Пороговое устройство позиционного контроля терморезисторов
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4922141/10 (22) 29.03.91 (46) 30.01.93. Бюл. N. 4 (71) Луганский филиал Государственного проектно-конструкторского и научно-исследовательского института "Гипроуглеавтоматизация" (72) А.В. Панин, О,Ф. Кириченко, Б.С, Строило и P.Â. Колосов (56) 1. Авторское свидетельство СССР
¹ 422019, кл. Н 02 К 5/20, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР
N.. 331263, кл, G 01 R 7/10, 1975.
3. Авторское свидетельство СССР
N 746326,,кл. G 01 R 27/00, 1977. (54) ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО ПОЗИЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ (57) Использование: приборы и средства промышленной автоматики, защита от пеИзобретение относится к пороговым устройствам, может быть использовано в приборах и средствах промышленной автоматики для поэициойного контроля сопротивлений, например при защите от перегрева узлов и деталей стационарных установок, И эвестн о пороговое устройство для контроля температуры, содержащее тензометрический мост, усилитель, фаэо: чувствительный детектор, балансно-регенеративный компаратор, емкости, линию связи, фильтр, диод, генератор синусоидальных колебаний, ключевой элемент (1).
Устройство обеспечивает позиционный контроль температуры и защиту от перегрева узлов и деталей. Вынос чувствительных элементов с помощью линии связи снижает безопасность в устройстве.
„„ „„1791785 А1 регрева узлов, деталей стационарных установок, Сущность изобретения; устройство содержит терморезистор, два диода, два провода, линии связи, резистор устанбвки, вывод источника переменного тока, опорный резистор, три фильтра постоянного тока, блок сравнения постоянных напряжений, источник постоянного напряжения, операционный усилитель, выходной каскад, блок вычитания, выпрямитель, формирователь парафазных импульсов, два входных вывода формирователя парафаэных импульсов; другой вывод источника переменного тока; два выходных вывода формирователя парафазных импульсов, другой вход блока вычитания, источник постоянного тока, потенциометр, два светодиода, два транзистора. 1 з.п, ф-лы, 5 ил.
Известно устройство трехпозиционного контроля для позиционного контроля сопротивления, содержащее термодатчик, включенный в плечо измерительного делителя напряжения, устройство сравнения напряжений, линию связи и опорный делитель с уставкой (2}.
Сопротивление вынесено с помощью линии связи из основной схемы. При контроле сопротивлений в шахтах, опасных по газу и пыли, с целью исключения аварийных ситуаций, требуется обеспечение самоконтроля линии. Известное устройство трехпоэиционного контроля снижает эффективность техники безопасности при его использовании в этих условиях 113-за наличия угольной пыли, создающей дополнительные цепи утечек. Оседание угольной пыли на клеммах создает сопротивление утечки, следовательно, обрыв линии при
1791785 э1аМ не вызывает изменение состояния ус«ройства. Изменение сопротивления под действием температуры обьекта не будет обнаружено, что снижает надежность устройства и может привести к аварии или несчастным случаям.
Наиболее близким является пороговое устройство позиционного контроля термо.сопротийления, не имеющее указанного недостатка и содержащее резистор уставки, два oflopHblx резйстора, имеющих общую точку, линию связи, блок сравнения постоянных йапряжений; два фильтра постоянного тока, входы которых соединены с выводами опорных резисторов, а выходы— с входами блока сравнения постоянных напряжений, параллельно каждому из опорных резисторов, общая точка которых соединена с общей шиной устройства, подключены по два последовательно соединенных диода, средняя точка одной пары диодов соединена с одним из зажимов источника переменного тока, средняя точка другой пары — с одним из проводов соединительной линии и через последовательно соединенные резистор уставки и диод подключена к другому проводу соединительной линии и другому зажиму источника переменного тока, причем последовательно с измеряЕмым термосопротивлением, подключенным к другому концу соединительной линии, включен диод (3).
Известно пороговое устройство позиционного контроля имеет огранйченные функциональные возможности. В частности, ана неработоспособно при изменении полярности линии связи, что увеличивает затраты времени на монтаж и наладку, так как в шахтах, опасных па газу и пыли, термосопротивление устанавливается в узлах и деталях машин, расположенных в забое, подготовительных выработках, а электронный блок — в распределительных пунктах, расположеннйй в специйлййых камерах.
Связь между распредпунктами и всеми датчиками осуществляется много>кйльным контрольным кабелем, Поэтому подключейие термодатчика с соблюдением полярности в шахтных услбвиях представляет и- . - "стные трудйости.
Кроме того, известное пороговое устройство позйцйонного контроля термосопротивлений не обеспечивает технику безопасности при работе "с термосопротивлениями с отрицательным температурным коэффицйентом, у которых с увейи4ением температуры уменьшается сопротивление терморезистора (полупровЬдйиковые tepмосоп рати вл ения). с плюсовым выводом источника постоянно50 га тока, при этом между электродами светодиодов включен пбтенциометр, средний вывод которого подсоединен к входу, а общая точка соединения электродов светодиадов — к другому входу формирователя парафазных импульсов, На фиг,1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.2 и 3 — принципиальные схемы порогового устройства позиционного контроля термосопротивлений при питании терморезистора напряжением
Цель изобретения — повышение надежности эксплуатации и безопасности при работе с терморезисторами с отрицательными температурными коэффициентами.
Для достижения цели в пороговое устройство позиционнога контроля терморезисторон, содержащее последовательно соединенные терморезистар и диод, подключенные другими выводами к линии связи, резистор установки, подсоединенный одним выводом к проводу линии связи и к выводу источника переменного тока, последовательно включенные другой диод и опорный резистор, а также три фильтра постоянного тока, источник постоянного тока с плюсовым выводом, соединенный другим выводом с общей шиной, последовательно связанные источник опорного напряжения и блок сравнения постоянных напряжений, выход которого через третий фильтр постоянного тока и операционный усилитель подключен к входу выходного каскада, введены блок вычитания, выпрямитель и формирователь парафазных импульсов, один вход которого соединен с другим проводом линии связи, а другой вход — с другим выводом источника переменного тока, к которому также подсоединен другой вывод резистора установки, параллельно терморезистару и диоду включены другой диод и опорный резистор, выходы формирователя парафазных импульсов соединены с входами блока вычитания, выход которого через выпрямитель связан с другим входом блока сравнения постоянных напряжений, при этом первый и второй фильтры постоянного тока включены между выходами формирователя парафазных импульсов и плюсовым выводом источника постоянного тока
Кроме того, формирователь парафазных импульсов выполнен из двух транзисторных оптронов, у которых светодиоды во входной цепи включены встречно-параллельно, а транзисторы соединены паралл ель но друг другу, их эмиттеры подсоединены к общей шине, а коллекторы через соответствующие резисторы связаны
1791785
10
40
55 разной полярности; на фиг,4 — принципиальная схема формирователя парафазных импульсов; на фиг.5- эпюры его входного и выходных импульсов, Пороговое устройство позиционного контроля термосопротивлений содержит последовательную цепочку из измеряемого терморезистора 1 и диода 2 (фиг,1), подключенную к концу линии связи с первым проводом 3 — 3 и вторым проводом 4-4, резистор уставки 5, соединенный одним выводом с первым проводом 3 — 3 линии связи и первым выводом 6 источника переменного тока. последовательно включенные второй диод 7 и опорный резистор 8, первый 9, второй 10 и третий 11 фильтры постоянного тока, блок сравнения постоянных напряжений 12, к первому входу которого подключен источник опорного напряжения 13, а выход через третий фильтр постоянного тока 11 и операционный усилитель 14 подключен к входу выходного каскада 15, блок вычитания 16, выпрямитель 17 и формирователь парафазных импульсов 18, первый вход 19 которого соединен с вторым проводом 4 — 4 линии связи, а другой его вход 20 соединен с вторым выводом 21 источника переменного тока, к которому подключен также второй вывод резистора уставки 5, а параллельно последовательной цепочке из диода 2 и терморезистора 1 подключена аналогичная цепочка из опорного резистора 8 и второго диода 7, при этом первый выход 22 формирователя парафазных импульсов 18 соединен с первым входом 23 блока вычитания 16, а второй его выход 24 — с вторым входом 25 блока вычитания 16, выход которого через выпрямитель 17 соединен с вторым входом блока сравнения постоянных напряжений
12„причем первый 9 и второй 10 фильтры постоянного тока включены между выходами 22 и 24 формирователя парафазных импульсов 18 и плюсовым выводом источника постоянногго тока 26, Кроме,того, формирователь парафазных импульсов 18 (фиг.4) содержит потенциометр 27, два транзисторных оптрона со встречно и параллельно включенными во входной его цепи светодиодами 28, 29 и транзисторами 30, 31, включенными параллельно друг другу и в выходной цепи по схеме с общим эмиттером, при этом потенциометр 27 включен между электродами светодиодов 28, 29, его средний вывод образует первый вход 20, а общая точка соединения электродов 28, 29 — второй вход 19 формирователя парафазных импульсов.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
1) Контроль температуры термосопротивлением с положительным температурным коэффициентом (фиг.2).
В исходном состоянии при отсутствии перегрева контролируемого узла машины сопротивление терморезистора 1 мало, От положительной полуволны напряжения источника переменного тока (выводы 21, 6) через входную цепь (выводы 19, 20) формирователя парафазных импульсов 18 и последовательную цепочку из диода 2 и терморезистора 1 протекает ток, Формирователь парафаэных импульсов 18 выполнен с линейной статической характеристикой, поэтому на его выходе 22 напряжение изменится в соответствии с величиной тока, протекающего через его вход от положительной полуволны напряжения источника переменного тока (21,6), В то же время напряжение на выходе 24 формирователя 18 остается неизменным, так как для отрицательной полуволны напряжения источника переменного тока (21,6) цепь отсутствует. Импульсы тока через транзисторы
30 и 31 оптронов формирователя парафазных импульсов 18 сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180О, Напряжения с выходов 22, 24 формирователя парафазных импульсов 18 через фильтры постоянного тока 8 и 10 поступают на первый 23 и второй
25 входы блока вычитания 16. Так как напряжение 024>022, на выходе блока схемй вычитания появляется сигнал, равный U24-022 положительной полярности, который через выпрямитель 17 поступает на вход блока сравнения 12 постоянных напряжений. Резистором уставки 5 разность U24 U22 в исходном состоянии устанавливается больше
Uoo, подаваемого на первый вход блока сравнения 12 от источника 13, что вызывает появление положительного напряжения на
его выходе, которое через третий фильтр постоянного тока 11 поступает на дополнительный операционный усилитель 14, который своим выходным сигналом включает выходной каскад 15 (U22, U24, Uon соответствующие напряжения).
В этом режиме обрыв линии связи или ее короткое замыкание, а также внезапное отключение питающего напряжения, подаВаеМого на пороговое устройство (перегорание предохранителя, нарушение в питающей линии), вызывает отключение выходного каскада 15, что исключает воэникновение аварийной ситуации — перегрев контролируемого узла машины, так как она вследствие отключения выходного каскада
15 будет остановлена: при обрыве линии связи (3-3, 4 — 4) на выходах 22 и 24 появляются напряжения одинаковой величины и
1791785 почка из терморезистора 1 и диода 2 шунтируется последовательной цепочкой из опорного резистора 8 и диода 7 и эти две цепочки выполняются в виде единого неразборного блока, устанавливаемого в контролируемом узле машины. В исходном состоянии R j>Ra.
В результате на выходах 22, 24 формирователя парафазных импульсов 18 действуют напряжения 024 и U22, причем 024>022.
На выходе блока вычитания 16 появляется 55 разностное напряжение положительной полярности 024-U22, величина которого больше 0оп, действующего на втором входе блока сравнения постоянных напряжений
12. При этом на выходе блока сравнения равные напряжению источника питания 26 (режим отсечки транзисторов 30 и 31), при коротком замыкании линии связи (3-3, 4-4 ) на выходах 22 и 24 поя вляются напряжения малой величины и также равные меж- 5 ду собой (режим насыщения транзисторов
30 и 31).
В результате на выходе брока вычитания 16 сигнал равен нулю, что приводит к появлению отрицательного напряжения на 10 выходе блока сравнения 12 и, вследствие этого, к выключению выходного каскада 15 и к остановке машины до устранения повреждений в линии связи.
При повышении температуры контроли- 15 руемого узла машины значение сопротивления 1 увеличивается и при достижении заданной температуры Т,р разйость напряжения 024 — 022 становится равной 0„, что также приводит к отключению выходного 20 каскада 15. При этом до самого момента отключения устройства осуществляется
J контроль исправности линии связи. (3 — 3, 4 — 4), так как любое ее повреждение вызовет отключение машины, контроль температу- 25 ры узла которой осуществляет термодатчик.
2) Работа устройства при изменении полярности диода 2 (фиг.3).
При изменении полярности диода 2 напряжение 024 становится в исходном состо- 30 яйии меньше напряжения U22, вследствие чего на выходе блока вычитания 16 появляется разность напряжений 024 — U22 отрицательной полярности, которая выпрямителем преобразуется в напряже- 35 ние положительной полярности и затем подается на первый вход блока схемы сравнения 12. Дальнейшая работа всего устройства аналогична описанному в предыдущем пункте. 40
3) Работа устройства с термосопротивлениями с отрицательным температурным коэффициентом (фиг.1).
В этом режиме последовательная цепостоянных напряжений 12 формируется напряжение положительной полярности, которое через фильтр постоянного тока 11 и операционный усилитель 14 включает выходной каскад 15.
Обрыв линии связи (3 — 3, 4 — 4 .) в этом режиме вызывает увеличение напряжений сигналов U22 и 024 до величины источника питания 26, причем U22 = 024, что вызывает отключение выходного каскада 15, Короткое замыкание линии связи (3-3, 4-4 ) вызывает уменьшение сигналов U22, 024 до минимальных и равных по величине значений, т.е. и при коротком замыкании линии связи (3 — 3, 4 — 4 ) сигнал на выходе блока вычитания 16 равен нулю, что приводит к отключению выходного каскада 15.
При увеличении температуры контролируемого узла машины сопротивление терморезистора 1.снижается и при достижении заданной критической температуры Т<р становится равным сопротивлению опорного резистора 8. В результате на выходах 22 и
24 формирователя парафазных импульсов 8 значения напряжений как от положительной, так и от отрицательной полуволны напряжения источника переменного тока (21,6) равны по величине, и на выходе блока вычитания 16 сигнал равен нулю, т.е, выходной каскад 15 отключается и вызывает отключение машины, у которой контролируемый узел находится на границе режима недопустимого перегрева, При одновременном изменении полярности диодов 2 и 7 (изменение полярности датчика) устройство работоспособно и выполняет все свои функции, В данном режиме в исходном состоянии U22 > U24 и нэ выходе 5лока вычитания 16 появляется сигнал, равный U24- U22 отрицательной полярности, который выпрямителем 17 преобразуется в сигнал положительной полярности. Этот сигнал подается на первый вход блока сравнения постоянных напряжений 12 и включает выходной каскад 15, В остальном работа устройства в данном режиме аналогична работе устройства в предыдущем режиме, Формирователь парафазных импульсов
18 (фиг.4) выполнен на двух транзисторных оптронах. На вход 19 — 20 подается напряжение переменного тока, в результате чего на выходах 22, 24 появляется последовательность парафазных импульсов (см, фиг.5).
Особенностью данного формирователя парафазных импульсов является линейность статической характеристики в широком диапазоне входных токов (0,5 — 5 ма), Однако
i:ðóTèçíà статической характеристики у каж1791785
10 дого образца транзисторного оптрона различна, Включение потенциометра 27 между электродами светодиодов 28, 29 позволяет осуществлять балансировку формирователя парафазных импульсов по амплитуде выходных импульсов, что обеспечивает идентичность статической характеристики формирователя как для положительной, так и для отрицательной полуволн переменного напряжения на входах 19, 20.
Таким образом, устройство позволяет осуществлять контроль термосопротивлений как с положительным, так и с отрицательным температурным коэффициентом при любой полярности на проводах линии связи между термосопротивлением и электронным блоком, а также обеспечить безопасность при работе с термосопротивлениями с отрицательным температурным коэффициентом.
Формула изобретения
1. Пороговое устройство позиционного контроля терморезисторов, содеожащее последовательно соединенные терморезистор и диод, подключенные другими выводами к линии связи, резистор установки, подсоединенный одним выводом к проводу линии связи и.к выводу источника переменного тока, последовательно включенные другой диод и опорный резистор, а также три фильтра постоянного тока, источник постоянного тока с пл юсовым выводом, соединенный другим выводом с общей шиной, последовательно связанные источник опорного напряжения и блок сравнения постоянных напряжений, выход. которого через третий фильтр постоянного тока и операционный усилитель подключен к входу выходного каскада, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения надежности и эксплуатации и безопасности при работе с терморезисторами с отрицательными
5 температурными коэффициентами, в него введены блок вычитания, выпрямитель и формирователь парафазных импульсов, один вход которого соединен с другим проводом линии связи, а другой вход — с другим
10 выводом источника переменного тока, к которому также подсоединен другой вывод резистора установки, параллельно терморезистору и диоду включены другой диод и опорный резистор, выходы формиро15 вателя парафаэных импульсов соединен с входами блока вычитания, выход которого через выпрямитель связан с другим входом блока сравнения постоянных напряжений, при этом первый и второй фильтры постоян20 ного тока включены между выходами формирователя парафазных импульсов и плюсовым выводом источника постоянного тока, 25 2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что формирователь парафазных импульсов выполнен из двух транзисторных оптронов, у которых светодиоды во входной цепи включены встречно параллельно, а
30 транзисторы соединены параллельно друг другу, их эмиттеры подсоединены K общей шине, а коллекторы через соответствующие резисторы связаны с плюсовым выводом источника постоянного тока, при этом между
35 электродами светодиодов включен потенциометр, средний вывод которого подсоединен к входу, а общая точка соединения электродов светодиодов — к другому входу формирователя парафазных импульсов.
1791785
Редактор! лЛ и йЛ/ Д юг. 5
Составитель С. Ильчук
Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Л. Ливрин4
Заказ 151 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета йо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб„4/5
Производгтвенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород„ул.Гагарина, 101
