PL224081B1 - Układ pomiarowy z izolacją do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ pomiarowy z izolacją do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi, stosowanymi w przestrzeniach zagrożonych wybuchem, np. w kopalniach.

W znanych rozwiązaniach układów pomiarowych z izolacją do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi stosuje się układy zbudowane z przetwornika napięcia na częstotliwość, transoptora zapewniającego izolację oraz przetwornika częstotliwości na napięcie. Wadą tego rozwiązania jest stosunkowo duży pobór prądu oraz złożoność układu.

Inne znane układy zbudowane są z mikrokontrolerów połączonych z przetwornikami analogowo cyfrowymi, które przetwarzają sygnał analogowy na postać cyfrową i przez transoptor zapewniający izolację przesyłają informację o sygnale do procesora nadrzędnego po stronie obwodów nieiskrobezpiecznych urządzenia elektronicznej automatyki zabezpieczeniowej EAZ. Wadą tego rozwiązania jest złożoność układu i konieczność programowania.

Znane są też z opisów układy pomiarowe z izolacją, zbudowane w oparciu o transoptory analogowe. Układy te są dostępne w notach aplikacyjnych transoptorów analogowych, oraz przedstawione w opisach patentowych nr EP0875765A1, nr US5517154A, nr CN102305890A, nr CN1 01923111A i nr CM 102062799A, lecz nie mogą być one stosowane do separacji galwanicznej między obwodami iskrobezbiecznymi i nieiskrobezpiecznymi, ponieważ nie spełniają odpowiedniego poziomu zabezpieczenia transoptora przed nadmiernym wydzielaniem mocy w przypadku uszkodzenia elementów uszkadzalnych układu pomiarowego, według normy PN-EN 60079-11.

Układ pomiarowy z izolacją do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi według wynalazku zbudowany jest w oparciu o transoptor analogowy. Dioda nadawcza transoptora jest podłączona anodą z napięciem zasilającym nieiskrobezpieczną część obwodu iskrobezpiecznego, a katodą poprzez pierwszy rezystor z wyjściem pierwszego wzmacniacza. Wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza połączone jest z masą nieiskrobezpiecznej części obwodu iskrobezpiecznego. Pierwsza dioda odbiorcza transoptora analogowego jest podłączona anodą do masy części nieiskrobezpiecznej obwodu iskrobezpiecznego, a katodą poprzez drugi rezystor do wejścia odwracającego pierwszego wzmacniacza i poprzez trzeci rezystor do wejścia układu pomiarowego. Pomiędzy wejście odwracające i wyjście pierwszego wzmacniacza włączony jest kondensator. Druga dioda odbiorcza transoptora analogowego jest podłączona anodą do masy obwodu nieiskrobezpiecznego, a katodą przez czwarty rezystor do wejścia nieodwracającego drugiego wzmacniacza i poprzez piąty rezystor do wyjścia drugiego wzmacniacza. Wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza połączone jest z masą obwodu nieiskrobezpiecznego. Wyjście drugiego wzmacniacza jest wyjściem układu pomiarowego.

Układ według wynalazku ma szereg zalet. Zastosowanie transoptora analogowego pozwoliło na zmniejszenie złożoności układu, a więc powierzchni przez niego zajmowanej, ograniczyło moc pobieraną przez układ pomiarowy, o której decyduje głównie prąd diody nadawczej, mniejszy jest również koszt takiego rozwiązania w porównaniu z rozwiązaniami alternatywnymi.

Najistotniejszą zaletą układu jest możliwość stosowania go do separacji galwanicznej między obwodami iskrobezbiecznymi i nieiskrobezpiecznymi zgodnie z normą PN-EN 60079-11. Wg wymagań normy element separujący - transoptor musi być zabezpieczony przed nadmiernym wydzielaniem mocy w przypadku uszkodzeń elementów uszkadzanych układu pomiarowego. Jeśli wartości rezystorów pierwszego, drugiego, trzeciego, czwartego i piątego są dobrane w taki sposób, że spełniają warunek nieuszkadzalności wg normy, to zabezpieczają one transoptor przed nadmiernym wydzielaniem mocy w przypadku uszkodzeń elementów uszkadzalnych w układzie pomiarowym, bądź obwodach połączonych z nim i w konsekwencji może być stosowany do separacji galwanicznej między obwodami iskrobezbiecznymi i nieiskrobezpiecznymi.

Układ charakteryzuje się dużą liniowością i małym poziomem szumów.

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

Układ pomiarowy z izolacją do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi, jest zbudowany w oparciu o transoptor analogowy. Dioda nadawcza PN1 jest sterowana poprzez rezystor R1 sygnałem wyjściowym pierwszego wzmacniacza W1, którego wejście nieodwracające połączone jest z masą nieiskrobezpiecznej części obwodu iskrobezpiecznego GND1. Pierwsza dioda odbiorcza DO1 transoptora analogowego U1 jest włączona w pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego pierwszego wzmacniacza W1, pracującego w układzie odwracającym fazę. Pierwsza dioda odbiorcza DO1 jest podłączona anodą do masy części nieiskrobezpiecznej obwodu iskrobezpiecznego GND1, a katodą poPL 224 081 B1 przez rezystor R2 do wejścia odwracającego pierwszego wzmacniacza W1 i poprzez rezystor R3 do wejścia układu pomiarowego. Pomiędzy wejście odwracające i wyjście pierwszego wzmacniacza W1 włączony jest kondensator kompensujący C1. Druga dioda odbiorcza DO2 transoptora analogowego U1 jest podłączona anodą do masy obwodu nieiskrobezpiecznego GND2, a katodą przez rezystor R4 do wejścia nieodwracającego drugiego wzmacniacza W2 i poprzez rezystor R5 do wyjścia drugiego wzmacniacza W2, pracującego w układzie konwertera prądowo napięciowego. Wyjście drugiego wzmacniacza W2 jest jednocześnie wyjściem układu pomiarowego. Wzmocnienie całego układu wynosi:

_ K2 R5

Uwv - ^UWE gdzie K1 i K2 są współczynniki sprzężenia diody nadawczej DN1 z diodami odbiorczymi DO1 i DO2.

Układ może być wykorzystany do pomiarów wielkości analogowych i wbudowany do urządzeń elektronicznej automatyki zabezpieczeniowej EAZ, przewidzianej do zastosowań górniczych. Układ zapewnia izolację i umożliwia spełnienie wymagań normy PN-EN 60079-11 w zakresie połączenia obwodu nieiskrobezpiecznego z nieiskrobezpieczną częścią obwodu iskrobezpiecznego.

Claims (1)

1. Układ pomiarowy z izolacją do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi zbudowany w oparciu o transoptor analogowy (U1), którego dioda nadawcza (DN1) jest podłączona anodą z napięciem zasilającym część nieiskrobezpieczną obwodu iskrobezpiecznego (UZAS1) a katodą poprzez rezystor (R1) z wyjściem pierwszego wzmacniacza (W1), którego wejście nieodwracające połączone jest z masą części nieiskrobezpiecznej obwodu iskrobezpiecznego (GND1), zaś pierwsza dioda odbiorcza (DO1) transoptora analogowego (U1) jest podłączona anodą do masy części nieiskrobezpiecznej obwodu iskrobezpiecznego (GND1), a katodą poprzez rezystor (R3) do wejścia układu pomiarowego, przy czym pomiędzy wejście odwracające i wyjście pierwszego wzmacniacza (W1) włączony jest kondensator (C1), natomiast druga dioda odbiorcza (DO2) transoptora analogowego (U1) jest podłączona anodą do masy obwodu nieiskrobezpiecznego (GND2), a katodą poprzez rezystor (R5) do wyjścia drugiego wzmacniacza (W2), które jest jednocześnie wyjściem układu pomiarowego, przy czym wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza (W2) połączone jest z masą obwodu nieiskrobezpiecznego (GND2), znamienny tym, że rezystor (R2) połączony jest jednym wyprowadzeniem do wejścia odwracającego pierwszego wzmacniacza (W1) a drugim do węzła rezystora (R3) i katody diody (DO1), zaś rezystor (R4) połączony jest jednym wyprowadzeniem do wejścia odwracającego drugiego wzmacniacza (W2), a drugim wyprowadzeniem do węzła rezystora (R5) i katody diody (DO2).