Реле времени
Иллюстрации
Реферат
РЕЛЕ ВРЕМЕНИ, содержащее времязадающую RC-цепь, первый диодный мост, однонаправленная диагональ которого через балансные резисторы подключена между шинами источника питания, непроводящая диагональ подключена к выходу операционкого усилителя и через нагрузочный резистор к общей шине, ключевой блок, два входа которого подключены к од:нонаправленной диагонали первого ди1 одного моста, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены два диодных моста, однонаправленная диагональ каждого из которых через соотвеЕствующие балансные резисторы подключена между шинами источника питания, ограничитель напряжения и нормирующий резистор , причем конденсатор времязадающей КС-цепи включен в,непроводящую диагональ второго диодного моста, между точкой соединения нагрузочного резистора с непроводящей диагональю первого диодного моста и входом опе1 рационного усилителя,выводы непроводящей диагонали третьего диодного моста включены между входом операционного усилителя и одним из выво- . дов резистора времязадающей КС-цепи, СП второй вывод которого соединен с входом реле, вход и выход ограничителя напряжения подключены соответственно к выходу и входу операционg ного усилителя, нормирующий резистор включен мезвду одним из выводов ,однонаправленной диагонали первого диодного моста и одним из входов ключевого блока, выход которого подключен к выходу реле.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
09) (И) 1 А
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Сй
fso
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
l)O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (21) 3234073/18-21 (22) 09.01.81 (46-) 30.08.84. Бюл. Ф 32 (72) В.И. Анисимов и Я.Н. Алексеев (71) Первый московский ордена Трудового Красного Знамени приборостроительный завод (53) 621.318.5 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
N - 991318, кл. G 01 R 19/155, 09.07.80 (прототип) . (54) (57) РЕЛЕ ВРЕМЕНИ, содержащее времязадающую RC-цепь, первый диодный мост, однонаправленная диагональ которого через балансные резисторы подключена между шинами источника питания, непроводящая диагональ подключена к выходу операционного усилителя и через нагрузочный резистор к общей шине, ключевой блок, два входа которого подключены к од.нонаправленной диагонали первого ди::одного моста, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него
3СЮ Н 0 47 18 Н 03 К 17 28 введены два диодных моста, однонаправленная диагональ каждого из которых через соответствующие балансные резисторы подключена между шинами источника питания, ограничитель напряжения и нормирующий резистор, причем конденсатор времязадающей RC-цепи включен в,непроводящую диагональ второго диодного моста, между точкой соединения нагрузочного резистора с непроводящей диагональю первого диодного моста и входом операционного усилителя, выводы непроводящей диагонали третьего диодного моста включены между входом операционного усилителя и одним из выводов резистора времязадающей RC-цепи, второй вывод которого соединен с входом реле, вход и выход.ограничителя напряжения подключены соответственно к выходу и входу операционного усилителя, нормирующий резистор включен между одним из выводов .однонаправленной диагонали первого диодного моста и одним из входов ключевого блока, выход которого подключен к выходу реле.
111 i 213
30
40
Реле по п.1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что ключевой блок содержит два транзистора разного типа проводимости и дьа резистора, причем база первого транзистора подключена к первому входу блока, его эмиттер — к второму его входу, коллектор через первый резистор сое-!
Изобретение относится к точному приборостроению и системам контроля движущихся объектов и может быть использовано для построения схем сигнализации об отказе канала управления объектом в случае превышения текущим значением напряжения входного сигнала заданного порогового уровня в течение заданного интервала времени.
Известен сигнализатор напряже ния, предназначенный для сигнализации о превышении абсолютным значением разности напряжений двух входных сигналов заданного порога срабатывания и формирования модульной . релейной выходной характеристики, содержащий времязадающую RC-цепь, первый диодный мост, однонаправленная диагональ которого чевез балансные резисторы подключена между шинами источника питания, непроводящая диагональ подключена к выходу операционного усилителя и через нагрузочный резистор — к общей шине, ключевой блок, два входа которого подключены к однонаправленной диагонали первого диодного моста (1) .
Однако в известном сигнализаторе отсутствует временная оценка исправности канала управления, осуществляемая.путем сравнения двух уровней напряжения входных сигналов канала управления и достоверного среднего арифметического значения по и резервируемым каналам. Необходимость наличия в сигнализаторе интегральной во времени оценки исправности канала управления определяется воздействием на движущийся объект различных как внешних, так и внутренних помех, приводящих к "ложной" динен с базой второго транзистора, I подключенной через второй резистор к потенциальной шине внешнего источника йостоянного напряжения, к которому подключен и эмиттер второго транзистора, коллектор которого подключен к выходу ключевого блока. сигнализации об отказе объективно исправного канала управления.,-, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.
Для достижения указанной цели в реле времени, содержащее времязадающую RC-цепь, первый диодный мост, однонаправленная диагональ которого через балансные резисторы подключена между шинами источника питания, непроводящая диагональ подключена к выходу операционного усилителя и через нагрузочный резистор к общей шине, ключевой блок, два входа .которого подключены к однонаправленной диагонали первого диодного моста, введены два диодных моста, однонаправленная диагональ каждого из которых через соответствующие балансные резисторы подключена между шинами источника питания, ограничитель напряжения и нормирующий резистор, причем конденсатор времязадающей RC-цепи включен к непроводящую диагональ второго диодного моста, между точкой соединения нагрузочного резистора с ненроводящей диагональю первого диодного моста и входом операционного усилителя, выходы непроводящей диагочали третьего диодного моста включены между входом операционного усилителя и одним из выводов резистора времязадающей RC-цепи, второй вывод которого соединен с входом реле, вход и выход ограничителя напряжения подключены соответственно к выходу и входу операционного усилителя, нормирующий резистор включен между одним из выводов однонаправленной диагонали первого диодного моста и
3 1111 одним из входов ключевого блока, выход которого подключен к выходу реле.
В реле времени ключевой блок может содержать два транзистора разного типа проводимости и два резистора, причем база первого транзистора подключена к первому входу блока, его эмиттер — к второму его входу, коллектор через первый резистор соединен с базой второго транзистора, 1р подключенной через второй резистор к потенциальной шине внешнего источника постоянного напряжения, к которому подключен и эмиттер второго транзистора, коллектор которого подключен к выходу ключевого блока.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагае ro устройства.
Рабочий процесс в предлагаемом реле времени представляет собой совокупность пяти режимов работы: исходного нулевого состояния, "слежения" за изменением текущего значения напряжения -входного сигнала меньше заданного порогового уровня, когда l(eqt (l ро,. форми-. рования временной задержки входного сигнала от времени и, ког да текущее значение напряжения входного сигнала ) „ ) „, помри до t = д, формирования выхопного сигнала, сигнализирующего об отказе канала управления, восстановзо ления схемы в режим "слежения".
Режим исходного нулевого состояния.
Для простоты описания работы устройства примем значения проходных сопротивлений (в непроводящей диаго"
Ç5 пали) открытых диодных мостов 2,9 и
12 равными нулю (цр.,р„р 0г, а закрытых -ъ- со (Р р р х ) Тогда, при отсутствии напряжения
40 входного сигнала 8 „=0 в однонаправленной диагонали диодных мостов
J 2>.9 и 12 протекают токи ограничения 3oi,суммарные значения которых будут определяться выражениями
45 . гь о4 =,+ +о„(1) 28 о2= 11 (2) 5О (3) 2E
W Цщ+, Реле времени содержит операционный усилитель 1, первый диодный мост 2, балансные резисторы 3 и 4, резистор 5, конденсатор 6, формирующие времязадающую RC-цепь, однонаправленная диагональ первого диодного моста через балансные резисторы
3 и 4 подключена между шинами источника питания, непроводящая диагональ диодного моста 2.подключена к выходу операционного усилителя 1 и через нагрузочный резистор 7 к общей шине, ключевой блок 8, второй диодный мост 9, однонаправленная диагональ которого через балансные резисторы
10 и 11 подключена межцу шинами источника питания, третий диодный мост 12, однонаправленная диагональ которого через балансные резисторы
13 и 14 подключена между шинами источника питания, ограничитель 15 напряжения, нормирующий резистор 16, включенный между одним из выводов однонаправленной диагонали первого диодного моста и одним из входов ключевого блока 8, входную клемму
17, вывод 18 непроводящей диагонали третьего диодного моста, вывод 19 которой соединен с входом операционного усилителя 1, к входу которого подключен вывод 20 непроводящей диагонали моста 9, вывод 21 соединен с выводом 22 непроводящей диагонали первого. диодного моста 2, вывод 23 которой соединен с выходом операционного усилителя 1, входом 24 ограничителя 15 напряжения, выход
25 которого соединен с входом операционного усилителя 1. Нормирующий
213 4 резистор 16 включен между выходным выводом 26 однонаправленной диагонали первого диодного моста 2 и первым входом 27 ключевого блока 8, а входной вывод 28 однонаправленной
: диагонали первого диодного моста 2 соединен с первым выходом 29 ключевого блока 8, второй вход 30 которого соединен с клеммой 31 положительной полярности внешнего источника постоянного напряжения, а второй выход 32 — с выходной клеммой 33 устройства. где м, 4„д З вЂ” значения токов ограничения в однонаправленных диагоналях диодных мостов 2, 9 и 12, 1111213 оъ Уо (4) 35
Š— значение напряжения источника питания относительно средней точки нулевого потенциала.
"А("q м-, 4л, R (Rsq номи налы балансных резисторов.
Нри этом в схеме необходимо соблюдение соотношений
Напряжения на выходе операционного усилителя 1 gù на нагрузочном резисторе 7, а также токи во входной цепи Дв„и цепи обратной связи J операционного усилителя
1 равны нулю.
/ . Разность потенциалов между входным 28 и выходным 26 выводами однонаправленной диагонали первого диодного моста 2 paBHR 2 1п (где падение напряжения на открытом диоде), а ее полярность соответствует закрытому состоянию база-эмиттерного перехода входного транзистора в ключевом блоке 8, и напряжение сигнала отказа на выходной клемме 33 устройства отсутствует.
Режим "слежение".
Этому режиму соответствует нали-, чие текущего уровня входного напряжения U на клемме 17 устройства и определяемое им в соответствии с выражением (5) значение вьмодного тока 3 „ на входной клемме опера ционного усилителя 1
6 вательно, и ток в нагруэочном резисторе 7 также равны нулю. . Конденсатор 6 зашунтирован нулевым проходным сопротивлением непро5 водящей диагонали.диодного моста 9 (выводы 2О и 2 1), что определяет заданный режим "слежения" как режим
"арретирования" для интегратора.
Режим формирования временной за10 держки входного сигнала.
При достижении текущим значением апряжения входного сигнала заданного порогового уровня, при котором выполняется равенство
15 ь 4с - З,пр, (6) происходит эапирание второго диодного моста 9 и его проходное сопротивление Рпр - а операционный усилитель 1 иэ режима "арретирования" переходит в режим "интегрирования".
25 Значение тока ограничения ñ» выбирается несколько большим тока Д с тем, расчетом, чтобы вызвать надежное запирание второго диодного моста 9 и в то же время минимально
30 влиять на скорость заряда конденсатора 6 при возрастании напряжения входного сигнала в от значения
Чоорог до своего максимально возможного значения ((y ((g 1 р ó с ви )вд,у (5)
1 в +(ю ОткР: значение входного тока, текущее значение напряжения входного сигнала; номинал входного резистора; значение проходного сопротивления открытого третьего диодного моста 12. где Ъ,откр.
Значение тока в обратной связи
4 в линейном режиме работы-операционного усилителя 1 однозначно связано с значением входного тока соотношением !J>1 - Зов .
С учетом принятых Допущений, что
Кю открытых диодных мостов равно нулю, напряжение 4 и о а следоI ой) С (7) 45 . где Jog 3 — токи ограничения третьl его 12 и второго 9 диодных мостов, - заданное значение временной задержки сигнала отказа канала управления, C, — номинал емкости конденсатора 6.
Текущему изменению значения напряжения на выходе операционного усилителя 1 соответствует значение выходного тока Э „ определяемое вы,ражением
С момента и, когда операционный усилитель 1 из режима арретирования переходит в режим интегрирования, изменение напряжений Ц» и (о опре40 деляется выражением.11112 3 ходной клемме 33 устройства — сигнал отказа канала управления.
После этого происходит дальненшее линейное нарастание выходного на5 пряжения l4» в соответствии с выражением (7) до уровня насыщения выходной характеристики операционного усилителя 1.
Наличие ограничителя 15 напряже10 ния препятствует возрастанию вь!ходкого напряжения 9о» выше заданного уровня ограничения, определяемого выражением.(12) !
20 (10)
Скачкообразное возрастание выходного напряжения о» происходит на величину д0», определяемую выражением
< ге + р ) (i1)
r где 1овр — падение напряжения на открытом база-эмиттерном переходе входного транзистора в ключевом блоке 8; . — номинал нормирующего резистора.
Одновременно происходит скачкообразное отпирание входного транзистора в ключевом блоке 8 и, как следствие, появление напряжения положительной полярности "+U" на вы и 8Ь»»» оЪ оь о »( (8)
Увеличение выходного тока Ло »„происходит по линейному закону до значения, при котором его величина достигает зйачения ограничения До» в первом диодном мосте 2 (3»r», о„).
При этом происходит нарушение линейных соотношений между предель-. ным значением входного тока Э,„ 1 и током Зеы» в результате чего
I происходит скачкообразное запирание первого диодного моста 2 и релейное возрастание выходного напряжеНИЯ ВО4
Заданное значение временной задержки сигнала отказа канала УПравления определяется выражением до»- о> g . (9)
-1о - Зо
Из выражения (9),следует, что в схеме имеет место умножение постоянной времени T =. С К в h раз, опредепяеМого нормированным отношением разности токов ограничения
Эо» 1 J в диодных мостах 2,9 и 12.
Значение граничного напряжения
9z„rrp + 0 „q - соответствующее знаке,»„- 3о опр ед выражением
Режим формирования выходного сигнала отказа канала управления.
Тем самым уменьшается время восстановления устройства, после выполнения соотношения, „ До, что увеличивает быстродействие схемы.
Режим восстановления схемы.
При значениях напряжения входного сигнала P»»„,определяющего соотношение токов 38 а До,происходит отпирание третьего 12 и второгс» 9 диодных мостов, а конденсатор 6 начинает, разряжаться, в основном, через внутренние сопротивления открытых диодных мостов, что определяет быстрое восстановление исходного нулевого потенциала на конденсаторе. !
Одновременно с уменьшением заряда на конденсаторе 6 уменьшается напряжение на выходе операционного усилителя 1 до момента, при котором
Э ь»,, (5о», после чего первый диодный мост 2 скачком отпирается, а разность потенциалов и ее полярность между входным 28 и выходным 26 выводами однонаправленной диагонали диодного моста 2 достигают исходного состояния,соответствующего запертому состоянию .база-эмиттерного перехода входного транзистора в ключевом блоке 8, и сигнал отказа на выходной клемме 33 устройства исчезает.Устройство переходит в режим "слежения" за изменениями текущих значений входного сигнала.
Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого реле времени заключается в высокой надежности работы и стабильности его параметров при изменении температуры окружающей среды, что-определяется выбранной структурой электрической схемы и применением таких высоконадежных ЗРЗ как резисторы и диоды