Układ wskaźnika odchyłki napięcia o wielu wartościach napięć

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY
153 753
POLSKA
Patent dodatkowy
do patentu nr
Int. Cl.5 G01R 19/165
Zgłoszono:
86 09 25 (P.261580)
Pierwszeństwo
CZYTELHIA
OGUIU
URZĄD
PATENTOWY
Zgłoszenie ogłoszono:
88 06 09
RP Opis patentowy opublikowano: 1991 12 31
Twórcywynalazku: Ryszard Roskosz, Jerzy Sawicki, Janusz Sawicki
Uprawniony z patentu: Politechnika Gdańska, Gdańsk (Polska)
Układ wskaźnika odchyłki napięcia o wielu wartościach napięć znamionowych
Przedmiotem wynalazku jest układ wskaźnika odchyłki napięcia o wielu wartościach napięć
znamionowych od wartości znamionowej napięcia, posiadający kilka napięć znamionowych ze
stosowanymi przedziałami odchyłkowymi, pokazujący w którym z tych przedziałów znajduje się
napięcie obiektu badanego.
Znane rozwiązania wskaźników zbudowane z neonówki i układów rezystancyjnych dotyczą w
pierwszym rzędzie wykrywania obecności napięcia większego od pewnej wartości minimalnej, w
których świecenie rozpoczyna się dopiero powyżej określonego napięcia. Są to tak zwane wska¬
źniki neonowe, w których ocena odchyłki, szczególnie przy jej wartości dodatniej, opiera się na
intensywności wydzielonego światła, co jest bardzo subiektywne i wymaga dużego doświadczenia.
Nawet przy spełnieniu tego postulatu często niemożliwa jest ocena wartości mierzonego napięcia.
W innych rozwiązaniach wskaźniki zbudowane są w oparciu o układy półprzewodnikowe,
przełączające neonówkę lub inny element sygnalizacyjny, przykładowo elektromagnes lub diodę
luminescencyjną, tak że przy odchyłce ujemnej działa jeden sygnalizator, zaś przy dodatniej —
inny. Wspomniane układy przełączające działają ze stosunkowo znacznym poborem prądu z
obwodu badanego, a w niektórych rozwiązaniach wymagają także stosowania dodatkowego
źródła pomocniczego.
Jeszcze inne rozwiązanie wskaźnika znane jest z patentu RFN nr 2 846 675. Zawiera ono
układy wejściowe prostowania dwupołówkowego, układy sterujące oraz dzielniki rezystancyjne, z
których sterowane są tranzystory lub wzmacniacze operacyjne załączające kolejne diody luminescencyjne, zasilane z zewnętrznej baterii. Układ wskazuje kolejne wartości napięcia w określonym
zakresie, przy czym świecą tu wszystkie kolejne diody luminescencyjne. Wadą układu jest złożona
budowa, znaczny pobór prądu z obwodu badanego,jak również konieczność stosowania zewnętrz¬
nego układu zasilania.
Znane jest również z opisu patentowego RFN nr 2 835 007 rozwiązanie do pomiaru i wskazy¬
wania napięcia, składające się z prostownika na wejściu oraz przyłączonych do niego równolegle
członów wskaźnikowych. Każdy z tych członów wskaźnikowych zawiera połączone kaskadowo
2
153 753
diodę Zenera, diodę luminescencyjną oraz nieliniowe rezystory o ujemnej charakterystyce. Wadą
tego rozwiązania jest konieczność użycia w nim nieliniowych rezystorów o ujemnej charakte¬
rystyce.
Szczególną jednak wadę wszystkich dotychczasowych rozwiązań stanowi fakt, że z obwodu
badanego pobieranyjest prąd poważnie przekraczający wartość 3 mA dopuszczalną ze względu na
bezpieczeństwo przeciwporażeniowe. Pomijając już niedopuszczalne stosowanie żarówki, trzeba
zaznaczyć, iż znane elektromegnetyczne wskaźniki wartości napięcia pobierają prąd około 200 mA.
Zbyt mała impedancja wejściowa wskaźnika, widziana od strony obwodu badanego, może być
przyczyną porażenia elektrycznego. Należy bowiem pamiętać, że prace monterskie prowadzone są
także na obwodach w trakcie budowy, czyli jeszcze nie wykończonych lub przy odszukaniu
względnie usuwaniu powstałych uszkodzeń. Włączenie klasycznego wskaźnika do obwodu będą¬
cego pod napięciem lecz mającego uszkodzony układ ochrony przeciwporażeniowej, na przykład
przerwa w obwodzie zerującym prowadzi wówczas do pojawienia się niebezpiecznego napięcia w
dużej części obwodu, także z dala od miejsca włączenia wskaźnika.
Znane układy, przez zastosowanie dodatkowych układów, wyposażonych w przełącznik
ręczny, mogą być przystosowane do kilku różnych wartości znamionowych napięcia. Jednakże
ręczne przełączanie wartości znamionowej napięcia jest niewygodne w praktyce, ponadto może
stanowić przyczynę mylnego odczytu wskazania, gdy włączona jest niewłaściwa wartość znamio¬
nowa, a nawet uszkodzeniu wskaźnika, gdy napięcie w obwodzie badanym jest dużo większe od
nastawionego znamionowego.
Układ według wynalazku, wskaźnika odchyłki napięcia o wielu wartościach napięć znamio¬
nowych, zawierający prostownik oraz przyłączone do niego równolegle człony wskaźnikowe
posiadające każdy dzielnik rezystancyjny, tranzystory przyłączające oraz diodę luminescencyjną,
charakteryzuje się tym, że każdy człon wskaźnikowy pierwszy, drugi, trzeci, ... n-ty posiada do
zacisków dołączony dzielnik napięcia, złożony z rezystorów pierwszego i drugiego, przy czym węzeł
środkowy tego dzielnika połączony jest z bazą tranzystora pierwszego, zaś emiter tego tranzystora
jest bezpośrednio połączony z jednym końcem dzielnika napięcia, natomiast kolektor połączony
jest poprzez rezystor trzeci z drugim końcem dzielnika napięcia. Oprócz tego kolektor tranzystora
pierwszego jest połączony z bazą tranzystora drugiego, którego emiterjest połączony bezpośrednio
z emiterem tranzystora pierwszego, natomiast kolektor tranzystora drugiego jest połączony do
węzła między rezystorem pierwszym i rezystorem trzecim, poprzez szeregowy zespół diod Zenera i
diody luminescencyjnej. Ilość członów wskaźnikowych jest równa ilości wartości mierzonych
napięć znamionowych.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że pozwala ono uzyskać stosunek najwyższego
do najniższego napięcia znamionowego około sześć. Układ jest bezpieczny w działaniu, bo nie
przekraczana jest bezpieczna wartość prądu pobieranego z obwodu badanego dla poszczególnych
członów wskaźnikowych, nawet wtedy gdy najwyższa wartość napięcia znamionowego jest sześć
razy większa od najniższej. Układ według wynalazku, jest rozwiązaniem prostym w budowie,
poręcznym w obsłudze oraz jest odporny na ciężkie warunki pracy.
Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku,
na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu wskaźnika odchyłki napięcia o wielu
wartościach napięć znamionowych, natomiast fig. 2 — schemat ideowy jednego członu
wskaźnikowego.
Układ przedstawiony na fig. 1, posiada zaciski wejściowe 1 dołączone do wejścia prostownika
2, do którego wyjścia dołączony jest za pośrednictwem zacisków 6 łańcuch równoległych członów
wskaźnikowych pierwszy 3, drugi 4, trzeci 5, ... n-ty m, w ilości równej wartościom mierzonych
napięć znamionowych. Schematy ideowe, przedstawione na fig. 2, wszystkich członów wskaźniko¬
wych są jednakowe, natomiast różnią się jedynie wartościami zastosowanych w nich elementów.
W układzie przedstawionym na fig. 2, każdy człon wskaźnikowy pierwszy 3, drugi 4, trzeci 5,...
n-ty m posiada do zacisków 6 dołączony dzielnik napięcia 7, złożony z rezystorów pierwszego Rl i
drugiego R2, przy czym węzeł środkowy tego dzielnika połączony jest z bazą tranzystora pier¬
wszego Tl, zaś emiter tego tranzystora jest bezpośrednio połączony z jednym końcem dzielnika
napięcia 7, natomiast kolektor, połączony jest, poprzez rezystor trzeci R3, z drugim końcem
dzielnika napięcia 7, a prócz tego kolektor tranzystora pierwszego Tl jest połączony z bazą
153 753
3
tranzystora drugiego T2, którego emiter jest połączony bezpośrednio z emiterem tranzystora
pierwszego Tl, natomiast kolektor tranzystora drugiego T2 jest połączony do węzła między
rezystorem pierwszym Rl i rezystorem trzecim R3, poprzez szeregowy zespół diod Zenera DZ i
diody luminescencyjnej DL.
Przedział wartości napięcia, w którym działa dioda luminescencyjna DL danego członu
wskaźnikowego jest inny dla każdego z członów wskaźnikowych pierwszego 3, drugiego 4, trze¬
ciego 5, ... n-ty m, zaś dolna granica działania diody luminescencyjnej DL w danym członie
wskaźnikowym, wynika z wartości napięcia stabilizowanego przez diodę Zenera DZ, natomiast
górna granicajest uzależniona od przekładni dzielnika 7, złożonego z różnych wartości rezystancji
rezystorów pierwszego Rl i drugiego R2 w danym członie wskaźnikowym. Wartości rezystancji
rezystorów pierwszego Rl, drugiego R2 i trzeciego R3 w poszczególnych członach wskaźnikowych
pierwszym 3, drugim 4, trzecim 5, ... n-tym m są bardzo wielkie, dostosowane do koniecznych
prądów, niezbędnych do wysterowania tranzystorów pierwszego Tl i drugiego T2, natomiast diody
luminescencyjne DL działają przy prądzie rzędu 2 mA.
W układzie według wynalazku, zastosowano kilka równolegle połączonych członów wskaźni¬
kowych o różnych wartościach napięcia znamionowego. Każdy z członów daje sygnał tylko
wówczas, gdy wartość napięcia przyłożonego do całego wskaźnika jest zawarta pomiędzy dolną a
górną wartością graniczną danego członu. Działanie każdego członu wskaźnikowego jest następu¬
jące. W przypadku, gdy wartość napięcia na wejściu danego członu U leży poniżej dolnej granicy
działania, określonej jako /Un-U/, tranzystor pierwszy Tl znajduje się w stanie zablokowanym,
natomiast tranzystor drugi T2 — w stanie przewodzenia. Napięcie polaryzujące diodę Zenera DZ
ma jednak wówczas wartość na tyle małą, że dioda ta znajduje się w stanie zaporowym, wobec
czego dioda luminescencyjna DL jest nieczynna. Przy większej niż poprzednio wartości napięcia
wejściowego U, lecz nie przekraczającej górnej granicy działania, czyli Un + U, stany elektryczne
obu tranzystorów pierwszego Tl i drugiego T2 pozostają bez zmiany. Jednak obecnie napięcie
polaryzujące diodę Zenera DZ staje się większe od wartości krytycznej — wobec czego wchodzi ona
w stan przewodzenia. Tym samym przez diodę luminescencyjna DL płynie prąd, wywołujący jej
świecenie. Przy napięciu wejściowym U przekraczającym poprzednio określoną granicę górną
następuje zmiana stanu obu tranzystorów pierwszego Tl i drugiego T2 na przeciwne. Stan zablo¬
kowania tranzystora drugiego T2 uniemożliwia przepływ prądu przez diodę Zenera DZ i diodę
luminescencyjna DL, która wobec tego nie może teraz działać.
Poniżej dolnej i powyżej górnej granicy działania człon wskaźnikowy pobiera ze swego wejścia
bardzo mały prąd, uwarunkowany praktycznie koniecznością stosowanego wysterowania tranzy¬
storów pierwszego Tl i drugiego T2. Jedynie w stanie czynnej sygnalizacji, to jest pomiędzy
granicami działania, pobór prądu staje się większy i jest rzędu 2 mA, koniecznych dla działania
diody luminescencyjnej DL. Okoliczności te pozwalają na równoległe łączenie kilku takich czło¬
nów bez przekroczenia bezpiecznej wartości prądu, pobieranego z obwodu badanego dla poszcze¬
gólnego członu wskaźnikowego. Cechę tę daje się zachować nawet wówczas, gdy najwyższa
wartość znamionowa jest 6 razy większa od najniższej, występującej w danym wskaźniku według
wynalazku.
Zastrzeżenie patentowe
Układ wskaźnika odchyłki napięcia o wielu wartościach napięć znamionowych, zawierający
prostownik oraz przyłączone do niego równolegle człony wskaźnikowe, posiadające każdy dzielnik
rezystancyjny, tranzystory przełączające oraz diodę luminescencyjna, znamienny tym, że każdy
człon wskaźnikowy pierwszy (3), drugi (4), trzeci (5),... n-ty (m) posiada do zacisków (6) dołączony
dzielnik napięcia (7), złożony z rezystorów pierwszego (Rl) i drugiego (R2), przy czym węzeł
środkowy tego dzielnika połączony jest z bazą tranzystora pierwszego (Tl), zaś emiter tego
tranzystora jest bezpośrednio połączony z jednym końcem dzielnika napięcia (7), natomiast
kolektor, połączony jest, poprzez rezystor trzeci (R3), z drugim końcem dzielnika napięcia (7), a
prócz tego kolektor tranzystora pierwszego (Tl) jest połączony z bazą tranzystora drugiego (T2),
4
153 753
którego emiter jest połączony bezpośrednio z emiterem tranzystora pierwszego (Tl), natomiast
kolektor tranzystora drugiego (T2) jest połączony do węzła między rezystorem pierwszym (Rl) i
rezystorem trzecim (R3) poprzez szeregowy zespół diody Zenera (DZ) i diody luminescencyjnej
(DL), przy czym ilość członów wskaźnikowych jest równa ilości wartości mierzonych napięć
znamionowych.
2
3
1
7
d
**^
6
/~
4
_6 r~
£
Lr-
-w;
Ci
\o
™hl
6
6
fig-1
fig .2
Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.
Cena 3000 zł
i