Устройство для двухступенчатой защиты электроизмерительных приборов от перегрузки

И. И. Бобров и А, С. Керов

t . 1

Пермский политехнический институт

Р (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ЗАЦИТЫ

ЭЛЕКТРОИЗИЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИбОРОВ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для ,защнзы многопредельных элвктроизмерительных приборов от перегрузки при ошибочных включениях.

Известно устройство для защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, содержащее ограничитель напряжения, выполненный на транзисторе, эмиттерно-коллекторный переход которого включен параллельно рамке прибора, источник постоянного тока, задающую цепочку из последовательно соединенных резистора со средним выводом и стабилитрона, подключенного к положительному полюсу источника питания, и два транзистора, база одного из которых присоединена к минусовому зажиму измерительного прибора, эмиттер связан.со средним выводом резистора, а коллектор подключен к базе второго транзистора, коллектор

l которого через дополнительные резисторы присоединен к положительному полюсу источника питания постоянного тока, а эмиттер соединен с его отрицательным полюсом, причем объединенные выводы стабилитрона и резисторов соединены с плюсовым .зажимом измерительного прибора, а база транзистора ограничителя напряжения связана с объединенными выводами резисторов, включенных в коллекторную цепь второго

1О транзистора (1 3.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно защищает от перегрузки только раму прибора, причем, лишь при одной полярности из15 меряемой величины, вносит значительную погрешность в показаний прибора эа счет шунтирующего действия транзистора, включенного параллельно его

2о рамке, а при многократных перегруз-. ках сохраняет на рамке значительное напряжение, обусловленное относительно большим падением напряжения на транзисторе.

Э74

277 4 от перегрузки, содержащее двухкаскадИзвестно также устройство для за,щить электроизмерительных приборов

1 ,от перегрузки, содержащее двухкаскадный транзисторный усилитель, электромеханическое реле, обмотка, которого включена в коллекторную цепь транзистора второго каскада, а размыкающие контакты включены последовательно в цепь одного из зажимов прибора, мостиковый выпрямитель, вход которого че-. рез дополнительные резисторы подключен параллельно рамке прибора, а выход соединен со входом первого каскада усилителя L 2 3.

Однако это устройство характеризуется низким быстродействием, что при частых ошибочных включениях прибора на малых пределах измерения приводит к повреждениям измерительного механизма.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для .защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, со-. держащее двухкаскадный транзисторный усилитель, электромеханическое реле, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора второго каскада усилителя, а размыкающие контакты включены в цепь одного. иэ зажи мов прибора, двухполупериодный выпрямитель-ограничитель, вход которого через цепочку из последовательно соединенных регулировочных резисторов присоединен к рамке прибора, а выход связан с входом первого каскада усилителя, причем двухнолупериодный выпрямитель-ограничитель выполнен на двух транзисторах, коллекторы которых соединены с его выиодом, база первого и эмиттер второго транзисторов присоединены ко входу, а эмиттер первого и база второго транзисторов . связаны с рамкой прибора и общей шиной усилителя 33 j.

10днако это устройство характеризуется недостаточной надежностью защиты. обусловленной наличием значительного напряжения на рамке прибора при больших перегрузках, а также снижением точности прибора иэ-за шунтирующего действия переходов транзисторов выпрямителя-ограничителя.

Цель изобретения — повышение надежности защиты и точности электроизмерительного прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для двухступенчатой защиты электроизмерительных приборов ный усилитель, электромеханическое реле, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора второ гс каскада усилителя, а размыкающие контакты включены в цепь одного иэ зажимов прибора, двухполупериодный выпрямитель-ограничитель, связанный с рамкой прибора, и входом первого каскада усилителя, дополнительно введен пусковой орган, выполненный в виде двух последовательно-встречно соединенных туннельных диодов, включенных в цепь рамки прибора, двухпо10 лупериодный выпрямитель-ограничитель имеет две цепочки из последовательно соединенных диода и шунта, каждая из которых присоединена параллельно цепи, образованной рамкой прибора и туннельными диодами пускового органа, а первый каскад усилителя выполнен с дифференциальным входом, выводы которого раздельно соединены с объединенными выводами диодов и шунтов цепочек выпрямителя-ограничителя, причем выход первого каскада усилителя связан со входом второго каскада через стабилитрон.

На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства; на фиг. 2 диаграммы токов и напряжений, иллюст20

2S

30 рирующие работу устройства.

Последовательно с рамкой 1 защищаемого электроизмерительного прибора

50 тодом связан с его неинвертирующим входом. Инвертирующий и неинвертиру,ющий входы (ОУ) 7 через резисто:ры 8 и g подключены соответственно к положительному и отрицатель53 ному полюсам источника питания устройства. Выход ОУ 7 через стабилитрон

1О соединен со входом второго каскада усилителя, образованным выводом включен пусковой орган 2, состоящий

3S из двух туннельны диодов, включенных встречно-последовательно. Параллельно рамке 1 с пусковым органом 2 включен двухполупериодный выпрямительограничитель, имеющий две цепочки, од40 на из которых включает последовательно .соединенные диод 3 и шунт 4, а другая — диод 5 и шунт 6. Пусковой орган 2 и выпрямитель-ограничитель .образуют первую быстродействующую . ступень защиты от перегрузки. Диод 3 анодом подключен к инвертирующему входу первого каскада усилителя, выполненного на дифференциальном операционном усилителе(ОУ) 7, а диод 5 ка5 9742 базы транзистора 11 второго каскада.

В коллекторную цепь транзистора 11 включена обмотка электромеханического реле 12, размыкающий контакт 13 которого включен последовательно в цепь одного из зажимов прибора, а замыкающий контакт 14 присоединен параллельно коллектору и эмиттеру транзистора ll. ОУ 7, транзистор 11 и реле 12 составляют вторую ступень 1о защиты от перегрузки.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, пока ток рамки 1 прибора, пропорциональный входному напряжению U> (фиг. 2), не превышает номинального :,равного току полного отклонения), напряжение Up между точками 15 и 16 схемы устройства (фиг. 1) не превышает 0,1-0,2 В. рв

При этом диоды 3 и 5 выпрямителя-ограничителя закрыты и ток i„ в шунтирующей цепи выпрямителя-ограничителя равен нулю, что способствует повышению точности прибора. Ток i, проте- и кающий при этом по шунтам 4 и 6 и резисторам S и 9 от источника питания, создает на шунтах 4 и 6 напряжение смещения входа ОУ 7 величиной

1-2 мВ, которое необходимо, чтобы 30 потенциал выхода ОУ / был близок к потенциалу отрицательного полюса источника питания. При этом стабилитрон

10 и транзистор 11 закрыты, обмотка реле 12 обесточена, контакт 13 реле

12 замкнут, а контакт 14 — разомкнут.

Пиковый ток туннельных диодов пускового органа 2, являющийся током срабатывания первой ступени защиты, должен в 6-8 раз (или в другое число, согласно техническим условиям) превышать номинальный ток рамки 1 прибора. При увеличении тока i+ рамки 1 до пикового тока туннельных диодов напряжение на пусковом органе 2, а следовательно, и напряжение Ор мгновенно возрастает на 0,5-0,8 В, как показано на фиг. 2. Если направление тока 1р рамки 1 совпадает с обозначенным на фиг. 1, то одновременно со скачком напряжения ОР открывается диод 5. Происходит распределение входного тока прибора на ток i> рамки 1 и ток i< диода 5. Ток ip через туннельные диоды H рамку 1 уменьшается и становится существенно меньше

I тока срабатывания (при сопротивлении шунтов 4 и 6 — в несколько Ом). Ток в рамке 1 после срабатывания первой

77 Ь ступени защиты от перегрузки уст навливается несколько большим номинального. При дальнейшем увеличении напряжения И „ на входе прибора выше значения U p (фиг. 2).почти весь ток ответвляется в цепь диода 5, а ток рамки прибора возрастает незначительно, как показано на фиг. 2. Таким образом, первая ступень надежно защищает рамку прибора от любых перегрузок, в том числе и при грубых ошибочных включениях многопредельных приборов.

Вторая ступень защиты может быть настроена на тот же порог срабатывания 0 р или на более высокий. В обоих случаях работа ее происходит одинаково.

Ток i диода 5 протекает через резистор 6 и создает на нем падение напряжения, превышающее смещение входа ОУ 7 от тока i . Это напряжение плюсом подается на неинвертирующий вход ОУ 7 и переключает ОУ 7 так, что потенциал его выхода становится близким к потенциалу положительного полюса источника питания. Стабилитрон

10 и транзистор 11 открываются. Реле .12 включается и разрывает входную цепь прибора раэмыкающвм дронт.1ктом

13. Замыкающим контактом 14 реле 12 самоблокируется. Вторая ступень срабатывает с задержкой, определяемой в основном временем срабатывания реле 12. Однако такая задержка не опасна для шунтов и добавочных сопротивлений прибора. При неправильной полярности включения прибора ток i рамки

1 противоположен указанному на фиг. 1.

При этом в действие вступает второй туннельный диод пускового органа 2 и при скачке отрицательного напряжения

Up открывает диод 3 выпрямителя-ограничителя. Ток диода 3 создает на резисторе 4 напряжение, превышающее смещение входа ОУ 7 от тока и подключенное минусом к инвертирующему входу

ОУ 7, которое вызывает переключение

ОУ 7 в состояние с положительным напряжением на выходе, что приводит к отпиранию стабилитрона 10 и транзистора 11, срабатыванию реле 12 и аналогичному переключению его контактов 13 и 14.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую надежность защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, так как одновременно обеспечивает мгновенную защиту рамки прибора, а также защиту

974277 его шунтов и добавочных сопротивлений. При этом рамка прибора в меньшей степени шунтируется выпрямителем-ограничителем, что повышает точность прибора.

Использование предлагаемого устройства повышает надежность работы прибора и улучшает его,метрологические показатели.

Формула изобретения!

Устройство для двухступенчатой защиты электроизмерительных приборов от перегрузки, содержащее двухкаскад-, 15 ный усилитель, электромеханическое реле, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора второго каскада усилителя, а размыкающие контакты включены в цепь одного 20 из зажимов прибора, двухполупериодf ный выпрямитель-ограничитель, связанный с рамкой прибора и входом перво.го каскада усилителя, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повы- 25 шения надежности защиты и точности прибора, дополнительно введен пусковой орган, выполненный в виде двух последовательно-встречно соединенных туннельных диодов, включенных в цепь рамки прибора, двухполупериодный выпрямитель-ограничитель имеет две цепочки из последовательно соединенных диода и шунта, каждая из которых при..соединена параллельно цепи, образованной рамкой прибора и туннельными диодами пускового органа, а первый каскад усилителя выполнен с дифферен(циальным входом, выводы которого раздельно соединены с объединенными выводами диодов и шунтов цепочек выпрямителя-ограничителя, причем выход первого каскада усилителя соединен со входом второго каскада через стабилитрон.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Авторское свидетельство СССР

И 456214, кл. 6 01 R 1/36, 11.09.72.

2. Патент ФРГ М 2009818, кло 6 О! R 1/36, 22.06.72.

Технический паспорт комбинированного прибора типа Ц 4317. Житомир, 1978 (прототип).

974277

Составитель С. Вейский

Редактор H. Киштулинец Техред Е.Харитончик Корректор Г ОгаР

Заказ 8688/62

Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4