока, содержащее широтно-импульсный модулятор, разделительный трансформатор, выпрямитель, преобразователь постоянного напряже-г ния в переменное, импульсный трайсформатор, блок ; скрозащиты, состоящий из стабилитрона и ограничительных транзисторов- И .

Недостатком устройства является низкая точность передачи входного сигнала.

Известно также устройство искрозащиты с гальваническим разделением входных и выходных цепей и с токовым выходным сигналом, содержащее широтно-импульсный модулятор, разделительный трансформатор, фильтр низкой частоты, усилители напряжения и мощности, а также гальванически разделенные стабилизированный и нестабилизированный источники питания и блок искрозащиты, причем выход нестабилизированного источника питания подключен к усилителю напряжения постоянного тока и блоку искрозшциты 21 .

Недостатком устройства является

5 невысокая точность передачи входного сигнала, связаннаяс тем, что в нем разделительный трансформатор подключен через конденсатор большой емкости к выходу широтно-импульсного

10 модулятора и осуществляет передачу импульсного сигнала к выпрямителю. При этом нестабильность амплитуды выходных импульсов широтно-импульсного модулятора, а также нестабильность параметров выпрямителя в заци15симости от изменения температуры не позволяют обеспечить точность передачи входного сигнала лучше ±0,5%. Кроме того, для передачи импульсов

20 без искажений необходимо индуктивность обмоток разделительного трансформатора выбирать достаточно боль;шой величины, что ухудшает условия обеспечения искробезопасности выходной цепи устройства, поскольку в

аварийном режиме к.первичной обмотке разделительного трансформатора может прикладываться значительное напряжение промышленной частоты, которое с учетом коэффициента передачи iia3делительного трансформатора поступает на вход блока искрозащиты.

Другим источником погрешности в известном устройстве является то обстоятельство, что стабилитрон блока искроэащиты, обеспечивающий ограничение выходного напряжения до безопасного уровня, подключен параллельно нагрузке. При этом изменение температуры окружающей среды вызывает уменьшение обратного сопротивления стабилитрона, что приводит к увеличению паразитного тока утечки через стабилитрон, а следовательно, к уменьшению тока нагрузки, т.е. увеличению погрешности передачи входного сигнала.

Цель изобретения - повышение надежности искрозащиты выходных цепей устройства и точности передачи входного сигнала. I

Поставленная цель достигается тем, что в устройство искрозащиты, содержащее широтно-импульсный модултор, разделительный трансформатор, последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель напряжения усилитель мощности и блок искрозащиты, а также стабилизированный и нестабилизированный источники питания, выход нестабилизированного источника питания подключен к усилителю мощности и блоку искрозащиты, а выход стабилизированного источника питания подключен к усилителю напряжения, введен релейный элемент вход которого -подключен к выходу разделительного трансформатора, его выход соединен со входом фильтр нижних частот, а вход питания релейного элемента соединен с выходом стабилизированного источника питани причем разделительный трансформатор выполнен дифференцирующим.

Кроме того, блок искрозащиты включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя напряжения.

На чертеже представлена схема устройства искрозащиты.

Устройство содержит входные клеммы 1, широтно-импульсный модулятор 2, разделительный трансформатор 3, релейный элемент 4 с двухпозиционно характеристикой, стабилизированный источник 5 питания, параллельновстречно включенные прецизионные стабилитроны 6, фильтр 7 нижних частот, нестабилизированный.источни 8 питания, усилитель 9 напряжения, уси 1итель 10 мощности, блок 11 искрзащиты, содержащий стабилитроны 12 .и ограничительный резистор 13.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал в виде постоянног тока или напряжения постоянного тока поступает на входные клеммы 1 широтно-импульсного модулятора 2, который преобразует этот сигнал в

длительность импульсов, пропорциональную текущему значению входного сигнала. Далее эти импульсы поступают на первичную обмотку разделительного трансформатора 3, постоянная времени первичной обмотки которого выбирается такой величины, чтобы на вторичной обмотке разделительного трансформатора 3 действовали продифференцированные импульсы от переднего и заднего фронтов выходных импульсов широтно-импульсного модулятора. Этим достигается предотвращение прохождения составляющей промышленной частоты через разделительный трансформатор, а выходные цепи устройства, т.е. повышается надежность искрозащиты выходной цепи устройства.

Импульсами на вторичной обмотке разделительного трансформатора релейный элемент 4 переводится из одного крайнего состояния в другое, т.е. на выходе релейного элемента 4 формируется импульсный сигнал, совпадающий по форме с выходным сигналом широтно-импульсного модулятора 2. Для устранения влияния нестабильности параметров релейного элемента 4 на точность передачи входного сигнала амплитуда выходных импульсов релейного элемента 4 стабилизируется параллельно-встречно включенными прецизионными стабилитронами 6, Далее это импульсное напряжение через фильтр 7 нижних частот поступает на вход усилителя 9 напряжения.

При нулевом значении входного сигнала длительность положительных импульсов на выходе релейного элемента равна длительности отрицательных импульсов, следовательно, средняя составляющая напряжения на выходе фильтра 7 нижних частот равна нулю, т.е. сигнал на выходе устройства искрозащиты отсутствует. При подаче на вход устройства искрозащиты сигнала скважность ИМПУЛЬСНОГО сигнала на выходе широтно-импульсного модулятора изменяется, следовательно, изменяется средняя составляющая, поступающая на вход усилителя 9 напряжения, с выхода которого усиленный по напряжению сигнал поступает на вход усилителя 10 мощности.

Для формирования выходного токового сигнала на выходе устройства искрозгициты используется усилитель 10 мощности, в котором транзистор является, по сути лела, управляемым сопротивлением. Отрицательная обратная связь по постоянному току в устройстве выполнена путем подключения входа усилителя напряжения к выходу блока 11 искрозащиты. При таком способе получения отрицательной обратной связи по постоянному току в значительной степени уменьшается влияние изменения тока утечки через стабилитрон 12, что увеличивает точност передачи входного сигнала.

При воздействии дестабилизирующих факторов (например при изменении температуры окружающей среды) величина тока утечки 1 через стабилитрон возрастает (за счет уменьшения обратного сопротивления стабилитрона) , что приводит к уменьшению тока нагрузки 1, а это, в свою очередь , уменьшает величину напряжения отрицательной обратной связи (Зое снимаемого с выхода блока искрозащиты. Следовательно, коэффициент передачи усилителя напряжения увеличивается, т.е. увеличивается ток 1ц. Тем самом осуществляется компенсация изменения тока утечки I , повышается точность передачи входного сигнала .

Относительная погрешность преобразования устройства искрозащиты определяется выражением

/КЙ

Зн

где k - коэффициент усиления разомкнутого тракта ,

R - коэффициент передачи тракта цепи отрицательной обратной связи.

Величина .k (Ь выбирается из условия обеспечения заданной линейности преобразования и имеет значение порядка нескольких сотен, при этом влияние изменения тока утечки через стабилитрон 12 уменьшается по сравнению с известными устройствами в k раз и, следовательно, повышается точность передачи входного сигнала. Формула изобретения

1. Устройство искрозащиты, содержащее широтно-импульсный модулятор.

разделительный трансформатор, последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель напряжения, усилитель мощности и блок ибкрозащиты, а также стабилизированный и нее стабилизированный источники питания, выход нестабилизироваиного источника питания подключен к усилителю мощности и блоку искрозащиты, а выход стабилизированного источника

питания подключен к усилителю напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности искрозащиты, в него введен релейный элемент, вход которого подключен к выходу разделительного

5 трансформатора, его выход соединен со входом фильтра нижних частот, а вход питания релейного элемента соединен с выходом стабилизированного источника питания, причем разделительный трансформатор выполнен дифференцирующим.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью 5 повышения точности передачи входного сигнала, блок искрозащиты включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя напряжения.

Источники информации,

30 принятые во внимание при экспертизе

1. Измерения, контроль и гштоматизация. взрывобезопасность приборов и систем автоматики. ЦНИИТЭИприборостроение, 1974, 1.

г. Vamatake-Honeywell СО; Ltd, Safty barriers, NTW-183, VUTRONIC Toklo lupan, June 1978, 7 p. (npoтотип).