CN2225061Y - 智能伺服放大器 - Google Patents
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Abstract
一种用精密弱小信号控制电动执行器、电动调节阀使用的智能伺服放大器。由转换隔离电路、电平补偿电路、断信号保护与报警电路,位置取值与限位设定电路。差分比较放大电路、开、关整形电路、开、关触发电路、开向、关向定时电路、功率开关电路构成。它的特殊之处是用集成运算放大器构成转换隔离输入信号、反馈信号转换隔离电路。中间触发采用整形555集成电路。本装置具有工作状态自动显示,出现故障自动保护报警、自动限位的功能。
Description
本实用新型涉及一种智能伺服放大器,特别是用精密弱小信号控制电动执行器,电动调节阀使用的伺服放大器,属于自动化控制仪表装置。
现有的伺服放大器的结构是:用两个双拍推挽磁放大器将输入信号与负载位置的反馈信号在一定的外励磁下进行比较,输出一个带极性的偏差电压信号去控制中间级的单结晶体管等组成的脉冲发生器电路,通过脉冲变压器去触发后级的单向可控硅桥开关电路。其不足之处是:1、由于磁放大器的输出受磁性材料成份性质的影响,以及激磁电流的稳定性,环境温度的影响,灵敏度、线性度、稳定性差;2、中间级脉冲控制,不便于测试与维修,也不便于对硅开关的同步触发;3、单硅桥组件多、尺寸大。不能满足高密度安装要求;4、单表只能使用0—10MA或4—20MA一种信号,通用性差;5、增设功能困难;6、没有执行负载的极限限位功能,使电动阀或执行器的使用范围与使用寿命大大受到限制。
本实用新型的目的在于克服现有伺服放大器的不足、提供一种用集成运算放大器取代原磁放大器,中间触发采用整形555集成电路代替单结晶体管和脉冲变压器,工作状态自动显示,出现故障自动保护报警,排除故障自动运行并且能够极限自动限位功能的智能伺服放大器。
本实用新型的目的是这样实现的它包括电平补偿电路、开触发、关触发电路,功率开关电路,开、关触发电路分别与功率开关电路相连,它的特殊结构是:输入信号转换隔离、反馈转换隔离电路分别由运算放大器F1、F2、F3、F4,二极管D、电阻R、电容C、稳压管DW构成,其中F1、F2、F3、F4的连接结构相同,它们的正端分别与信号的正端相连,负端分别与其输出端相连,正端还分别连接有DW1、DW2、DW3、DW4、R1、R2、R3、R4,C1、C2、C3、C4。断信号保护报警电路由运算放大器F8、F9、继电器J1、电阻R、二极管D构成,其中F8的正端通过电阻R10与F1、F3的公共输出端相连,负端通过电阻与输出端相连,F9的正端通过R14与F4的输出端相连,负端通过RW7、R16与输出端相连,J1与D15相并联一端接电源、另一端分别通过D6、D5与F8、F9的输出端相连。位置取值与限位电路由运算放大器F10、F11、稳压管、电阻、电位器构成,其中F10的正端、F11的负端通过R67与F4的输出端相连,F10的负端通过R68与输出端相连,通过R65与RW4相连、F10、F11的正端通过电阻接于地线。差分比较放大电路由运算放大器F6、F7、电阻、电容、电位器构成,F6的正端与F7的负端相连后通过R21与F5的输出端相连,F6的负端与F7的正端相连后通过R20与F4输出端相连,F6的负端与F7的正端通过R22接地,它们的负端分别通过R18、RW2、C5、R19、RW3、C6与其输出端相连。开整形电路由施密特H4、H5构成,其输入端通过R23与F6的输出端相连,输出端通过R25与H6的输入端、时基电路S2的2、6脚相连。关整形电路由H1、H2构成,其输入端通过电阻R24与F7的输出端相连,输出端通过R26与H3的输入端、S4的2、6脚相连;开向定时电路由H6、S1、三极管BG1、二极管、电阻、电容、开关K1构成,H6的输出端通过R29与时间设定电阻R41—R50相连后通过开关K1与BG1的集电极相连,BG1的发射极与S1的2、6脚相连,S1的2、6脚通过D7与R29相连,3脚与S2的4脚相连,D9的正端与S1的6脚相连,负端与电源的正极相连BG1的基极与R72相连。关向定时电路由H3、BG2、S3、电阻、二极管、电容构成,H3的输出端通过R30与定时电阻R51—R60相连后通过BG2与S3的2、6脚相连,S3的2、6脚通过D8与R30相连还通过D10与电源相连,BG2的基极与R73相连,S3的3脚与S4的4脚相连。开触发电路由S2、发光管BD1、交流继电器SSR2、继电器J1-1电容构成,S2的3脚通过R35、BD1与SSR1的输入发光管相连后通过J1-1、C9接于地线,5脚通过R34接于地线。关触发电路由S4、发光管BD2、电阻、交流固态继电器SSR2、继电器J1-1构成,S4的3脚通过R36、BD2与SSR2的输入发光管相连后通过J1-1、C9接于地线,5脚通过R34接于地线。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到:交流固态继电器SSR1与压敏电阻RY1相并联后与负载相连,SSR2与压敏电阻RY2相并联后与负载相连。
相比现有技术,本实用新型具有以下优点:
1、灵敏度高,100UA—400UA可调;
2、线性高,稳定性优于20UA,无自激振荡现象发生;
3、II、II型仪表互换通用,电流、电压源信号简便切换即可通用;
4、根据需要可变换成比值,选择异信号制成各种特殊伺服放大器;
5、可对外信号断线,故障进行现场保护与声光报警,保护设定范围0.5—3.5mA任意可调,故障排除后可自动运行;
6、对执行器或电动阀可高精度、高可靠地自动极限限位;
7、修理不需示波器,调试、校验、修理方便,可不带负载进行调试。
8、体积小适于现代控制系统的高密度安装的需要。
9、生产工艺简单,成本低适于批量生产。
附图图面说明:
图1为本实用新型方框图;
图2为本实用新型电原理图。
下面结合附图实施例详述本实用新型。
本实用新型由信号转换与输入隔离电路、电平补偿电路、差分比较放大电路、整形电路、触发电路、定时设定与定时电路、功率输出电路、位置信号检测与处理电路、断信号事故保护报警电路组成。输入信号隔离与信号转换电路与电平补偿电路相连,电平补偿电路又与断信号保护报警电路、差分比较放大电路相连,反馈信号转换与隔离电路同时与断信号保护报警电路,位置取值与限位设定电路,差分放大电路相连。差分比较放大电路与整形电路相连;整形电路由开向整形,关向整形电路组成,分别取自差分比较放大器(1)和(2),开向整形与开触发电路相连,同时为开向定时器提供开定时同步信号,关向整形与关触发电路相连,并为关定时提供定时同步信号。开触发器受整形信号,开定器、断信号报警保护,三电路同时控制,触发器另一端与开向功率开关相连;关向触发电路受相连的关整形、关定时、断信号保护与报警三电路同时控制,其另一端相连至关向功率开关。开向定时电路受相连位置取值与限位设定电路、开定时同步整形电路、时间设定电路(1)三电路同时控制,其输出控制开触发电路;关向定时电路受相连的位置取值与限位设定电路、定时时间设定电路(2)及关定时同步整形电路三路同时控制,其输出控制关触电路。
本实用新型由运算放大器F1—F7、电阻、二极管D2—D4、电容C1—C6、稳压管DW1—DW4、电位器RW1—RW3组成回路取代原磁放大器。其中F1、F2、F3、F4、C1、C2、C3、C4,DW1、DW2、DW3、DW4、电阻R1—R7组成三个输入信号转换隔离和一个反馈信号转换隔高回路,4个信号正端分别接C1—C4,DW1—DW4的正极、并分别与R1—R4的一端相连,DW1、R1、C1相并联一端接F1的正端,负极与系统地线相连。DW2、R2、C2、DW3、R3、C3,DW4、R4、C4的联接方法与DW1、R1、C1的联接方法相同。装置的地线分别经二极管D1—D4各自接信号的负极。F1—F4的负端分别接各自的输出端。其中F1的输出端串接R5,F2的输出端串接R6,F3的输出端串接R7后接同一点(A)。F5的正端与R8相连,R8的另一端接于(A)点。F5的反相输入端经R9接地,同时与电位器RW1、电阻R12连接后与其输出端相连,构成电平补偿电路。F6的正端、F7的负端通过R21与F5输出端相连并通过R17接地。R19、RW3串联后与C6并联后与F7输出端相连,F6的负端。F7的正端通过R20与F4输出端相连接经R22接地,R18与RW2串联后与C3并联后与F6的输出端相连,从而构成差分比较放大电路(1)、(2)。
断信号保护报警电路由运算放大器F8、F9、继电器J1、电阻R、二极管D、发光管、讯响器构成,F8的正端经电阻R10接于(A)点,F8的负端经R11接地,并经RW6、R15与其输出端相连。D5与J1并联,一端接于F8的输出端,另一端接正电源。F9的正端与R14相连后与F4的输出端相连,F9的输出端通过D6与J1串联接电源正极。继电器J1常闭触点J1-1控制S2、S4的输出端,常开触点J1-2控制讯响器XF,报警灯BD4与R74串联后与XF并联,一端接正电源,另一端与J1-2相连。
位置取值与限位电路由运算放大器F10、F11稳压管DW6、电位器RW4、RW5、电阻构成。F10的正端、F11的负端与R67相连与F4的输出端相连,F10的负端连接R68后与其输出端相连,F10的负端还连接有R65与RW4相连。F10、F11的正端分别连接有R69、R70后接地。R63、R64、DW6、RW4、RW5、R55、R66组成限位值设定电路,R68—R71与前述器件相连后共同构成取值限位设定与运算电路,F10的输出端与R72相连后与BG1的基极相连,F11的输出端与R73相连后与BG2的基极相连。
差分比较放大电路由运算放大器F6、F7、电阻、电容、电位器构成。F6的正端与F7的负端相连并与R21串联与F5的输出端相连。负端与F7的正端相连后通过R20与F4的输出端相连,F6的负端、F7的正端通过R22接地。RW2与R18串联后与C5并联一端与F6的负端相连,另一端与F6的输出端相连。RW3与R19串联后与C6并联,一端与F7的负端相连,另一端与F7的输出端相连。
开整形电路由施密特H4H5构成,其输入端与R23相联后与F6的输出端相连,输出端与R25相连与H6的输入端、时基电路S2的2、6脚相连。
关整形电路由施密特H1H2构成,其输入端与R24相连后与F7的输出端相连,它的输出端与R62相连后与H3的输入端、S4的2、6脚相连。
开向定时电路由施密特H6、时基电路S1、三极管BG1、二极管、电阻、电容、开关K1构成。H6的输出端与R29相连与时同设定电阻R41—R50通过开关K1与BG1的集电极相连,BG1的发射极与时基电路S1的2、6脚相连,S1的2、6脚与D7相连后与R29相连,S1的3脚与S2的4脚相连,D9的正端与S1的6脚相连,负端接电源的正极。
关向定时电路由施密特H3、三极管BG2、时基电路S3、电阻、二极管、电容构成。H3的输出端与R30相连与定时电阻R51—R60相连,R51—R60相并联,H3的输出端与R51—R60相连后通过开关K2与BG2的集电极相连,BG2的发射极与S3的2、6脚相连,S3的2、6脚通过D10与R30相连,2、6脚还与D10的正端相连,D10的负端接电源正极。S3的3脚与S4的4脚相连。
开触发电路由时基电路S2、发光管BD1、交流固态继电器SSR2、继电器J1-1、电容构成,S2的3脚与R35、BG1相连,R35与RD1相串联后与交流固态继电器SSR1的输入发光管相连接后与J1-1相连,C9与J1-1相联后接地线,S2的5脚与R33相连后接地线。SSR1与压敏电阻并联后接负载。
关触发电路由时基电路S4、发光管BG2、电阻、交流固态继电器SSR2、继电器J1-1、C9组成。S4的3脚与R36、BD2相连后与交流固态继电器SSR2的输入发光管相连后与J1-1相连,并通过J1-1与C9的并联电路接地。交流固态继电器SSR2与压敏电阻RY2相并联后接负载。
本实用新型的电阻阻值及型号根据实际设计值选定,R1—R4用精度锰铜丝无感绕制,其它电阻选用1%—5%1/4W金属膜电阻。运算放大器F1—F11选用F258运放或224。时基电路S1—S3选用555型。DW1—DW4选用稳压值6—9V即可。继电器为超小型密封继电器,它的电源电路为通用电路。
本实用新型的设计原理是:
本实用新型的信号比较放大电路采用集成运放取代原磁放大器,由运放F1—F7电阻R12、R1-9、R17—R21、电容C1—C6、二极管D1—D4稳压管DW1—DW4、电位器RW1—RW3组成。运放F1—F4接成4个射极跟随器,因其同相阻抗无穷大,可以很好地将输入I—III通道和反馈通道信号隔离,同时又起输入信号电流源转为理想电压源的作用。R1、C1、DW1并联后正端接1通道信号正极及F1同相输入端、负端接系统地线,从地线经D1接通道工信号负端。参照原理图F2、F3、F4相应各自相连。这里C1—C4起滤波作用,滤除信号线传输过程中的交流干扰脉冲,D1—D4既可避免同电源的输入信号接反相短路,又可使传输线上干扰负脉冲起消除作用。DW1—DW4的作用是防止外信号过大或R1—R4断路时损坏F1—F4。F5、R8、R9、R12、RW1作为电平补偿电路是为补偿F1—F3输出相连后的分压影响,又可利用RW1的调整对输入与反馈信号的零位与满度进行微调补偿。F6、F7、R17—R22、C5、C6、RW2、RW3组成双差分比较放大器,F5V0经R21到F6Vl+和F7Vl-、F4V0经电阻R20到F6Vl-和F7_Vl+,这种连接保证只要超过设计灵敏度的差动信号时才使差动放大器输出高电平,并且只要差动放大器输出便达到需要的高电平。调整RW2、RW3可对装置的开、关行程灵敏度进行调节和设定。C5、C6用于滤除杂散脉冲干扰,进一步提高抗干扰能力。若在F1—F3任一端加适当电位,就可组成异信号制特殊伺服放大器。
中间变换与触发级:电路分为开阀整形、关阀整形、开触发、关触发。由施密特H1、H2、H4、H5,555时基电路S2、S4发光二极管BD1、BD2、电阻R23—R26、R37、R38、R33R34及SSR1、SSR2的输入发光二极管和J1-1、C9组成。R23—R26、R37、R38主要起保护施密特H1—H6作用,R33、R34为降低S2、S4门电压以利抗干扰。BG1BG2的设置可为装置提供运行指示,为维修校验提供了方便。整形电路H1—H4的设置一是提供一致可靠的电平,提高抗干扰能力,另外还为运放器F6、F7输出信号提供导相作用。当输入信号与反馈信号相等或未达到灵敏限要求偏差时,运放器F6、F7均输出电平低于H1H2、H4H5的输入高电平。H1H3、H4H5均输出高电平,这样S2、S43脚均为(0.5V的低电平,SSR1、SSR2内输入发光二极管均不发光,SSR1、SSR2均阻断。当偏差超过设定灵敏度时,如输入信号大于反馈信号,F6V0>H4H5ViH,同时F7V0进一步减小,S43脚维持低电平,H4、H5输出低电平,其值远小于S2中的电平,S2的3脚输出高电平,BD1发光,SSR1输入发光管同时发光,SSR1导通,负载正常运转。反之输入信号小于反馈信号时同理。
功率输出电路采用两个交流固态继电器SSR1、SSR2,压敏电阻RY1、RY2、SSR1与SSR2相连构成开向开关电路,SSR2的输出端与RY2并联构成关向开关电路,SSR1、SSR2可选380V/10A,RY1、RY2选3KA/560V。
断信号报警保护电路的运算放大器F8Vi+经R10到(A)点,F8Vl-端经R11接地,同时经R15、RW6到输出端F8V0,F8V0经二极管D5与继电器J1串联接正电源。F9的同相端F9Vl+信号是经R14取自位置反馈隔离运放F4的V0端,F9反相端Vi经R13接地,经RW7、R16接于F9V0端构成同相输入放大器,其F9V0经D6串联J1到继电器J1常闭点J1-1控制触发信号,常开J1-2与BD4、R74和讯响器XF串联到正电源。这样当F8同相端电位低于某设定值时(输入通道故障时),F8V0输出低电平J1吸合,J1-1断开,切断两个SSR输入回路,SSR输出回路断,负载维持原位置不动。同时J1-2闭合,BD4亮,讯响器XF导通报警;同样F9、R13、R14、R16、RW7构成反馈信号检测电路。二极管D5、D6构成F8、F9相应隔离及继电器J1的“或”控制,只要有一路断线.保护即启动R10、R11、R13、R14等值。调RW6、RW7可以使保护范围在0.5—3.5MA。C9用于吸收J1-1断开时可能的干扰脉冲。
本实用新型的位置取值与电路由F10、F11、电阻R63—R73、电位器RW4、RW5构成,F4V0的反馈信号值经电阻R67送至F10同相端F10Vl+、F11反相端F11Vl-;由R63、R64、RW4、RW5、DW6构成基准电位,由RW4中间头经R65引至F10反相端F10Vl-,RE5中间头经R66连至F1同相端F11Vl-;R68、R71构成F10、F11的负反馈电阻,R69、R70分别从F10Vl+,F11Vl+接地成为其平衡电阻,F10V0经R72引至BG1基极、F11V0经R73引至BG2基极,调RW4可使开行程(上点)定时的起始值在总行程的70—95%范围内给定,调RW5可使下行程定时的起始值在20—0%范围内设定。当位置信号F4V0(VRW5时,即F11V+>Vi_时,F11V0输出高电平,BG2导通启动关行程定时器,同时F10Vi+(Vi_,F10V0低,BG1截止,不定时;当F4V0>VRW5小于VRW4时,即F10、F11的Vi+(Vi_,F10、F11均为低电平,BG1、BG2均截止,均不定时;当F4V0>VRW4时,F11不变,F10Vi+>Vi_,F10V0为高电平,BG1导通,启动上行程定时器。
定时电路的BG1发射极接S12、6脚C7+、D7+、D9,基极受控于F10V0,集电极与R41—R50,多点开关K1构成的定时设定电路相连,切换K1于R41—R50不同位置,选取不同电阻,可获得不同的定时时间。S1的5脚接C8到地,可提高S1定时抗干扰能力,S1的7脚经R31与4、8脚同接电源正极,3脚输出端接S2复位控制端4。使S2触发工作受S1定时电路控制;S1定时电路不工作时S1的3脚为高电平。S2状态出2、6脚决定。S1定时电路是否定时受BG1及H6的状态决定,H6的状态受H4、H5状态控制,即受触发开整形决定。仅当H4、H5、V0为低电平时,开触发器输出高电平,SSR1工作时,H6V0才为高电平,经R29定时设定电路,为BG1集电极提供正向偏压,BG1导通为C7冲电,当充至Vc7≥V5脚电平时,S1的3脚为低电平。S2的3脚被强制输出低电平,SSR1断开,负载停电。所以由H6提供的电平信号为开定时同步信号,由H3提供的电平信号为关定时同步信号。如果S2没有触发信号,H6输出低电平,C7经D7、R29、H6而迅速放电为定时器S1清0,从而保证阀或执行器的每次定时时间为一恒值,从而保证定时的准确性。关回路与开回路的电路原理设计完全相同。由F11V0经R73输出限位起始控制信号至BG2基极,BG2的发射极连至S3的2、6脚C11正极,D8、D10正极。BG2集电极连至开关K2与R51—R60组成的定时选择设定电路,经设定电路后串联R30与H3等组成定时同步整形电路相连,从而对定时器S2是否定时接受H3输出的标准电平同步信号和F11V0控制的BG2导通与否进行控制,S3的3脚接至S4复位控制端4脚,构成S3对S4的控制,其它器件接法与S1上对称器件完全相同。本电路中D9、D10为装置断电后C7、C11上可能有的高电荷提供迅速放电回路,以保护S1、S3和H3、H6。
Claims (2)
1、一种智能伺服放大器,包括电平补偿电路、开触发、关触发电路,功率开关电路,开、关触发电路分别与功率开关电路相连,其特征在于:
a、输入信号转换隔离、反馈转换隔离电路分别由运算放大器F2、F3、F4,二极管D、电阻R、电容C、稳压管DW构成,其中F1、F2F3、F4的连接结构相同,它们的正端分别与信号的正端相连,负端分别与其输出端相连,正端还分别连接有DW1、DW2、DW3、DW4、R1、R2、R3、R4、C1、C2、C3、C4;
b、断信号保护报警电路由运算放大器F8、F9、继电器J1、电阻R、二极管D构成,其中F8的正端通过电阻R10与F1、F3的公共输出端相连,负端通过电阻与输出端相连,F9的正端通过R14与F4的输出端相连,负端通过RW7、R16与输出端相连,J1与D15相并联一端接电源,另一端分别通过D6、D5与F6、F9的输出端相连;
c、位置取值与限位电路由运算放大器F10、F11、稳压管、电阻、电位器构成,其中F10的正端、F11的负端通过R67与F4的输出端相连,F10的负端通过R68与输出端相连,通过R65与RW4相连,F10F11的正端通过电阻接于地线;
d、差分比较放大电路由运算放大器F6、F7、电阻、电容、电位器构成,F6的正端与F7的负端相连后通过R21与F5的输出端相连,F6的负端与F7的正端相连后通过R20与F4输出端相连,F6的负端与F7的正端相连后通过R22接地,它们的负端分别通过R18、RW2、C5、R19、RW3、C6与其输出端相连;
e、开整形电路由施密特H4、H5构成,其输入端通过R23与F6的输出端相连,输出端通过R25与H6的输入端、时基电路S2的2、6脚相连;
f、关整形电路由H1H2构成,其输入端通过电阻R24与F7的输出端相连,输出端通过R26与H3的输入端、S4的2、6脚相连;
g、开向定时电路由施密特H6、时基电路S1、三极管BG1、二极管、电阻、电容、开关K1构成,H6的输出端通过R29与时间设定电阻R41—R50相连后通过开关K1与BG1的集电极相连,RG1的发射极与S1的2、6脚相连,S1的2、5脚通过D7与R29相连,3脚与S2的4脚相连,D9的正端与S1的6脚相连,负端与电源的正极相连,BG1的基极与R72相连;
h、关向定时电路由施密特H3、三相管BG2、时基电路S3、电阻、二极管、电容构成,H3的输出端通过R30与定时电阻R51—R60相连后通过BG2与S3的2、6脚相连,S3的2、5脚通过D8与R30相连还通过D10与电源相连,BG2的基极与R73相连,S3的3脚与S4的4脚相连;
1、开触发电路由S2、发光管BD1、交流固态继电器SSR2、继电器J1-1、电容构成,S2的3脚通过R35、BD1与SSR1的输入发光管相连后通过J1-1、C9接于地线,5脚通过R33接于地线;
j、关触发电路由时基电路S4、发光管BD2、电阻、交流固态继电器SSR2、继电器J1-1构成,S4的3脚通过R36、BD2与SSR2的输入发光管相连后通过J1-1、C9接于地线,5脚通过R34接于地线。
2、根据权利要求1所述的智能伺服放大器,其特征在于SSR1与压敏电阻RY1相并联后与负载相连,SSR2与压敏电阻RY2相并联后与负载相连。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN101957599A (zh) * | 2010-10-15 | 2011-01-26 | 北京联合大学生物化学工程学院 | 一种静态工作点可自动调节的单级放大电路 |
CN113484751A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-08 | 杭州电子科技大学 | 一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路 |
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1994
- 1994-11-18 CN CN 94244757 patent/CN2225061Y/zh not_active Expired - Fee Related
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CN113484751A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-08 | 杭州电子科技大学 | 一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路 |
CN113484751B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-05-23 | 杭州电子科技大学 | 一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路 |
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