Файл: Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.pdf

эффициента у, характеризующего степень возможного повышения быстродействия МБСТ, необходимо умень­ шать а и увеличивать (3.

При выборе значений а и |3 для практических схем необходимо учитывать ряд ограничивающих условий. В частности, коэффициент а характеризует степень использования каскада по напряжению, поэтому нецелесообразно принимать значения этого коэффициента менее 0,2—0,3. Коэффициент (3 не следует выбирать более 0,8—0,9, так как возможные колебания напряжения питания '(и соответствен­ но опорного напряжения Но), а также температурный дрейф напря­ жения Е о могут привести к нарушению работоспособности каскада; каскад полностью теряет работоспособность при i(tV —Е c)=SCHnp. Как видно из графика, при указанных значениях а и |3 предельная величина коэффициента у = 8 .

времени усилителя вслед­ ствие уменьшения емкости конденсаторов межкаскадной связи позволяет наряду с уменьшением инерционности усилителя уменьшить также его габариты и вес. С этой целью ФЧД с фазовой отсечкой используется, например, в малогабаритном одноточечном бесконтактном сигна­ лизаторе температуры [Л. 1]. Кроме рассмотренной схе­ мы ФЧД (см. рис. 4-4), представляющей собой однополупериодный каскад с выходом на двухполюсную на­ грузку, в автоматических устройствах находит примене­ ние целый ряд других схем ФЧД.

«0

Так, для автоматического двухпредельного контроля [Л. 3] может быть использована схема однополупериодного ФЧД с дифференциальной (трехполюсной) нагруз­ кой (рис. 4-8,а). В этой схеме сигнал выделяется на на­ грузке Я„1 или Rn2 в зависимости от фазы входного сигнала UBX. Фаза UDX в свою очередь определяется соот­ ношением между текущим значением контролируемого параметра и заданными верхним и нижним пределами. Та­ ким образом, работа каждого из двух плеч схемы ана­ логична работе рассмотренной ранее схемы на рис. 4-4. Поэтому включение стабилитрона Д с в цепь, общую для

Рис. 4-8. Схемы фазочувствительных детекторов с дифферен­ циальной нагрузкой (а), двухполупериодного (б) и двухполупериодного с дифференциальной нагрузкой (в).

обоих плеч этой схемы, также позволяет получить фазовую отсечку и обеспечить повышение быстродейст­ вия прибора.

Вряде случаев возникает необходимость получить на нагрузке ФЧД двухполупериодный сигнал. Для этого используются схемы двухполупериодного ФЧД с выхо­ дом на двухполюсную или трехполюсную нагрузку.

Всхеме с двухполюсной нагрузкой (рис. 4-8,5) при

совпадении фаз входного и опорного сигналов (<р=0) на нагрузке Ru выделяется двухполупериодное напряже­ ние. При этом транзисторы 7^ и Т2 проводят ток пооче­ редно в различные полупериоды сигнала. При ср = я напряжение на нагрузке равно нулю. Фазовая отсечка

в этой схеме может быть получена при включении стаби­ литрона Д с последовательно с нагрузкой RB.

Схема двухполупернодного ФЧД с дифференциаль­ ной нагрузкой изображена на рис. 4-8,в. Эта схема пред­ ставляет собой комбинацию схем, приведенных на рис. 4-8,о, и б. Вторичные обмотки трансформатора опор­ ного напряжения включены встречно, благодаря чему при ср-=0 двухполупериодный выходной сигнал выделяет­ ся на одной нз нагрузок, а при ф = я — на другой. Нали­ чие общего провода между точками соединения нагрузок и эмиттеров транзисторов позволяет получить в этой схеме фазовую отсечку при помощи лишь одного стаби­ литрона Д с

Выражение (4-35), полученное при анализе однополупериодного ФЧД с однополюсной нагрузкой, справедливо также и для схем, изображенных на рис. 4-8, благодаря идентичности происходящих в них процессов. Введение фазовой отсечки позволяет повысить быстродействие приборов, в которых применяются эти схемы.

4-3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ МЕСТ В ЦИКЛИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

Помимо выявленных в предыдущих разделах помех, вызванных перегрузками общеканальиого усилителя и фазовыми искажениями сигналов, поступающих на ФЧД, существует еще ряд помех, которые приводят к увеличе­ нию динамической погрешности МЕСТ. Среди них, в пер­ вую очередь, можно назвать помехи, обусловленные раз­ бросом характеристик бесконтактных ключей, и помехи, вызванные колебаниями питающего напряжения.

Рассмотрим вначале влияние помех, вызванных раз­ бросом характеристик бесконтактных ключей.

Из приведенной на рис. 3-7,а схемы диодного ключа видно, что на выход коммутатора кроме полезного сигна­ ла подается также падение напряжения на сопротивле­ нии Rz, образованное током управления, открывающим диод Дг- Напряжение на самом диоде в зависимости от его типа составляет 0,5—0,8 в. Разброс характеристик диодов хотя бы на 5— 10% приводит к тому, что разность напряжений, падающих на сопротивлении Rz в различ­ ные такты работы коммутатора, может достигать 60— 100 мв, т. е. величины одного порядка с номинальным переключаемым сигналом.

82

Создаваемые таким образом «пьедесталы» дифферен­ цируются разделительным конденсатором на выходе ком­ мутатора и после усиления поступают на вход ФЧД, вызывая ложные срабатывания МБСТ. Кроме того, эти импульсы вызывают дополнительную перегрузку усили­ теля и соответствующий переходной процесс, в течение которого усилитель оказывается нечувствительным к сигналам последующих каналов.

Для этого случая можно указать на несколько спосо­ бов устранения ложных срабатываний МБСТ. Один из них заключается в уменьшении уровня самих помех. Это­ го можно достичь, проведя предварительную разбраковку диодов с целью использования в ключах диодов с иден­ тичными характеристиками. Однако часто разбраковка деталей недопустима, особенно при крупносерийном про­ изводстве. Кроме того, вследствие старения диодов их параметры становятся неидентичными.

Более целесообразно применение другого способа, ко­ торый сравнительно прост и заключается в создании схемным путем защитных интервалов в начале каждого такта работы коммутатора. Этот способ предпочтителен также и по той причине, что помогает устранять сраба­ тывание МБСТ из-за переходных процессов, вызванных общекаиальным усилителем.

Схема для создания защитных интервалов состоит из двух элементов: генератора импульсов защиты и испол­ нительного органа. Место этих элементов в общей блоксхеме МБСТ показано на рис. 4-9, где приняты следую­ щие условные обозначения: Г Т И — генератор тактовых импульсов; Р — распределитель коммутатора; К — бес­ контактные ключи; У ■— усилитель; Г З И — генератор за­ щитных интервалов; И О — исполнительный орган; В У — выходное устройство.

ГЗИ должен работать синхронно с распределителем

определяющая ширину защитного интервала, должна быть больше времени переходных процессов усилителя. Работа схемы защиты поясняется диаграммами, изобра­ женными на рис. 4-10. Они сняты в различных точках бесконтактного многоточечного сигнализатора темпера­ туры [Л. 3], блок-схема которого соответствует рис. 4-9.

Из рис. 4-10 видно, что на вход усилителя (диаграм­ ма 2) поступают сигналы переменного тока, величина

Рис. 4-9. Схема включения генератора защитных интер­ валов.

Рис. 4-10. Временные диаграммы работы схе­ мы защиты.

которых определяется значением контролируемых пара­ метров. Кроме того, на эти сигналы наложены различные по величине ступеньки постоянного тока, вызванные раз­ бросом характеристик ключей. После прохождения через усилитель (диаграмма 3) сигнал содержит значительные по величине импульсы обеих полярностей, образовавшие­ ся в результате переходных процессов усилителя. Эти импульсы могут вызвать ложные включения выходного устройства. При соответствующем выборе длительности

84

(4-24), определяющего длительность переходных процес­ сов усилителя, после подстановки в это выражение вме­ сто погрешности б ее фактического значения

где x~ — постоянная времени усилителя для отрицатель­ ного полуперпода сигнала; At/m — допустимое значение абсолютной погрешности; Um— максимальное значение контролируемого сигнала; Uv— максимальный разброс остаточных напряжений диодов ключей; 5 — отношение постоянных времени т+ и тг.

В большинстве случаев величину ТЗЛ1 легко опреде­ лить экспериментально путем осциллографирования сиг­ налов на выходе ФЧД.

Наиболее подходящим элементом для построения генератора ГЗИ является ждущий мультивибратор.

Принципиальная схема одного нз возможных вариантов такого устройства приведена на рис. 4-11. В исходном состоянии транзистор Т1 закрыт, Га насыщен. На выходе генератора (коллектора Г2) име­ ется положительный потенциал, равный примерно + Ez. После пода­ чи иа вход мультивибратора отрицательного тактового импульса схема опрокидывается и на выходе появляется отрицательный потен­ циал —Ei.

Синхронизация мультивибратора осуществляется импульсами тактового генератора ГТИ, управляющего работой распределителя

Рис. 4-11. Прмнципаильная схема устройства защиты.

85

коммутатора. Если распределитель представляет собой самовозбуждающуюся схему и ГТИ отсутствует, импульсы синхронизации могут быть сняты с элементов обратной связи распределителя. Так, напри­ мер, в схеме многофазного мультивибратора [Л. 4] эти импульсы молено получить на общеэмиттерном резисторе.

Исполнительный орган осуществляет непосредственное отклю­ чение сигнала общеканального тракта на время действия защитного интервала. В сигнализаторе температуры, описанном в работе [Л. 3], для этого используются бесконтактные ключи на транзисторах. Ключ устанавливается на выходе ФЧД — последнего инерционного эле­ мента общекапалыюго тракта. Схема соединения ключа Т3 с гене­ ратором защитных интервалов Ть Т2 и с ФЧД Г 4 изображена на рис. 4-11. Во время защитного интервала на вход ключа поступает отрицательное напряжение, транзистор Ts открывается и шунтирует выход ФЧД. При выборе длительности защитных интервалов, боль­ шей времени переходных процессов, такая схема позволяет пол­ ностью исключить ложные срабатывания МБСТ от помех, возникаю­ щих при переключении каналов.

Рассмотрим методы предотвращения ложных сраба­ тываний, вызванных колебаниями питающего напряже­ ния. Следует отметить, что нейтрализация незначитель­ ных по амплитуде или длительности колебаний напряже­ ния не вызывает технических трудностей. Она может быть осуществлена применением стабилизатора напря-

Рис. 4-12, Принципиальная схема устройства защиты от скачков напряжения питания.

жеиия или некоторого увеличения постоянной времени выходных устройств. Большую сложность представляет предотвращение ложных срабатываний МБСТ при вклю­ чении прибора в сеть, при скачке питающего напряжения от нуля до номинального значения.

В этом случае помеха возникает за счет заряда разделительного конденсатора, установленного между усилителем и фазочувствительным детектором. На рис. 4-12 изображены оконечный каскад усилителя Гь фазочувст-

86

вительный детектор Т2 п разделительный конденсатор Сь При включении прибора в сеть конденсатор Ci заряжа­ ется от источника питания усилителя Е и в течение вре­ мени, пока зарядный ток icl превышает определенную пороговую величину /п (рис. 4-13,а), транзистор ФЧД открыт и на его выходе имеется сигнал, вызывающий включение выходных устройств.

В некоторых устройствах для предотвращения лож­ ного срабатывания при включении в сеть на вход ФЧД подается импульс напряжения противоположной поляр-

ности. Недостаток этого способа — необходимость в до­ полнительном источнике питания, усложняющем схему.

Применение пассивной цепочки, состоящей из конден­ сатора С2 и диодов Mi и Д 2 (на рис. 4-12 показаны пунк­ тиром), позволяет исключить ложные срабатывания МБСТ без использования' дополнительного источника. При наличии этих элементов одновременно с зарядом конденсатора Cj происходит заряд конденсатора С2 через диод Mi. Соответствующим выбором емкости С2 можно настолько уменьшить величину зарядного тока через Сь что транзистор Т2 не откроется во время переходного процесса (t'dC/n, рис. 4-13,о).

Конденсатор С2 заряжается до напряжения, равного сумме постоянной составляющей напряжения на коллек­ торе транзистора Д и амплитудного значения полезного сигнала. На дальнейшую работу прибора конденсатор С2 не влияет, так как после его заряда диод Д:к запира­ ется и отключает С2 от схемы. После выключения прибо­ ра конденсатор С2 разряжается через диод Д 2 и цепи

87