FI117409B - Anturiresistanssin isoloitu mittauspiiri - Google Patents

Anturiresistanssin isoloitu mittauspiiri Download PDF

Info

Publication number
FI117409B
FI117409B FI20040802A FI20040802A FI117409B FI 117409 B FI117409 B FI 117409B FI 20040802 A FI20040802 A FI 20040802A FI 20040802 A FI20040802 A FI 20040802A FI 117409 B FI117409 B FI 117409B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
voltage
sensor
block
circuit
signal
Prior art date
Application number
FI20040802A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20040802A (fi
FI20040802A0 (fi
Inventor
Kari-Matti Laakso
Andreas Berts
Original Assignee
Abb Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Oy filed Critical Abb Oy
Priority to FI20040802A priority Critical patent/FI117409B/fi
Publication of FI20040802A0 publication Critical patent/FI20040802A0/fi
Priority to CA2565288A priority patent/CA2565288C/en
Priority to RU2007100360/09A priority patent/RU2350003C2/ru
Priority to CNB2005800183459A priority patent/CN100481664C/zh
Priority to EP05751803.7A priority patent/EP1779487B1/en
Priority to PCT/FI2005/000267 priority patent/WO2005122354A1/en
Publication of FI20040802A publication Critical patent/FI20040802A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI117409B publication Critical patent/FI117409B/fi
Priority to US11/635,630 priority patent/US7592820B2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G01K7/24—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G01K7/25—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit for modifying the output characteristic, e.g. linearising
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G01K7/24—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • H02H7/0852—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load directly responsive to abnormal temperature by using a temperature sensor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Description

117409
ANTURIRESISTANSSIN ISOLOITU MITTAUSPIIRI
KEKSINNÖN TAUSTAA
Keksintö liittyy resistiivisen anturin, kuten sähkökoneiden, erityisesti 5 oikosulkumoottorin käämien lämpötilan valvontaan käytetyn PTC- tai NTC-termistorianturin resistanssin mittaamiseen.
Oikosulkumoottorin virranmittaukseen perustuvan suojauksen lisäksi termistoriantureilla voidaan suojata käämejä ylikuumenemiselta esimerkiksi silloin, kun ympäristön lämpötila kohoaa tai moottorin jäähdytys on jostain 10 syystä riittämätön. Käytettäessä oikosulkumoottoria räjähdysvaarallisessa tilassa (Exe), määräykset vaativat varustamaan moottori lämpötilan mittauspiiril-tä sekä galvaanisesti erottamaan termistorianturin mittauspiiri järjestelmän muista elektroniikkapiireistä. Kolmivaihemoottoreissa käytännössä kytketään kolme termistorianturia sarjaan, yksi kunkin vaiheen staattorikäämiä varten.
15 Keksintö mahdollistaa antureiden resistanssin mittaamisen laajalta resistanssialueelta, mikä mahdollistaa erilaisten anturityyppien käyttämisen ja silti voidaan luotettavasti havaita oikosulku tai katkos anturipiirissä. Keksintöä voidaan käyttää myös sellaisissa tilanteissa, joissa vaaditaan suurta jännitelu-juutta (eristystasoa) anturipiirin ja SELV-elektroniikan välille.
* * 20 Eräs tunnettu ratkaisu perustuu vaihtosähkötekniikkaan, jolloin mit- : V; tauspiirissä on valitulla taajuudella toimiva vapaasti värähtelevä multivibraattori ja mittauspiiri on galvaanisesti yhteydessä laitteen elektroniikkaan. Galvaani-nen erotus aikaansaadaan termistorianturin ja mittauspiirin välisellä erotus-[· muuntajalla. Tämän ratkaisun heikkous on erotusmuuntajan epälineaarisuus ja 25 huono vaste erityisesti alhaisilla anturiresistanssin arvoilla, jolloin oikosulun « ...T ilmaiseminen on vaikeaa. Toinen heikkous on anturipiirin johtimien ka- * * * pasianssin vaikutus, joka erotusmuuntajan kautta summautuu mittauspiiriin varsinaisen anturiresistanssin vaikutuksen lisäksi. Galvaaninen erotus erotus- •\.*2 muuntajalla on yksinkertaista toteuttaa ja ratkaisu on hinnaltaan edullinen.
* * 30 Toinen tunnettu ratkaisu on lineaarisen optoerottimen käyttö, mutta ·:··; sen ongelma on kyseisen komponentin korkea hinta mutta myös komponent- 117409 2 tiyksilöiden suuret toleranssierot, jolloin mittauspiirin kalibrointi on mutkikasta toteuttaa. Myös toimintavarmuus ja stabiilisuus pitkäaikaisessa käytössä on heikko. Tämän ratkaisun etuna on hyvä lineaarisuus laajalla resistanssialueel-la ja nopea tolmintavaste.
5 Sähkömoottorin valmistaja tyypillisimmin valitsee anturiksi PTC- termistorianturin, jonka resistanssi muuttuu hyvin jyrkästi juuri käämityksen eristykselle sallitun suurimman lämpötilan alapuolella. Tähän perustuen tunnetaan ratkaisu, jossa termistorianturin resistanssiansa verrataan kiinteään kynnysarvoon. Kynnysarvon ylitys ilmaistaan joko erotusmuuntajan virtataakan 10 muutoksella tai optoerottimen avulla. Ratkaisu on hinnaltaan hyvin edullinen, mutta sen heikkoutena on ON/OFF-tyyppinen tilatieto, koska resistanssiarvon muutostiloista, kuten siitä onko se hitaasti vai nopeasti lähestymässä kynnysarvoa, ei saada tietoa. Anturipiirin oikosulkuviasta ei myöskään saada tietoa.
15 Markkinoilla on myös integroitu mikropiiri Maxim Max 6691, johon voidaan kytkeä neljä PTC- tai NTC-anturia. Piiri muuntaa kunkin anturin resis- tanssiarvon yhdeksi pulssinleveysmoduloiduksi PWM-pulssiksi, jonka puls- sisuhde on kuitenkin melko kapealla alueella. PWM-pulssisuhde pienenee re- .·, : sistanssin kasvaessa, joten piiri luontevammin soveltuu NTC-anturille. Piirin • »» 20 lineaarinen toiminta aiheuttaa hankaluuksia erottaa oikosulku pienistä resis- • * tanssiarvoista. Mittausaluetta voidaan asetella anturin kanssa sarjaan kytket- » φ * .···. tävän resistanssin avulla, mutta kulloinkin käytettävissä oleva mittausalue on ** * liian rajoittunut sähkömoottorin käämien lämpötilan mittaus- ja suojaussovel- •Ml :*'· lukseen. Piirille ei ole toista valmistajaa, joten sitä käytettäessä sitoudutaan •Il 25 yhteen komponenttitoimittajaan.
On olemassa toinenkin integroitu mikropiiri Smartec SMT 160-30 ·*’**: varustettuna sisäisellä lämpötila-anturilla ja PWM-ulostulolla. Fyysisen kokon- • sa ja rajoitetun käyttölämpötila-alueensa vuoksi piiri ei sovellu sähkömoottorin * · f*: käämien suojaamiseen. Piirin ulostulon PWM-taajuus on 1...4 kHz, joka sekin * ** § \e 30 asettaa turhan tiukkoja vaatimuksia liitäntäkomponentille ja mittaustuloksen * Λ * analysointipiireille.
• · 3 117409
KEKSINNÖN LYHYT KUVAUS
Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja menetelmän toteuttava resistiivisen anturin mittauspiiri, jossa edellä mainitut ongelmat 5 on ratkaistu. Tämä saavutetaan siten kuin itsenäisissä patenttivaatimuksissa 1 ja 4 on määritelty. Edulliset suoritusmuodot on kuvattu epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.
Antureiden resistanssin mittauksen ohella keksintö lisäksi ilmaisee oikosulun tai katkoksen anturi piirissä.
10 Keksintö perustuu elektroniseen kytkentään, jonka jännitteenjakopii- riin tuodaan johtimet suojattavaan kohteeseen sijoitetulta resistiiviseltä, tyypillisesti NTC- tai PTC-lämpötila-anturilta, takaisinkytkettyyn vahvistinpiiriin, joka pienentää jännitteenjakajalfe syötettävää tasajännitetasoa mitattavan anturi-resistanssin kasvaessa. Signaali vahvistetaan ja saha-aaltogeneraattorin sekä 15 komparaattorin avulla muodostetaan jatkuva pulssinleveysmodulaatio-signaali, joka siirretään digitaalimuodossa optoerottimen välityksellä SELV-elektroniikkapiiriin.
Saha-aaltogeneraattorin taajuus voi olla alhainen, koska mitattavan . . kohteen yli sekunnin luokkaa olevat aikavakiot sallivat pitkän vasteajan mitta- • * ft 20 ustulokselle. Tällöin voidaan käyttää hinnaltaan edullisia optoerottimia. Laajal- • # la resistanssin mittausalueella (50 Ω ... 15 kQ) tarkkuuden hallitsemiseksi on * · * .··*, pyritty mahdollisimman yksinkertaisella vahvistinkytkennällä jäljittelemään lo- • * garitmista vastetta. Vahvistin pienentää jännitteenjakopiirille syötettävää jänni- * ** * .··. tettä sitä enemmän, mitä suuremmaksi anturin yli muodostuva jännite kasvaa.
«** 25 Pienemmillä resistanssiarvoilla saadaan siten parempi erottelukyky helpotta- : ··· maan anturipiirin oikosulun indikointia.
*··
Digitaalisignaalin isolointi optoerottimella on parempi menetelmä #*· kuin vastaavasti olisi analogisen signaalin isolointi lineaarisella optoerottimella, • « .···. jonka pitkäaikainen stabiilisuus ei ole niin hyvä.
♦ ··* ./ 30 Sähkömoottorin suojauksessa vaadittava tarkkuus on tyypillisesti S *·« ±7,5 %, joten mittauspiirille siten riittää karkea tarkkuus, mutta mittauksen läm- * » pötila-alue sen sijaan on laaja, ulottuen tyypillisesti yli 150 °C lämpötiloihin.
4 117409
Keksinnön mukaisella järjestelyllä mittausalue saadaan laajaksi, käytännössä 50 Ω ... 15 kΩ, ja se on herkimmillään 1 kQ.... 5 kQ alueella, jossa on useimmin käytettyjen PTC- tai NTC-termistorien kynnystaso. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytetyn takaisinkytkentälohkon ansiosta saavutetaan 5 riittävä selektiivisyys vikatilanteiden - sekä oikosulun että avoimen piirin havaitsemiseksi. Keksinnön avulla saavutetaan edullisempi hinta ja helpompi kalibroitavuus lineaarisella optoerottimiila toteutettuihin ratkaisuihin nähden. Kalibrointi on luotettavasti suoritettavissa vain kahta mittauspistettä käyttäen. Käytetystä syöttöjännitteen takaisinkytkentälohkosta johtuen keksinnön etuna 10 on lisäksi se, että anturiresistanssin yli muodostuva jännite on hyvin pieni, alle 2 V ja se syötetään anturille edullisesti 20 Ι<Ω suuruusluokkaa olevan sarjaan kytketyn etuvastuksen kautta, joten piiriin liitettävä tenmistorianturi on erittäin turvallinen johdettavaksi räjähdysvaaralliselle Ex-alueelle, koska sähköisen kipinöinnin kriittiset tasot alittuvat reilusti. Keksinnössä käytettävä matalataa-15 juinen PWM-pulssinleveysmodulaatiotekniikka mahdollistaa myös hieman hitaampien, mutta suuren isolaatiojännittelujuuden keston omaavien optoerotti-mien käytön. Optoerottimen toiminnan luotettavuus pitkäaikaisessa käytössä on kuitenkin ratkaisevaa, joten käytettävä optoerotin on valittava riittävän laadukkaista komponenteista käyttökohteeseen suhteutettuna.
20 Anturisignaali voidaan PWM-pulssinleveysmodulaation sijaan koo data digitaaliseksi myös jollakin toisella koodausmenetelmällä.
: • Ψ · » : :
KUVIOIDEN LYHYT ESITTELY
* · · ö 25 Seuraavassa keksintö kuvataan yksityiskohtaisemmin suori- tusesimerkkien avulla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa • *
Kuvio Fig. 1 esittää mittausjärjestelyn lohkokaaviona;
Kuvio Fig. 2 esittää lohkon C, D ja E piirikaavion; ··· * .···. Kuvio Fig. 3 esittää lohkon F piirikaavion; • •m* , *- 30 Kuvio Fig. 4 esittää lohkon G ja H piirikaavion; • ί ! ,···, Kuvio Fig. 5 esittää kuvaajan PWM-pulssisuhteesta [%] anturiresis- . tanssin funktiona.
• i »
Ml « • * 5 117409
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
Kuvio Fig.1 esittää anturin mittauselektroniikkapiiriin lohkokaaviona. Katkoviiva rajaa isoloidun mittauselektroniikan alueen ja ulkopuolelle jää 5 SELV-pienoisjännite-elektroniikkapiiri.
Lohko A edullisesti käsittää mittauslaitteessa jo muutenkin käytettävän DC/DC-hakkurivirtalähteen ferriittimuuntajaan lisätyn kolmoiseristetystä langasta käämityn toisiokäämin antamaan tarvittavan sähköenergian isoloidulle mittauselektroniikalle, tyypillisesti 15 V , 10 mA. Myös muunlaiset tarvittavan 10 eristyslujuuden omaavat virtalähdekytkennät soveltuvat käytettäväksi.
Lohko B käsittää välineet, kuten edullisesti shunttiregulaattorin oheiskomponentteineen muodostamaan vakavoidun tasajännitteen, esimerkiksi 12 V mittauselektroniikan käyttöjännitteeksi.
Lohko C käsittää takaisinkytketyn vahvistinasteen, joka syöttää an-15 turipiirille tasajännitettä (UD) siten, että anturin resistanssin (Rx) kasvaessa syötettävä jännitetaso alenee logaritmista vastetta jäljittelevän toiminnan aikaansaamiseksi.
Lohko D käsittää jännitteenjakopiirin, jonka muodostaa etuvastus .·. · sarjassa mitattavan antunresistanssin kanssa. Lisäksi iohko sisältää EMC-
• M
,···’ 20 suodatukseen sekä Ex-piirien vaatimukset täyttävään ylijännitesuojaukseen • ^ :y. liittyvät komponentit.
.···. Lohko T käsittää mittausanturin liittimet.
• « ·«·
Lohko E käsittää ei-kääntävän vahvistinasteen, joka vahvistaa jän- *♦·· ;*’*· nitteenjakopiirissä antunresistanssin yli jäävän jännitteen (Ux). Edullisesti vah- *·# 25 vistimen vahvistus on luokkaa 8-kertainen. w;:· Lohko F käsittää saha-aaltogeneraattorin PWM-signaalin muodos- O tamista varten. Generaattorin taajuus on edullisesti luokkaa 10 ... 100 Hz.
: .·· Sähkömoottorin suojauksessa reilun sekunnin luokkaa olevan aikavakion joh- *ϊι * ;*··; dosta voidaan käyttää edullisesti esimerkiksi 40 Hz taajuutta. Saha-aallon (Uf)
»M
. \ 30 amplitudi mitoitetaan esimerkiksi 10 V tasolle eli jonkin verran valittua elektro- *** nilkan käyttöjännitetasoa, esimerkiksi 12 V, alemmaksi.
* * 6 117409
Lohko G käsittää komparaattoripiirin, joka vahvistettua anturin jänni-tesignaalia (UE) ja saha-aaltogeneraattorin ulostulojännitettä (UF) vertaamatta muodostaa PWM-signaalin ja ohjaa lohkon H optoerotinta. Lohko H käsittää optoerottimen lisäksi positiiviseen käyttöjännitteeseen kytketyn sarjaresistans-5 sin sekä toisiopuolella välineet pulssin reunan pitämiseksi riittävän terävänä. Optoerottimen kautta PWM-lähtösignaali siirretään isoloidulta mittauselektro-niikkapiiriltä pääelektroniikkapiirille.
Laajalla mittausalueella (50 Ω .. 15 kQ) resistanssimittauksen tarkkuuden hallitsemiseksi on pyritty lohkon C vahvisti n kytke n n ällä mahdollisim-10 man yksinkertaisesti jäljittelemään logaritmista vastetta. Pienillä termistorin resistanssiarvoilla lähtöjännite eli PWM-suhde kasvaa suhteessa nopeammin kuin suurilla vastusarvoilla. Näin oikosuikutilanteen erottaminen termistoriantu-rin minimiarvoista on helpompaa. Avainasemassa tässä on takaisinkytkentä-lohkon C toiminta. Lohkon C avulla pienennetään jännitteenjakopiirille syötet-15 tävää jännitettä (Uq) sitä enemmän mitä suuremmaksi anturin yli muodostuva jännite (Ux) kasvaa. Lohkon C antama syöttöjännite jännitteenjakopiirille, sikäli kun 20 kU etuvastus on kytketty sarjaan termistorin resistanssin Rx kanssa, voidaan lausua: 20 UD = 10 V-6-ΙΙχ (1) « 4 • « « • · s..*: , joten kun otetaan huomioon lohkon E kahdeksankertainen vahvis- tus ja 0...10 V amplitudialue saha-aaltogeneraattorissa (lohko F), saadaan läh-tevän PWM-signaalin jaksosuhteeksi (ηουτ): 25 «4· • 4 • 4 •4«
• 8 ' /«V
9ow = 7.^+20kn () • 4 • 4 *** 4 4 «44 4 · * «44 O Kuvio Fig. 2 esittää piirikaavion termistorianturin liitäntäpiiristä (loh- 4 : 30 ko D), takaisinkytkentävahvistinasteesta (lohko C) sekä vahvistinasteesta (loh- ·:··: ko E).
7 117409
Takaisinkytkentävahvistinasteen (lohko C) operaatiovahvistin (A501 -B) yhdessä resistanssien (R515, R524) kanssa muodostaa ei-kääntävän vahvistinasteen, jonka vahvistuskerroin on edullisesti kaksi. Operaatiovahvistin (A501-C) yhdessä resistanssien (R510, R514) ja positiiviseen 5 (+) sisäänmenoon kytketyn vakavoidun referenssijännitteen Uref, suuruudel taan esimerkiksi +2,5 V, kanssa muodostaa differentiaalivahvistimen, jonka vahvistuskerroin on edullisesti kolme. Resistanssin (R514) rinnalle kytketty kapasitanssi (C504) on järjestetty stabiloimaan takaisinkytkentävahvistinas-teen (lohko C) ulostulojännitettä.
10 Takaisinkytkentävahvistinaste (lohko C) syöttää anturipiirin jännit teen jakokytkenn äl le jännitteen (Ud). Anturi pii h (Lohko D) muodostuu ensinnäkin sarjaresistansseista (R519, R520), joiden yhteenlaskettu resistanssiarvo valitaan siten, että se on suuruusluokkaa sama kuin anturin resistanssialue, kuten 20 kΩ. Anturin napojen liittimien (THER+, THER-) väliin on kytketty tran-15 sienttisuoja (V509), esimerkiksi tyyppiä Fairchild Semiconductor SMBJ36CA.
Lisäksi molempiin liittimiin (THER+, THER-) on kytketty sarjainduktanssi (L501, L502). Kapasitanssi (C508) on kytketty sarjainduktanssien väliin suodattamaan häiriöitä signaalissa.
,·. : Räjähdysvaarallisten tilojen Ex-vaatimukset edellyttävät, että anturin *· .···* 20 oikosulkuvirta ja syöttöjännite eivät saa nousta liian suureksi ja siksi on piiriin ;y. kytketty zenerdiodi (V502) siten, että sen katodi on kytketty sarjaresistanssien • * ·*··. (R519, R520) väliseen liitäntäpisteeseen ja anodi elektroniikan nollapotentiaa- *** ·:· liin (GNDJNTHER). Zenerdiodin (V502) nimellisjännite on muutama voltti, ··· edullisesti esimerkiksi 6,2V. Resistanssi (R521) ja kapasitanssi (C509) muo- 25 dostavat RC-suotimen EMC-häiriöiden suodattamiseksi anturijännitteestä (Ux) ja siten anturisignaalin FB_VS muodostamiseksi anturijännitteestä. Samasta \##* kytkentäpisteestä anturisignaali (FB_VS) on kytketty vahvistinasteelle (lohko * :E) sekä takaisinkytkentävahvistinpiirin (lohko C) operaatiovahvistimen (A501-**· B) positiiviseen (+) sisäänmenoon. Takaisinkytkentävahvistinpiiri siten alentaa ; *·. 30 anturipiiriin syöttämäänsä jännitettä anturiresistanssin ja sitä myötä anturin yli jäävän jännitteen (Ux) ja anturisignaalin (FB_VS) kasvaessa.
8 117409
Vahvistinpiiri (lohko E) muodostuu operaatiovahvistimesta (A501-A) sekä resistansseista (R509, R511), jotka muodostavat ei-kääntävän vahvisti nasteen, jonka vahvistuskerroin on edullisesti kahdeksan. Lohkon ulostulo-jännite (Ue) on kytketty komparaattorin (lohko G) kääntävään (-) sisään-5 menoon.
Kuvio Fig. 3 esittää piirikaavion saha-aaltogeneraattorista (lohko F). Integroitu komparaattoripiiri (N501-A), esimerkiksi tyyppiä National Semiconductors LM293, muodostaa oheiskomponentteineen vapaasti värähtelevän 10 multivibraattorin. Jännitteenjakaja, joka muodostuu resistansseista (R503, R504) yhdessä kapasitanssin (C507) kanssa muodostavat biasointijännitteen komparaattorin (N501-A) kääntävään (-) sisäänmenoon. Resistanssit (R507, R508, R505) sekä diodi (V508) ja transistori (V506) muodostavat vakiovirtaläh-teen lataamaan kapasitanssia (C502) aikaansaamaan saha-aallon positiivisen 15 rampin. Operaatiovahvistimen (A501-D) muodostama jänniteseuraaja syöttää saha-aaitogeneraattorin ulostulojännitteen (Uf). Komparaattoripiirin (N501-A) ei-kääntävään (+) sisäänmenoon kytkettyjen resistanssien (R522, R523) suhde yhdessä kääntävään (-) sisäänmenoon kytketyn biasointijännitteen kanssa : määräävät saha-aallon kääntymispisteen. Diodia (V503) ja kapasitanssia .···! 20 (C501) yhdessä transistorin (V505) kannan jännitteenjakajan (R526, R527) *«· ;y. kanssa käytetään aikaansaamaan aikaviive transistorin tilan vaihtumiselle sa- • » turaatiotilasta johtamattomaan tilaan ja siten varmistamaan saha-aallon ulostu- * · ·;· lojännitteen putoaminen lähelle nollajännitettä.
»»» • · • · ·· » 25 Kuvio Fig. 4 esittää piirikaavion komparaattorista (lohko G) sekä isolointi- ja lähtöpiiristä (lohko H).
:.„ί Komparaattorilohko (G) muodostuu integroidusta komparaattori pii- * : ristä (N501-B) sekä ylösvetovastuksesta (R518). Lisäksi resistanssien (R512, ··· R513, R528) avulla on muodostettu hystereesi, joka yhdessä kapasitanssin . 30 (C513) kanssa estää piiriä värähtelemästä. Vahvistettu anturisignaali (Ue) vahvistinlohkosta (lohko E) kytketään komparaattorin (N501-B) kääntävään (-) 9 117409 sisäänmenoon ja saha-aaltogeneraattorin ulostulosignaali (UF) kytketään ei-kääntävään (+) sisäänmenoon.
Optoerotinlohko (lohko H) käsittää optoerottimen (K501) sekä op-toerottimen toisiopuolella NPN-transistorin (V504), transistorin kanta-5 emitteriresistanssin (R516) ja kollektorin ylösvetovastuksen (R517), jotka estävät optoerottimen (K501) valotransistorin joutumasta saturaatiotilaan aikaansaamaan terävämmän reunan PWM-pulssille. Resistanssin (R516) rinnalle kytketty kapasitanssi (C514) on järjestetty EMC-häiriöiden rajoittamiseksi.
10 Kuvio Fig. 5 esittää kuvaajan, jossa kuvioiden Fig.2, Fig.3 ja Fig.4 piiri kaavio iden komponenttiarvoilla toteutetun mittausjärjestelyn ulostulon PWM-pulssisuhde [%] on esitetty pystyakselilla vaaka-akselin logaritmisella asteikolla esitetyn anturiresistanssin [Ω] funktiona. Kuviosta voidaan havaita erittäin lineaarinen alue sovelluksille tyypillisellä 1 ΚΩ ... 5 k& resisianssialueel-15 la, kuten myös se, miten PWM-pulssisuhde kasvaa nopeasti suhteessa anturi-resistanssin kasvamiseen pienillä resistanssiarvoilla.
Vaikka keksintö on tarkemmin kuvattu ainoastaan yhden suoritus- ♦ · V·: muodon avulla, pitää ymmärtää jotta käsillä olevaa keksintöä alan asiantuntija ·· 20 voi soveltaa eri muodoissa patenttivaatimusten määrittelemissä rajoissa.
* *·]·** Keksintö on sovellettavissa mihin tahansa resistanssimittaukseen ja • · *···’ sen mittausalue on helposti räätälöitävissä sovelluksen mukaan kytkennän komponenttiarvoja muuttamalla. Aivan pieniohmisten (alle 1 Ω) antureiden j · *·** resistanssin mittaukseen keksinnön periaate ei kovin hyvin sovellu tarvittavan . 25 virranannon kasvaessa. Keksinnön mukainen ratkaisu on hinnaltaan edullinen ··· joten se on taloudellisesti hyvin sovellettavissa myös sellaisiin resistanssien • » mittauspiireihin, joissa ei vaadita isolaatiota.
» * » • · » AI Edelleen keksintöä voidaan soveltaa myös kapasitiivisen anturin ·:·" mittaamiseen, kun käytetään etuvastuksen sijasta sarjassa hyvälaatuista kon- 30 densaattoria. Tällöin vahvistinasteiden (lohko C ja lohko E) operaatiovahvisti-*:*·: mien sisäänmenoissa ei voi käyttää suodatinkondensaattoreita vaan helpointa on käyttää näiden lohkojen yhteisenä etuasteena suuren tuloimpedanssin 10 117409 omaavaa jännitteenseuraaja-kytkentää, jonka lähtöön liitetään signaalin hai· riösuodatus.
Vaihtoehtoinen PWM-lähtösignaalin välitystapa mittauselektroniikan puolelle voidaan toteuttaa optoerottimen sijasta siten, että komparaattori (loh-5 ko G) kytkee ylimääräisen kuormavastuksen lohkon A (DC/DC-muuntaja) rinnalle. Kuormavastuksen läpi kulkeva ylimääräinen toisiovirta näkyy myös DC/DC-muuntajan ensiökäämissä pääelektroniikan puolella kasvaneena virtana, joka on ensiökäämiin liitetyn pienen sarjavastuksen jännitehäviötä mittaamalla havaittavissa. Etuna tämän suoritusmuodon käytölle on kustannussäästö tö ja pitkä-aikaisen komponenttiluotettavuuden kasvu, mutta vastaavasti käytettävää PWM-taajuutta on alennettava 40 Hz’sta alle 10 Hz’iin, mikä hidastaa mittausjärjestelyn vasteaikaa.
PWM-koodauksen sijaan anturisignaali voidaan PWM-pulssinleveysmodulaation sijaan koodata digitaalisignaaliksi myös jollakin toi-15 sella menetelmällä.
* · • · · • «· ··· + « • « • » · • · « ♦ · • · Φ • » * · • · » » » i««« « 1 • · * « ·« M·» ··· • · • i ·2 3 * » * » · ♦ « · « « · V « • 9 · 1 2 • · · 3 ♦ * 1

Claims (6)

11 117409
1. Anturiresistanssin mittauspiiri, joka mittauspiiri käsittää anturilii-tännän (lohko T) resistiivisen anturin (Rx) liittämiseksi jän n itteenjakop iiriin 5 (lohko D), välineet (lohko C) jännitteen (UD) syöttämiseksi mainittuun jännit-teenjakopiiriin, mainitun jännitteenjakopiirin käsittäessä anturin kanssa sarjaan kytketyn sarjaresistanssin (R519, R520) sekä välineet (L501, L502, C508, R521, C509) anturiresistanssin yli jäävän jännitteen (Ux) suodattamiseksi antu-risignaaliksi (FB_VS), välineet anturisignaalin muokkaamiseksi ja edelleen siir-10 tämiseksi, tunnettu siitä, että jännitteenjakopiirille (lohko D) jännitettä syöttävät välineet (lohko C) on sovitettu alentamaan syötettävää jännitettä (Ud) anturiresistanssin (Rx) funktiona.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauspiiri, tunnettu siitä, että jännitettä syöttävät välineet (lohko C) käsittävät ei-kääntävän vahvistinas- 15 teen (A501-B, R515, R524) anturisignaalin (FB_VS) vahvistamiseksi sekä dif-ferentiaalivahvistinasteen (A501-C, R510, R514), joka kääntävään (-) sisään-menoonsa kytketyn vahvistetun anturisignaalin sekä ei-kääntävään (+) si-säänmenoonsa kytketyn vakavoidun referenssijännitteen (UREf) erotuksen pe- • * rusteella on järjestetty syöttämään jännite (Ud) jännitteenjakopiirille (Lohko D). *;*;' 20
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittauspiiri, tunnettu * * 4 siitä, että mittauspiiri käsittää välineet (Lohko E) anturisignaalin (FB_VS) vah- * * vistamiseksi signaalijännitteeksi (UE), saha-aaltogeneraattorin (lohko F), kom- * * * paraattorin (lohko G) muodostamaan pulssikoodattu PWM-signaali signaali- • * jännitteen (UE) ja mainitun saha-aaltogeneraattorin ulostulojännitteen (UF) ver- . ^ 25 tailun tuloksena sekä välineet (lohko H) mainitun PWM-signaalin edelleen siir- * * * [···[ tämiseksi.
* * \ 4. Menetelmä anturiresistanssin mittaamiseksi, jossa menetelmäs- * * * Sä syötetään jännite (UD) jännitteenjakopiiriin (lohko D), jossa piirissä edelleen * * sarjaresistanssin (R519.R520) kautta resistiiviselle anturille (Rx), jonka anturi- • · · : s 30 resistanssin yli jäävä jännite (Ux) suodatetaan anturisignaaliksi (FB_VS), jota • * ***** mainittua anturisignaalia muokataan edelleen siirrettäväksi, tunnettu sii- 12 117409 tä, että jännitteenjakopiiriin (lohko D) syötettävää jännitettä pienennetään anturi resistanssi n (Rx) funktiona.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä anturiresistanssin mittaamiseksi, tunnettu siitä, että anturipiirin syötettyä jännitettä pienen- 5 netään oleellisesti logaritmisesti anturiresistanssin (Rx) funktiona.
6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anturisignaali (FB_VS) vahvistetaan signaalijännitteeksi (UE), jota saha-aaltoon (UF) vertaamalla muodostetaan pulssikoodattu PWM-signaali edelleen siirrettäväksi. 10 • * • · * « M • · ·*« • · 9·· • · * f t • · · • * 999 * 9 9 9 999 9 999 9 9 9 99 9 99 9 9 9 9 999 9 9 • 99 • 99 ··♦ ♦ • 9 • 9 • 99 9 9 9 9 9 9 9 9 999 • 99 9 9 9 φ ··· ♦ • ♦ · * * • · ··· • · · · 117409 J3
FI20040802A 2004-06-10 2004-06-10 Anturiresistanssin isoloitu mittauspiiri FI117409B (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20040802A FI117409B (fi) 2004-06-10 2004-06-10 Anturiresistanssin isoloitu mittauspiiri
CA2565288A CA2565288C (en) 2004-06-10 2005-06-08 Isolated measurement circuit for sensor resistance
RU2007100360/09A RU2350003C2 (ru) 2004-06-10 2005-06-08 Схема измерения сопротивления датчика с гальванической развязкой
CNB2005800183459A CN100481664C (zh) 2004-06-10 2005-06-08 传感器电阻的隔离测量电路
EP05751803.7A EP1779487B1 (en) 2004-06-10 2005-06-08 Isolated measurement circuit for sensor resistance
PCT/FI2005/000267 WO2005122354A1 (en) 2004-06-10 2005-06-08 Isolated measurement circuit for sensor resistance
US11/635,630 US7592820B2 (en) 2004-06-10 2006-12-08 Isolated measurement circuit for sensor resistance

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20040802 2004-06-10
FI20040802A FI117409B (fi) 2004-06-10 2004-06-10 Anturiresistanssin isoloitu mittauspiiri

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20040802A0 FI20040802A0 (fi) 2004-06-10
FI20040802A FI20040802A (fi) 2005-12-11
FI117409B true FI117409B (fi) 2006-09-29

Family

ID=32524477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20040802A FI117409B (fi) 2004-06-10 2004-06-10 Anturiresistanssin isoloitu mittauspiiri

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7592820B2 (fi)
EP (1) EP1779487B1 (fi)
CN (1) CN100481664C (fi)
CA (1) CA2565288C (fi)
FI (1) FI117409B (fi)
RU (1) RU2350003C2 (fi)
WO (1) WO2005122354A1 (fi)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8049145B1 (en) * 2006-04-19 2011-11-01 Agerson Rall Group, L.L.C. Semiconductor device having variable parameter selection based on temperature and test method
DE112006004121A5 (de) * 2006-09-06 2009-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschaltung zum Schutz eines Geräts, insbesondere eines Elektromotors, vor einer thermischen Überlastung
EP2363067B1 (en) * 2007-01-19 2016-01-06 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Arousal state classification model generating device, arousal state classifying device, and warning device
DE102007028929B3 (de) * 2007-06-22 2008-09-25 Continental Automotive Gmbh Messfühler zum Einsatz bei einer Leistungselektronik
US20090195179A1 (en) * 2008-02-05 2009-08-06 Joseph Peter D Power line communication
US8384399B2 (en) * 2008-08-28 2013-02-26 Infineon Technologies Ag System including capacitively coupled electrodes and circuits in a network
US8478558B2 (en) * 2008-12-18 2013-07-02 Kohler Co. Method for processing a temperature sensor signal
GB2487385B (en) * 2011-01-19 2016-01-20 Gm Global Tech Operations Inc Circuit and method for measuring a resistance value of a resistive component
US8760170B2 (en) * 2011-01-28 2014-06-24 Schneider Electric Solar Inverters Usa, Inc. Fuse continuity detection
TW201246765A (en) * 2011-05-13 2012-11-16 Silicon Motion Inc Charge-discharge device
FR2984495B1 (fr) * 2011-12-15 2016-04-15 Valeo Systemes De Controle Moteur Procede de mesure de la temperature
US10310006B2 (en) 2013-03-15 2019-06-04 Hubbell Incorporated DC high potential insulation breakdown test system and method
CN103785173A (zh) * 2014-03-06 2014-05-14 苏州运智互动科技有限公司 Android系统双体感外设数据区分获取方法
US9274007B2 (en) 2014-03-28 2016-03-01 Darryl G. Walker Semiconductor device having temperature sensor circuits
JP6096718B2 (ja) * 2014-06-13 2017-03-15 ファナック株式会社 複数のｐｔｃサーミスタを備えた電動機の過熱検出装置
US9645191B2 (en) 2014-08-20 2017-05-09 Darryl G. Walker Testing and setting performance parameters in a semiconductor device and method therefor
US9613719B1 (en) 2015-02-17 2017-04-04 Darryl G. Walker Multi-chip non-volatile semiconductor memory package including heater and sensor elements
US10763740B2 (en) 2016-04-15 2020-09-01 Emerson Climate Technologies, Inc. Switch off time control systems and methods
US10656026B2 (en) 2016-04-15 2020-05-19 Emerson Climate Technologies, Inc. Temperature sensing circuit for transmitting data across isolation barrier
US10312798B2 (en) 2016-04-15 2019-06-04 Emerson Electric Co. Power factor correction circuits and methods including partial power factor correction operation for boost and buck power converters
US9933842B2 (en) 2016-04-15 2018-04-03 Emerson Climate Technologies, Inc. Microcontroller architecture for power factor correction converter
US10277115B2 (en) 2016-04-15 2019-04-30 Emerson Climate Technologies, Inc. Filtering systems and methods for voltage control
US10284132B2 (en) 2016-04-15 2019-05-07 Emerson Climate Technologies, Inc. Driver for high-frequency switching voltage converters
US10305373B2 (en) 2016-04-15 2019-05-28 Emerson Climate Technologies, Inc. Input reference signal generation systems and methods
CN106374431A (zh) * 2016-08-29 2017-02-01 沈前保 一种电动机绕组超温电子保护器
DE102017214214A1 (de) * 2017-08-15 2019-02-21 Robert Bosch Gmbh Temperatursensorschaltung
EP3617677A1 (de) * 2018-08-31 2020-03-04 Siemens Aktiengesellschaft Schutztrennungsmodul für eine elektrische maschine
US11018660B2 (en) 2018-09-07 2021-05-25 Analog Devices Global Unlimited Company Multi-mode feedback control through digital isolator
CN109163819B (zh) * 2018-10-15 2021-01-05 西安爱生技术集团公司 一种具有线性高精度的无人机发动机缸温测量器
KR102611341B1 (ko) * 2018-10-29 2023-12-08 삼성전자주식회사 토글 신호의 듀티 타이밍을 검출하는 듀티 타이밍 검출기, 듀티 타이밍 검출기를 포함하는 장치, 그리고 토글 신호를 수신하는 장치의 동작 방법
US11287456B2 (en) * 2019-04-17 2022-03-29 S&C Electric Company Capacitive compensated voltage sensor

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2749512A (en) 1952-08-23 1956-06-05 Bell Telephone Labor Inc Ohmmeter
US2871446A (en) 1955-01-28 1959-01-27 Continental Oil Co Wide-range resistance and resistivity measuring apparatus
SU447630A1 (ru) 1968-07-25 1974-10-25 Институт электродинамики Академии наук Украинской ССР Устройство дл измерени параметров комплексных сопротивлений,включенных по четырехзажимной схеме
US4060715A (en) * 1976-07-16 1977-11-29 The Perkin-Elmer Corporation Linearized bridge circuitry
FR2400208A1 (fr) * 1977-08-11 1979-03-09 Thebault Raymond Appareil de mesure de resistance en fonction de la frequence et de l'amplitude du courant
US4161880A (en) * 1978-01-05 1979-07-24 Electromedics, Inc. Linearized digital thermometer
US4206648A (en) * 1979-02-26 1980-06-10 Rca Corporation Impedance measuring circuit
DE2934926A1 (de) * 1979-08-29 1981-03-26 Loher GmbH, 94099 Ruhstorf Temperaturueberwachung
SU898342A1 (ru) * 1980-05-20 1982-01-15 Пензенский Политехнический Институт Измеритель сопротивлени кондуктометрического датчика
IT1158312B (it) 1982-10-29 1987-02-18 Zeltron Spa Rilevatore di temperatura
JPS5991501A (ja) * 1982-11-18 1984-05-26 Nittan Co Ltd 温度検出器
US4546318A (en) 1983-03-11 1985-10-08 Mobil Oil Corporation Method for regulating current flow through core samples
DE3940341A1 (de) * 1989-12-06 1991-06-13 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zur verbesserung der genauigkeit einer messwerterfassung
US5611952A (en) * 1994-06-30 1997-03-18 Jones; Thaddeus M. Temperature sensor probe and sensor detection circuit

Also Published As

Publication number Publication date
FI20040802A (fi) 2005-12-11
EP1779487A1 (en) 2007-05-02
US20070171055A1 (en) 2007-07-26
US7592820B2 (en) 2009-09-22
CN1965455A (zh) 2007-05-16
CA2565288A1 (en) 2005-12-22
RU2350003C2 (ru) 2009-03-20
EP1779487B1 (en) 2017-03-01
EP1779487A4 (en) 2008-01-09
WO2005122354A1 (en) 2005-12-22
CA2565288C (en) 2014-05-27
FI20040802A0 (fi) 2004-06-10
RU2007100360A (ru) 2008-07-20
CN100481664C (zh) 2009-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI117409B (fi) Anturiresistanssin isoloitu mittauspiiri
US5719519A (en) Circuit and method for reconstructing a phase current
KR100687772B1 (ko) 유도가열기기용 전류 검출 회로
US9110118B2 (en) Proximity sensor with health monitoring
US10615736B2 (en) Temperature monitoring
US6064191A (en) Current transducer and current-monitoring method
US10965240B2 (en) Method and circuit for detecting motor winding over temperature
US9110103B2 (en) Temperature compensated proximity sensor
CN101120496A (zh) 通过匹配外加交流电的频率来进行感应式直流电流检测及转换器导磁率的温度响应补偿的装置
KR100515871B1 (ko) 트라이액을 이용한 교류 전류 센서 및 교류 전류 감지 방법
EP3654042B1 (en) Systems and methods for dynamically switching a load of a current transformer circuit
US10288648B2 (en) Remote sensing system
US5376880A (en) Method and apparatus for measuring the average power in an electric signal
WO2021003719A1 (en) Sensing apparatus and sensing method
TW201725849A (zh) 高溫保護系統
KR930000227Y1 (ko) 고주파 유도 가열 조리기의 출력 조절 회로
KR900002154Y1 (ko) 입력전류 검출회로
SU1404976A1 (ru) Устройство дл измерени параметров комплексных сопротивлений
KR900005322Y1 (ko) 유도가열 조리기의 소물검지 회로
CN117419822A (zh) 电源模块中的温度测量装置
JPS6389014A (ja) 過電流検出装置
GB2315872A (en) Current transducer
JPS595867B2 (ja) 交流量検出装置
Torla et al. Ripple voltage and its elimination in low voltage power supply
Khan Designing with High Performance Hermetic Analog Isolation Amplifiers

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 117409

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed