Устройство контроля состояния нагрузки и его датчик напряжения
Использование в электрооборудовании транспортных средств и применимо в промышленном оборудовании. Предназначается для контроля и диагностики ламп накаливания, нагревательных элементов и электромагнитных устройств с выводом информации на компьютер. Технический результат - улучшение информационного обеспечения. Устройство содержит источник питания (1), которому через промежуточное устройство (2) и коммутационный элемент (3) подключена нагрузка (Rн). Соединяющая первая ветвь (9) в узле (10) датчика напряжения (5) подключена от общей точки соединения коммутационного элемента (3) и нагрузки (Rн). Соединяющая вторая ветвь (8) в узле (10) датчика напряжения (5) подключена от источника питания (1). Соединяющая третья ветвь (11) в узле (10) датчика напряжения (5) подключена в схему устройства согласования (6), а к выходу устройства согласования (6) подключен компьютер (7). Между коммутационным элементом (3) и общей точкой введен диодный датчик тока (13) параллельно которому подключены входы схемы устройства согласования (6). 1 н.з.п. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к электрооборудованию транспортных средств, предназначается для контроля и диагностики ламп накаливания, нагревательных элементов и электромагнитных устройств.
Известно устройство контроля сигнальной лампы содержащее источник питания, которому подключена сигнальная лампа через коммутационный элемент, а параллельно коммутационному элементу подключен контрольный светодиод через токоограничивающий резистор [1].
Недостатком известного устройства являются, низкие функциональные возможности контроля состояния нагрузки в отличие от его диагностики.
Наиболее близким по технической сущности является, устройство для контроля и диагностики сигнальной лампы, содержащее источник питания, к которому через промежуточное устройство и коммутационный элемент подключена сигнальная лампа, к общей точке между коммутационным элементом и сигнальной лампой подключен, первый токоограничивающий резистор, который соединен с источником питания через промежуточное устройство, а контрольный светодиод через второй токоограничивающий резистор подключен параллельно сигнальной лампе [2].
Стержневая схема известного аналога, после его не которой доработки легко преобразуется в статус датчика напряжения, этим расширяются его функциональные возможности по назначению. Устройство аналога переделывается следующим образом, общая точка между коммутационным элементом и сигнальной лампой подключается через первую ветвь в узел датчика напряжения непосредственно, или через токоограничивающий резистор или через развязывающий диод. Через вторую ветвь в узел датчика напряжения подключается источник питания через промежуточное устройство и токоограничивающий резистор. Третья ветвь в узел датчика напряжения подключается контролирующая или управляющая цепь. При этом, если первая ветвь, только связывающий проводник между общей точкой и узлом датчика напряжения, опуская его сопротивление, можно будет представить общую точку в целом, как узел датчика напряжения. В известном устройстве контролирующая цепь, это цепь контрольного светодиода. Подключая непосредственно контрольный светодиод в узел датчика напряжения, его ток будет сильно влиять на потенциал этого узла.
Наиболее подходящее подключение контролирующей цепи для статуса датчика напряжения подходит устройство [3]. В устройстве через первую ветвь и вторую ветвь в узле датчика напряжения формируется результирующее напряжение смещения для третьей ветви управляющего электрода транзистора, а его ключи задают ток через контрольный светодиод.
Несмотря на простоту контроля на светодиодах, в транспортных средствах с компьютерным обеспечением удобнее будет эту информацию выводить через нее.
Целью является расширение функциональных возможностей контроля и диагностики состояния нагрузки.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве контроля состояния нагрузки, содержащее датчик напряжения, источник питания, к которому через промежуточное устройство и коммутационный элемент подключена нагрузка, соединяющая первая ветвь в функциональный узел датчика напряжения подключена от общей точки соединения коммутационного элемента и нагрузки непосредственно или через токоограничивающий элемент, или через развязывающий диод, соединяющая вторая ветвь в функциональный узел датчика напряжения подключена от источника питания непосредственно через промежуточное устройство и токоограничивающий элемент и или через дополнительно введенный коммутирующий элемент источника генератора, соединяющая третья ветвь в функциональный узел датчика напряжения подключена в схему считывания уровня напряжения в устройстве согласования, а к выходу устройства согласования подключен компьютер.
Дополнительно четвертая ветвь подключена в функциональный узел датчика напряжения от общего провода массы через токоограничивающий элемент.
Функциональный узел датчика напряжения распложен в устройстве согласования с соответствующими подключениями к общей точке, а к источнику питания и массе в самом устройстве согласования.
Между коммутационным элементом и общей точкой введен диодный датчик тока, а параллельно диодному датчику тока подключены входы схемы устройства согласования.
Устройство фиг.1 содержит датчик напряжения 5, источник питания 1, которому через промежуточное устройство 2, коммутационный элемент 3 подключена нагрузка Rн. Первая ветвь 9 соединена в функциональный узел 10 датчика напряжения 5 и подключена от общей точки соединения коммутационного элемента 3 и нагрузки Rн непосредственно, или через диод или через токоограничивающий элемент. Вторая ветвь 8 соединена в функциональный узел 10 датчика напряжения 5 и подключена от источника питания 1 непосредственно через промежуточное устройство 2 и токоограничивающий резистор 4 и или через дополнительно введенный коммутирующий элемент источника генератора. Третья ветвь 11 (цепь вывода информации с датчика напряжения) соединена в функциональный узел 10 датчика напряжения 5 и подключена в устройство согласования 6 непосредственно или через токоограничивающий элемент. К выходу устройства согласования 6 подключен компьютер 7. Устройство согласования 6 и компьютер 7 подключены к общему проводу массы, а к источнику питания 1 через промежуточное устройство. Четвертая ветвь 12 в узел 10 датчика напряжения 5 подключается при необходимости от общего провода массы через токоограничивающий элемент.
Коммутирующему элементу относятся: транзисторы, тиристоры, симисторы.
Токоограничивающему элементу относятся: резисторы, стабилитроны, конденсаторы (в источнике питания переменного напряжения).
Промежуточное устройство 2, содержит, ключи управления, предохранители, разъемные соединения, является связывающим звеном между источником питания 1, схемой устройства контроля и коммутационного элемента 3.
При введении развязывающего диода запирается высокий уровень напряжения источника питания в функциональный узел 10 датчика напряжения 5 через первую ветвь во время включения коммутационного элемента 3. В этом случае информация с датчика напряжения 5 будет считываться в устройстве согласования 6 при соответствующих схематических ращениях и во время отключения коммутационного элемента 3, а в компьютере будет отражаться, только диагностирующая информация.
Выполняться должно условие работы - общее сопротивление цепи первой ветви и нагрузки Rн должно быть многократно меньше общего сопротивления цепи второй ветви.
Устройство согласования (модуль сопряжения) 6 служит для сопряжения датчика напряжения 5 с компьютером 7, т.е. считывает с датчика уровень напряжения, преобразует его в удобный сигнал для компьютера. В устройство согласования 6 могут входить: логические элементы, компаратор, аналого-цифровой преобразователь, контроллер и также сам функциональный узел датчика напряжения с соответствующими подключениями к общей точке, а к источнику питания 1 и массе в самом устройстве согласования 6. Устройством согласования 6 может служить устройство интерфейсного блока [4].
Устройство работает следующим образом, подается напряжение источника питания 1 в схему устройства, коммутационный элемент 3 отключен. При исправной нагрузке Rн в функциональном узле 10 датчика 5 напряжение будет близко потенциалу массы (для источника постоянного тока масса минусовой полюс, а для переменного тока рабочий нуль) или иначе низкий уровень напряжения. Низкий уровень напряжения с датчика 5 поступает через третью ветвь 11 в устройство согласования 6. Далее данные от устройства согласования 6 могут поступить в устройство компьютера 7 для вывода информация об исправности цепи нагрузки Rн, если в этом будет необходимость. При обрыве цепи нагрузки Rн через вторую ветвь 8 в функциональном узле 10 датчика напряжения 5 появиться определенный постоянный уровень напряжения или коммутирующее напряжение, отличающийся по амплитуде от напряжения источника питания 1. Этот уровень напряжения поступает через третью ветвь 11 датчика напряжения 5 в устройство согласования 6 и далее в удобной форме в компьютер 7 для вывода информация об обрыве цепи нагрузки Rн. Включают коммутационный элемент 3, через первую ветвь в функциональном узле 10 датчика 5 появляется высокий уровень напряжения (приоритет напряжения источника питания). Этот уровень напряжения через третью ветвь 11 поступает в устройство согласования 6 и далее в компьютер 7 для вывода информации о подаче напряжения источника питания в цепь нагрузки Rн.
Устройство фиг.2, отличающееся тем, что между коммутационным элементом 3 и общей точкой введен диодный датчик тока 13. Параллельно диодному датчику тока 13 подключены вх.1 и вх.2 схемы устройства согласования 6, а к ним, например, подключены входа компаратора.
Диодный датчик тока 13 является прототипом устройства [5].
Устройство работает следующим образом, включают напряжение источника питания 1. При исправной нагрузке Rн, с включением коммутационного элемента 3 на диодном датчике тока 13 создается падение напряжения. Эту разницу напряжения на своих входах определяет компаратор устройства согласования 6, далее уровень сигнала с выхода компаратора через согласующие элементы в удобной форме поступает в компьютер 7 для вывода информации о включении нагрузки Rн. При этом компаратор своим уровнем напряжения на выходе может блокировать через переключающие элементы поступающий сигнал с датчика напряжения 5.
В случае обрыва цепи нагрузки Rн, падение напряжения на диодном датчике тока 13 исчезает. Выход компаратора переключается на другой уровень напряжения. Блокировка с цепи датчика напряжения 5 отключиться. В компьютере 7 исчезает информация о включении нагрузки Rн, но может появиться информация, что напряжение питания на нагрузку Rн подается, а в его цепи произошел обрыв при соответствующем программном обеспечении.
Использование компьютера в устройстве контроля состояния нагрузки улучшает и расширяет возможности информационного обеспечения, а предложенные датчик напряжения и диодный датчик тока могут обеспечить полноценный контроль. Использование этих датчиков не ограничивается устройствами контроля, а могут использоваться в устройствах управления, к примеру, аварийное переключение осветительных ламп. Элементы согласования с компьютером могут совмещаться в одном устройстве с другими согласующими элементами используемые для контроля других параметров технических устройств, и все это может размещаться в самом корпусе компьютера или отдельно в другом блоке. Предложенное устройство контроля состояния нагрузки применимо и на промышленном оборудовании.
Литература.
1. А.Алексеев, Панель контроля и диагностики сигнальных ламп на транспортных средствах, журн. Радиолюбитель, 
1, 2008 г., с.10.
2. Патент на полезную модель РФ. 68995, В60Т 11/00, 2007 г.
3. Патент на полезную модель РФ, 86538, В60Т 11/00, 2009 г., п.ф.1.
4. Патент на изобретение РФ 2363980, С2, 2009 г.
5. Патент на полезную модель РФ, 86538, В60Т 11/00, 2009 г., п.ф.2.
1. Устройство контроля состояния нагрузки, содержащее датчик напряжения, источник питания, к которому через промежуточное устройство и коммутационный элемент подключена нагрузка, соединяющая первая ветвь в функциональный узел датчика напряжения подключена от общей точки соединения коммутационного элемента и нагрузки непосредственно или через токоограничивающий элемент, или через развязывающий диод, соединяющая вторая ветвь в функциональный узел датчика напряжения подключена от источника питания непосредственно через промежуточное устройство и токоограничивающий элемент и/или через дополнительно введенный коммутирующий элемент источника генератора, а соединяющая третья ветвь в функциональный узел датчика напряжения, характеризующаяся цепью вывода информации с датчика напряжения, подключена в схему считывания уровня напряжения в устройстве согласования, а к выходу устройства согласования подключен компьютер.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что четвертая ветвь подключена в функциональный узел датчика напряжения от общего провода массы через токоограничивающий элемент.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что функциональный узел датчика напряжения расположен в устройстве согласования с соответствующими подключениями к общей точке, а к источнику питания и массе в самом устройстве согласования.
4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между коммутационным элементом и общей точкой введен диодный датчик тока, а параллельно диодному датчику тока подключены входы схемы устройства согласования.
