Устройство для допускового контроля напряжений

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля абсолютного значения разности двух напряжений. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет исключения ложного срабатывания устройства от помех детерминированной длительности. Устройство содержит два масштабных резистора 2, 3, тесть балансных резисторов 7-10, 16, 17, инвертор 12, два операционных усилителя 1, 4, два диодных моста 5, 6, конденсатор 11, два ограничителя напряжения 13, 14, ограничительный резистор 15 и пороговый iэлемент 18. За счет введения дополнительного операционного усилителя 4, инвертора 12, дополнительного ограничителя напряжения 14, двух дополнительных балансных резисторов 16, 17 устройство не выдает сигнала о вы.ходе разности двух контролируемых напряжений за пределы допуска при воздействии помех с длительностью, меньше заданной, что повышает достоверность контроля. 2 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 6 05 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ минированной длительности. Устройство содержит два масштабных резистора 2, 3, шесть балансных резисторов

7-10, 16, 17, инвертор 12, два операционных усилителя 1, 4, два диодных моста 5, 6, конденсатор 11, два ограничителя напряжения 13, 14, ограничительный резистор 15 и пороговый

;элемент 18. 3а счет введения дополнительного операционного усилителя

4, инвертора 12, дополнительного ограничителя напряжения 14, двух дополнительных балансных резисторов 16, 17 устройство не выдает сигнала о выходе разности двух контролируемых напряжений эа пределы допуска при воздействии помех с длительностью, меньше заданной, что повышает достоверность контроля, 2 ил, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3953495/24-24 (22) 09.09.85 (46) 30.01.87. Бюл, У 4 (72) В.И.Анисимов (53) 621.396(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР

У 991318, кл. G 01 H 19/155, !983.

Авторское свидетельство СССР !

1- 1091124, кл. G 05 В 29/02, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля абсолютного значения разности двух напряжений. Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет исключения ложного срабатывания устройства от помех детер„„SU„„1287121 A1

Для упрощения математических выражений принимают значение падения напряжения е„ на открытом диоде в диодных мостах 5 и 6 равным О В.

Значение тока I через диагональ

20 диодного моста 5 в открытом состоянии (I « I ) определяется выражением:

2Е

I о«R +R т (2) 2Е

I о«

» (3) Если I « I„, диодный мост 5 находится в открытом состоянии, его про)ходное сопротивление, зависяшее от значения тока в однонаправленной диагонали моста 5, мало (единицы или 0 десятки ом), что соответствует значению сопротивления обратной связи операционного усилителя l R =О Ом. ос

Следовательно, выходное напряжение е„,(фиг. 2) операционного усилителя в режиме слежения-.е„ 0 В.

Значение тока через ограничительный резистор 15 определяется выражением Й 0 мА«

«5 (4) ) ) 287)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для допускового контроля абсолютного значения разности двух напряжений, 5

Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет исключения ложного срабатывания устройства от помех детерминированной длительности. f0

На фиг, 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит первый опера- ционный усилитель 1, первый масштабный резистор 2, второй масштабный резистор 3, второй операционный усилитель 4, первый диодный мост 5,второй диодный мост 6, первый 7, второй

8„ третий 9 и четвертый 10 балансные резисторы, конденсатор 11, инвертор

12, первый ) 3 и второй 14 ограничители напряжения, ограничительный резистор 15, пятый )6 и шестой 17 балансные резисторы, пороговый эле- 25 мент 18, первый 19 и второй 20 входы.

Инвертор 12 содержит третий операционный усилитель 21, третий масштабный резистор 22. резистор 23 обратной связи. ЗО

Пороговый элемент 18 содержит четвертый операционный усилитель

24, диод 25 .

Приняты следующие обозначения. е„ и е — напряжения на входах 19 и

21 устройства е -е — напряжения

5 на выходах инвертора 12, операционного усилителя l и операционного усилителя 4 соответственно; А и В— первый и второй входы порогового элемента 18 соответственно; R,R5, R„ - сопротивления резисторов,имеющих соответствующий номер (фиг. )).

Предлагаемое устройство работает в одном из трех основных режимов. в режиме слежения за абсолютным значением разности напряжений двух сигналов на входах !9 и 20 при е,— е I «. )«. I, где ) е -е ) — абсолютное значение разности напряжений сигналов на входах 19 и 20» )F-.»,„) — заданный порог срабатывания устройства по разности напряжений входных сигналов; в режиме срабатывания и выдачи сигнала об отказе с фиксированной временной задержкой относительно момента отказа при )е,-ед) )

> )Е,), ), в режиме восстановления после выдачи сигнала об отказе для во21 2 зобновления слежения за изменениями абсолютного значения разности напряжений входных сигналов при ) е„ -е

«) <а„ f°, Режим слежения.

Значение суммарного тока I,,дейЕ ствующего в цепи обратной связи операционного усилителя 1, определяется следующим выражением: принимают е > О, е «О, е )О, » з

+ = -- + - = --- -- - « I е, е еR+eR г « р р р5

Я 3 2 3 где Š— напряжение источника питания относительно средней точки, объединенной с нулевой шиной устройства.

При значении R,=Rä выражение (2) преобразуется к виду

Значение тока через диагональ диодного моста 6 определяется выражением

2Е од R +R +R +R (5)

При Б5=)«» R, = „ыражение (5) преобразуется к виду

1287121 (6) R +R

Ч 16

R9 е =Š— — -70, АО R +Я

9 16 (7 ; я И.1 е

В, О, (9) 25

l I, I t,3

Л 2

С„ (16) ! lñ -l (10) (17) "ри "=R10 " =R„°

Поскольку значение тока Е сЕ аР диодный мост 6, как и диодный мост

5, находится в открытом состоянии его проходное сопротивление В с О Ом и, следовательно, выходное напряжение е диодного моста 6 равно О В.

Потенциал е т. А определяется

4а 10 выражением

Потенциал е т. В определяется выражением е =-Е --- - О, R o ео R +R (8)

10 17

Значение де (А, В) (фиг. 2) разности напряжений между т. А и В определяется выражением с

Вч де(А,B) =е -е =2Š— — о Ас еО . R +R

Ч 16 д е(А,В) .де е„з,„ где е „„- порог срабатывания элемента 18.

Напряжение на выходе операционного усилителя 24 (для принятой по- З0 лярности подключения его входов) имеет отрицательную полярность и, следовательно, напряжение на выходе устройства отсутствует, так как диод

25 закрыт.

Режим срабатывания и формирования временной задержки известной длительности, В том случае, если XE o I „, происходит запирание диодного моста 5.

При этом его проходное сопротивление

R =, а выходное напряжение ед скач nP ком увеличивается, но не превышает значения — е „, (фиг. 2): е.. напряжение ограничения ограничителя 13 напряжения, При этом необходимо выполнение условия

50 где е — предельное значение ли маКс цейной зоны выходной характеристики операционно;о усилителя 1 (фиг.2), В случае соблюдения условия (10) операционный усилитель 1 после скачкообразного увеличения его выходно-. го напряжения продолжает работу в линейной зоне и, следовательно, исходный нулевой потенциал его суммирующей точки по инверсному входу не изменяется, что исключает и в этом режиме влияние напряжений на входах !9 и 20 друг на друга, а также делает значение е независимым от разности (е -е ).

Значение порога срабатывания операционного усилителя 1 определяется из условия равенства двух токов:

Е,=Е,; (ii) le -е l 11Е,„ = Е - ; (12) R

7 при R =R

Значейие тока Е во входной цепи и цепи обратной связи операционного усилителя 4 определяется выражением

Для перевода операционного усилителя 4 в режим работы без обратной связи в случае 1е -е Еа,„ необходимо условие

I I, (14)

При выполнении условия (14) диодный мост 6 запирается частью тока а часть тока дЕ определяет значение зарядного тока конденсатора 11.

Ток заряда конденсатора 11 определяется выражением еж (В ) ER 5

bI=I =I Е -é 1 — 5 . (}5) за э ач р (R+R 1

15 Ч 16

6I=const; @Iaaf) е, -е, ).

Выходное напряжение операционного усилителя 4 — е (фиг. 2) нара5 стает по линейному закону от исходного нулевого значения в соответствии с выражением

При принятых полярностях напряжений входных сигналов е 709 е2 О, e3)0. е (0, Еэ О, es 0 исходный потенциал т. А - е„не изменяется, а потенциал е т. В увеличивается в соответствии с выражением е> R7-ÅÍ е Н. -ER де =+ — -- — - =+ - -= — -

12871

Значение 4е разности напряжений

4В между т. А и В определяется выражением в е4в =ае(А,В) — ев=ье(А,В)

1 е В -ER

5 16 19

Я 16 (18) При g eä 4 0 В происходит скачко» образное изменение исходной полярности и уровня выходного напряжения операционного усилителя 24, что приводит (фиг. 2) к скачкообразному появлению на выходе устройства напряжения е „ положительной полярности и, следовательно, сигнализирует через время 19„в, о превьштении разностью напряжений le, -е9) сигналов на» входах 19 и 20 порога срабатывания

IE 1;

Значение граничного уровня напряжения е, на выходе операционного усилителя 4, при котором происходит изменение знака и уровня напряжения е,„ на выходе устройства, определяется выражением ве(А,В) =ве

2ЕВ 9 е, В, -ЕБ

R +В

9 16

- 2-;

R, (19) 9 16 е =ЗЕ

5<с

9макс)

Значение С а (нормированной величины временйой задержки выдача сигнала отказа, формируемой устройст- 40 вом) определяется выражением е

I — игр р3P R

15 (21) При выполнении условия I, „ñ I. что равносильно е„, с е „, одновременно с разрядом конденсатора 11 через ограничительный резистор 15 начинается его разряд через проходное сопротивление открытого диодного моста 6.

Среднее значение постоянной времени Т цепи разряда конденсатораЬр ра 11 определяется выражением

=C, (R„,// R,) C R„p, (22)

Через промежутки времени t z, разность потенциалов между тт, А и В становится больше 0 В, операционный усилитель 24 вновь изменяет свое выходное напряжение и напряжение е, „ на выходе устройства отсутствует (фиг, 2).

Длительность промежутка времени

t определяется выражением

В1

Если принять за.отсчетный уровень времени восстановления значение выходного напряжения операционногоусилителя 4 — е, при котором ье„

=0,9 ле<„, то среднее значение вре(4, в1о мени восстановления устройства определяется выражением

21 б

Одновременно скачком прекращается входной ток I усилителя 4 и конден9 сатор 11 начинает разряжаться.

Значение тока I разряда конденраьр сатора 11 определяется выражением

Е R Зад=3 — —; - - С„ (20) ьар 16

Выбор уровня е„, ограничения or- 45 раничителя 14 напряжения, как и ог-, раничителя 13, определяется требованием невыхода операционного усилителя 4 из зоны линейной части выходной характеристики; 50

) е.„,)6 ) е„„„„,l

Режим восстановления.

При выполнении условия )е -е )

)Ев „) (фиг. 2) происходит отпирание диодного моста 5 и скачкообразное уменьшение выходного напряжения операционного усилителя от -е„ до 0 В, t a

Ь 9 др

Инвертор 12 обеспечивает инвертирование сигнала е . с помощью операционного усилителя 21. с масштабным резистором 22 и резистором 23 обратной связи.

Пороговый элемент 18 с помощью. операционного усилителя 24 и диода

25 обеспечивает выдачу сигнала е „„ об отказе в случае ) е -е ) > e

1 tt BOll

Таким образом, за счет введения операционного усилителя 4, инвертора 12, ограничителя 14 напряжения, резисторов 15, 16, 17 и новых связей обеспечивается выдача сигнала о выходе разности )е, -е ) за допу7 12871 стимые пределы на выход устройства с с гарантированной и постоянной задержкой по времени t д, которая не зависит от разности 1е, -е,, что позволяет отфильтровывать помехи" длительностью, менее l,,ä, с практически любой амплитудой, исключить возможность ложного забракования разности е -е,(иэ-за помех и, следовательно, повысить достоверность 10 контроля.

Кроме того, в устройстве исклю.чено искажение сигналов на входах

19 и 20 из-за их влияния друг на друга, что повышает точность измерения разности 1е -е I и достовер2 ность контроля.

Введение ограничителя 14 и включение ограничителей 13 и 14 обеспечивает независимость С д от разнос- gg ти 1е, -е (, а также сокращает время восстановления 1,, так как предотвращает насыщение операционных усилителей 1,4.

Формула изобретения устройство для допускового контроля напряжений, содержащее первый операционный .усилитель, соединенный инвертирующим входом с первым выводом первого масштабного резистора, первый диодный мост, соединенный первым выводом первой диагонали через первый балансный резистор с плюсовой шиной питания устройства, вторым выводом первой диагонали через второй балансный резистор — с минусовой шиной. питания устройства,второй диодный мост, в первую диагональ которого включен конденсатор, а к первому и второму выводам второй диагонали подключены соответственно первые выводы третьего и четвертого балансних резисторов, а также первый ограничитель напряжения, второй масштабный резистор и пороговый элемент, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьш ения достоверности контроля за счет исключения ложного срабатывания устройства от помех детерминированной длительности, в него введены инвертор, ограничительный резистор, второй операционный усилитель, пятый и шестой балансные резисторы, второй ограничитель напряжения, причем второй вывод первого масштабного резистора является первым входом устройства, а его первый вывод соединен с первым выводом второй диагонали первого диодного моста непосредственно

l а через второй масштабный резистор " с выходом инвертора, вход которого является вторим входом устройства, выход первого операционного усилителя соединен с вторым выводом второй диагонали первого диодного моста непосредственно, через первый ограничитель напряжения — с вторим выводом первого масштабного резистора, а через ограничительный резистор — с ин-. вертирующим входом второго операционного усилителя, с первым выводом первой диагонали второго диодногс моста и с выходом второго ограничи-. теля напряжения, соединенного входом с выходом второго операционного усилителя и с вторым выводом первой диагонали второго диодного моста, второй вывод третьего балансного резистора соединен с первым входом порогового элемента и с первым выводом пятого балансного резистора, соединенного вторым выводом с плюсовой шиной питания устройства, второй вывод четвертого балансного резистора соединен с вторым входом порогового элемента, а через шестой балансный резистор — с минусовой шиной питания устройства.

1 287! 21

P Pg

agon а дап

Ц агр1 агр1

Cg

+ агрг

+ e p

Ёгр — гагр

3 ед,д

Аей,ву, Составитель И.Главизнина

Редактор Л.Повхан Техред Л.Сердюкова Корректор М,Демчик

Заказ 7715/50 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Рауп1ская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4