DK163900B - Beskyttelseskredsloeb for induktionsspolen af en magnetisk-induktiv gennemstroemningsmaaler - Google Patents

Description

DK 163900 B

Opfindelsen angår et beskyttelseskredsløb for den med alternerende strømimpulser forsynede induktionsspole af en magne-tisk-induktiv gennemstrømningsmåler.

Magnetisk-induktive gennemstrømningsmålere, som fx er kendt 5 fra DK C 159 335, arbejder efter princippet, at der frembringes et magnetfelt af defineret størrelse, og den i den strømmende væske inducerede spænding på tværs af magnetfeltet måles.

Til dette formål tilføres induktionsspolen afvekslende posi-10 tive og negative strømimpulser med en forudbestemt værdi. Impulserne kan ved hjælp af en nulgennemgang være adskilt fra hinanden og/eller have en pause mellem sig. Målingen sker efter impulsens slutning, efter at alle overgangsforløb er klinget af. Eksempelvis skifter strømmen polaritet otte 15 til ti gange per sekund. Induktionsspolen har en induktivi-tet på eksempelvis 100 - 600 mHy. Aktiveringsstrømmen ligger i størrelsesordenen på ± 0,1 - 0,2 A.

Afbrydes tilledningen under driften af en sådan gennemstrømningsmåler, fx fordi en stikforbindelse adskilles, opstår 20 der på grund af spolens induktivitet på afbrydelsesstedet en høj spænding, som kan føre til et gnistoverslag. Dette gælder især, hvis tilledningerne først danner en kortslutning og derefter igen adskilles, som det er tilfældet, når tilledningerne ved en fejltagelse adskilles med en tang. I det-25 te tilfælde er på grund af tilledningernes ringe afstand fra hinanden selv med lavere overspændinger i stand til at frembringe en gnist. Det var derfor ikke muligt at anbringe en magnetisk-induktiv gennemstrømningsmåler i et eksplosionsfarligt område.

30 Formålet med opfindelsen er at angive et beskyttelseskredsløb af den i indledningen beskrevne art, som også tillader benyttelsen af en magnetisk-induktiv gennemstrømningsmåler i et eksplosionsfarligt område.

DK 163900 B

2

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at induktionsspolen er fast forbundet med et denne shuntende strømoptagelseskredsløb med to Miller-integratorer, af hvilke den ene er aktiv og den anden ved hjælp af en shuntdiode er passiv i 5 afhængighed af strømretningen, og at der i tilledningerne i det område, der ikke er udsat for eksplosionsfare, er anbragt et todelt strømbegrænsningskredsløb, af hvilket den ene del er aktiv og den anden ved hjælp af en shuntdiode er passiv i afhængighed af strømretningen.

10 Strømoptagelseskredsløbet virker ved en afbrydelse af tilledningerne på grund af den i øjeblikket aktive Miller-integrator i begyndelsen som kortslutningsvej for induktionsspolen og bliver derefter i afhængighed af opladningen af den til Miller-integratoren hørende kondensator, som gradvis 15 styrer den tilhørende transistoranordning til den ikke-le-dende tilstand, højohmsk. Tidsforløbene kan uden vanskeligheder dimensioneres således, at der ikke optræder generende overspændinger på afbrydelsesstedet. Dog virker det for begge strømretninger konstruerede strømoptagelseskredsløb også 20 som kortslutning, når strømimpulsernes polaritet skifter. Af denne grund er strømbegrænsningskredsløbet anbragt, som sikrer, at strømgeneratoren ikke overbelastes ved denne kortslutning. Da disse forløb optræder i begyndelsen af strømimpulsen, påvirkes den egentlige måling, som først sker ved 25 slutningen af strømimpulsen, ikke. Shuntdioderne sørger for, at kredsløbene for begge strømimpulsers polariteter er virksomme på samme måde.

Det er særlig gunstigt, når de to Miller-integratorer har en fælles kondensator. Dette giver ikke kun en materialebespa-30 relse. Snarere kan man med en forholdsvis lille kondensator opnå en til spolestrømmens udklingning tilstrækkelig kortslutningstid, fordi denne kondensator ved en ledningsafbrydelse først aflades og derefter skal oplades i omvendt retning til styring af den tilhørende transistoranordning.

DK 163900 B

3

Ved et foretrukket udførelseseksempel er der sørget for, at i strømoptagelseskredsløbet danner to transistoranordningers kollektor-emitter-strækninger en første serieforbindelse, har indbyrdes modsat gennemstrømningsretning og er hver 5 shuntet af en i modsat retning ledende shuntdiode, og transistoranordningernes baser er forbundet med udtagene af en anden serieforbindelse, som består af en første modstand, en anden modstand i serie med en kondensator og en tredie modstand og ligesom den første serieforbindelse shunter induk-10 tionsspolen. Dette giver en meget enkel symmetrisk opbygning. Ved hjælp af shuntdiodernes tilslutning til de respektive transistoranordninger sørges der på enkel måde for, at strømoptagelseskredsløbet er virksomt i begge retninger.

Endvidere anbefales det, at to strømoptagelseskredsløb er 15 fast parallelkoblet med hinanden. Denne dobbelte sikkerhed tillader at indordne beskyttelseskredsløbet i en høj kvalitetsklasse, ved hvilken også funktionsdygtigheden ikke påvirkes ved svigt af en kredsløbsbestanddel.

Det er gunstigt, at i strømbegrænsningskredsløbet ligger to 20 transistoranordningers kollektor-emitter-strækninger med hinanden og mindst en strømmålemodstand i serie, har indbyrdes modsat gennemstrømningsretning og er begge shuntet af en i modsat retning ledende shuntdiode, og spændingsfaldet på strømmålemodstanden styrer den til enhver tid aktive transi-25 storanordning. Også her sørges der ved hjælp af shuntdiodens tilslutning til den respektive transistoranordning på enkel måde for, at strømbegrænsningskredsløbet er virksomt for positive og negative strømimpulser.

Strømbegrænsningskredsløbets to dele kan have en fælles 30 strømmålemodstand. Herved kan antallet af modstandene reduceres.

Det er særlig gunstigt, når strømbegrænsningskredsløbet også

DK 163900 B

4 har en strømstigningsbegrænsning. Dette kan fx ske ved hjælp af en kondensator, som oplades ved impulsbegyndelsen, og som ved tiltagende spænding i stigende grad styrer en transistoranordning til den ledende tilstand. Når strømoptagelses-5 kredsløbet ved begyndelsen af strømimpulsen virker som kortslutning, kan strømmen kun forøges ifølge en forudbestemt stigningsfunktion. Når strømbegrænsningens slutværdi er opnået, har også strømoptagelseskredsløbet allerede nærmet sig sin højohmske slutværdi.

10 En særlig enkel udførelsesform fås, når hver transistoranordning er tilsluttet en styretransistor, hvis basis-emit-ter-strækning ligger parallelt med strømmålemodstanden, hvis kollektor-emitter-strækning er shuntet af en kondensator, og hvis kollektor er forbundet med transistoranordningens basis 15 og over en modstand med dens kollektor. Kondensatoren sørger for den ønskede gradvise strømstigning.

Formålstjenligt er der i hver af de to tilledninger anbragt et todelt strømbegrænsningskredsløb. Hvis det ene svigter, forbliver det andet virksomt.

20 Det er endvidere gunstigt, at spændingen mellem tilledningerne i det område, der ikke er udsat for eksplosionsfare, er begrænset af et i begge retninger virksomt spændingsbegrænsningskredsløb. Strømbegrænsningskredsløbet kan fx være opbygget med zener-dioder.

25 Med fordel har transistoranordningerne to transistorer i Darlington-kobling og danner sammen med den tilhørende shuntdiode et integreret kredsløb. Sådanne integrerede kredsløb er almindelige i handelen og kan derfor let indgå i kredsløbet. Især kan det integrerede kredsløb også inde-30 holde de to transistorers basis-emitter-modstande og disse danne den første og tredie modstand af den anden serieforbindelse.

DK 163900 B

5

Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af et på tegningen vist, foretrukket udførelseseksempel, der viser i fig. 1 et blokdiagram af beskyttelseskredsløbet ifølge 5 opfindelsen, fig. 2 i et diagram de induktionsspolen tilførte strømimpulser, fig. 3 i et diagram varierede strømimpulser, fig. 4 en udførelsesform af strømbegrænsningskredsløbet, 10 fig. 5 en udførelsesform af strømoptagelseskredsløbet og fig. 6 et ifølge opfindelsen anvendeligt integreret kredsløb.

Ifølge fig. 1 forsynes en induktionsspole 1 af en magnetiskinduktiv gennemstrømningsmåler afvekslende med positive og 15 negative strømimpulser. Impulserne kan umiddelbart følge efter hinanden (fig. 2) eller i nulgennemgangen have en pause (fig. 3). De enkelte impulser har fx en varighed på 60 ms og en amplitude på 125 mA; også pausen kan udgøre 60 ms. Forbindelsen fra et strømforsyningskredsløb 2 sker over to til-20 ledninger 3 og 4. Induktionsspolen 1 befinder sig i et eksplosionsfarligt område 5, mens strømforsyningskredsløbet 2 befinder sig i et område 6, der ikke er udsat for eksplosionsfare. 1 tilledningen 3 er der anbragt et strømbegrænsningskredsløb 25 7, der består af to dele 8 og 9, som hver kan gøres inaktiv af en shuntdiode 10 og 11 i afhængighed af strømretningen.

Et tilsvarende strømbegrænsningskredsløb 107 med delene 108 og 109, som hver er shuntet af en shuntdiode 110 og 111, be-

DK 163900 B

6 finder sig i tilledningen 4. Mellem tilledningerne 3 og 4 er der koblet to spændingsbegraensningsanordninger 12 og 112.

Disse befinder sig ligesom strømbegrænsningskredsløbene 7 og 107 i området 6, der ikke er udsat for eksplosionsfare. Til-5 ledningen 3 strækker sig derfor mellem tilslutningerne 13 og 14, tilledningen 4 mellem tilslutningerne 15 og 16. Spolens 1 tilslutninger 17 og 18 er over kabler 19 og 20 forbundet løsneligt med tilslutningerne 14 og 16 og fast med to strømoptagelseskredsløb 21 og 121. Hvert strømoptagelseskredsløb 10 består af to Miller-integratorer 22, 23 og 122, 123, som hver kan gøres inaktiv af en shuntdiode 24, 25 og 124, 125 i afhængighed af strømretningen.

Strømbegrænsningskredsløbene 7 og 107 samt spændingsbegrænsningskredsløbene 12 og 112 kan have den i fig. 4 viste form.

15 Mellem tilslutningerne 13 og 14 befinder der sig en serieforbindelse af en strømmålemodstand R1 og to transistoranordningers T1 og T2 kollektor-emitter-strækninger. Disse kollektor-emitter-strækninger har indbyrdes modsat gennemstrømningsretning og er shuntet af shuntdioden 10 og 11 med 20 modsat gennemstrømningsretning. En styretransistor T3 ligger med sin basis-emitter-strækning parallelt med strømmålemodstanden RI. Dens kollektor-emitter-strækning er shuntet af en kondensator Cl. Dens kollektor er forbundet med transistoranordningens T1 basis og over en modstand R2 med dennes 25 kollektor. På lignende måde er der anbragt en styretransistor T4, hvis basis-emitter-strækning ligger parallelt med strømmålemodstanden R1, hvis kollektor-emitter-strækning er shuntet af en kondensator C2, og hvis kollektor er forbundet med transistoranordningens T2 basis og over en modstand R3 30 med dennes kollektor. Strømbegrænsningskredsløbet 108 har den samme opbygning. Der benyttes med 100 forhøjede henvisningsbetegnelser .

Spændingsbegrænsningskredsløbet 12 består af to i serie koblede zener-dioder Z1 og Z2, som har indbyrdes modsat gennem

DK 163900 B

7 strømningsretning. På samme måde består spændingsbegræns-ningskredsløbet 112 af to zener-dioder Z101 og Z102.

I fig. 5 er vist en udførelsesform af det i det eksplosionsfarlige område 5 anbragte målehoved med induktionsspolen 1, 5 som her består af to i serie koblede enkeltspoler la og 1b, og de to strømoptagelseskredsløb 21 og 121. Strømoptagelseskredsløbet 21 har to transistorer T5 og T6, hvis kollektor-emitter-strækninger danner en serieforbindelse, har indbyrdes modsat gennemstrømningsretning og er hver shuntet af en 10 shuntdiode 24 og 25. Transistoranordningernes baser er forbundet med udtag 26 og 27, som dannes af en anden serieforbindelse, bestående af en første modstand R4, en anden modstand R5 i serie med en kondensator C3 og en tredie modstand R6. Strømoptagelseskredsløbet 121 har den samme opbygning.

15 På denne måde dannes i hvert strømoptagelseskredsløb to i modsat retning virkende Miller-integratorer, som har en fælles integrationskondensator C3. Tilsluttes fx en positiv spænding klemmen 17, så fås der over shuntdioden 24 og en transistoranordnings T6 kollektor-emitter-strækning praktisk 20 taget en kortslutning. Samtidig oplades kondensatoren C3 imidlertid over den anden serieforbindelse, og spændingsfaldet over modstanden R6 aftager, således at transistoranordningen T6 spærrer efter kort tid, og dermed er det samlede strømoptagelseskredsløb højohmsk. Miller-princippet beror 25 på, at der med en forholdsvis lille integrationskondensator C3 styres en væsentlig højere integrationsstrøm. Ved en i modsat retning virkende spænding flyder den første kortslutningsstrøm over shuntdioden 25 og transistoranordningens T5 kollektor-emitter-strækning.

30 I fig. 6 er vist et integreret kredsløb 28, som er almindelig i handelen, og som har to transistorer T7 og T8 i Dar-lington-kobling, en diode D og to basis-emitter-modstande R7 og R8. Dette kredsløb 28 kan anvendes i stedet for de i fig.

DK 163900 B

8 4 og 5 stiplet angivne kombinationer af en transistoranordning og tilhørende diode. Ved passende valg af kredsløbsdata kan endog de første og tredie modstande R4 og R6 af den anden serieforbindelse bortfalde, fordi de er erstattet af 5 modstandene R7 og R8.

Det antages, at i normal drift afbrydes kablet 19 under en positiv strømimpuls. Så forsøger strømmen i induktionsspolen 1 at flyde videre, hvorved den benytter kortslutningsvejen over shuntdioden 25 og transistoranordningens T5 kollektor-10 emitter-strækning (det samme gælder for det andet strømopta gelseskredsløb 121). Den før positivt opladede kondensator C3 aflades over spolen 1 og oplades endeligt i modsat retning. Herved falder spændingsfaldet på modstanden R4, indtil transistoranordningen T5 til sidst spærrer. Alt dette sker 15 uden en væsentlig spændingsopbygning mellem tilslutningerne 17 og 18, således at der på afbrydelsesstedet ikke optræder nogen til en gnistdannelse førende overspænding. Sker afbrydelsen under den negative strømimpuls, arbejder strømoptagelseskredsløbet på samme måde. Kun er kortslutningsvejen 20 denne gang dannet af shuntdioden 24 og transistoranordningen T6.

Dog danner strømoptagelseskredsløbet 21 og 121 også ved omkobling af strømpolariteten en kortslutning. Denne ville belaste strømstyrekredsløbet 2 utilladeligt, hvad der forhin-25 dres af strømbegrænsningskredsløbene 7 og 107. Når der skal tilføres en positiv strømimpuls, flyder den over transistoranordningens T1 kollektor-emitter-strækning, strømmålemod-standen R1 og shuntdioden 11 til induktionsspolen 1 og over transistoranordningens T102 kollektor-emitter-strækning, 30 strømmålemodstanden R101 og shuntdioden 110 tilbage til strømstyrekredsløbet 2. Kondensatoren C1, som først oplades gradvist, sørger for en strømstigningsbegrænsning. Strømmen gennem transistoranordningen T1 opnår derfor ikke straks sin s slutværdi, men først efter en vis tid. Denne er afstemt så-

DK 163900 B

9 ledes, at strømoptagelseskredsløbets 21 kondensator C3 i mellemtiden oplader, og denne er derfor højohmsk. I den videre drift styres transistoranordningen T1 over styretransistoren T3 af spændingsfaldet på strømmålemodstanden R1 til 5 den ønskede amplitudeværdi på fx 125 mA. Denne strømgrænseværdi bibeholdes også ved en kortslutning. I nogle tilfælde er også denne begrænsning alene tilstrækkelig til at holde kortslutningsstrømmen lav ved opladningen af Miller-integra-toren. Den samme funktion opfylder også transistoranordnin-10 gen T102 af det andet strømbegrænsningskredsløb 107. Ved den negative strømimpuls går strømmen over transistoranordningens T101 kollektor-emitter-strækning, strømmålemodstanden R101, shuntdioden 111, induktionsspolen 1, transistoranordningens T2 kollektor-emitter-strækning, strømmålemodstanden 15 RI og shuntdioden 10.

Funktionerne af strømbegrænsningsregulering og strømstig-nings-begrænsningsregulering kan også være separate. Fx kan i hver del 8, 9, 108, 109 af strømbegrænsningskredsløbet 7, 107 en strømregulator, der er almindelig i handelen, ligge i 20 serie med en yderligere transistor, hvis basis-emitter- strækning er shuntet af kondensatoren, som oplades ved im-pulsbegyndelsen.

Zener-dioderne Z1, Z2 kan også være koblet således, at de på den ene side over en diode med modsat gennemstrømningsret-25 ning er forbundet med den ene tilledning og på den anden side med en transistoranordnings basis i den anden tilledning.

Et sådant beskyttelseskredsløb tillader også at kunne benytte målehovedet af en magnetisk-induktiv gennemstrømningsmåler i eksplosionsfarlige rum.

Claims (13)

1. Beskyttelseskredsløb for den med alternerende strømimpulser forsynede induktionsspole (1) af en magnetiskinduktiv gennemstrømningsmåler, kendetegnet ved, at induktionsspolen (1) er fast forbundet med et 5 denne shuntende strømoptagelseskredsløb (21; 121) med to Miller-integratorer (22, 23; 122, 123), af hvilke den ene er aktiv og den anden ved hjælp af en shuntdiode (24, 25; 124, 125) er passiv i afhængighed af strømretningen, og at der i tilledningerne (3, 4) i et områ-10 de, der ikke er udsat for eksplosionsfare, er anbragt et todelt strømbegrænsningskredsløb (7; 107), af hvilket den ene del er aktiv og den anden del ved hjælp af en shuntdiode (10, 11; 110, 111) er passiv i afhængighed af strømretningen.

2. Beskyttelseskredsløb ifølge krav Irkendeteg net v e d, at de to Miller-integratorer (22, 23; 122, 123) har en fælles kondensator (C3; C103).

3. Beskyttelseskredsløb ifølge krav 2, kendetegnet v e d, at i strømoptagelseskredsløbet (21; 121) 20 danner to transistoranordningers (T5, T6? T105, T106) kollektor-emitter-strækninger en første serieforbindelse, har indbyrdes modsat gennemstrømningsretning og er hver shuntet af en i modsat retning ledende shuntdiode (24, 25; 124, 125), og transistoranordningernes baser 25 er forbundet med udtagene (26, 27; 126, 127) af en an den serieforbindelse, som består af en første modstand (R4; R104), en anden modstand (R5; R105) i serie med en kondensator (C3; C103) og en tredie modstand (R6; R106) og ligesom den første serieforbindelse shunter indukti-30 onsspolen (1). DK 163900 B 11

4. Beskyttelseskredsløb ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at to strømoptagelseskredsløb (21; 121) er fast parallelkoblet med hinanden.

5. Beskyttelseskredsløb ifølge et af kravene 1-4, k e n - 5 detegnet ved, at i strømbegrænsningskredslø- bet (7; 107) ligger to transistoranordningers (T1, T2; TI01, T102) kollektor-emitter-strækninger med hinanden og mindst en strømmålemodstand (Ri; Ri01) i serie, har indbyrdes modsat gennemstrømningsretning og er begge 10 shuntet af en i modsat retning ledende shuntdiode (10, 11; 110, 111), og spændingsfaldet på strømmålemodstan-den styrer den til enhver tid aktive transistoranordning.

6. Beskyttelseskredsløb ifølge krav 5, kendeteg- 15 net ved, at strømbegrænsningskredsløbets (7; 107) to dele (8, 9; 108, 109) har en fælles strømmålemod-stand (Ri; R101).

7. Beskyttelseskredsløb ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at strømbegrænsningskredsløbet (7; 20 107) også har en strømstigningsbegrænsning.

8. Beskyttelseskredsløb ifølge krav 7, kendetegnet v e d, at der er anbragt en kondensator (Cl, C2; C101, C102), som oplades ved impulsbegyndelsen, og som ved tiltagende spænding i stigende grad styrer en tran- 25 sistoranordning (Ti, T2; T101, T102) til den ledende tilstand.

9. Beskyttelseskredsløb ifølge krav 8, kendetegnet v e d, at hver transistoranordning (Ti, T2; TI01, T102) er tilsluttet en styretransistor (T3, T4;

30 T103, T104), hvis basis-emitter-strækning ligger paral lelt med strømmålemodstanden (Ri; R101), hvis kollek- DK 163900 B 12 tor-emitter-strækning er shuntet af en kondensator (C1, C2; c 101, C102), og hvis kollektor er forbundet med transistoranordningens basis og over en modstand (R2, R3; R102f R103) med dens kollektor.

10. Beskyttelseskredsløb ifølge et af kravene 1-9, k e n - detegnet ved, at der i hver af de to tilledninger (3, 4) er anbragt et todelt strømbegrænsningskredsløb (7; 107).

11. Beskyttelseskredsløb ifølge et af kravene 1-10, k e n - 10 detegnet ved, at spændingen mellem tillednin gerne (3, 4) i det område, der ikke er udsat for eksplosionsfare, er begrænset af et i begge retninger virksomt spændingsbegrænsningskredsløb (12; 112).

12. Beskyttelseskredsløb ifølge et af kravene 2-11, k e n - 15 detegnet ved, at transistoranordningerne har to transistorer (T7, T8) i Darlington-kobling og danner sammen med den tilhørende shuntdiode (D) et integreret kredsløb (28).

13. Beskyttelseskredsløb ifølge krav 3 og 12, kende- 20 tegnet ved, at det integrerede kredsløb (28) også indeholder de to transistorers (T7, T8) basis-emitter-modstande (R7, R8), og disse danner den første og tredie modstand af den anden serieforbindelse.