Устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика

 

Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: источник питания через преобразователь тока связан с анодом первого диода, катод которого через цепочку из предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов связан с первым выходом датчика. Второй выход датчика связан общей точкой с анодом стабилитрона и выходом источника питания. Катод стабилитрона связан с катодом второго диода и через дополнительные резистор и предохранитель с выходом дополнительного напряжения источника питания. Анод второго диода связан с общей точкой балластного и ограничивающего резисторов. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам искробезопасного питания двухпроводного датчика, например, давления.

Известно устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика, содержащее последовательно соединенные источник питания, предохранитель и резисторы, связанные с одним проводом датчика, при этом второй конец датчика и источник питания заземлены, и шунтирующие стабилитроны [1] Недостатком этого устройства является низкая надежность и возникновение помех в системе за счет наличия обратного тока стабилитрона и помех от заземления.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее источник питания, цепочку из предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, выход которой связан с одним из проводов датчика, и стабилитрон, при этом второй провод датчика, стабилитрон и источник питания соединены в одной точке [2] Недостатком данного устройства является его низкая надежность и наличие помех из-за обратного тока стабилитрона, который установлен между проводами датчика и помех от заземления.

Технический эффект предложения состоит в повышении надежности искрозащиты и повышении точности измерения за счет исключения помех при использовании устройства для искробезопасного питания двухпроводных датчиков, например, давления.

Указанный эффект достигается тем, что устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика, содержащее источник питания, цепочку из предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, подсоединенную к плюсовому контакту датчика, минусовой контакт датчика, источник питания и стабилитрон соединены между собой в одной точке и заземлены, согласно изобретению снабжено преобразователем тока, питающегося от положительного напряжения источника питания, последовательно соединенными дополнительными предохранителем и резистором, свободный конец дополнительного предохранителя связан с введенным в устройство дополнительным выходом положительного напряжения источника питания, и двумя диодами, анод первого диода связан с входом преобразователя тока, катод с входом цепочки, катод второго диода связан с катодом стабилитрона и свободным концом дополнительного резистора, а анод с общей точкой балластного и ограничивающего резисторов.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит источник питания 1, запитанный от сети переменного тока, с основным 2 и дополнительным 3 выходом положительного напряжения и выходом 4 отрицательного напряжения, преобразователь тока 5, вход которого подключен к аноду диода 6, последовательно включенных предохранителя 7 и резистора 8, подключенных между катодом диода 6 и анодом диода 16, катод которого соединен с катодом стабилитрона 14, анод которого соединен с выходом 4 источника питания, между катодом стабилитрона 14 и выходом 3 источника питания 1 подключены последовательно соединенные резистор 13 и предохранитель 12. Устройство также содержит ограничительный резистор 9, включенный между анодом диода 16 и плюсовым контактом 10 датчика 11, минусовой контакт 15 датчика 11 соединен с выходом 4 источника питания 1, корпус датчика 11 и выход 4 источника питания 1 заземлены, выход 17 преобразователя тока является выходом схемы.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме номинальному диапазону измеряемого давления соответствует номинальный диапазон выходного тока датчика 11 (обычно от 4 до 20 мА). Напряжение на входе преобразователя тока 5 стабилизируется на таком уровне, что при максимальном выходном токе датчика 11 обеспечивается напряжение между его контактами 10 и 15 выше минимально допустимого уровня (обычно 12,5 В).

Корпус датчика изолирован от контактов 10 и 15 и заземлен.

Выход 4 источника питания заземлен.

Тип стабилитрона 14 и его обратный ток, задаваемый дополнительным резистором 13 и положительным напряжением выхода 3 источника 1 питания, выбирается таким образом, чтобы при минимальном выходном токе датчика 11 диод 16 работал в режиме обратного смещения.

При этом свойства стабилитрона 14 не влияют на точность преобразования тока, протекающего через датчик 11, в выходной ток устройства.

В аварийном режиме на входе преобразователя 5 тока может возникнуть напряжение, амплитуда которого по модулю равна амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора источника 1 питания. Отрицательное значение этого напряжения не представляет опасности благодаря запиранию первого диода 6. Положительное значение этого напряжения благодаря ограничивающему резистору 8, стабилитрону 14 и второму диоду 16 ограничивается до величины, обеспечивающей искробезопасность. На резисторе 13 может возникнуть повышенное напряжение. Однако его сопротивление можно выбрать достаточно большим, чтобы не происходило изменений в режиме работы устройства. Нетрудно рассчитать элементы устройства таким образом, чтобы допустимые параметры не были превышены при любой длительности этого режима.

Указанный эффект достигается за счет того, что точность не зависит от обратного тока стабилитрона, поэтому все резисторы можно выбирать больших номиналов при низких требованиях к их точности и к точности стабилизации входного напряжения источника 1 питания. Обратный ток диода 16 не влияет на точность, так как этот диод находится под очень малым напряжением (менее 5 В, что и обеспечивает очень низкий обратный ток (менее 1 мкА).

А также за счет исключения возникновения помехи, возникающей в цепях заземления, так как электрическая цепь, по которой протекает ток датчика заземлена в одной точке, что позволяет обеспечить искробезопасность питания датчика при значительном удалении датчика от устройства питания.

Литература: 1. ГОСТ 22782.5-78.

2. Патент Великобритании N 2205699А.

Формула изобретения

Устройство искробезопасного питания двухпроводного датчика, содержащее источник питания, ограничительный резистор и стабилитрон, при этом двухпроводной датчик, источник питания и стабилитрон заземлены в одной точке, отличающееся тем, что источник питания выполнен трехвыходным и устройство дополнительно снабжено преобразователем тока, связанным с одним из выходов положительного напряжения источника питания, при этом выход преобразователя тока является выходом устройства, а вход связан с анодом дополнительно введенного первого диода, катод которого связан с первым выводом предохранителя, второй вывод которого соединен с первым выводом дополнительно введенного балластного резистора, второй вывод которого связан с анодом второго дополнительно введенного диода и с одним из выводов ограничительного резистора, другой вывод которого соединен с незаземленным выводом датчика, кроме того, катод второго дополнительно введенного диода соединен с катодом стабилитрона и с первым выводом дополнительно введенного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом дополнительно введенного предохранителя, второй вывод которого соединен с вторым выходом положительного напряжения источника питания, при этом разность потенциалов между выходами положительного напряжения источника питания не превышает 5 В.

РИСУНКИ

Рисунок 1