Суммирующий измерительный преобразователь электрических сигналов с гальваническим разделением между цепями

 

1. СУММИРУЮЩИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ РАЗДЕЛЕНИЕМ МЕЖДУ ЦЕПЯМИ, содержащий ферромагIt ; 1 4Ы нитный сердечник,- на котором расположены п входных обмоток управления, рабочая обмотка и обмотка обратной связи, а также сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя , отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования и упрощения, в него введены дифференцирующее устройство , .компаратор, интегратор,и преобразователь напряжение - ток, причем вход дифференцирующего устройства подключен к рабочей обмотке, а выход - к инвертирующему входу компаратора , неинвёртирующий ВХОД ,, кото-э рого соединен с общей шиной, а выход (Л соединен с входом интегратора, при этом выход интегратора соединен с входом фильтра и входом преобразователя напряжение - ток, выход которого соединен с обмоткой обратной связи . ел о СП О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.1<50 G 01 R 19/10

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3477207/24-21 (22) 26.07.82 (46) 15.04.85. Бюп.Р 14 (72) А.И. Дибер (71) Витебский завод электроизмерительных приборов им. 60-летия Великого Октября (53) б24.317.7(088.8) (5б) Преобразователи измерительные суммирующие постоянного тока Е831.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Внешторгиздат,приложение 1, 2, с. I3 14.

Боярченков.M,À. и др. Импульсные регуляторы на бесконтактных магнитных элементах. N. "Энергия", 19бб, с. 25, рис. 8 (прототип). (54) (57) 1. СУММИРУЮП1ИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ РАЗДЕЛЕНИ-

ЕМ МЕЖДУ ЦЕПЯМИ, содержащий ферромагÄÄSUÄÄ 1150564 А нитный сердечник, на котором расположены и входных обмоток управления, рабочая обмотка и обмотка обратной связи, а также сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышейия точности преобразования и упрощения, в него введены дифференцирующее устройство, компаратор, интегратор,и преобразователь напряжение — ток, причем вход дифференцирующего устройства подключен к рабочей обмотке, а выход — к инвертирующему входу компаратора, неинвертирующий вход... кото- ъ рого соединен с общей шиной, а выход соединен с входом интегратора, при этом выход интегратора соединен с входом фильтра и входом преобразова- С» теля напряжение — ток, выход которого соединен с обмоткой обратной связи. IaeaL

1150564

2. Преобразователь по п. 1, о т " л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены два резистора и два стабилитрона, причем первый резистор включен между неинвертирующим входом компара4

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к измерениях суммы аналоговых сигналов постоянного тока с гальваническим разделением между входными ценями, а также между входными и выходными цепями, и может быть использовано в измерительных преобразователях электрических величин для гальванического разделения цепей как постоянного,так 1п и переменного тока. Целью изобретения является повышение точности преобразования и упро.щенйе схемы преобразователя, а также повышение надежности. f5

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Суммирующий измерительный преобразователь содержит ферромагнитный 2п сердечник 1, на котором расположены входные обмотки 2. 1 — 2.11 управления - по одной на каждЫй из входов, рабочая обмотка 3 и обмотка 4 обратной связи, дифференцирующее устройство 5, компаратор 6, интегратор 7, преобразователь 8 напряжение — ток, сглаживающий фильтр 9, два дополнительных резистора 10 и 11 и два ста» билитрона 12 и 13, причем вход дифференцирующего устройства 5 подключен к рабочей обмотке 3, а выходк инвертирующему входу компаратора 6, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной источников питания, вход интегратора 7 подключен к выходу

35 компаратора 6, а выход — к входу преобразователя 8 напряжение — ток и к входу сглаживающего фильтра 9, выход преобразователя 8 напряжение—

40 ток соединен с обмоткой 4 обратной связи, а выход сглаживающего фильтра

9 является выходом устройства, дополнительный резистор 10 включен тора и общей шиной, второй резистор включен между выходом и неинвертирующим входом компаратора, а встречно соединенные между собой стабилитроны включены между выходом интегратора и неинвертирующим входом компаратора..2 между неинвертирующим входом компаратора 6 и общей шиной источников питания, резистор 11 включен между неинвертирующим входом и выходом компаратора 6, а цепочка из последовательно и встречно включенных стабилитронов 12 и 13 включена между неинвертирующим входом компаратора 6 и выходом интегратора 7.

На фиг. 2 представлены петля гистерезиса, временные диаграммы напряжений и токов на отдельных элементах схемы, а также временные диаграммы изменения напряженности магнитного поля в сердечнике, На фиг. 2 приняты следующие обозначения: U< — напряжение на выходе компаратора 6; 0 1 — напряжение на выходе интегратора 7; I> — ток на выходе преобразователя 8 напряжение— ток; Н - напряженность магнитного поля в сердечнике, созданная током

I в обмотке 4 обратной связи; Н„ напряженность магнитного поля в сердечнике 1, созданная суммарным воздействием токов обмоток управления и током обмотки 4 обратной связи; о

U — постоянная составляющая напряжения на выходе и..тегратора 7, которая выделяется фильтром 9; I — постоянная составляющая ToKa I>» Н Ф постоянная составляющая напряженности Н4, U — ЭДС, наведенная в рабочей обмотке 3; U> — напряжение на выходе дифференцирующего устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

Входные сигналы подаются на отдельную входную обмотку 2.1-2.п управления, что обеспечивает гальваническое разделение входных цепей между собой и с выходными цепями.

Входные обмотки управления,. по которым протекают входные токи, созда1150564 ют постоянный суммарный магнитный поток в сердечнике. При этом в обмотке 4 обратной связи формируется ток, периодически изменяющийся относительно постоянной, составляющей его, При 5 равенстве нулю суммы постоянных составляющих магнитных потоков, созданных входными обмотками управления и потока, созданного обмоткой 4 обратной связи, сердечник перемагничивает-1О ся по основной петле гистерезиса.

Это происходит следующим образом.

Пусть один из моментов времени на выходе компаратора 6 имеется напряжение отрицательной полярности U которое подается на вход интегратора 7. При этом на выходе интегратора

7 формируется линейно нарастающее напряжение U„, KoTo oe aoMo m преобразователя напряжение — ток 8. пре- Ю образуется в линейно нарастающий ток

I» протекающий по обмотке 4 обратной связи. При этом соответственно нарастает компенсирующий магнитный поток в сердечнике 1, а общий суммарный магнитный поток в сердечнике 1 уменьшается до нуля.

При достижении общим суммарным магнитным потоком в сердечнике нуленого значения начинается перемагни- 30 чивание сердечника по основной петле гистерезиса.

Во время указанного процесса, а также в процессе перемагничивания сердечника ЭДС - U, наводимая в рабочей обмотке 3, все время нарастает. Это нарастающее напряжение подается на вход дифференцирующего устройства 5, на выходе которого формируется в это время напряжение 4б

U< положительной полярности.

Напряжение положительной полярности U - с выхода дифференцирующего устройства 5 подается на вхс компаратора 6 и поддерживает на его вы- 4 ходе напряжение U отрицательной полярности, которое и обусловило указанный режим работы устройства.

После окончания перемагничивания сердечника ЭДС-Us, наведенная на Рабочей обмотке 3, начинает убывать, это позволяет изменить полярность напряжения U< на выходе дифференцирующего устройства 5, что в свою очередь приводит к срабатыванию компаратора 6, на выходе которого напряжение U< изменяется скачком и поянляется напряжение положительной полярности, которое подается на вход интегратора 7. При этом напряжение U на выходе интегратора 7 начинает линейно убывать, следовательно, линейно убывает ток Is на выходе преобразователя напряжение — ток 8, т.е. ток в обмотке 4 обратной связи.

Так как перемагничивание сердечника происходит относительно нулевой напряженности магнитного поля, действующего в сердечнике, а петля гистерезиса симметрична относительно оси ординат, то постоянная составляющая напряженности магнитного поля, действующего в сердечнике, равна нулю, т.е. выходн6й сигнал суммирующего измерительного преобразователя прямопропорционален сумме каждого из входных сигналов, при этом каждый входной сигнал суммируется с учетом коэффициента пропорциональности, равного числу витков соответствующей обмотки управления.

Предлагаемое устройство устойчиво работает как в статическом, так и в динамическом режиме входного сигнала, поскольку независимо от того, в какую сторону происходит перемагничивание, если состояние сердечника соответствует пологой части левой половины петли гистерезиса, то производная ЭДС обмотки 3 имеет положительную полярность, а если— правой половины петли гистерезиса, то производная ЭДС обмотки 3 имеет отрицательную полярность. В обоих случаях компаратор 6 переходит в состояние, при котором интегратор 7 н преобразователь 8 напряжение — ток создают в обмотке 4 обратной связи ток, перемагничивающий сердечник в сторону более крутой части петли гистерезиса.

Частота генерируемых треугольных импульсов определяется лишь параметрами компаратора 6, интегратора 7, преобразователя 8 и петли гистерезиса сердечника, Так как эти параметры не зависят от входного сигнала, то частоту генерируемых импульсов можно считать постоянной.

Таким образом, если выбрать частоту генерируемых импульсов достаточно высокой, а в качестве фильтра использовать полосовой или высокочастотный фильтр, то с помощью укаэанного устройства можно суммировать

1150564 сигналы как постоянного тока, так и переменного тока низкой частоты.

Если при включении питающего напряжения или в результате случайного сбоя интегратор 7 и сердечник 1 окажутся в состоянии насыщения, то на выходе интегратора 7 появится напряжение, превышающее по величине напряжение стабилизации стабилитронов 12 или 13. 10

Если при этом на выходе интегратора 7 имеется напряжение положительной полярности, то через цепочку стабилитронов 12, 13 и резистор 10 будет протекать ток, за счет которого15 на резисторе 10 выделяется напряжение„ положительным потенциалом приложенное к неинвертирующему входу компаратора б.

При этом компаратор 6 переключа- 20 ется в такое состояние, что íà его входе также появляется напряжение положительной полярности. 3а счет этого напряжения по цепочке резисторов

11 и 10 протекает ток, а напряжение 25 на резисторе 10 sa счет этого тока положительным потенциалом приложено к неинвертирующему входу компаратора 6. Положительное напряжение с выхода компаратора 6 прикладывается к входу интегратора 7 и выводит интегратор из состояния насыщения.

При этом напряжение на выходе интегратора 7 линейно уменьшается, следовательно, линейно уменьшается ток в обмотке 4 и сердечник выходит из состояния глубокого насыщения.

Во время перемагничивания сердечника

s обмотке 3 наводится ЭДС, производная которой прикладывается к входу компаратора 6; после полного перемагничивания сердечника на инверсном входе компаратора 6 появляется потенциал положительной полярности, превышающий падение напряжения на резисторе 10. Схема переходит в нормальный режим работы.

Аналогичные процессы протекают в случае, если интегратор находится в насыщении и на выходе его имеется отрицательное напряжение, превышающее напряжение стабилизации стабилитрона 13, В случае нормальной работы устройства резисторы 10 и 11, стабилитроны 12 и 13 не оказывают воздействия на режим работы устройства.

ВНИИПИ Заказ 2136/34

Тираж 748 Подписное

Фипиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4