Устройство для двухступенчатой защиты электроизмерительных приборов от перегрузки Советский патент 1982 года по МПК G01R1/36 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для ;защи1ы многопредельных электроизмерительных приборов от перегрузки при ошибочных включениях. .

Известно устройство для защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, содержащее ограничитель напряжения, выполненный на транзисторе, эмиттерно-коллекторный переход которого включен параллельно рамке прибора, источник постоянного тока, задающую цепочку из последовательно соединенных резистора со средним выводом и стабилитрона, подключенного к положительному полюсу источника питания, и два транзистора, база одного из которых присоединена к минусовому зажиму измерительного прибора, эмиттер связан со средним выводом резистора, а коллектор подключен к базе второго транзистора, коллектор которого через дополнительные резисторы присоединен к положительному полюсу источника питания постоянного тока, а эмиттер соединен с его отрицательным полюсом, причем объединенные выводы стабилитрона и резисторов соединены с плюсовым .зажимом измерительного прибора, а база транзистора ограничителя напряжения связана с объединенными выводами резисторов, включенных в коллекторную цепь второго транзистора 13.

10

Недостаток известного уст(эойства заключается в том, что оно защищает от перегрузки только раму прибора, причем, лишь при одной полярности из15меряемой величины, вносит значительную погрешность в показания прибора . за счет шунтирующего действия транзистора, включенного параллельно его рамке, а при многократных перегруз-,

20 ках сохраняет на рамке значительное напряжение, обусловленное относительно большим падением напряжения на транзисторе. Известно также устройство для зэ,щить. электроизмерительных приборов от перегрузки, содержащее двухкаскад ный транзисторный усилитель, электро механическое реле, обмотка .которого включена в коллекторную цепь транзис тора второго каскада, а размыкающие контакты включены последовательно в цепь одного из зажимов прибора, мост ковый выпрямитель, вход которого через дополнительные резисторы подключен параллельно рамке прибора, а выход соединен со входом первого каскада усилителя С 21. Однако это устройство характеризуется низким быстродействием, что при частых ошибочных включениях прибора на малых пределах измерения приводит к повреждениям измерительного механизма. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для -защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, со-, держащее двухкаскадный транзисторный усилитель, электромеханическое реле, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора второго каскада усилителя, а размыкающие контакты включены в цепь одного из зажи мов прибора, двухполупериодный выпрямитель-ограничитель, вход которого через цепочку из последовательно соединенных регулировочных резисторов присоединен к рамке прибора, а выход связан с входом первого каскада усилителя, причем двухполупериодный выпрямитель-ограничитель выполнен на двух транзисторах, коллекторы которых соединены с его вымодом, база первого и эмиттер второго тр нзисторов присоединены ко входу, а эмиттер первого и база второго транзисторов связаны с рамкой прибора и общей шиной усилителя 33. (Однако это устройство характеризуется недостаточной надежностью защиты, обусловленной наличием значительного напряжения на рамке прибора при больших перегрузках, а также снижением точности прибора из-за шун тирующего действия переходов транзис торов выпрямителя-ограничителя. Цель изобретения - повьпиение надежности защиты и точности электроиз мерительного прибора. Поставленная цель достигается тем что в устройство для двухступенчатой защиты электроизмерительных приборо от перегрузки, содержащее двухкаскадный усилитель. электромеханическое реле, юбмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора второго каскада усилителя, а размыкающие контакты включены в цепь одного из зажимов Прибора, двухполупериодный выпрямитель-ограничитель, связанный с рамкой прибора, и входом первого каскада усилителя, дополнительно введен пусковой орган, выполненный в виде двух последовательно-встречно соединенных туннельных диодов, включенных в цепь рамки прибора, двухполупериодный выпрямитель-ограничитель имеет две цепочки из последовательно соединенных диода и шунта, каждая из которых присоединена параллельно цепи, образованной рамкой прибора и туннельными диодами пускового органа, а первый каскад усилителя выполнен с диффе:ренциальным входом, выводы которого раздельно соединены с объединенными выводами диодов и шунтов цепочек выпрямителя-ограничителя, причем выход первого каскада усилителя связан со входом второго каскада через стабилитрон. На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства; на фиг. 2, диаграммы -токов и напряжений, иллюстрирующие работу устройства. Последовательно с рамкой 1 защищаемого электроизмерительного прибора включен пусковой орган 2, состоящий из двух туннельны: диодов, включенных встречно-последовательно. Параллельно рамке 1 с пусковым органом 2 включен двухполупериодный выпрямительограничитель, имеющий две цепочки, одна из которых включает последовательно .соединенные диод 3 и шунт 4, а другая - диод 5 и шунт 6. Пусковой орган 2 и выпрямитель-ограничитель образуют первую быстродействующую ступень защиты от перегрузки. Диод 3 анодом подключен к инвертирующему входу первого каскада усилителя, выполненного на дифференциальном операционном усилителе(ОУ) 7, а диод катодом связан с его неинвертирующим входом. Инвертирующий и неинвёртиру|Ющий входы (ОУ) 7 через резисторы 8 и 9 подключены соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника питания устройства. Выход ОУ 7 через стабилитрон 10 соединен со входом второго каскада усилителя, образованным выводом базы транзистора 11 второго каскада. В коллекторную цепь транзистора 1-1 включена обмотка электромеханического реле 12, размыкающий контакт 13 которого включен последовательно в цепь одного из зажимов прибора, а замыкающий контакт 1 присоединен па раллельно коллектору и эмиттеру тран зистора 11, ОУ 7, транзистор 11 и реле 12 составляют вторую ступень защиты от перегрузки. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, пока ток ip рамки 1 прибора, пропорциональный входному напряжению U (фиг. 2), не превышает номинального :,равного току полного отклонения), напряжение Up между точками 15 и Т6 схемы устройст ва (фиг. 1) не превышает 0,1-0,2 В. При этом диоды 3 и 5 выпрямителя-о1- раничителя закрыты и ток i в шунтирующей цепи выпрямителя-огранкмителя равен нулю, что способствует повышению точности прибора. Ток (г, протекающий при этом по шунтам и 6 и резисторам 8 и 9 от источника питания, создает на шунтах 4 и 6 напряжение смещения входа ОУ 7 величиной 1-2 мВ, которое необходимо, чтобы потенциал выхода иу/ был близок к потенциалу отрицательного полюса источника питания. При этом стабилитро 10 и транзистор 11 закрыты, обмотка реле 12 обесточена, контакт 13 реле 12 замкнут, а контакт 1 - разомкнут Пиковый ток туннельных диодов пускового органа 2, являющийся током срабатывания первой ступени защиты, дол жен в 6-8 раз (или в другое число, согласно техническим условиям) превышать номинальный ток рамки 1 прибо ра. При увеличении тока ip рамки 1 до пикового тока туннельных диодов .напряжение на пусковом органе 2, а следовательно, и напряжение Up мгновенно возрастает на 0,5-0,8 В, как показано на фиг. 2. Если направление тока ip рамки 1 совпадает с обозначенным на фиг. 1, то одновременно со скачком напряжения Up открывае ся диод 5. Происходит распределение входного тока прибора на ток ip рамки 1 и ток у диода 5. Ток 1р через туннельные диоды и рамку 1 уменьшается и становится существенно меньше тока срабатывания (при сопротивлении шунтов + и 6 - в несколько Ом). Ток в рамке 1 после срабатывания первой ступени защиты от перегрузки устанавливается несколько большим номинального. При дальнейшем увеличении напряжения Ug на входе прибора выше значения Ugp (фиг. 2).почти весь ток ответвляется в цепь диода 5, а ток ip рамки прибора возрастает незначительно, как показано на фиг. 2. Таким образом, первая ступень надежно защищает рамку прибора от любых перегрузок, в том числе и при грубых ошибочных включениях многопредельных приборов. Вторая ступень защиты может быть настроена на тот же порог срабатывания или на более высокий. В обоих случаях работа ее происходит одинаково. Ток диода 5 протекает черезрезистор 6 и создает на нем падение напряжения, превышающее смещение входа ОУ 7 от тока . Это напряжение плюсом подается на неинвертирующий вход ОУ 7 и переключает ОУ 7 так, что потенциал его выхода становится близким к потенциалу положительного полюса источника питания. Стабилитрон 10 и транзистор 11 открываются. Реле 12 включается и разрыв ает входную цепь прибора размыкаюг лм контактом 13. Замыкающим контактом Т реле 12 самоблокируется. Вторая ступень срабатывает с задержкой, определяемой в основном временем срабатывания реле 12. Однако такая задержка не опасна для шунтов и добавочных сопротив лений прибора. При неправильной полярности включения прибора ток ip рамки 1 противоположен указанному на фиг. 1, При этом в действие вступает второй туннельный диод пускового органа 2 и при скачке отрицательного напряжения Up открывает диод 3 выпрямителя-ограничителя. Ток диода 3 создает на резисторе 4 напряжение, превышающее смещение входа ОУ 7 от тока и подключенное минусом к инвертирующему входу ОУ 7, которое вызывает переклточение ОУ 7 в состояние с положительным напряжением на выходе, что приводит к отпиранию стабилитрона 10 и транзистора 11, срабатыванию реле 12 и аналогичному переключению его контактов 13 и I Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую надежность защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, так как одновременно обеспечивает мгновенную защиту рамки прибора, а также защиту его шунтов и добавочных сопротивлений. При этом рамка прибора в меньшей степени шунтируется выпрямителем-ограничителем, что повышает точность прибора. Использование предлагаемого устройства повышает надежность работы прибора и улучшает его ,метрологи ес кие показатели. Формула изобретения Устройство для двухступенчатой защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, содержащее двухкаскад ный усилитель, электромеханическое реле, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора второго каскада усилителя, а размыкающие контакты включены в цепь одного из зажимов прибора,(двухполупериод-ный выпрямитель-ограничитель, связа ный с рамкой прибора и входом перво го каскада усилителя, отлича ющееся тем, что, с целью повы шения надежности защиты и точности прибора, дополнительно введен пуско вой орган, выполненный в виде двух последовательно-встречно соединенных туннельных диодов, включенных в цепь рамки прибора, двухполупериодный выпрямитель-ограничитель имеет две цепочки из последовательно соединенных диода и шунта, каждая из которых присоединена параллельно цепи, образованной рамкой прибора и туннельными диодами пускового органа, а первый каскад усилителя выполнен с дифферен(циальным входом, выводы которого раздельно соединены с объединенными выводами диодов и шунтов цепочек выпрямителя-ограничителя, причем выход первого каскада усилителя соединен со входом второго каскада через стабилитрон. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № kS(, кл. G 01 R 1/36, 11.09.72. 2.Патент ФРГ № 2009818, кл G 01 R 1/36, 22.06.72. 3.Технический паспорт комбинированного прибора типа Ц 4317. Житомир, 1978 (прототип).

12

0+

Щ

ипА

e

r