PL224082B1 - Układ pomiarowy z separacją galwaniczną do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi - Google Patents

Description

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

W znanych rozwiązaniach układów pomiarowych z separacją galwaniczną 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 patentowych układy pomiarowe z separacją galwaniczną, 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 CN101923111A 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 separacją galwaniczną do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi według wynalazku, zbudowany jest w oparciu o transoptor analogowy. Dioda nadawcza transoptora jest połączona katodą z masą nieiskrobezpiecznej części obwodu iskrobezpiecznego, a anodą poprzez pierwszy rezystor z wyjściem pierwszego wzmacniacza. Na wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza podawany jest sygnał pomiarowy. Pierwsza dioda odbiorcza transoptora analogowego jest podłączona katodą do napięcia zasilającego nieiskrobezpieczną część obwodu iskrobezpiecznego, a anodą poprzez drugi rezystor do masy nieiskrobezpiecznej części obwodu iskrobezpiecznego i trzeci rezystor do wejścia odwracającego pierwszego wzmacniacza. Pomiędzy wejście odwracające i wyjście pierwszego wzmacniacza włączony jest kondensator. Druga dioda odbiorcza transoptora analogowego jest podłączona katodą do napięcia zasilającego obwód nieiskrobezpieczny, a anodą przez dzielnik rezystancyjny zbudowany z rezystora czwartego i piątego z wejściem nieodwracającym drugiego wzmacniacza, pracującego w układzie wtórnika. Wyjście drugiego wzmacniacza jest wyjściem układu pomiarowego.

Układ według wynalazku ma szereg zalet. Zastosowanie transoptora analogowego pozwoliło na zmniejszenie złożoności układu, a więc zajmowanej przez niego powierzchni, 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 i czwartego 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 szerokim pasmem pomiaru, do 200kHz przy obecnie produkowanych transoptorach.

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

Układ pomiarowy z separacją galwaniczną do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi jest zbudowany w oparciu o transoptor analogowy. Dioda nadawcza DN1 jest sterowana poprzez rezystor R1 sygnałem wyjściowym pierwszego wzmacniacza W1. Do wejścia nieodwracającego pierwszego wzmacniacza W1 podłączony jest sygnał pomiarowy. Pierwsza dioda odbiorcza DO1 transoptora analogowego U2 jest podłączona katodą do napięcia zasilającego część nieiskrobezpieczną obwodu iskrobezpiecznego UZAS1, anodą poprzez rezystor R2 do masy części nieiskrobezpiecznej obwodu

PL 224 082 B1 iskrobezpiecznego GND1 i poprzez rezystor R3 włączona w pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego pierwszego wzmacniacza W1. Pomiędzy wejście odwracające i wyjście pierwszego wzmacniacza W1 włączony jest kondensator C1. Druga dioda odbiorcza DO2 transoptora analogowego U1 jest podłączona katodą do napięcia zasilającego obwód nieiskrobezpieczny UZAS2, a anodą do dzielnika zbudowanego z rezystorów R4 i R5, którego wyjście jest połączone z wejściem drugiego wzmacniacza W2, pracującego w układzie wtórnika. Wyjście wtórnika jest wyjściem układu pomiarowego. Wzmocnienie całego układu wynosi:

_ K2 R5 ^UwY ~ ^UwE ' Ki' R2 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 automatyki zabezpieczeniowej EAZ, przewidzianej do zastosowań górniczych. Układ zapewnia separację galwaniczną i umożliwia spełnienie wymagań normy PN-EN 60079-11 w zakresie połączenia obwodu nieiskrobezpiecznego z nieiskrobezpieczną częścią obwodu iskrobezpiecznego.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ pomiarowy z separacją galwaniczną do urządzeń z obwodami iskrobezpiecznymi, zbudowany w oparciu o transoptor analogowy (U1), którego dioda nadawcza (DN1) jest połączona katodą z masą części nieiskrobezpiecznej obwodu iskrobezpiecznego (GND1) a anodą poprzez rezystor (R1) z wyjściem pierwszego wzmacniacza (W1), na którego wejście nieodwracające podawany jest sygnał pomiarowy, zaś pierwsza dioda odbiorcza (DO1) transoptora analogowego (U1) jest podłączona katodą do napięcia zasilającego część nieiskrobezpieczną obwodu iskrobezpiecznego (UZAS1), a anodą poprzez rezystor (R2) do masy części nieiskrobezpiecznej obwodu iskrobezpiecznego (GND1) przy czym pomiędzy wejście odwracające i wyjście pierwszego wzmacniacza (W1) włączony jest kondensator (C1), natomiast druga dioda odbiorcza (DO2) transoptora analogowego (U1) jest połączona katodą z napięciem zasilającym obwód nieiskrobezpieczny (UZAS2), a wyjście wzmacniacza (W2) jest połączone z jego wejściem odwracającym i wyjściem układu pomiarowego, przy czym wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza (W2) połączone jest poprzez rezystor (R5) z masą obwodu nieiskrobezpiecznego (GND2), znamienny tym, że rezystor (R3) połączony jest jednym wyprowadzeniem do wejścia odwracającego pierwszego wzmacniacza (W1), a drugim wyprowadzeniem do węzła rezystora (R2) i anody diody (DO1), zaś rezystor (R4) podłączony jest jednym wyprowadzeniem do anody diody (DO2) a drugim do węzła rezystora (R5) i wejścia nieodwracającego drugiego wzmacniacza (W2).