Бесконтактный индикатор уровня токовых нагрузок

(51)5 8 01 й 19/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ь",в 399 ЯИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРВ 983558, кл. 6 01 й 19/00, 1982.(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ИНДИКАТОР УРОВНЯ ТОКОВЫХ НАГРУЗОК(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля цепей автоматики и управления автономными объектами с не- разъемным кабельным соединением его блоков, Цель изобретения - повышение надежности и достоверности индикации уровня токовых нагрузок - достигается за счет введения блока 4 управления, резистивноемкостной балансной схемы 5 и интегратора 6, Блок 4 управления вырабатывает управляющие импульсы, которые обеспечивают работу магнитонасыщаемого датчика с неоднородной магнитной цепью, резистивно-емкостной балансной схемы 5, интегратора 6 с цепью сброса. Кроме того устройство содержит разъемный магнитопровод 1 датчика, состоящий из отдельных ферромагнитных элементов, модулирующую обмотку 2 магнитной цепи датчика и индикаторный прибор 3. 2 з.п. ф-лы, 4 ил,Изобретение относится к средствамконтроля цепей автоматики и управления автономными объектами с нераэъемным кабельным соединением его блоков.Цель изобретения - повышение надежности и достоверности индикации уровня токовых нагрузок,На Фиг, 1 показана структурная схема устройства и размещение датчика тока наобъекте; на фиг. 2 - электрическая схема блока управления; на фиг. 3 - резистивноемкостная балансная схема; на фиг, 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Бесконтактный индикатор уровня токовых нагрузок содержит разъемный магнитопровод 1 датчика, состоящий из отдельныхферромагнитных элементов, модулирующую обмотку 2 магнитной цепи датчика; индикаторный.прибор 3, блок 4 управления. реэистивно-емкостную балансную схему 5, интегратор 6 с цепью сброса, причем первый выход блока 4 управления соединен спервым выводом модулирующей обмотки 2 датчика, второй вывод модулирующей обмотки 2 датчика соединен с входом резистивно-емкостной балансной схемы 5, второй выход блока 4 управления соединен с входом управления резистивно-емкостной балансной схемы 5, третий выход блока 4 управления соединен с входом управления интегратора 6, выход резистивно-емкостной балансной схемы 5 соединен с входом интегратора 6, выход интегратора 6 соединен с входом индикаторного прибора 3, блок 4 управления выполнен в виде генератора 7 тактовых импульсов, цепи 8 выделения импульсов управления, формирователя 9 модулирующего напряжения, счетчика-делителя 10 частоты импульсов, первого 11 и второго 12 транзисторного преобразователя уровня импульсных сигналов, первого 13, второго 14, третьего 15 и четвертого 16 резисторов, причем выход генератора 7 тактовых импульсов соединен с входом цепи 8 выделения управляющих импульсов, первый выход цепи 8 выделения управляющих импульсов соединен с входом формирователя 9 модулирующего напряжения, второй выход цепи 8 выделения управляющих импульсов соединен с входом счетчика-делителя 10 частоты следования импульсов и с первым выводом первого резистора 13, первый выход формирователя 9 модулирующего напряжения соединен с первым выводом второго резистора 14, второй вывод второго резистора 14 соединен с коллектором первого транзистора 11 и вторым выходом блока 4 управления, эмиттер первого транзистора 11 ооединен с вторым выводомсоединен с С-входом второго триггера 18 и, с первым входом первой схемы И-НЕ 20 совпадения и с первым входом второй схемы И-НЕ 21 совпадения инвертируемый вы ход второго триггера 18 соединен сС-входом третьего триггера 19 и с вторым входом первой схемы И-НЕ 20 совпадения и вторым входом второй схемы И-НЕ 21 совпадения, неинвертируемый выход третьего 35 триггера 19 соединен с третьим входом первой схемы И-НЕ 20 совпадения, инвертирующий выход третьего триггера 19 соединен с третьим входом второй схемы И-НЕ 21 сопадения и с входом формирователя 9 модули-.40 рующего напряжения, выход первой схемыИ-НЕ 20 совпадения соединен с.первым входом третьей схемы И-НЕ 22 совпадения, выход второй схемы И-НЕ 21 совпадения соединен с вторым входом третьей схемы 45 И-НЕ 22 совпадения, выход третьей схемыИ-НЕ 22 совпадения соединен с первым выводом первого резистора 13 и с входом счетчика-делителя 10 частоты следования, формирователь 9 модулирующего напряже ния бесконтактного индикатора уровня токовых нагрузок выполнен в виде одновибратора 23, первый вход которого соединен с первым выходом цепи выделения управляющих импульсов, второй вход одно вибратора 23 соединен с первым выводомконденсатора 24 и первым выводом резистора 25, второй вывод конденсатора 24 соединен с общей шиной, второй вывод резистора 25 соединен с первым и подвижным выводом потекциометра 26, второй вы 5 101520 25 первого резистора 13, база первого транзистора 11 соединена с общей шиной устройства, второй выход Формирователя 9 модулирующего напряжения соединен с первым выводом третьего резистора 15, третий выход. формирователя 9 модулирующего напряжения соединен с первым выходом блока 4 управления, выход счетчика-делителя 10 частоты следования соединен с первым выводом четвертого резистора 16, второй вывод четвертого резистора 16 соединен с эмиттером второго транзистора 12, коллектор второго транзистора 12 соединен с вторым выводом третьего реэистра 15 и третьим выходом блока 4управления, база второго транзистора 12 соединена с общей шиной устройства, цепь выделения управляющих импульсов 8 выполнена в виде первого 17, второго 18 и третьего 19 вдвухступенчатых триггеров, первой 20, второй 21 и третьей 22 схемой совпадения на элементах И-НЕ, причем С- вход первого триггера 17 соединен с выходом генератора 7 тактовых импульсов, инвертируемый выход первого триггера 17вод потенциометра 26 соединен с клеммой 27 для подключения источника напряжения, выход одновибратора 23 соединен с первым вводом конденсатора 28, второй вывод конденсатора 28 соединен с первым выводом резистора 29, второй вывод резистора 29 соединен с катодом диода 30 и базой транзистора 31, анод диода 30 соединен с змиттером транзистора 31 и первым выходом 10 формирователя 9 модулирующего напряжения, коллектор транзистора 31 соединен с первым выводом резистора 32 и затворами комплементарной пары полевых транзисторов ЗЗ и 34, исток первого транзистора 33 комплементарной пары соединен с вторым выводом резистора 32 и клеммой 35 для .подключения источника питания, исток второго транзистора 34 соединен с первым выходом формирователя 9 модулирующего напряжения и клеммой 36 для подключения источника питания, исток первого транзистора ЗЗ соединен с истоком второго транзистора 34 и третьим выходом 20 ма 5 бесконтактного индикатора уровня токовых нагрузок выполнена в виде операционного усилителя 37, первого 38 и второго 39 конденсаторов, потенциометра 40, первого 41, второго 42, третьего 43, четвертого 44, пятого 45 и шестого 46 резисторов, полупроводникового ключа 47, причем пер 30 вый вывод первого резистора 41 соединен с первым выводом второго резистора 42 и 35 входом резистивно-емкостной балансной схемы 5, второй вывод первого резистора 41 соединен с первым выводом первого конденсатора 38 и с первым выводом второго конденсатора 39 и с подвижным выводом потенциометра 40, второй вывод второго 40 резистора 42 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 37 и первым выводом третьего резистора 43, первый вывод потенциометра 40 соединен с 45 первым выводом четвертого резистора 44, второй вывод оптенциометра 40 соединен с первым выводом пятого резистора 45, второй вывод первого конденсатора 38 соединен с вторым выводом четвертого резистора 44 и с первой шиной 48 питания 50 операционного усилителя 37, второй вывод второго конденсатора 39 соединен с вторым выводом. пятого резистора 45 и с второй шиной 49 питания операционного усилителя 37, неинвертируемый вход операционного усилителя 37 соединен с общей шиной, выход операционного усилителя 37 соединен с вторым выводом третьего резистора 43 и первым выводом шестого резистора 46, второй вывод шестого резистора 46 соеди 55 формирователя 9 модулирующего напряжения, резистивно-емкостная балансная схе нен с входом полупроводникового ключа 47, выход полупроводникового ключа 47 соединен с входом интегратора 6, управляющий вход. полупроводникового ключа 47 соединен с вторымвыходом блока 4 управления,Устройство работает следующим образом,При подаче питающих напряжений на блок 4 управления происходит запуск генератора 7 тактовых импульсов. Эти импульсы поступают на вход цепи 8 выделения импульсов управления, в частности, построенной на трех двухступенчатых триггерах 17-19 и схемы 20-21 совпадения на логических элементах И-НЕ. Каждым положительным фронтом напряжения на входе формирователя 9 модулирующего напряжения осуществляется запуск одновибратора 23 (155 АГ) с регулируемой длительностью его выходного сигнала, Этим выходным сигналом переключается комплевевнтарная пара МОП-транзисторов 33 и 34, В момент времени, предшествующий одной четвертой части каждого полупериода напряжения возбуждения, с выхода схемы совпадения цепи 8 поступает положительный импульс на вход преобразователя уровня, обеспечивая перевод ключа 47 в проводящее состояние на укаэанные моменты времени. Частота и длительность импульсов возбуждения датчика выбираются (путем установки частоты генератора тактовых импульсов, в простейшем варианте: мультивибратора на двух логических элементах И-НЕ) такими, что начало наступления проводящего состояния ключа 47 соответствует входу магнитного состояния магнитопровода в окрестность нелинейной зоны перехода в область насыщения. Это соответствует области быстрого перехода от экспоненциальной части роста тока 4 х (см.фиг,4) к аномальной части временного увеличения тока вх. Так как обмотка 2 возбуждения датчика включена в мостовую импульсную схему, образованную комплементарной парой МОП-транзисторов узла и плечами потенциометрического резистивного делителя на резисторах 44,40 и 45 шунтированного конденсаторами 38 и 39, то при постоянной времени этой резистивно-емкостной цепи, существенно превышающей длительность полупериода импульсного напряжения возбуждения, входной ток балансной схемы 5 оказывается практически равным зарядно-разрядным токам через конденсаторы 38 и 39. Изменение напряжений Ос 1, Ос 2 на этих конденсаторах по отношению к напряжениям питания +Ел, -Еп показано нв временных диаграммах на фиг, 4, На входе операционного усилителя 37 действует по1698800тенциал, пропорциональный сумме паде- ложки 10 СЧ. Обмотка возбуждения выполния напряжения на резистивном шунте, няется из микропровода, например, П 38- обусловленного током 1 и напряжения 0,05, защищаемой общим лаковым смещения средней точки потенциометриче- покрытием,ского резистивного делителя на резисторах 5 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 44, 40 и 45 относительно точки заземления 1. Бесконтактный индикатор уровня тонеинвертирующего входа операционного ковых нагрузок, содержащий разъемный усилителя 37. При обеспечении симметрии магнитопровод датчика, состоящий из отимпульсов возбуждающих магнитодвижу- дельных ферромагнитных элементов, модущих сил и отсутствии т 6 ка в контролируе лирующуюобмоткумагнитнойцепидатчика мом проводнике (или в совокупности и индикаторный прибор, о тл и ч а ю щ и йпроводников кабеля) и временные измене- с я тем; что, с целью повышения надежности ния напряжений на входе операционного идостоверностииндикацииуровнятоковых усилителя 37 оказываются идентичными нэ нагрузок, в него введен блок управления, время действия как положительного, тэк и 15 резистивно-емкостная балансная схема, инотрицательного полупероидов напряжения тегратор, причем первый выход блока упна шине, В силу этого выборки выходного равления соединен с первым выводом тока Ьх резистивно-емкостной балэнсной модулирующей обмотки датчика, второй высхемы 5, поступающие через ключ 47 йа вод модулирующей обмоткидатчика соедивходинтегратораб., оказываются равными, 20 нен с входом резистивно-емкостной но противоположными по знаку(фиг,4) и зз балансной схемы, второй выход блока уплюбое число циклов двухтзктного интегри- равления соединен с входом управления рерованиясреднеенэпряжениенавыхрдеин- зистивно-емкостной бэлансной схемы, теграторэ оказывается нулевым, что и третий выход блока управления соединен с фиксируется индикаторным прибором 3. 25 входом управления интегратора, выход реПри появлении дополнительно вноси- зистивно-емкостной балансной схемы соеммой влиянием проводника с контролируе- динен с входом интегратора, выхо ым током мэгнитодвижущей силы в интеграторасоединенсвходоминдикатора,д магнитопроводе датчика 1 появляется асим- блок управления выйолнен в виде геметрия, выражающаяся в изменении вольт нератора тактовых импульсов, цепи выделе- секундных площадей, охватываемых ЗДС ния импульсов управления, формирователя самоиндукцеи в обмотке возбуждения, и ам- модулирующего напряжения, счетчика деперсекундных площадей, выражающихся в. лителя частоты следования первого и второ- изменении текущих значений зарядов нэ готранэисторного преобразователя уровня конденсаторах 38 и 39, т,е, в смещении 35 импульсных сигналов, первого, второго, среднего значения потенциалатретьего и четвертого резисторов, причем высрединной точки потенциометрическогоде- ход генератора тактовых импульсов соедилителя на резисторах 44, 40 и 45. Эта асим- нен с входом цепи выделения управляющих метрия наблюдается увеличенной на импульсов, первый выход цепи выделения, выходе интегратора 6 в зависимости от чис управляющих импульсов соединен с входом ла циклов двухтзктного интегрирования, формирователя модулирующего напряжеСброс интегратора В осуществляется по сиг- ния, второй выход цепи выделения управляналу, действующему нэ шине управления. ющих импульсов соединен с входом Этот сигнал формируется от счетчика-дели- счетчика-делителя частоты следования и с теля 10, например микросхемы 155 ИЕ 8 (СТ 45 первым выводом первого резистора, первый выход формирователя модулирующегоАсимметрия действующих магнитодви- напряжения соединен с первым выводом жущих сил определяется также степеньЮ второго резистора, второй вывод второго неидентичности динамических сопротивле- резистора соединен с коллектором первого ний МОП-транзисторов узла, но эта асим транзисторэиэторымвыходомблокауправметрия может быть скомпенсирована ления, эмиттер первого транзистора соедирегулировкой в формирователе модулирую- нен с вторым выводом первого резистора, щего напряжения.база первого транзистора соединена с общейМагнитная цепь датчика 1 выполняется шиной устройства, второй выход формиросоставной: кольцевой мзгнитопровод с от вателя модулирующего напряжения соедйносительно большой магнитной проницае- нен с первым выводом третьего резистора, мостью, например иэ ферритз МВОООНМ, а третий выходформирователя модулируюнасыщаемый участок магнитной цепи иэ щего напряжения соединен с первым выпластинки феррита с малой проницэемо- ходом блока управления, выход счетчика- стью, напримеризтонкойферритовой под-, делителя частоты следования соединен спервым выводом четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор второго транзистора соединен с вторым выводом третьего резистора и третьим выходом блока управления, база второго транзистора соединена с общей шиной устройства, цепь выделения управляющих импульсов выполнена в виде первого, второго и третьего двухступенчатых триггеров, первой, второй и третьей схемой совпадения на элементах И-НЕ, причем С-вход второго триггера соединен с выходом генератора тактовых импульсов, инвертируемый выход первого триггера соединен с С-входом второго триггера и с первым входом первой схемы совпадения И-НЕ и с первым входом второй схемы совпадения И-НЕ, инвертируемый выход второго триггера соединен с С-входом третьего триггера и с вторым входом первой схемы совпадения И-НЕ и вторым входом второй. схемы совпадения И-НЕ, неинвертируемый выход третьего триггера соединен с третьим входом первой схемы совпадения И-НЕ, инвертирующий вход третьего триггера соединен с третьим входом второй схемы совпадения И-НЕ и с входом формирователя модулирующего напряжения, выход первой схемы совпадения И-НЕ соединен с первым входом третьей схемы совпадения И-НЕ, выход второй схемы совпадения И-НЕ соединен с вторым входом третьей схемы совпадения И-НЕ, выход третьей схемы совпадения И-НЕ соединен с первым выводом первого резистора и с входом счетчика делителя частоты следования,2.Индикатор поп,1, отлича ющийс я тем, что формирователь модулирующего напряжения выполнен в виде одновибратора, первый вход которого соединен с первым выходом цепи выделения управляющих импульсов, второй вход одновибратора соединен с первым выводом конденсатора и первым выводом резистора, второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод резистора соединен с первым и подвижным выводом потенциометра, второй вывод потенциометра сочинен с клеммой для подключения источника напряжения, выход одновибратора соединен с первым выводом конденсаторавторой вывод конденсатора соединен с первым выводом резистора, второй вывод резисто. ра соединен с катодом диода и базой тран 20 усилителя, первого и второго конденсатора, потенциометра, первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого резисторов, полупроводникового ключа, причем первый 25 вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и входом .реэистивно-емкостной балансной схемы, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом первого конденсатора и с 30 первым выводом второго конденсатора и сподвижным выводом потенциометра; второй вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом третьего рези 40 50 51015 зистора, анод диода соединен с эмиттером транзистора и первым выходом формирователя модулирующего напряжения, коллектор транзистора соединен с первым выводом резистора и затворами комплементарной пары полевых транзисторов, сток первого транзистора комплементарной пары соединен с вторым выводом резистора и клеммой для подключения источника питания, исток второго транзистора соединен с первым выходом формирователя модулирующего напряжения и клеммой для подключения источника питания, исток первого транзистора соединен со стоком второго транзистора и третьим выходом формирователя модулирующего напряжения.3. Индикатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что резистивно-емкостная балансная схема выполнена в виде операционного стора, первый вывод потенциометра соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод потенциометра соединен с первым выводом пятого резистора, второй вывод первого кОнденсатора соединен с вторым выводом четвертого резистора и с первой шиной питания операционного усилителя, второй вывод второго конденсатора соединен с вторым выводом пятого резистора и с второй шиной питания операционного усилителя, неинвертируемый вход операционного усилителя соедийен с общей шиной, выход. операционного усилителя соединен с вторым выводом третьего резистора и первым выводом шестого резистора, второй вывод шестого резистора соединен с входом полупроводникового ключа, выход полупроводникового ключа соединен с входом интегратора, управляющий вход полупроводникового ключа соединен с вторым выходом блока управления.1698800 Составитель Б.федотовРедактор Ю.Середа Техред М,Моргентал Корректор С,Черни зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина аказ 4392 ВНИИПИ Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5