RU204930U1

RU204930U1 - ANALOGUE MEASURING CHANNEL WITH SELF-DIAGNOSTICS

Info

Publication number: RU204930U1
Application number: RU2020136297U
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Кольцов; Василий Степанович Прищепа; Максим Алексеевич Чешов
Original assignee: Ооо "Нпп "Югпромавтоматизация"
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Аналоговый измерительный канал, содержащий входной делитель напряжения, дифференциальный операционный усилитель, гальванически изолированные источники стабилизированного напряжения, микропроцессорный элемент со встроенным аналого-цифровым преобразователем, узел приема/передачи данных с гальванической изоляцией, резистор, включенный последовательно в цепь входного делителя напряжения, параллельно включенное этому резистору оптореле, управляемое микропроцессорным элементом, и интегральные аналоговые ключи, также управляемые микропроцессорным элементом, два из которых переключают дополнительные шунтовые резисторы делителя напряжения, изменяющие измерительный диапазон входного напряжения, а два других переключают вход дифференциального операционного усилителя с резисторов входного делителя на резисторы, образующие делитель напряжения между выходами источников стабилизированного напряжения, один из которых питает аналоговую часть микропроцессорного элемента, а второй является средней точкой для операционного усилителя, при этом канал дополнительно содержит резистор, включенный параллельно нормально разомкнутому контакту второго аналогового ключа, переключающего шунтовые резисторы.An analog measuring channel containing an input voltage divider, a differential operational amplifier, galvanically isolated sources of stabilized voltage, a microprocessor element with a built-in analog-to-digital converter, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation, a resistor connected in series to the input voltage divider circuit, connected in parallel to this an opto-relay resistor, controlled by a microprocessor element, and integrated analog switches, also controlled by a microprocessor element, two of which switch additional shunt resistors of the voltage divider, which change the measuring range of the input voltage, and the other two switch the input of the differential operational amplifier from the resistors of the input divider to resistors that form the divider voltage between the outputs of stabilized voltage sources, one of which feeds the analog part of the microprocessor element, and the second is the midpoint for an operational amplifier, while the channel additionally contains a resistor connected in parallel with the normally open contact of the second analog switch, which switches the shunt resistors.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для использования в устройствах измерения напряжения и тока в автоматизированных системах контроля, диагностики и управления технологическими процессами.The utility model relates to electrical measuring equipment and is intended for use in voltage and current measuring devices in automated control systems, diagnostics and process control.

Известен «Аналоговый измерительный канал с самодиагностикой» (патент на полезную модель RU №159142, G01R 15/04, опубликован 10.02.2016), который содержит входной делитель напряжения, дифференциальный операционный усилитель, гальванически изолированные источники стабилизированного напряжения, микропроцессорный элемент с встроенным аналого-цифровым преобразователем и узел приема/передачи данных с гальванической изоляцией, резистор, включенный последовательно в цепь входного делителя напряжения, параллельно включенное этому резистору оптореле, управляемое микропроцессорным элементом, и интегральные аналоговые ключи, также управляемые микропроцессорным элементом, два из которых переключают дополнительные шунтовые резисторы делителя напряжения, изменяющие измерительный диапазон входного напряжения, а два других переключают вход дифференциального операционного усилителя с резисторов входного делителя на резисторы, образующие делитель напряжения между выходами источников стабилизированного напряжения, один из которых питает аналоговую часть микропроцессорного элемента, а второй является средней точкой для операционного усилителя.Known "Analog measuring channel with self-diagnosis" (utility model patent RU No. 159142, G01R 15/04, published 02/10/2016), which contains an input voltage divider, a differential operational amplifier, galvanically isolated sources of stabilized voltage, a microprocessor element with a built-in analog a digital converter and a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation, a resistor connected in series to the input voltage divider circuit, an opto-relay connected in parallel to this resistor, controlled by a microprocessor element, and integral analog switches, also controlled by a microprocessor element, two of which switch additional shunt resistors of the divider voltages that change the measuring range of the input voltage, and the other two switch the input of the differential operational amplifier from the input divider resistors to the resistors that form the voltage divider between the outputs of the stabilized voltage, one of which feeds the analog part of the microprocessor element, and the second is the midpoint for the operational amplifier.

Недостатком является то, что данный измерительный канал, несмотря на наличие двух интегральных аналоговых ключа, переключающих шунтовые резисторы делителя входного напряжения, имеет только три поддиапазона измерения, что сужает общий диапазон канала.The disadvantage is that this measuring channel, despite the presence of two integral analog switches, switching the shunt resistors of the input voltage divider, has only three measurement subranges, which narrows the overall channel range.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что Аналоговый измерительный канал, содержащий входной делитель напряжения, дифференциальный операционный усилитель, гальванически изолированные источники стабилизированного напряжения, микропроцессорный элемент с встроенным аналого-цифровым преобразователем, узел приема/передачи данных с гальванической изоляцией, резистор, включенный последовательно в цепь входного делителя напряжения, параллельно включенное этому резистору оптореле, управляемое микропроцессорным элементом, и интегральные аналоговые ключи, также управляемые микропроцессорным элементом, два из которых переключают дополнительные шунтовые резисторы делителя напряжения, изменяющие измерительный диапазон входного напряжения, а два других переключают вход дифференциального операционного усилителя с резисторов входного делителя на резисторы, образующие делитель напряжения между выходами источников стабилизированного напряжения, один из которых питает аналоговую часть микропроцессорного элемента, а второй является средней точкой для операционного усилителя, при этом, канал дополнительно содержит резистор, включенный параллельно нормально разомкнутому контакту второго аналогового ключа, переключающего шунтовые резисторы. Краткое описание чертежей.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that an analog measuring channel containing an input voltage divider, a differential operational amplifier, galvanically isolated sources of stabilized voltage, a microprocessor element with a built-in analog-to-digital converter, a data reception / transmission unit with galvanic isolation, a resistor connected in series into the input voltage divider circuit, an opto-relay connected in parallel to this resistor, controlled by a microprocessor element, and integrated analog switches, also controlled by a microprocessor element, two of which switch additional shunt resistors of the voltage divider, which change the measuring range of the input voltage, and the other two switch the input of a differential operational amplifier from resistors of the input divider to resistors that form a voltage divider between the outputs of the stabilized voltage sources, one of which feeds the analog part part of the microprocessor element, and the second is the midpoint for the operational amplifier, while the channel additionally contains a resistor connected in parallel with the normally open contact of the second analog switch, which switches shunt resistors. Brief description of the drawings.

На рис. 1 приведена схема аналогового измерительного канала, где: R1, R2 - входные резисторы делителя напряжения; R3 - дополнительный резистор входного делителя с параллельно включенным этому резистору оптореле - 1; , R4 - шунтовый резистор делителя напряжения; R5, R6 - резисторы, образующие делитель между выходами источников стабилизированного напряжения; R7, R8 - шунтовые резисторы; R13 - дополнительный шунтовый резистор; 2, 3 - интегральные аналоговые ключи, управляемые микропроцессорным элементом 5; 4 - дифференциальный операционный усилитель с соответствующими резисторами - R9-R12; 6 - узел приема/передачи данных с гальванической изоляцией; 7 - гальванически изолированный источник стабилизированного напряжения с выходами: Up - питание микропроцессорного элемента и других элементов схемы, Ua - питание аналоговой части микропроцессорного элемента, Uo - средняя точка для операционного усилителя, U- - общий «минус» всех напряжений.In fig. 1 shows a diagram of an analog measuring channel, where: R1, R2 - input resistors of the voltage divider; R3 - additional resistor of the input divider with an opto-relay connected in parallel to this resistor - 1; , R4 - voltage divider shunt resistor; R5, R6 - resistors forming a divider between the outputs of stabilized voltage sources; R7, R8 - shunt resistors; R13 - additional shunt resistor; 2, 3 - integral analog switches controlled by microprocessor element 5; 4 - differential operational amplifier with corresponding resistors - R9-R12; 6 - node for receiving / transmitting data with galvanic isolation; 7 - galvanically isolated source of stabilized voltage with outputs: Up - power supply of the microprocessor element and other circuit elements, Ua - power supply of the analog part of the microprocessor element, Uo - midpoint for the operational amplifier, U- - common “minus” of all voltages.

Устройство работает под управлением микропроцессорного элемента (5). В режиме измерения входного сигнала вход операционного усилителя (4) ключами (2) подключен к резисторам R1, R2, а резистор R3 замкнут выходом оптореле (1). По заложенной в него программе микропроцессорный элемент управлением ключами (3) выбирает оптимальный диапазон измерения и передает информацию на верхний уровень. Периодически измерительный канал переходит в режим самодиагностики. Для проверки входного делителя напряжения микропроцессорный элемент размыкает выход оптореле, включая резистор R3 в цепь делителя, производит измерение сигнала, вычисляет коэффициент изменения результата и сравнивает с его значением, занесенным в память при калибровке. Для повышения достоверности тестирования процедура повторяется несколько раз, результаты усредняются, и делается вывод. Далее микропроцессорный элемент ключами (2) подключает вход операционного усилителя к резисторам R5, R6 и управлением ключами (3) производит измерение в четырех точках метрологической характеристики (четвертая точка и, соответственно, четвертый поддиапазон входных сигналов образованы последовательным соединением резисторов R7 и R13 при установке ключей (З) в состояние, показанное на Рис. 1. В действующем устройстве выбором резисторов R7, R8 и R7+R13, подключаемых (или не подключаемых) параллельно резистору R4, используются точки, примерно, 0,7, 0,35, 0,2 и 0,1 диапазона измерения. Анализ полученных результатов и сравнение с калибровочными значениями, записанными в память, позволяют определять отклонения от нормы всех элементов схемы и, соответственно, метрологической характеристики.The device operates under the control of a microprocessor element (5). In the mode of measuring the input signal, the input of the operational amplifier (4) is connected with the keys (2) to the resistors R1, R2, and the resistor R3 is closed by the output of the opto-relay (1). According to the program embedded in it, the microprocessor key control element (3) selects the optimal measurement range and transmits information to the upper level. Periodically, the measuring channel switches to self-diagnosis mode. To check the input voltage divider, the microprocessor element opens the output of the opto-relay, including the resistor R3 in the divider circuit, measures the signal, calculates the coefficient of change in the result and compares it with its value stored in the memory during calibration. To increase the reliability of testing, the procedure is repeated several times, the results are averaged, and a conclusion is made. Next, the microprocessor element with keys (2) connects the input of the operational amplifier to the resistors R5, R6 and controls the keys (3) measures at four points of the metrological characteristics (the fourth point and, accordingly, the fourth subrange of input signals are formed by the series connection of the resistors R7 and R13 when installing the keys (H) to the state shown in Fig. 1. In the operating device, by choosing resistors R7, R8 and R7 + R13, connected (or not connected) in parallel with resistor R4, points are used, approximately, 0.7, 0.35, 0, 2 and 0.1 of the measurement range Analysis of the obtained results and comparison with the calibration values stored in the memory allow to determine deviations from the norm of all circuit elements and, accordingly, the metrological characteristics.

Техническим результатом является расширение общего диапазона измерения за счет появления четвертого поддиапазона или же разбиение старого диапазона не на три, а на четыре поддиапазона, что обеспечивает повышение точности измерений. Кроме этого, метрологическая характеристика контролируется уже в четырех точках.The technical result is the expansion of the total measurement range due to the appearance of the fourth sub-range, or the division of the old range not into three, but into four sub-ranges, which improves the measurement accuracy. In addition, the metrological performance is monitored at four points.

Claims

An analog measuring channel containing an input voltage divider, a differential operational amplifier, galvanically isolated sources of stabilized voltage, a microprocessor element with a built-in analog-to-digital converter, a data receiving / transmitting unit with galvanic isolation, a resistor connected in series to the input voltage divider circuit, connected in parallel to this an opto-relay resistor, controlled by a microprocessor element, and integrated analog switches, also controlled by a microprocessor element, two of which switch additional shunt resistors of the voltage divider, which change the measuring range of the input voltage, and the other two switch the input of the differential operational amplifier from the resistors of the input divider to resistors that form the divider voltage between the outputs of stabilized voltage sources, one of which feeds the analog part of the microprocessor element, and the second is the midpoint for an operational amplifier, while the channel additionally contains a resistor connected in parallel with the normally open contact of the second analog switch, which switches the shunt resistors.