Устройство для контроля тока

тельство СССРВ 19/00, 1985.тельство СССРй 19/257, 1985 (прото на- лок ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Изобретение относится к электроизиерительной технике и может найти применение в автоматизированных измерительных системах для контроля тока в цепях, состоящих из резисторов, соединенных последовательно,Известно устройство для контроля малых токов, содержащее высокоомный измеритель, резистор, входную клемму, выходную клемму, общую клемму, контакты коммутационного реле замыкающего типа, контакты коммутационного реле переключающего типа, причем инверсный вход высокоомного измерителя соединен с входной клеммой и неподвижными контактами коммутационного реле замыкающего типа, а второй вход высокооиного 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, выходоввысокооиного измерителя соединен с выходной клеммой и первым неподвижным(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 контроляблок 6 управления и обработки информации, блок 7 элементов коммутации, 14 ил. Фа контактом коммутационного реле нереклю- З чающего типа, резисторы первыми выходаии подключены соответственно к подвижныи контактам коммутационного реле замыкающего типа, а вторые вь 1 ходы - к подвижным контактам коммутационного реле переключающего типа,Недостатками этого устройства являют- - ь ся: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- Ь сти проведения самоконтроля с точностью до блока, большие затраты времени на опе-. рации связанные с замером тока. в.Наиболее близким техническим решением является устройство цифровой измерительный прибор, содержащий входной блок, Формирователь. опорного напряжения, блок синхронизации, коммутатор, а лого-циФровой преобразователь, б сравнения с уставкаии, индикатор годно1781624 Коррект едактор В.Трубчен чако Производственно Заказ 4272 ВНИИПИ Составитель Л,Фом Техред М.Моргента Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 415 ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагаринасти, блок индикации, нормирующие реэисторь 1, контрольные выходы входного блока, причем блок синхронизации своими выходами соединен, соответственно, с третьим входом входного блока, вторым входом коммутатора, вторым входол аналого-цифрового преобразователя, вторым входом блока индикации, вторым входом блока сравнения с уставками, выход которого соединен с входом индикатора годности, выход которого соединен с третьим входом блока индикации, первый вход аналогоцифрового преобразователя соединен с выходом коммутатора, третий вход со вторым выходом формирователя опорного напряжения, второй вь 1 ход с первым входом блока индикации, первый выход с блоком сравнения с уставками, первый вьход Формирователя ойорного напряжения" соединен совторым входом входного блока, первый выход которого подключен к первому входукоммутатора,"а контрольные-выхадьгчерезнормирующие резисторы ссоответствую-щими входами коммутатора.Недостатками данного устройства являются; невозможность проведения самоконтроля с точностью до отдельного 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, содержащеепреобразователь ток-напряжение, источник Эталонных напряжений, аналого-цифровой преобразователь, блок управления иобработки информации, причем третий выход источника эталонных напряжений соединен с третьим входом преобразователяток-напряжение, первый выход - с первым входом .аналого-цифрового преобразователя, второй вйход - со вторымвходом аналого-цифрового преобразователя, первый ивторойвыходы котброго подкл 1 очены, соответственно, к первому и второму выходам блока управления и обработки информациидбполнительно содержит сумматор напряжения, блок контроля, блок элементов коммутаций вь 1 ходыкоторого соединены свнешней контролируемой цепью, а управля: ющие входы - с девятым и десятым выходомблока управления и обработки информации,первый и второй выходы внешней контролируемой цепи подключены, соответственно, к первому и второму входу преобразователяток-напряжение, первый выхо которого соедийей"с втбрым входом сумматора напряжений, 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 адраснол.у и управляющему выходу блока управления и обработки информации, а выход - к третьему входу блока управления и обработки информации, с четвертого 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 одиннадцатогопо 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 ко второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен со вторым входом блока, а выход - к входу 3 второго триггера, вход Я которого подключен к выходу. пятого элемента И, а выход - к третьему входу четвертого элемента И, выход которого соединен с выходом блока, адресный вход блокасоединен с первым входом пятого элемента И и с третьим входом четвертого элемента И, управляющий вход блока соединен со вторым входом четвертого и пятого элемента И.На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 - схема преобразователя ток - напряжение, на фиг. 3 - схемасум"-" матора напряжения; на фиг. 4 - схема источника эталонных напряжений; на фиг.5 - схемааналого-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 дляконтроля 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, блок5 10 15 20 25 30 40 45 50 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 плкБлок 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 электронный ключ 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 б 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 38, 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 б 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 выходй, а с девятого по двенадцатый управляющие входы блока 3 соединены соответственно с одиннадцатого по четырнадцатый выходы блока б управления и обработки информации, Первый выход блока 5 контроля соединое ему напряжение, вычисляемое по формуле.02=Вьгде 02 - выходное напряжение операционного усилителя 9В - эталон ное соп роти вление (1 0-13)С помощью управляющих воздействий,поступающих на входы ц 1,.,ц 4 элементовкоммутации 14-21 и сопротивлений 1013, обеспечивается выбор одного из четырех диапазонов измерений. При работесумматора 2 напряжений (фиг.З), 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 ЬМ воздействуют на соответствующие электронные ключи46-53, которые используются при проверке работоспособности блока 1 в четырех диапазонах, коммутируя выход 3 с соответствующими сопротивлениями. Электронныеключи 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 блошка 4 на 30 40 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 входомэлемента сравнения 78, выход которого 10подключен ко второму входу элемента И 79. Второй вход блока 5 соединен с первым входом элемента 79, выход ко 1 орого подключен к входу Я 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, выходкоторого подключен к входу Й триггера 80Второй вход элемента 81 соединен с пятым входом блока, а выход - с первым выходомблока. Преобразователь 1 ток-напряжение(фиг.2) работает следующим образом, С входа 1 на операционный усилитель 9, работающий в режиме усилителя постоянного тока, поступает измеряемый постоянный ток . Он преобразуется в пропорциональработоспособность от источника опорного напряжения 32, при этом электронный ключ 31 блока 2 по приходу управляющего сигнала цз 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. В ыходной 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.Блок 7 элементов коммутации (фиг.8) работает следующим образом. По управляющим сигналам ц 6 или ц 7, поступающим с блока 6, внешняя контролируемая цепь блока 8 своимй выводами С или О 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 информациив них. Здесь же осуществляется проверка аналого-цифрового преобразователя. После этого осуществляется считывание с узла 85 органов управления режима 1 или режима 2 работы устройства,35 Оп, ОпВ Й 11 12Оп Оп 1+12В : й При считывании режима 1 (фиг. 11), т,е,режима измерения в заданном диапазонеосуществляется проверка исправности преобразователя 1 тока в напряжение путемпоследовательного измерения величины 5напряженияОптн на четырех диапазонах,которые задаются с помощью электронныхключей в блоке 3.Зпюры напряжений, поясняющие работу устройства в этом режиме, показаны на 10фиг, 9. Цифровой код, полученный в результате преобразования, с выхода 2 блока 4поступает по шине информации в блок бдляанализа и принятия решения. При выполнении условия 15Оион вьОиэм 1 Оион вах, продолжается проверка правильности функционирования преобразователя 1 ток-напряжение в первом режиме,При выполнении условия 20Оэт птн вп1 Оптн 1 Оэт птн вахгде Оптн - напряжение на выходе блока 2;Оэт птн ви, Оэт птн вах - диапазоны изменения напряжений, снимаемых с выхода 3блока 3, 25осуществляется отключение электронныхключей в блоке 1 и 3,Далее в соответствии с алгоритмомпредставленным на фиг. 12, устройство переходит к измерению тока 1 х в цепи источника питания через сопротивлениявнешней контролируемой цепи 8. Для вычисления тока 4 используем выражение где Оп - напряжение источника питания; 40В = В 8,1+Й 8.2Й 8,п- сумма сопротивлений одного из плеч внешней контролируемой цепи;В = Йв,п+В 8.п+1В 8.П+ - СуММа СОПрО- тивлений противоположного плеча контро лируемой цепи;11-ток, протекающий через цепь сопротивлений Й 1, при условии, что к ней приложено напряжение Оп,12- ток, протекающий через цепь сопро-. 50 тивлений йь при условии, что к ней приложено напряжение Оп.Для определения в цепи 1 необходимо измерить два независимых тока 11 и 12, Для . осуществления этого необходимо электронными ключами 95 и 96 в блоке 7 закоротитьна корпус одну из точек О или С в блоке 8. Для измерения тока 11 это - "О", для измерения тока 12 - "С". Одно из условий работы данного устройства - независимый от корпуса измерителя источник питания Оп в блоке С, Операционный усилитель 9 блока 1 работает в режиме усилйтеля постоянного тока и обладает очень маленьким входным сопротивлением, значительно меньшим чем Й и Й 1, В процессе выполнения алгоритма функционирования устройства происходит проверка блоков 1 и 2 после каждого измерения тока, Вычисление величины тока 1 происходит в блоке 6.При задании второго режима. т.е, режима поиска диапазона измерения, измерение Фоков 1 и 2 и вычисление 1 х 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 функционирования устройства за счет повышения достоверности функционирования преобразователя 1тока в напряжение; повййбние 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, "+ИОН 1" и "-ИОН 1";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 .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 ивторым входами блока управления и обработки информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения И, КЯ-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 Я-входом ВЯ-триггера, Я-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 логическихэлементов И соответственно соединены с адресным входом блока контроля, а вторые входы второго и третьего логических элементов И соединены с управляющим вхо дом блока контроля,