CS9101182A2 - Testing apparatus with direct-current voltage source - Google Patents

Description

- !Γ MP-102-?l-Ce

Zkušební přístroj se zdrojem stejnosměrného napětí

Oblast techniky

Vynález se týká zkušebního přístroje se zdrojem stejno-směrného napětí ke generování měřicího proudu, vedeného přesměřený objekt, zejména k měření odporu ochranných vodičů avyrovnávacích vedení napětí, a s ochranným obvodem proti ne-bezpečným cizím napětím, přiváděným přes měřený objekt.

Dosavadní stav techniky

Zkušební přístroje, které mají sloužit k měření ohmické-ho odporu, potřebují zdroj stejnosměrného napětí, z něhož sevede proud přes měřený objekt, na kterém vzniká úbytek napě-tí, z něhož se zjistí velikost odporu měřeného objektu. U samostatných obvodových prvků, jejichž odpor se má přezkou-šet např. před zapojením do elektrického obvodu. Je takovéměření zcela bez problému. Jiné poměry jsou ovšem tehdy,když je měřený objekt zapojen v obvodu a musí se počítat snebezpečnými cizími napětími. To platí zejména např. přiochranných vodičích a vyrovnávacích vodičích napětí ve stří-davých sítích, jejichž odpor se má měřit.

Podle normy VDE 0413 je předepsáno, že taková měření seprovádějí měřicím proudem nejméně 0,2 A a napětím nejméně' 4,5 V. Dále je stanoveno, že měřicí přístroje, používaný ktomuto účelu, se při chybné manipulaci nesmějí zničit aniohrozit použivatele. Zkušební přístroj musí být tedy konstruován tak, aby sítové napětí, které přijde při chybné manipula-ci na měřicí vstupy, nezpůsobilo žádnou škodu.

Je známé, že zkušební přístroje se chrání na vstupnístraně výkonovými diodami ve spojení s tavnou pojistkou.

Tavna pojistka je zapojena do série s měřicím vstupem a spo-lečně s ním je přemostěna diodovým řetězcem. Prahové napětídiodového řetězce je vyšší než hodnota napětí stejnosměrnéhonapětového zdroje, takže jak toto napětí, πρπ + οίζοίιπι m ó ·η o r> v <τ» η H A o 1/ + a n· ...^ j. r . j ... tak měřicí proud, napětí, která se přičítají ke stejnosměrnému napětí, se při-tom prakticky zkratují. Zkratový proud vyvolá reakci tavnépojistky, která se roztaví, takže nebezpečné cizí napětí seizoluje od stejnosměrného napětového zdroje a nemůže zničitjeho součásti.

Takové uspořádání je nevyhovující v tom smyslu, že každáchybná manipulace, při které přijde na měřicí vstupy nebez-pečné cizí napětí, způsobí roztavení tavné pojistky. Zkušebnípřístroj je připraven pro další provoz teprve po výměně po-jistky. 3e tedy třeba mít neustále v zásobě náhradní pojistkyDalší nevýhoda spočívá v tom, že diodový řetězec sestávajícíz výkonových diod i držák tavné pojistky zabírají mnoho místa

Podstata vynálezu Účelem vynálezu je vytvořit zkušební přístroj uvedenéhotypu tak, aby zablokoval nebezpečné cizí napětí, tak aby ne-mohlo ohrozit ani přístroj ani obsluhující osobu, aby však zablokování samočinně znovu zrušil a pokračoval v měření, jak-mile je nebezpečné cizí napětí odstraněno.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že k zablokování cizíchnapětí s opačnou polaritou na jedné straně měřeného objektuje v proudovém obvodu mezi měřeným objektem a zdrojem stejno-směrného napětí zapojena blokovací dioda, a k potlačení sériových cizích napětí stejné polarity na druhé straně měřenéhoobjektu je do proudového obvodu mezi tímto objektem a zdrojemstejnosměrného napětí zapojen řízený polovodičový spínač;řídicí obvod tohoto polovodičového spínače, je dimenzovántak, aby uzavřel proudový obvod, jakmile součtové napětístejnosměrného napětového zdroje a cizího napětí překročí 3 prahovou hodnotu napětí prahového elementu v řídicím obvodu,přičemž prahové napětí je vyšší než napětí stejnosměrného na-pěťového zdroje, a spínací dráha polovodičového spínače seznovu uzavře, jakmile součtové napětí poklesne pod prahovénapětí .

Vynález umožňuje izolovat cizí napětí, která překračujínebezpečnou hodnotu, nezávisle na jejich polaritě, od zdrojestejnosměrného napětí. K zablokování cizích napětí, kterámají oproti stejnosměrnému napětovému zdroji opačnou polari-tu, stačí připojení blokovací diody. K izolaci cizích napětístejné polarity je naproti tomu třeba polovodičového spínačeřízeného tak, aby jeho spínací dráha při neexistenci cizíhonapětí zůstala neustále uzavřená a aby tedy tekl měřicí proudnezbytný pro měření, aby se však spínací dráha polovodičové-ho spínače zablokovala, jakmile součtové napětí, složené znapětí stejnosměrného zdroje a z cizího napětí, převýší pra-hové napětí prahového elementu. Prahový element je součástířídicího obvodu, který jednak sleduje součtové napětí a jed-nak řídí polovodičový spínač.

Když se použije k měření odporu konstantního prouduznámé velikosti, postup měření se podstatně zjednoduší, pro-tože úbytek napětí na měřeném objektu představuje veličinuúměrnou jeho odporu. Je proto účelné vybavit zkušební přístrojpro zkoušení ochranných vodičů a vyrovnávacích vedení napětíkonstantním zdrojem proudu. Obzvláště výhodné provedení vyná-lezu spočívá v tom, že polovodičový spínač, nezbytný jakoregulační prvek ve zdroji konstantního proudu, pracuje sou-časně jako blokovací spínač k zablokování nebezpečných ci-zích napětí.

Regulační obvod, nezbytný pro generování konstantníhoproudu, je účelně vytvořen tak, že invertující vstup regulač-ního zesilovače je připojen ke zpětnovazebnímu odporu, zapo-jenému do série se spínací dráhou polovodičového spínače,a porovnává napětí záporné zpětné vazby s referenčním napě-tím, které se vytváří na referenčním elementu a přivádí se 4 na neinvertující vstup regulačního zesilovače, přičemž regu-lační obvod dodává příslušný výstupní signál řídicímu vstupupolovodičového spínače.

Mimoto je řídicí obvod, integrovaný do regulačního obvo-du, vytvořen tak, že řídicí tranzistor je svou dráhou kolek-tor-emitor zapojen mezi řídicí vstup polovodičového spínačea od něj odvrácený konec zpětnovazebního odporu a báze tohototranzistoru je spojena s napětovým děličem, který je zapojendo série s prahovým elementem regulačního obvodu, přičemžtento napětový dělič přemostuje spínací dráhu polovodičovéhospínače se sériovým zpětnovazebným odporem.

Paralelně k sériovému zapojení, sestávajícímu ze spína-cí dráhy polovodičového spínače a zpětnovazebního odporu, jezapojen varistor, který chrání polovodičový spínač před špič-kami přepětí.

Zdroj konstantního proudu, tvořený stejnosměrným napěto-vým zdrojem a regulačním obvodem, má v rámci měření provádě-ného zkušebním přístrojem pouze generovat konstantní proud,který vyvolává na měřeném objektu úbytek napětí. Měření toho-to úbytku napětí musí probíhat pomocí měřicího obvodu, kterývyhodnotí naměřený proud a případně indikuje výsledek.

Jako polovodičový spínač slouží účelně výkonový tranzi-stor, s výhodou tranzistor řízený polem, přičemž dráha a emitor-kolektor tvoří spínací dráhu hradlová elektroda řídi-cí vstup. Příklad provedení vynálezu Příklad provedení vynálezu je znázorněn na výkrese. Za-pojení zkušebního přístroje obsahuje stejnosměrný zdroj UQnapětí, který napájí regulační obvod K sloužící ke generová-ní konstantního proudu I_. Tento proud I_ je k dispozici navstupních svorkách A_, 13 jako měřicí proud. Konstantní měřicíproud X protéká měřeným objektem Rx a vyvolává na jeho odpo- 5 ru úbytek napětí, který se zjištuje měřicím obvodem M a vy-hodnocuje.

Když nejsou měřicí vstupy A_, B_ omylem spojeny se zkouše-ným ochranným vodičem, nýbrž přijdou následkem chyby obsluhyna fázový vodič, má se tím vzniklé cizí napětí v zapojenípodle vynálezu zablokovat. K potlačení cizích napětí s opač-nou polaritou je mezi prvním měřicím vstupem A a kladným pó-lem stejnosměrného zdroje Ug napětí zapojena blokovací diodaV4 tak, že blokuje proudy protékající v opačném směru kestejnosměrnému zdroji U_g. Když se však obrátí polarita cizí-ho napětí na měřicích vstupech A, B_, je toto napětí stejnépolarity v sérii se stejnosměrným zdrojem Ug, takže vzniknesoučtové napětí, které zdaleka převyšuje napětí stejnosměrné-ho zdroje Ug. Takové součtové napětí by na některých elemen-tech proudového obvodu vyvolalo nepřípustně vysoký ztrátovývýkon, který by mohl způsobit jejich zničení, a tomu se musízabránit.

Mezi druhý měřicí vstup B_ a zápornou svorku stejnosměrného zdroje Ug je zapojena spínací dráha D-S výkonového tranzi-storu řízeného polem, který tvoří řízený polovodičový spínač\/Q, a zpětnovazební odpor R5_, zapojený do série s tímto vý-konovým tranzistorem. Spínací dráha D-S řízeného polovodičo-vého spínače V8 se dá uzavřít přes řídicí vstup 13 nebo otev-řít za účelem přerušení proudového obvodu. K tomu účelu sena řídicí vstup G_ přivádí výstupní signál regulačního ob-vodu K_.

Regulační obvod K_ obsahuje regulační zesilovač V3_, kterýporovnává úbytek napětí, přiváděného na jeho invertujícívstup (-) a odebíraný ze zpětnovazebního odporu R5 , s refe-renčním napětím, přiváděným na jeho neinvertující vstup (+),a řídí polovodičový spínač V8 tvořící regulační element tak,že se proud ve smyslu udržování konstantního měřicího prouduzvětšuje nebo zmenšuje. Referenční napětí je generováno refe-renčním elementem V2, které je připojen pres předřadný odporR1 k pomocnému napětí Ul. V regulačním obvodu K je integrován řídicí obvod _L, kte-rý je funkčně zcela nezávislý na regulačním obvodu a obsahujerovněž referenční element Aůi, zapojený do série se dvěma od-pory R3 , R4 tvořícími dělič napětí a tvoří sériový obvod,který je zapojen paralelně k sériovému obvodu spínací drányD-5 polovodičového spínače V8 a zpětnovazebního obvodu R5.Tranzistor V7 , připojený bází na napětový dělič s odpory R3,R4, přemostuje svou dráhou emitor-kolektor řídicí vstup polo-vodičového spínače V8 k zápornému pólu pomocného napětovéhozdroje U1, k němuž je připojen rovněž odpor R4 děliče a zpět-novazební odpor R_5. Řídicí obvod L. může být použit i bez elementů regulační-ho obvodu {< sloužících k udržování konstantního proudu, pou-ze ve spojení se stejnosměrným zdrojem Ug napětí. V tomtopřípadě stačí napětový dělič, přes který přichází předpětína řídicí elektrodu G_ polovodičového spínače V 8, které zajiš-tuje, že spínací dráha D-S zůstane uzavřena při neexistují-cím cizím napětí. K vysvětlení funkce ostatních elementů zapojení je třebaještě dodat, že odpor R6 pracuje jako varistor, který přišpičkách přepětí nabývá nízkou hodnotu a tím chrání polovo-dičový spínač V8 . Kondenzátor Cl patří ke stejnosměrnémuzdroji υ_θ napětí a tvoří tedy filtrační kondenzátor. DiodaVI, která je zapojena paralelně ke kondenzátoru Cl a polari-zována stejně jako dioda V 4 , zkratuje velmi strmé špičky ci-zího napětí, které nejsou okamžitě potlačeny polovodičovýmspínačem V8 , aby chránila stejnosměrný zdroj IJg napětí. Od-por R2 , ležící mezi výstupem regulačního zesilovače V3 řídi-cí elektrodou G polovodičového spínače V8 , slouží k omezeníproudu.

Zatímco při kladném napětí na měřicím vstupu A uzavírádioda V4 tok proudu vyvolaného cizím napětím a tedy chráníobvodové prvky obvodu před zničením, přebírá při zápornépolaritě cizího napětí na měřicím vstupu A_ blokovací funkci

polovodičový spínač V8. Umožňuje to řídicí obvod L^, v němžje referenční element V5 dimenzován tak, aby Zenerovo napětíleželo těsně nad maximálním napájecím napětím stejnosměrné-ho zdroje U_g. Jakmile tedy součtové napětí, tvořené stejno-směrným napětím zdroje _U _ 4 _ _ x 4- Z ~ t , X, ,z 1 a ui /.tni i itípc lim j μιεΜυυι tci ici u v u napětí, teče proud pres napětový dělič s odpory R3 , R4, tak-že na bázi řídicího tranzistoru V7 přijde kladné napětí,které sníží napětí řídicí elektrody G_ polovodičového spínačeV8 na zápornou hodnotu. Spínací dráha D-5 polovodičovéhospínače V8, která je normálně uzavřena, se tím otevře, takžezablokuje další průtok proudu. Odpor R3 a polovodičový spí-nač V8 jsou nastaveny na maximální cizí napětí. Po odstraně-ní cizího napětí je zdroj konstantního napětí znovu připra-ven k provozu.

Claims (7)

1. 8 f _ r í. f ! >"T __ - *3 ; '- 1 V- f i i - · ·' ' ' ’ í PATENTOVÉ N A RD ΐ< Y ____________ _ j

   1. Zkušební přístroj se zdrojem stejnosměrného napětí ke ge-nerování měřicího proudu vedeného pres měřený objekt, ze-jména k měření odporu ochranných vodičů a vyrovnávacíchvedení napětí, a s ochranným obvodem k izolaci cizíchnebezpečných napětí, přiváděných přes měřený objekt,vyznačující se tím, že k zablokovánícizích napětí s opačnou polaritou na jedné straně měřené-ho objektu (Rx) je do proudového obvodu mezi tímto objek-tem a stejnosměrným zdrojem (Ug) napětí zapojena blokova-cí dioda (V4) a k potlačení sériových cizích napětí sestejnou polaritou na druhé straně měřeného objektu (Rx)je do proudového obvodu mezi ním a stejnosměrným zdrojem(Ug) napětí zapojen řízený polovodičový spínač (V8), při-čemž řídicí obvod (L) tohoto polovodičového spínače (V8)je dimenzován tak, aby uzavřel proudový obvod, když sou-čtové napětí z napětí stejnosměrného zdroje (Ug) a z ci-zího napětí překročí prahové napětí prahového elementu(V5), patřícího k řídicímu obvodu (L), a prahové napětí je vyšší než napětí stejnosměrného zdroje (Ug), a spína-cí dráha (D-S) polovodičového spínače (V8) se znovu uzav-ře, jakmile součtové napětí poklesne pod prahové napětí.
2. 2. Zkušební přístroj podle nároku 1, vyznačujícíse tím, že řízený polovodičový spínač (V8) kroměsvé závěrné funkce slouží současně jako regulační elementv regulačním obvodu (K), generujícím konstantní proud.
3. 3. Zkušební přístroj podle nároku 2, vyznačujícíse tím, že regulační obvod (K) obsahuje regulačnízesilovač (V3), který je svým invertujícím vstupem (-)připojen ke zpětnovazebnímu odporu (R5), ležícím v sériise spínací dráhou (D-S) polovodičového spínače (V8) a po-rovnává na něm vznikající napětí zpětné vazby s referenč- ním napětím, přiváděným na jeho neinvertující vstup (+)a generovaným na dalším referenčním elementu (V2) a při-vádí na řídicí vstup (G) polovodičového spínače (V8) od-povídající výstupní signál.
4. 4. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků 1 až 3, vy-značující se tím, že řídicí obvod (L)obsahuje řídicí tranzistor (V7), který je svou dráhoukolektor-emitor zapojen mezi řídicí vstup polovodičovéhospínače (V8) a od něho odvrácený konec zpětnovazebníhoodporu (R5) a jehož báze je spojena s napětovým děličems odpory (R3, R4), který je zapojen do série s prahovýmelementem (V5) regulačního obvodu (K), přičemž napětovýdělič s odpory (R3, R4) přemostuje spínací dráhu (D-S)polovodičového spínače (V8) se sériově zapojeným zpětno-vazebním odporem (R5).
5. 5. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků 1 až 4, vy-značující se tím, že paralelně k sério-vému obvodu, sestávajícímu ze spínací dráhy (D-S) polo-vodičového spínače (V8) a ze zpětnovazebního odporu (R5)>je připojen varistor (R6).
6. 6. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků 1 až 5, vy-značující se tím, že na výstupu (A, B)sériového obvodu, tvořeného blokovací diodou (V4),stejnosměrným zdrojem (Ug), zpětnovazebním odporem (R5)a spínací dráhou (D-S) polovodičového spínače (V8) jezapojen měřený objekt (Rx), uzavírající proudový obvod,přičemž úbytek napětí na tomto měřeném objektu (Rx) sní-má měřicí obvod (M) a případně jej indikuje.
7. 7. Zkušební přístroj podle jednoho z nároků 1 až 6, vy-značující se tím, že polovodičovýmspínačem (VB) je výkonový tranzistor, zejména tranzistorřízený polem, jehož dráha emitor-kolektor (D-S) tvoříspínací dráhu a hradlová elektroda (G) řídicí vstup. 11 Seznam vztahových značek UQ - stejnosměrný zdrojK - regulační obvodA, B - vstupní svorkyR χ - měřený objektM - měřicí obvod V- blokovací dioda D-S - spínací dráha Vg - výkonový tranzistor řízený polem - řízenýpolovodičový spínač rj - zpětnovazební odpor G - řídicí vstup V3 - regulační zesilovač V2 - referenční element R1 - předřadný odpor - pomocné napětí L - řídicí obvod V5 - referenční element prahový R3 , R4 - dělič V7 - řídicí tranzistor R6 - odpor - varistor Cl - filtrační kondenzátor - dioda R2 - omezovači odpor π r··