PL223479B1 - Układ pomiaru rezystancji, zwłaszcza do obwodów iskrobezpiecznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ pomiaru rezystancji zwłaszcza do obwodów iskrobezpiec znych, stosowanych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, np. w kopalniach.

W znanych rozwiązaniach iskrobezpiecznych układów pomiaru rezystancji metodą stałoprądową stosuje się tranzystory bipolarne PNP pracujące w układzie źródła prądowego połączone odpowiednio z rezystorami gwarantującymi ograniczenie wartości prądu w przypadku uszkodzeń, zgodnie z wymogami iskrobezpieczeństwa. Wadą takich rozwiązań jest duża zależność prądu pomiarowego od temperatury, co w konsekwencji prowadzi do obniżenia dokładności pomiaru w wymaganym zakr esie temperatur. Aby zmniejszyć zależność temperaturową, stosuje się większe wartości rezystancji w obwodzie emitera, co z kolei prowadzi do zwiększenia spadku napięcia na źródle prądowym i w konsekwencji zmniejszenia zakresu pomiarowego, przy danym napięciu zasilającym.

Znane układy źródeł prądowych zbudowanych w oparciu o regulowane układy napięcia odniesienia, w których nie stosuje się wzmacniaczy operacyjnych, zbudowane są z regulowanych układów napięcia odniesienia i tranzystorów bipolarnych połączonych w układzie Darlingtona. Wadą tego ro związania jest dodatkowy spadek napięcia na złączach baza - emiter i emiter - kolektor tranzystorów bipolarnych, co przy zastosowaniu w układzie pomiaru rezystancji prowadzi do ograniczenia zakresu pomiarowego, przy danym napięciu zasilającym i prądzie pomiarowym. Wady tej nie mają układy źródeł prądowych zbudowanych z regulowanych lub o ustalonej wartości układów napięcia odniesienia i wzmacniacza operacyjnego, jednak wadą ich jest większa złożoność i koszt takiego rozwiązania.

Układ pomiaru rezystancji, zwłaszcza do obwodów iskrobezpiecznych według wynalazku zb udowany jest w oparciu o regulowany układ napięcia odniesienia. Katoda regulowanego układu napięcia odniesienia jest połączona z napięciem zasilającym. Wejście regulacji regulowanego układu napięcia odniesienia jest podłączone do drenu tranzystora PMOS oraz poprzez pierwszy rezystor do napięcia zasilającego. Anoda regulowanego układu napięcia odniesienia jest połączona z bramką tranzystora PMOS, a poprzez drugi rezystor z masą zasilania. Źródło tranzystora PMOS jest połączone przez trzeci rezystor z wejściem pomiaru rezystancji zabezpieczonym diodą Zenera podłączoną pomiędzy wejście pomiarowe rezystancji a masę zasilania. Jednocześnie wejście pomiaru rezystancji połączone jest poprzez czwarty rezystor z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego, pracującego w układzie wtórnika. Do wyjścia wzmacniacza operacyjnego podłączone jest wyjście całego układu. Pomiędzy wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego a masę zasilania po dłączony jest kondensator.

Układ według wynalazku ma szereg zalet. Połączenie regulowanego układu napięcia odniesienia z tranzystorem PMOS o rezystancji drenu dużo mniejszej od rezystora pierwszego zapewnia mały możliwie spadek napięcia na źródle prądowym, a więc większy zakres pomiarowy, przy danym prądzie pomiarowym i napięciu zasilającym. Układ zapewnia wysoką dokładność pomiaru, zależną od tolerancji i stabilności układu regulowanego napięcia odniesienia, taką, która jest możliwa do uzysk ania w rozwiązaniach źródła prądowego ze wzmacniaczem operacyjnym, lecz jest w porównaniu z nim mniej złożony i tańszy. Kolejną zaletą jest to, że dobierając odpowiednie wartości rezystorów pierwszego R1 i trzeciego R3 możliwe jest spełnienie wymagań iskrobezpieczeństwa.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który stanowi schemat ideowy układu.

Układ pomiaru rezystancji, zwłaszcza do obwodów iskrobezpiecznych zbudowany jest w oparciu o regulowany układ napięcia odniesienia. Katoda K regulowanego układu napięcia odniesienia REF1 jest połączona z napięciem zasilającym UZAS. Wejście regulacji REG regulowanego układu napięcia odniesienia REF1 jest podłączone do drenu tranzystora PMOS T1 oraz poprzez pierwszy rezystor R1 do napięcia zasilającego UZAS. Anoda A regulowanego układu napięcia odniesienia REF1 jest połączona z bramką tranzystora PMOS T1, a poprzez drugi rezystor R2 z masą zasilania GND. Źródło tranzystora PMOS T1 jest połączone przez trzeci rezystor R3 z wejściem pomiaru rezystancji WE zabezpieczonym diodą Zenera D1 podłączoną pomiędzy wejście pomiaru rezystancji WE a masę zasilania GND. Jednocześnie wejście WE połączone jest poprzez czwarty rezystor R4 z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego W1 pracującego w układzie wtórnika, do którego wyjścia podłączone jest wyjście układu WY. Pomiędzy wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego W1 a masę zasilania podłączony jest kondensator C1.

Układ zbudowany jest z regulowanego układu napięcia odniesienia REF1 połączonego z tranzystorem PMOS i rezystorami R2 i R1 tworząc źródło prądowe o wartości I=Ureg/R2 i spadku napięcia

PL 223 479 B1

U=Ureg. Prąd pomiarowy wypływa przez wejście pomiaru rezystancji WE do mierzonej rezystancji, a napięcie na wejściu pomiaru rezystancji WE proporcjonalne do mierzonej rezystancji, podawane jest przez rezystor R4 do wzmacniacza W1 pracującego w układzie wtórnika. Rezystory R3 i R4 ograniczają maksymalną wartość prądu wyjściowego z układu, tak aby spełnione były wymagania iskrobe zpieczeństwa.

Układ może być wykorzystany do pomiarów rezystancji doziemienia kabla zasilającego w sieciach kopalnianych i wbudowany do urządzeń automatyki zabezpieczeniowej EAZ, przewidzianej do zastosowań górniczych.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ pomiaru rezystancji, zwłaszcza do obwodów iskrobezpiecznych zawierający regulowany układ napięcia odniesienia, znamienny tym, że katoda (K) regulowanego układu napięcia odniesienia (REF1) jest połączona z napięciem zasilającym (UZAS), wejście regulacji (REG) regulowanego układu napięcia odniesienia (REF1) jest podłączone do drenu tranzystora PMOS (T1) oraz poprzez pierwszy rezystor (R1) do napięcia zasilającego (UZAS), zaś anoda (A) regulowanego układu napięcia odniesienia (REF1) jest połączona z bramką tranzystora PMOS (T1), a poprzez drugi rezystor (R2) z masą zasilania (GND), przy czym źródło tranzystora PMOS (T1) jest połączone przez trzeci rezystor (R3) z wejściem pomiaru rezystancji (WE) zabezpieczonym diodą Zenera (D1) włączoną pomiędzy wejście pomiaru rezystancji (WE) a masę zasilania (GND), a wejście pomiaru rezystancji (WE) połączone jest poprzez czwarty rezystor (R4) z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego (W1), pracującego w układzie wtórnika, do którego wyjścia podłączone jest wyjście układu (WY), przy czym pomiędzy wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego (W1) a masę zasilania włączony jest kondensator (C1).