Устройство для контроля тока

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕН! ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4799915/21 (22) 07.03.90 (46) 15.12.92. Бюл. N. 46 (72) В,Е.Николаенко, С.П,Якимов, Н.Н.Новиков и А.В.Палажен ко (56) Авторское свидетельство СССР

N 1133559, кл. G 01 R 19/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1140056, кл. G 01 R 19/257, 1985 (прототип).

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти примене.ние в автоматизированных измерительных системах для контроля тока в цепях, состоящих из резисторов, соединенных последов ател ь н о.

Известно устройство для контроля малых токов, содержащее высокоомный измеритель, резистор, входную клемму, выходную клемму, общую клемму, контакты коммутационного реле замыкающего типа, контакты коммутационного реле переклю, чающего типа, причем инверсный вход высокоомного 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

„„50„„1781624 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОКА (5?) Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использо- вано 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.

Ф. контактом коммутационного реле переключающего типа, резисторы первыми выходами подключены соответственно к подвижным контактам коммутационного реле замыкающего типа, а вторые вь.ходы— к подвижным контактам коммутационного реле переключающего типа.

Недостатками этого устройства являются; ц ( невозможность измерения тока без раз- (р рыва цепи; низкая достоверность функционирования контролируемого объекта из-за отсутствия оперативного контроля тока в измеряемых цепях и отсутствия возможно- Ф сти проведения самоконтроля с точностью до блока, большие затраты времени на опе-. рации 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 годно- .

1701624 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 котораго соединен с входом индикатора годности, выход которого соединен с третьим входом блока индикации, первый вход аналогоцифрового преобразователя соединен с выходом коммутатора, третий вход со вторим выходом формирователя опорнога напряжения, второй выход с первым входом блока индикации, первый выход с блокам сравнения с уставками, первый выход формирователя ойорного напряжения" соединен со вторым входом входного блока, первый вы- 20 . ход которого подключен к первому входу коммутатора, э контрольные выхадьгчерез нормирующие резисторы с соответствующими входами коммутатора.

Недостатками данного устройства явля- 25 ются; невозможность проведения самоконтроля с точностью до отдельнога блока; нйзкая 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, содержа дее преобразователь ток-напряжение, источник Эталонных напряжений, аналого-цифравай преобразователь, блок управления и обработки информации, причем третий выход источника эталонных напряжений cGBдинен 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 катбрага подкл1очены, соответственно, к первому и второму выходам блока управления и обработки информации дополнительно содержит сумматор напря-. жения, блок контроля, блок элементов ком- 50 мутаций," вйходы которого соединены с внешней контролируемой цепью, а управля ощие входы — с девятым и десятым выходом блока управления и обработки информации, первый и второй выходы внешней контролируемой цепи подключены, соответственна, к первому и второму входу преобразователя так-напряжение, первый выход котарага саедийен" с вторым входом сумматора на: пряжений, первый вход которого подключен к третьему выходу источника эталонных напряжений, а выход — к 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 обработки информации. а выход — к третьему входу блока управления и обработки информации, с «етвертого по седьмой выходы которого подключены, соответственно к первому-четвертому управляющим входам преобразователя ток — напряжение, восьмой выход — к управляющему входу сумматора напряжений, и с пятнадцатого по двадцатый выходы — соответственно с первым— восьмым управляющими входами источниками эталонных напряжений, с адиннадцэтага по четырнадцатый выходы— соответственно с десятого по двенадцатый управляющими входами источника эталонных напряжений, Блок контроля содержит элемент сравнения с третьего по пятый элементы И, второй триггер, причем первый и третий входы блока соединены с первым и вторым входом элемента сравнения, выход которого подключен ка 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 третьему входу четвертого элемента И, выход которого соединен с выходом блока, адресный вход блока соединен с первым входом пятого элемента И и с третьим входом четвертога элемента И, управляющий вход блока соединен са вторым входом четвертого и пятого элемента И.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 — схема преобразователя ток — напряж ение, на фиг. 3 — схем а сум"-" матора напряжения; на фиг. 4 — схема источника эталонных напряжений; на фиг.5 — схема аналога-цифрового преобразователя; на фиг, 6 — схема блока контроля; нэ фиг, 7 — схема блока управления и обработки информации; на фиг. 8 — схема блока элементов коммутации; на фиг. 9 — временная диаграмма работы устройства; на фиг. 10—

14 — алгоритм функционирования устройства.

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 6 управления и обработки информации, блок

1781624

20

30

45

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 пл.k.

Блок 1 преобразователя ток-напряжение (фиг.2) содержит первый операционный усилитель 9, первое сопротивление 10. второе сопротивление 11, третье сопротивление 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 электрон н ый кл юч 21.

Сумматор 2 напряжения (фиг.3) 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, двенадцатый электронный ключ 35, тринадцатый электронный ключ 26, десятое сопротивление 37, одиннадцатое сопротивление 38, двенадцатое сопротивление 39, тринадцатое сопротивление 40, четырнадцатое сопротивление 41, пятнадцатое сопротивление 42, шестнадцатое сопротивление 43, семнадцатое сопротивление 44, восемнадцатое сопротивление 45, четырнадцатый электронный ключ 46, пятнадцатый 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, конденсатор 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, счетчик 76 импульсов. первый элемент

И/НЕ 77.

Блок 5 контроля (фиг.б) 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 времейная ди-. аграмма 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 6 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 выходИ, а с девятого по двенадцатый управляющие входы блока 3 соединены соответственно с одиннадцатого по четырнадцатый выходы блок" 6 управления и обработки информации, Первый выход блока 5 контроля соеди1781624 ное ему напряжение, вычисляемое по формуле.

Uz= Йь где 0 — выходное напряжение операционного усилителя 9;

Ri — эталон ное соп роти вление (1 0-13)

C помощью управляющих воздействий, поступающих на входы q<,...,qä элементов коммутации 14-21 и сопротивлений

-10,...,13, обеспечивается выбор одного из четырех диапазонов измерений. При работе сумматора 2 напряжений (фиг.3), электронный ключ 31 размыкается в момент проверки блока 4;

Источник 3 эталонных йапряжений (фиг.4) работает в соответствии с логикой, определяемой блоком 6 управления и обработки информации, которая представлена алгоритмом, представленным на фиг, 10-14.

Управляющие сигналы L<.....Е з 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

45 нен с третьим входом блока 6, а четвертый и пятый входы с первым. вторым выходом блока 6. Управляющие входы блока 7 элементов коммутации соединены соответственно с четвертым, пятым выходом блока 6.

Выходы блока 7 подключены к входам внешней контролируемой цепи 8.

Первый и третий входы блока 5 контроля соединены с первым и вторым входом элемента сра внения 78, выход которого 10 подключен ко второму входу элемента И 79.

Второй вход блока 5 соединен с первым входом элемента 79, выход ко орого 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 вхо- 25 да 1 на операционный усилитель 9, работающий в режиме усилителя постоянного тока, поступает измеряемый постоянный ток (l). Он преобразуется в пропорциональработоспособность 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

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 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. Выходной сигнал с элемента 79 перебрасывает триггер 80 в единичное состояние. Выходной сигнал с него открывает элемент И 81 при наличии соответствующего кода на шине считывания и шины адреса. Сигнал снимаемый с выхода элемента И 81 и свидетельствует о наличии неисправности в блоке 4 или о наличии сбоя в работе элемента И/НЕ 77.

Блок7 элементов коммутации (фиг 8) работает следующим образом. По управляющим сигналам qo или от, поступающим с блока 6, внешняя контролируемая цепь блока 8 своимй выводами С или D закорачивается на корпус, Это осуществляется с помощью электронных ключей 95 и 96.

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

Режим самопроверки блока управления и обработки информации;

Режим 1 (режим измерения в заданном диапазоне);

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

В режиме самопроверки (фиг.10) блока

6 управления и обработки информации выполняется программа " начальный пуск". В ходе реализации которой проверяется правильность выполнения команд микропроцессора, проверка исправности узла постоянной памяти путем подсчета контрольной суммы и сравнения с требуемой, проверка исправности регистров путем записи и читывания информации в них. Здесь же осуществляется проверка аналого-цифрового преобразователя. После этого осуществляется считывание с узла 85 органов управления режима 1 или режима 2 работы устройства.

1781624

Un Un

Rl !1 !2

Un Оп !1+!2

R! .: Ri

35 где Un — напряжение источника питания; 40

Ri = !тв1+Ив.г+...+Rs.п-1 — сумма сопротивлений одного из плеч внешней контролируемой цепи;

R! = Rs.n+Rs.n+>+...+Rs.п+ — сумма сопротивлений противоположного плеча контро- 45 лируемой цепи;

t>-òoê, протекающий через цепьсопротивлений RI, при условии, что к ней приложено напряжение Оп, г- ток, протекающий через цепь сопро-. 50 тивлений Ri, при условии, что к ней приложено напряжение Un.

Для определения в цепи lx необходимо измерить два независимых тока !> и !г, Для . осуществления этого необходимо электрон- 55 ными ключами 95 и 96 в блоке 7 закоротить на корпус одну из точек 0 или С в блоке 8.

Для измерения тока I> это — "0", для измерения тока !г - "С". Одно из условий работы

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 5 напряжения Оптн на четырех диапазонах, которые задаются с помощью электронных ключей в блоке 3.

Зпюры напряжений, поясняющие работу устройства в этом режиме, показаны на 10 фиг. 9. Цифровой код, полученный в результате преобразования, с выхода 2 блока 4 поступает по шине информации в блок бдля анализа и принятия решения. При выполнении условия 15

Оион min < !0иэм!<Оион max . продолжается проверка правильности функционирования преобразователя 1 ток-напряжение в первом режиме, При выполнении условия 20

Оэт птн min < !Оптн!<Оэт птн max где Оп н — напряжение на выходе блока 2;

Оэт птн min Оэт птн вах диапазоны изменения напряжений, снимаемых с выхода 3 блока 3, 25 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 источ- 30 ника питания через сопротивления внешней контролируемой цепи 8. Для вычисления тока Ix используем выражение данного устройства — независимый от корпуса измерителя источник питания Un в блоке G, Операционный усилитель 9 блока 1 работает в режиме усилйтеля постоянного тока и обладает очень маленьким входным сопротивлением, значительно меньшим чем

Ri и R!. В процессе выполнения алгоритма функционирования устройства происходит проверка блоков 1 и 2 после каждого измерения тока, Вычисление величины тока Ix происходит в блоке 6.

При задании второго режима. т.е, режима поиска диапазона измерения, измерение токов !1 и l2 и вычисление Ix осуществляется на основании алгоритмов, представленных на фиг. 13, 14.

В момент измерения тока и преобразования сигнала в блоке 4, блоком 5 осуществляется непрерывный контроль параметров узлов 72 — 75, 77 аналого-цифрового преобразователя, Преимуществом устройства являются:

Повышение достоверности фун кциони рования устройства за счет повышения достоверности функционирования преобразователя 1

I тока в напряжение; повййение достоверности пропорциойально вероятности возникновения неисправности в блоке 1; повышение достоверности функцио-. нирования устройства за счет повышения достоверности функционирования аналогоцифрового преобразователя 4; повышение достоверности достигается за счет органйзации контроля величины напряжения, "+ИОН1" и "-ИОН1"; повышение достоверности функционирования устройства на величину пропорциональную вероятности возникновения неисправности в элементах 72, 73, 74, 77 устройства; уменьшение времени проверки объекта контроля за счет измерения тока без разрыва контролируемой цепи; сокращение времени проверки объекта контроля за счет автоматического поиска диапазона измерения 4.

Формула изобретения

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

1781624 вторым входами блока управления и обработки информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения И, RS-триггер, причем первый и второй входы элемента сравнения являются соответственно третьим и первым входами блока контроля, а выход элемейта сравнения соединен с вторым входом первого логического элемента И, . первый вход которого является вторым входом блока контроля, а выход соединен со

S-входом RS-.òðèããåðà, 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

5 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 вхо10 дом блока контроля.

1781624

1783624

1781624

17816Р4

1781624

Dnr

= она ййф4Ц4. Р5Я Р 4Яф Р: т Я4, УЗ ,Ф 5 аА а Раас У+ О Ж 4 Д©Я

A7cЛ ?A&d Ar 4УЩ 2+ УЯУ ж " ЛГЯ Г4 с& ОсР/

- """--" .+ ст,ю : у

Я"сЩ Л 4 А6 4 Ф .УФ Р4Ж+ К

Д i с,". 7 с О ? <&ACTA

8/ — c> 7 "Я Л. Л сф гЫ7Р Ж 4 4 с Гс" 77 А,ЛЮ C ад Як ФЯ Р

Г .л Я ЩЯ 4 Я <7 .ХСЛ 4 С"с6Ю с7Л аЯГЗ dgPfA ф ЛбК5йК и оУр йтс жид.ждущая ,4Щ 7 Я

Р - ОФЫЖЯ .

< А л,Ю4 / Я Р У у .

- 4< < p Л н мт

Атой грс ф,г,, я. с с, д .л,с р олям ;с ;:.. сМ

Дл /Р Ж С Л4 С А с,+ УЕЛ удд ууд п Д» г д .

h A g .пня лу".у c drpd C жд Л глжГ Я. j = К !21 с Р;Ь,+я л. ueeiv3ayus суг« рЯ - » ль ф „ фу < д, 1 г а Х Р d

1781624

Составитель Л.Фомина

Редактор B.Tpóá÷åíêo Техред M.Moðãeíòàë Корректор З.Лончакова

Заказ 4272 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина, 101