АНАЛОГОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ С САМОДИАГНОСТИКОЙ

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.