CS195472B1

CS195472B1 - Universal converter of electrical quantities in modular design

Info

Publication number: CS195472B1
Application number: CS248077A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Kuchta; Jaromir Moravec; Jiri Techl
Original assignee: Zdenek Kuchta; Jaromir Moravec; Jiri Techl
Priority date: 1977-04-15
Filing date: 1977-04-15
Publication date: 1980-02-29

Abstract

Vynález řeší. univerzální převodník elektrických veličin ve stavebnicovém provedení.The invention solves the problem of a universal converter of electrical quantities in a modular design.

Description

Vynález řeší. univerzální převodník elektrických veličin ve stavebnicovém provedení.The invention solves. universal converter of electrical quantities in modular design.

Jiskrově bezpečné obvody,.jejichž úroveň bezpečností proti zapálení výbušné směsi hořlavých plynů a par je zajištěna vhodnou výstavbou obvodů a výměrem obvodových prvků, je ve většině praktických aplikací, nutno propojovat na návazné elektrické soustavy. V jis krove bezpečném provedení bývají přitom většinou pouze snímače, ovládací prvky apod., zatímco měřicí a vyhodnocovací části jsou v prostředí bez nebezpečí výbuchu nebo jsou chráněny jiným druhem nevýbušné ochrany. Zajištění bezpečnosti uvedených soustav je možno uskutečnit dvojím způsobem vazby jiskrově bezpečných obvodů na ostatní části. Častější způsob vychází ze speciálních mařicích, au torna ti zač ní. ch a sdělovacích prostředků, jejichž vstupní obvody jsou vhodné pro připojení jiskrově bezpečných okruhů. Druhý způsob ochrany vychází z vazby jiskrově bezpečných obvodů na ostatní části prostřednictvím převodníků, které mají za úkol přenášet užitečné informace a omezovat úroveň energie, která může do jiskrově bezpečných obvodů pronikat v normálním stavu a v poruchových stavech zařízení. Tento druhý způsob je velmi atraktivní, nebot umožňuje využívat elektrická zařízení v normálním provedení. Naráží však na potřebu univerzálních převodníků vhodných k nejširšímu využití z hlediska funkčního i bezpečnostního. Příkladem neúspěšného pokusu o univerzální převodník elektrických veličin jsou Zenerovy bariéry, kde jejich rozšíření brání komplikace s dodržením vyrovnaného zemního potenciálu v celé oblasti instalace a není možno spolehlivě zajistit dokonalé a trvanlivé uzemnění bariéry.Intrinsically safe circuits, whose level of safety against ignition of an explosive mixture of flammable gases and vapors is ensured by suitable circuit construction and acreage of circuit elements, in most practical applications, need to be interconnected to adjacent electrical systems. In the case of a very safe design, the sensors are usually only sensors, control elements, etc., while the measuring and evaluation parts are in an explosion-free environment or protected by another kind of explosion-proof protection. Ensuring the safety of these systems can be achieved in two ways by linking intrinsically safe circuits to other parts. The more common method is based on special thawing, and it starts. media, whose input circuits are suitable for connection of intrinsically safe circuits. The second method of protection is based on the intrinsically safe circuits being coupled to other parts by means of transducers, which are designed to transmit useful information and limit the level of energy that can penetrate intrinsically safe circuits in the normal state and in the fault conditions of the device. This second method is very attractive since it allows the use of electrical devices in a normal embodiment. However, it meets the need for universal converters suitable for the widest possible use in terms of functionality and safety. An example of an unsuccessful attempt at a universal converter of electrical quantities is the Zener barriers, where their expansion prevents complications with maintaining a balanced ground potential throughout the installation area and it is not possible to reliably ensure a perfect and durable grounding of the barrier.

Uvedené nedostatky řeší zapojení podle vynálezu, které dokonale galvanicky odděluje jiskrově bezpečné obvody od ostatních obvodů, jehož podstata spočívá v tom, že napájecí napětí je připojeno 'na vstup oddělovacího napájecího zdroje, na jehož výstupu je připojen vysokofrekvenční generátor, na jehož výstupu je připojeno vstupní, vinutí dvojitého oddělovacího transformátoru, k jehož výstupnímu vinutí jsou přes usměrňovač s filtry připojeny první převodník analogové. veličiny na frekvenci, první zesilovač a optoelektrický převodník. Výstup optoelektrického převodníku je připojen na druhý z i lovač _P jehož výstup je připojen na druhý převodník frekvence na analogovcu veličinu. Výstupní část optoelektrického převodníku, druhý zesilovač a druhý převodník frekvence na analogovou veličinu jsou napájeny ze samostatného napájecího transformátoru přes usměrňovač se stabilizátorem. Dvojitý oddělovací transformátor může mít dvě nebo více výstupních vinutí, na která jsou připojeny usměrňovače s filtry a další obvody v odpovídajícím množství. Do takto oddělených jiskrově bezpečných obvodů lze sestavovat jednoduché obvody i velmi složitá seskupení, která obsahují kontaktní i bezkontaktní snímače, odporové vysílače, fotosnímače, měřicí vysílače tlaku, průtoku, vodivostí, zesilovače, potřebné logické obvody, elektropneumatické převodníky a vyhodnocovací členy. Jako vyhodnocovací elektrická zařízení připojená k výstupu převodníku lze pak využívat obvody počítačů, registračních přístrojů, elektropneumatických převodníků, autorna ti začnich prostředků atd.., které jsou v normálním provedení.These drawbacks are solved by the circuit according to the invention, which completely isolates intrinsically safe circuits from other circuits, which is based on the fact that the supply voltage is connected to the input of the isolation power supply, the output of which is connected to the high-frequency generator. , a winding of a double isolation transformer, to whose output winding a first analog converter is connected via a filter rectifier. frequency, first amplifier and optoelectric converter. The output of the optoelectric converter is connected to the second amplifier _P, the output of which is connected to the second frequency converter on an analogue quantity. The output part of the optoelectric converter, the second amplifier and the second frequency to analogue converter are supplied from a separate supply transformer through a rectifier with a stabilizer. A double isolation transformer may have two or more output windings to which rectifiers with filters and other circuits are connected in a corresponding amount. Into such separated intrinsically safe circuits can be assembled simple circuits and very complex groupings, which include contact and contactless sensors, resistance transmitters, photosensors, measuring transmitters of pressure, flow, conductivity, amplifiers, necessary logic circuits, electropneumatic converters and evaluation elements. Circuits of computers, recording devices, electro-pneumatic converters, authoring means etc., which are in normal design, can be used as evaluation electrical devices connected to the converter output.

Výhody uvedeného řešsní převodníku spočívají,v dokonalém galvanickém oddělení jiskrově bezpečných~Obvodů od ostatních, přičemž generátor s dvojitým oddělovacím transformátorem navíc zajištují účinné omezení energie a zkratuvzdornost a vysokou úroveň bezpečnosti. Přínosem je dokonalé zajištění napájecího řetězce proti pronikání proudů o sítovém kmitočtu. Řešení založení na aplikaci optoe1ektrických převodníků doplněné vysokofrekvenčním generátorem pro napájení vstupních obvodů se vyznačuje vysokou přesností v širokém rozsahu přenášených frekvencí. Protože je však v obou směrech zajištěno výkonové omezení přenášených signálů,a to v normálních i poruchových stavech, jsou vstupní obvody jiskrově bezpečné. V důsledku pečlivého galvanického oddělení jiskrově bezpečných obvodů je v případě potřeby možno uzemňovat jiskrově bezpečné obvody nebo stínění jejích kabelů. Elektrické parametry filtračních okruhů, navržených pro vysoké kmitočty, působí příznivě na úroveň jiskrové bezpečnosti. Dostatečný příkon dodávaný napájecí soustavou do jiskrově bezpečných obvodů umožňuje stavebnicově vytvářet zapojení podle potřeby, přičemž je zajištěn nezkreslený přenos signálů. Stavebnicová konstrukce je dále umožněna i tím, že na výstup převodníku mohou být zapojeny libovolné prvky bez nároků na provedení specifické instalace nevýbušných zařízení.The advantages of said transducer solution lie in the perfect galvanic isolation of intrinsically safe circuits from the other, while a double-isolation transformer generator also provides effective energy reduction and short-circuit resistance and a high level of safety. The benefit is a perfect safeguarding of the supply chain against the ingress of mains frequency currents. The solution based on the application of optoelectric converters supplemented by a high-frequency generator for powering input circuits is characterized by high accuracy in a wide range of transmitted frequencies. However, since power limitation of the transmitted signals is ensured in both directions, both in normal and fault conditions, the input circuits are intrinsically safe. Due to the careful galvanic separation of intrinsically safe circuits, it is possible to ground the intrinsically safe circuits or shielding of its cables if necessary. The electrical parameters of the filter circuits designed for high frequencies have a positive effect on the intrinsic safety level. Sufficient power supplied by the power supply system to intrinsically safe circuits allows modular connections to be built as needed, while ensuring undistorted signal transmission. The modular design is further made possible by the fact that any elements can be connected to the output of the transmitter without requiring specific installation of explosion-proof devices.

Na přiložených výkresech je uveden příklad konkrétního provedení univerzálního převodníku elektrických veličin, kde na obr.The accompanying drawings show an example of a particular embodiment of a universal converter of electrical quantities, where in FIG.

je uvedeno blokové schéma zapojeni univerzálního převodníku podle vynálezu a na obr.a block diagram of a universal converter according to the invention is shown, and FIG.

je uveden jeden z příkladů konkrétního provedení univerzálního převodníku elektrických veličin ve stavebnicovém provedení pro použití v prostorách s nebezpečím výbuchu.is given one example of a concrete version of a universal converter of electrical quantities in modular design for use in hazardous areas.

Napájecí napětí např, 220 V i 50 Hz je připojeno na vstup oddělovacího napájecího zdroje £. K výstupu oddělovacího napájecího zdroje 1 je připojen vysokofrekvenční generátor 2, na jehož výstupu je připojeno vstupní vinutí dvojitého oddělovacího transformátoru 3. K jeho výstupnímu vinutí jsou přes usměrňovač s filtry £ připojeny první převodník 2 analogové veličiny na frekvencí, první zesilovač 6 a optoe1ektrický převodník 7. Na výstup optoelektrického převodníku~Z je připojen druhý zesilovač 8, jehož výstup je připojen na druhý převodník £ frekvence na analogovou veličinu. Výstupní část optoe1ektcického převodníku £, druhý zesilovač £ a druhý převodník 2 frekvence na analogovou veličinu jtou napojeny ze samostatného napájecího transformátoru 1 1 přes usměrňovač se stabilizátorem 10.A supply voltage of, for example, 220 V and 50 Hz is connected to the input of the isolating power supply 6. The output of the isolation power supply 1 is connected to a high frequency generator 2, the output of which is connected to the input winding of the double isolation transformer 3. To its output winding the first analogue frequency converter 2, the first amplifier 6 and the optoelectric converter 7 A second amplifier 8 is connected to the output of the optoelectric converter Z Z, the output of which is connected to the second frequency converter na to the analogue quantity. The output part of the optoelectric converter 6, the second amplifier 6 and the second frequency-to-analog converter 2 are connected from a separate supply transformer 11 via a rectifier with a stabilizer 10.

Oddělovací napájecí zdroj £ zabezpečujeThe isolating power supply 6 secures

Claims

SUBJECT

A modular universal converter of electrical quantities, the main parts of which are a decoupling power supply, a high-frequency generator, decoupling transformers, a filter rectifier, optoelectric couplers and intrinsically safe circuits, characterized in that the supply voltage is connected to the decoupling supply input. the output of which is connected to the input winding of the double isolation transformer (3), to whose output a perfect glavanic separation of intrinsically safe circuits from unprotected circuits. It supplies the RF generator with a voltage that is limited by the overvoltage protection. The high-frequency generator 2, via a double isolation transformer 8, a filter rectifier 8, supplies intrinsically safe circuits while the stabilizer also provides surge protection. Intrinsically safe circuits include a first analogue converter vel, e.g., voltage, current, resistance, etc. to frequency, a first amplifier a, and an optoelectric converter.. The signal, depending on the input variable, is amplified in the first amplifier 6, which drives, for example, the LED in the optoelectric converter 7. The LED shine modulates the sensing photoelement, for example, a phototransistor in the output part of the optoelectric converter. The output voltage of this converter is amplified in the second amplifier 8 and after amplification the frequency converter is converted to an analogue quantity corresponding to the original input signal. The output of optoelectric converter 7_ £ _f the second amplifier, the second transmitter frequency £ • analog quantity are supplied from a separate power transformer 1 1 through the rectifier with filter 10 in the current embodiment.

In Fig. 2, in the example of a particular embodiment of the universal converter according to the invention, the isolating and power supply unit is formed by a isolating transformer according to the standard CSN 34 1499 with a rectifier in Graetz connection with two resistors and Zener diodes forming overvoltage protection. The high-frequency generator 6 comprises a transistor with two transistors. The input winding of the double isolation transformer 6 is connected to the output of the high-frequency generator. On the output winding of this transformer is connected rectifier with filters 8, consisting of rectifier in Graetz connection, protective resistors, filter capacitors and Zener diodes. At the output of the rectifier with filters 6 are connected a first amplifier 8 formed by a differential amplifier, to the output of which the LED of the optoelectric converter 6 is connected. Its photoelement e.g. fo totranzistor is connected to the input of the second amplifier 6 containing a differential amplifier with linearization. The output part of the optoelectric converter 7 and the second amplifier 8 are supplied from a separate supply transformer 11 via a rectifier with a stabilizer 10 in the normal embodiment.

Universal converter of electrical quantities in modular design can be used wherever it concerns measuring, monitoring and regulation mainly in areas with danger of explosion of flammable gases, vapors and dusts.

OF THE INVENTION windings are connected via a filter rectifier (4) to a first frequency converter (5), a first amplifier (6) and an optoelectric converter (7), the output of which is connected to a second amplifier (8), the output of which is connected to a second a frequency to analogue converter, wherein the output of the optoelectric converter, the second amplifier, and the second analogue converter are supplied from a separate power transformer via a rectifier with a stabilizer.

5 6

2. A universal converter of modular values according to claim 1, characterized in that the double isolation transformer (3) has two or more output windings, which are connected with filter rectifiers (4).