обратная связь интегрированного источника тока и элемент ограничения тока

Формула изобретения

1. Искробезопасное устройство (200), сконфигурированное для подачи мощности в нагрузку, соединенную с первой выходной клеммой (Т1) и со второй выходной клеммой (Т2), указанное устройство содержит источник (PS) питания; ограничитель (Z1) напряжения, подключенный параллельно источнику питания, для ограничения величины напряжения, генерируемого источником питания; соединение между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой; ограничитель (202) тока, подключенный между второй стороной ограничителя напряжения и второй выходной клеммой, причем ограничитель тока содержит барьерный резистор; переменный импеданс; компаратор; отличающееся тем, что ограничитель тока дополнительно содержит барьерный резистор (R3); переменный импеданс (Q1), подключенный между второй выходной клеммой и первой стороной барьерного резистора; при этом вторая сторона барьерного резистора соединена со второй стороной ограничителя напряжения; опорное напряжение, соединенное с входом компаратора; выход компаратора соединен с управляющим входом переменного импеданса; сигнал, выдаваемый выходом компаратора на управляющий вход переменного импеданса, осуществляет управление величиной импеданса указанного переменного импеданса; при этом соединение между первой стороной барьерного резистора и входом компаратора для приема напряжения представляет силу тока в барьерном резисторе; компаратор сравнивает значения опорного напряжения и напряжения, принятого от барьерного резистора, для ограничения до максимального уровня силы тока, подаваемого в нагрузку через выходные клеммы.

2. Искробезопасное устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит предохранитель (F1), подключенный между положительной стороной напряжения источника питания и ограничителем напряжения.

3. Искробезопасное устройство по п.1, отличающееся тем, что ограничитель напряжения содержит диод, имеющий катод, соединенный с положительной стороной источника питания, и анод, соединенный с отрицательной стороной источника питания.

4. Искробезопасное устройство по п.3, отличающееся тем, что ограничитель напряжения содержит полупроводниковый стабилитрон.

5. Искробезопасное устройство по п.1, отличающееся тем, что в ограничителе тока переменный импеданс содержит транзистор, подключенный между первой стороной барьерного резистора и второй выходной клеммой, для регулирования силы тока, подаваемого в нагрузку; компаратор является операционным усилителем (OA), который регулирует импеданс транзистора; компаратор имеет выход, соединенный с управляющим входом транзистора; компаратор дополнительно имеет первый вход, соединенный с напряжением, представляющим величину тока нагрузки, и второй вход, соединенный с опорным напряжением; и делитель напряжения содержит барьерный резистор для генерирования напряжения, представляющего ток нагрузки, причем делитель напряжения соединен с первым входом операционного усилителя и с отрицательной стороной источника питания.

6. Искробезопасное устройство по п.5, отличающееся тем, что ограничитель тока дополнительно содержит резистор (R1), подключенный между выходом операционного усилителя и управляющим входом транзистора.

7. Искробезопасное устройство по п.5, отличающееся тем, что в ограничителе тока транзистор содержит полевой транзистор на основе структуры типа металл–оксид–полупроводник (МОП–транзистор).

8. Искробезопасное устройство по п.7, отличающееся тем, что в ограничителе тока делитель напряжения содержит первый резистор (R2), подключенный между первым входом операционного усилителя и стоком транзистора; барьерный резистор (R3), имеющий первую сторону, соединенную с указанным стоком, и вторую сторону, соединенную с отрицательной стороной источника питания.

9. Искробезопасное устройство по п.1, отличающееся тем, что нагрузка содержит электронный блок расходомера Кориолиса, имеющий блок преобразования сигнала для формирования сигнала возбуждения и для приема сигналов датчиков, причем блок преобразования сигнала соединен с первой и второй выходными клеммами искробезопасного устройства.

10. Искробезопасное устройство по п.9, отличающееся тем, что блок преобразования сигнала дополнительно содержит блок возбуждения для формирования сигнала возбуждения, причем блок возбуждения соединен с первой и второй выходными клеммами искробезопасного устройства; блок преобразования сигнала расходомера Кориолиса для приема сигналов датчиков, причем блок преобразования сигнала имеет вход, соединенный с выходом блока возбуждения.

11. Способ функционирования искробезопасного устройства для подачи мощности в нагрузку через первую и вторую выходные клеммы, при этом указанный способ содержит следующие этапы: осуществляют подключение ограничителя напряжения параллельно источнику питания для ограничения величины напряжения, генерируемого источником питания; обеспечивают соединение между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой; отличающийся тем, что способ содержит следующие дополнительные этапы: осуществляют подключение первой стороны барьерного резистора последовательно с переменным импедансом ко второй выходной клемме; соединение второй стороны ограничителя напряжения со второй стороной барьерного резистора; осуществляют функционирование компаратора для сравнения опорного напряжения с напряжением на концах барьерного резистора, представляющим силу тока, подаваемого в нагрузку через выходные клеммы; обеспечение сигнала управления от указанного выхода компаратора на управляющий вход переменного импеданса; осуществляют функционирование переменного импеданса, как реакцию на прием управляющего сигнала, для ограничения максимального тока, проходящего через барьерный резистор и переменный импеданс в нагрузку.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что этап ограничения уровня напряжения включает этап функционирования диода для ограничения напряжения.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что этап функционирования диода включает этап функционирования полупроводникового стабилитрона.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно содержит следующие этапы:

подачу искробезопасной мощности от выходных клемм в блок возбуждения расходомера Кориолиса и формирование сигнала возбуждения блоком возбуждения, как реакции на прием указанной мощности.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап подачи сигналов датчиков в блок преобразования сигнала расходомера Кориолиса, как реакцию на прием указанной мощности.

16. Способ по п.11, отличающийся тем, что этап ограничения максимального тока, подаваемого в нагрузку, содержит следующие этапы: осуществляют функционирование делителя напряжения для формирования напряжения, которое представляет силу тока, подаваемого в нагрузку через барьерный резистор; функционирование операционного усилителя для сравнения опорного напряжения с напряжением, представляющим силу тока, подаваемого в нагрузку; обеспечение сигнала от выхода операционного усилителя в управляющий вход транзистора, определяющего переменный импеданс для ограничения силы тока, подаваемого в нагрузку.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что этап функционирования транзистора включает этап функционирования МОП–транзистора.

18. Искробезопасное устройство (200), сконфигурированное для подачи мощности в нагрузку, соединенную с первой выходной клеммой (Т1) и второй выходной клеммой (Т2), причем указанное устройство содержит источник (РS) питания; ограничитель (Z1) напряжения, соединенный параллельно с источником питания, для ограничения максимального напряжения, формируемого источником питания; соединение между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой; отличающееся тем, что указанное устройство содержит ограничитель (202) тока, подключенный между второй стороной ограничителя напряжения и второй выходной клеммой, при этом ограничитель тока содержит опорное напряжение, переменный импеданс (Q1), барьерный резистор (R3) и вторая сторона ограничителя напряжения подключена последовательно с барьерным резистором и переменным импедансом ко второй выходной клемме, ограничитель тока ограничивает силу тока, подаваемого в нагрузку через указанные выходные клеммы, до максимального уровня тока в результате сравнения опорного напряжения с напряжением на концах барьерного резистора.

19. Способ функционирования искробезопасного устройства для подачи мощности в нагрузку, содержащий следующие этапы: осуществляют подключение ограничителя напряжения параллельно источнику питания для ограничения максимального напряжения, формируемого источником питания; обеспечивают соединение между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой; осуществляют подключение второй стороны ограничителя напряжения последовательно с барьерным резистором и переменным импедансом ко второй выходной клемме; осуществляют ограничение силы тока, подаваемого в нагрузку через выходные клеммы, до максимального уровня силы тока в зависимости от сравнения опорного напряжения с напряжением на концах барьерного резистора, представляющего силу тока, подаваемого в нагрузку через барьерный резистор и выходные клеммы.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к блоку питания для искробезопасной нагрузки. Более конкретно, изобретение относится к устройствам, ограничивающим ток, подаваемый в нагрузку, для соответствия стандартам по искробезопасности.

Электронные устройства часто используют в опасных средах, содержащих летучие материалы. Проблемы часто возникают из-за того, что искра или тепло от электронных устройств могут вызвать воспламенение летучего материала. Таким образом, производители электронных устройств для использования в этих опасных средах должны обеспечивать определенную защиту для обеспечения электронных устройств, не воспламеняющих летучий материал.

Одной формой такой защиты является обеспечение искробезопасной устройства.

Стандарты по искробезопасности устанавливают регулирующие органы, такие как UL в США, CENELEC в Европе, CSA в Канаде и TIIS в Японии. Для того, чтобы устройство соответствовало стандартам искробезопасности, силу тока, мощность и напряжение в устройстве ограничивают до уровней, которые предотвращают воспламенение летучего материала от искры или тепла, генерируемого устройством.

Проблема заключается в подаче электроэнергии в искробезопасное устройство. Мощность, напряжение и ток электроэнергии ограничены до уровней, недостаточных для воспламенения летучего материала. Таким образом, в блоке питания необходимы элементы для ограничения мощности, напряжения и тока, подаваемых в искробезопасное устройство.

В традиционном блоке питания напряжение ограничивают посредством подключения одного или более полупроводниковых стабилитронов между линиями питания, соединяющими блок питания с выходными клеммами. Полупроводниковые стабилитроны ограничивают напряжение до уровня V. Ограничение силы тока обеспечивают посредством подключения резистора, имеющего сопротивление R, последовательно с выходной клеммой высокого напряжения. Резистор ограничивает силу тока до уровня V/R. Мощность регулируют посредством ограничения тока и напряжения.

Ограничивающие компоненты, то есть диоды и резисторы, должны быть защищены для предотвращения превышения элементами паспортных характеристик в случае повреждения. Обычно в устройство включают предохранитель для ограничения силы тока, который может подаваться к элементам. Предохранитель подбирают таким образом, чтобы его паспортные характеристики обеспечивали не превышение характеристик рассеяния мощности.

Хотя это не требуется согласно стандартам по искробезопасности, в схему блока питания часто добавляют блок ограничения силы тока для предотвращения перегорания предохранителя. Существует много топологических схем ограничения силы тока, которые могут использоваться как на стороне высокого напряжения, так и на стороне низкого напряжения блока питания. Большинство топологических схем ограничения силы тока включает резистор для преобразования тока в напряжение для получения сигнала обратной связи, который пропорционален силе тока. При этом осуществляется сравнение с опорным напряжением. В результате сравнения корректируется импеданс последовательно подключенного элемента. Проблема, связанная с добавлением блока ограничения силы тока, состоит в том, что преобразование тока в напряжение увеличивает суммарное выходное сопротивление и вызывает дополнительное падение напряжения ниже уровня, требуемого для соответствия стандартам по искробезопасности.

Указанные выше и другие проблемы решаются, и достигнут прогресс в данной области техники благодаря обеспечению блока питания, с обратной связью интегрированного источника тока и элемент ограничения силы тока, соответствующие настоящему изобретению. Одним преимуществом обратной связи интегрированного источника тока и элемента ограничения силы тока заключается в том, что падение напряжения может сводиться к минимуму до напряжения, которое должно быть ограничено для соответствия стандартам по искробезопасности. Второе преимущество состоит в том, что ряд элементов схемы блока питания исключается, что снижает стоимость производства блока питания.

В соответствии с настоящим изобретением функция резистора преобразования тока в блоке ограничения мощности скомбинирована с функцией барьерного выходного сопротивления. Это обеспечивает получение выходного сопротивления, не превышающего сопротивления, требуемого для предотвращения воспламенения опасного материала. Комбинирование функций обеспечено перемещением частей блока ограничения силы тока в местоположение после барьерного сопротивления. В частности, устройство изменения полного сопротивления перемещено в местоположение после барьерного сопротивления. Одним примером устройства изменения полного сопротивления является МОП-транзистор.

Когда МОП-транзистор перемещен, существуют две новые линии к выходным клеммам. Первой является управляющий вывод операционного усилителя и обратная связь от барьерного сопротивления. Вход операционного усилителя и затвор для МОП-транзистора имеют высокое полное сопротивление, и в каждую из этих линий помещены относительно высокоомные резисторы по сравнению с барьерным резистором. Суммарное барьерное сопротивление составляет комбинация резистора, помещенного в линию, с входами затвора МОП-транзистора и входом операционного усилителя. Это ограничивает выходное сопротивление блока питания до уровня, который пренебрежимо ниже, чем одно барьерное сопротивление.

Аспектом изобретения является искробезопасное устройство, сконфигурированное для подачи питания в нагрузку, соединенную с первой выходной клеммой и второй выходной клеммой, при этом устройство содержит:

источник питания;

ограничитель напряжения, подключенный параллельно источнику питания для ограничения величины напряжения, генерируемого источником питания;

соединение между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой;

ограничитель тока, подключенный между второй стороной ограничителя напряжения и второй выходной клеммой, причем ограничитель тока содержит:

барьерный резистор;

переменный импеданс;

компаратор;

при этом ограничитель тока дополнительно содержит:

барьерный резистор;

переменный импеданс, подключенный между второй выходной клеммой и первой стороной барьерного резистора;

вторая сторона барьерного резистора соединена со второй стороной ограничителя напряжения;

опорное сопротивление соединено в входом компаратора;

выход компаратора соединен с управляющим входом переменного полного сопротивления;

сигнал, выдаваемый выходом компаратора на вход переменного импеданса, управляет величиной импеданса указанного переменного импеданса;

соединение между первой стороной барьерного резистора и входом компаратора для приема напряжения, представляющего ток в барьерном резисторе;

компаратор осуществляет сравнение значения опорного напряжения и напряжения, принятого от барьерного резистора, для ограничения до максимального уровня силы тока значения тока, подаваемого в нагрузку через выходные клеммы.

Предпочтительно, искробезопасное устройство дополнительно содержит предохранитель, подключенный между положительной стороной напряжения источника питания и схемой ограничения напряжения.

Предпочтительно, ограничитель напряжения содержит диод, имеющий катод, соединенный с положительной стороной источника питания, и анод, соединенный с отрицательной стороной источника питания.

Предпочтительно, ограничитель напряжения содержит полупроводниковый стабилитрон.

Предпочтительно, переменный импеданс содержит транзистор, подключенный между первой стороной барьерного резистора и второй выходной клеммой, для управления величиной тока, подаваемого в нагрузку;

компаратором является операционный усилитель (ОА), который управляет импедансом транзистора;

компаратор имеет выход, соединенный с управляющим входом транзистора;

компаратор также имеет первый вход, соединенный с напряжением, представляющим величину тока нагрузки, и также имеет второй вход, соединенный с опорным напряжением; и

делитель напряжения, включающий барьерный резистор, для формирования напряжения, представляющего ток в нагрузке, причем делитель напряжения соединен с первым входом операционного усилителя и с отрицательной стороной источника питания.

Предпочтительно, ограничитель тока также содержит резистор, подключенный между выходом операционного усилителя и управляющим входом транзистора.

Предпочтительно, транзистор содержит полевой транзистор на основе структуры типа металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор).

Предпочтительно, делитель напряжения содержит:

первый резистор, подключенный между первым входом операционного усилителя и стоком транзистора; и

барьерный резистор, имеющий первый конец, соединенный с указанным стоком, и второй конец, соединенный с отрицательной стороной источника питания.

Предпочтительно, искробезопасное устройство отличается тем, что нагрузка содержит электронный блок расходомера Кориолиса, имеющий блок преобразования сигналов для формирования сигнала возбуждения и для приема сигналов датчиков, причем блок преобразования сигналов соединен с первой и второй выходными клеммами искробезопасного устройства.

Предпочтительно, блок преобразования сигналов также содержит:

блок возбуждения для формирования сигнала возбуждения, причем блок возбуждения соединен с первой и второй выходными клеммами искробезопасного устройства; и

блок преобразования для приема сигналов датчиков, причем блок преобразования имеет вход, соединенный с выходом блока возбуждения.

Другим аспектом изобретения является способ функционирования искробезопасного устройства для подачи мощности в нагрузку через первую и вторую выходные клеммы, при этом указанный способ содержит следующие этапы:

подключение ограничителя напряжения параллельно источнику питания для ограничения величины напряжения, формируемого источником питания;

установление соединения между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой;

а также способ содержит дополнительные операции:

подключение первой стороны барьерного резистора последовательно с переменным полным сопротивлением ко второй выходной клемме;

соединение второй стороны ограничителя напряжения со второй стороной барьерного резистора;

осуществление функционирования компаратора для сравнения опорного напряжения с напряжением на концах барьерного резистора, представляющим силу тока, подаваемого в нагрузку через выходные клеммы;

обеспечение сигнала управления от указанного выхода компаратора во вход переменного полного сопротивления;

функционирование переменного импеданса, как реакцию на прием управляющего сигнала, для ограничения максимального тока, проходящего через барьерный резистор и переменный импеданс в нагрузку.

Предпочтительно, этап ограничения уровня напряжения включает операцию функционирования диода для ограничения напряжения.

Предпочтительно, операция функционирования диода включает этап функционирования полупроводникового стабилитрона.

Предпочтительно, способ дополнительно включает следующие этапы:

подачу искробезопасной мощности от клемм в блок возбуждения расходомера Кориолиса, и

формирование сигнала возбуждения блоком возбуждения, как реакции на прием указанной мощности.

Предпочтительно, способ дополнительно включает этап подачи сигналов датчиков в блок преобразования расходомера Кориолиса, как реакцию на прием указанной мощности.

Предпочтительно, этап ограничения максимального тока, подаваемого в нагрузку, содержит следующие операции:

функционирование делителя напряжения для формирования напряжения, которое представляет силу тока, подаваемого в нагрузку через барьерный резистор;

функционирование операционного усилителя для сравнения опорного напряжения с напряжением, представляющим силу тока, подаваемого в нагрузку; и

обеспечение сигнала от выхода операционного усилителя в управляющий вход транзистора, определяющего переменный импеданс для ограничения силы тока, подаваемого в нагрузку.

Предпочтительно, этап функционирования транзистора включает этап работы МОП-транзистора.

Другой аспект изобретения обеспечивает искробезопасное устройство, конфигурированное для подачи мощности в нагрузку, соединенное с первой выходной клеммой и второй выходной клеммой, причем указанное устройство содержит:

источник питания;

ограничитель напряжения, соединенный параллельно источнику питания, для ограничения максимального напряжения, генерируемого источником питания;

соединение между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой; и

при этом указанное устройство содержит:

ограничитель тока, подключенный между второй стороной ограничителя напряжения и второй выходной клеммой;

ограничитель силы тока, содержащий:

опорное напряжение,

переменный импеданс,

барьерный резистор, и

вторая сторона ограничителя напряжения подключена последовательно с барьерным резистором и переменным полным сопротивлением ко второй выходной клемме,

ограничитель тока ограничивает силу тока, подаваемого в нагрузку через указанные выходные клеммы, до максимального уровня тока, в результате сравнения опорного напряжения с напряжением на концах барьерного резистора.

Другой аспект изобретения обеспечивает способ функционирования искробезопасного устройства для подачи мощности в нагрузку, причем указанный способ содержит следующие этапы:

подключение ограничителя напряжения параллельно источнику питания для ограничения максимального напряжения, формируемого источником питания;

обеспечение соединения между первой стороной ограничителя напряжения и первой выходной клеммой;

подключение второй стороны ограничителя напряжения последовательно с барьерным резистором и переменным импедансом ко второй выходной клемме; и

ограничение силы тока, подаваемого в нагрузку через выходные клеммы, до максимального уровня силы тока в зависимости от сравнения опорного напряжения с напряжением на концах барьерного резистора, представляющего силу тока, подаваемого в нагрузку через барьерный резистор и выходные клеммы.

Краткое описание чертежей

Указанные выше и другие признаки, соответствующие настоящему изобретению, могут быть понятны при ознакомлении с подробным описанием и следующими чертежами, на которых:

фиг.1 представляет блок питания из известного уровня техники для искробезопасной нагрузки;

фиг.2 представляет блок питания для искробезопасной нагрузки согласно настоящему изобретению; и

фиг.3 изображает расходомер Кориолиса, в измерительный электронный блок которого включен блок питания, соответствующий настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Блок питания, соответствующий настоящему изобретению, обеспечивает получение суммарного выходного сопротивления, которое не больше требуемого для предотвращения воспламенения летучего материала в опасной среде. На фиг.1 представлен обычный блок 100 питания для иллюстрации отличий между блоком питания, соответствующим настоящему изобретению, и обычным искробезопасным блоком питания.

Искробезопасный блок 100 питания из известного уровня техники подает достаточную мощность в нагрузку для ограничения в наиболее неблагоприятных условиях подачи напряжения, тока и мощности до уровней, недостаточных для воспламенения опасного материала. Блок 101 ограничения напряжения ограничивает напряжение на концах нагрузки. В блоке 100 питания блок 101 ограничения напряжения представляет собой полупроводниковый стабилитрон Z1, подключенный между линиями 110 и 120. Специалисту в данной области техники будет понятно, что между линиями 110 и 120 может быть подключено более одного полупроводникового стабилитрона для ограничения напряжения. Для данного описания допустимо, что блок 101 ограничения напряжения ограничивает величину напряжения на концах нагрузки (не показана) до уровня V_Z.

Блок 102 ограничения мгновенного тока ограничивает мгновенный ток, подаваемый в нагрузку. В блоке 100 питания блок ограничения мгновенного тока включает резистор R_b, который соединен последовательно с выходными клеммами Т1 и Т2. В таком варианте резистор R_b подключен между положительной выходной клеммой Т1 и источником PS питания в линии 110. Это обеспечивает ограничение мгновенного тока до V_z/R_b, где R_b - это сопротивление резистора R_b. Мощность, подаваемая в нагрузку (не показана), ограничена пределами напряжения и силы тока.

Между источником PS питания и положительной выходной клеммой Т1 подключен предохранитель F1 для защиты блока 101 ограничения напряжения и блока 102 ограничения мгновенного тока в случае повреждения в устройстве. Предохранитель F1 предотвращает превышение блоком 101 ограничения напряжения и блоком 102 ограничения мгновенного тока паспортных характеристик этих элементов.

Блок 103 ограничения среднего тока предотвращает перегорание предохранителя F1 в случае короткого замыкания выходных клемм Т1 и Т2. Существует много хорошо известных топологических схем, которые могут использоваться для получения блока 103 ограничения среднего тока. В блоке 100 питания блок ограничения среднего тока состоит из следующих элементов. Исток транзистора Q1 соединен с отрицательной выходной клеммой Т2. Исток транзистора Q1 соединен с резистором R_v. Резистор R_v преобразует проходящий через него ток в напряжение для получения напряжения обратной связи, которое пропорционально проходящему току. Выход операционного усилителя ОА соединен с затвором транзистора Q1, и сигнал подается в затвор на основе сравнения с опорным напряжением "REF" для регулирования импеданса транзистора Q1. Ограничение тока установлено как l_lim=V_ref/R_v, где l _lim - это предел силы тока, V_ref - это опорное напряжение REF и R_v - это сопротивление резистора R_v.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что значения для элементов блока 100 питания заданы таблицами и формулами, которые определяют мощность и энергию, при которых происходит воспламенение летучего материала. При нормальной работе нагрузка (не показана) соединена с выходными клеммами Т1 и Т2, принимает ток, и напряжение падает под действием выходного сопротивления. Для максимизации передачи мощности желательно ограничить выходное сопротивление до уровня, необходимого для предотвращения воспламенения летучего материала.

Проблемой является то, что добавление блока 103 ограничения среднего тока приводит к дополнительному падению напряжения за пределы уровней ограничения для предотвращения воспламенения. Напряжение падает из-за того, что сопротивление преобразования напряжения увеличивает суммарное выходное сопротивление.

Блок 200 питания, показанный на фиг.2, решает эту проблему в соответствии с настоящим изобретением. Блок 200 питания является искробезопасным блоком питания, который ограничивает силу тока, мощность и напряжение, подаваемые в нагрузку (не показана). Блок 201 ограничения напряжения ограничивает напряжение на концах нагрузки. Блок 201 ограничения напряжения является полупроводниковым стабилитроном Z1, подключенным между линиями 210 и 220. Специалисту в данной области техники будет понятно, что для ограничения напряжения между линиями 210 и 220 можно подключать более одного полупроводникового стабилитрона. Для данного описания допустимо, что блок 201 ограничения напряжения ограничивает напряжение на концах нагрузки (не показана) до уровня V_Z.

Согласно настоящему изобретению, функции ограничения мгновенного и среднего тока скомбинированы в одном блоке. Использование одного блока для выполнения обеих функций позволяет снизить суммарное выходное сопротивление до величины сопротивления, требуемой для предотвращения воспламенения летучего материала. Это осуществлено посредством перемещения элементов блоков ограничения среднего тока в местоположение после блока ограничения мгновенного тока. В частности, переменный импеданс, то есть транзистор Q1, перемещен в местоположение после барьерного блока. Местоположение устройства импеданса создает две новые линии к выходным клеммам Т1 и Т2. Новыми линиями являются выход операционного усилителя ОА и обратная связь от резистора преобразования. Суммарным выходным сопротивлением является комбинация параллельных резисторов вдоль двух новых линий и линии 210 к источнику питания PS.

В блоке 200 питания блок 202 ограничения тока, соответствующий настоящему изобретению, выполнен следующим образом. Исток полевого транзистора на основе структуры типа металл-оксид-полупроводник или МОП-транзистор Q1 соединен с отрицательной выходной клеммой Т2. Барьерный резистор R3 подключен в линии 220 между транзистором Q1 и источником PS тока. Второй резистор R2 подключен между стоком транзистора Q1 и входом операционного усилителя ОА для генерирования сравнительного напряжения. Операционный усилитель ОА имеет нижний вход, соединенный с резистором R2, и верхний вход, принимающий опорное напряжение REF. Операционный усилитель осуществляет сравнение и подает ток в затвор транзистора Q1 для регулирования импеданса транзистора Q1. Резистор R1 подключен между выходом операционного усилителя ОА и затвором транзистора Q1. Специалистам в данной области техники будет понятно, что показатели резисторов R1, R2 и R3 могут быть высокими, и что суммарное выходное сопротивление является комбинацией трех параллельных резисторов, которое пренебрежимо меньше значения барьерного сопротивления. Таким образом, передача мощности оптимизируется.

Одним устройством, в котором требуется блок 200 питания, является блок питания для электронного блока расходомера Кориолиса, работающего в опасной среде. На фиг.3 показан расходомер 300 Кориолиса, содержащий блок 200 питания. Расходомер 300 Кориолиса включает расходомерный блок 310 и измерительный электронный блок 350. Измерительный электронный блок 350 соединен с расходомерным блоком 310 проводами 320 для выдачи информации, например (но не ограничиваясь ими), о плотности, массовом расходе, объемном расходе и суммарном массовом расходе по линии 375. Описана конструкция расходомера Кориолиса, хотя специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может осуществляться в связи с любым устройством, имеющим искробезопасные схемы, требующие искробезопасного блока питания.

Описана конструкция расходомера Кориолиса, хотя специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может осуществляться в связи с любым устройством, имеющим вибрирующую трубу для измерения характеристик материала, протекающего в трубе. Вторым примером такого устройства является плотномер с вибрирующей трубой, который не имеет дополнительных измерительных возможностей, обеспечиваемых массовыми расходомерами Кориолиса.

Расходомерный блок 310 включает пару фланцев 301 и 301’, коллектор 302 и трубы 303А и 303В. Возбуждающее устройство 304, тензочувствительные датчики 306 и 306’ и датчик 307 температуры соединены с трубами 303А и 303В. Распорные пластины 305 и 305’ служат для образования осей W и W’, относительно которых колеблется каждая труба.

Когда расходомер 300 Кориолиса вмонтирован в трубопровод (не показан), который транспортирует измеряемый технологический материал, материал поступает в расходомерный блок 310 через фланец 301, проходит через коллектор 302, в котором материал направляется в трубы 303А и 303В. Затем материал проходит по трубам 303А и 303В и обратно в коллектор 302, через который он выходит из расходомерного блока 310 через фланец 301’.

Трубы 303А и 303В подобраны и надлежащим образом установлены на коллекторе 302 так, чтобы они имели по существу одинаковые распределения масс, моменты инерции и модули упругости относительно осей W-W и W’-W соответственно. Трубы 303А-303В проходят наружу от коллектора по существу параллельно друг другу.

Трубы 303А-303В приводятся в движение возбуждающим устройством 304 в противоположных направлениях относительно осей W и W’ изгиба и, что называется, в первом противофазном режиме изгибания расходомера. Возбуждающее устройство 304 может содержать любое из многих хорошо известных приспособлений, таких как магнит, установленный на трубе 303А, и противостоящая катушка, установленная на трубе 303В, через которую пропускается переменный ток для вызова вибрации обеих труб. Соответствующий сигнал возбуждения подается возбуждающему устройству 304 измерительным электронным блоком 350 по линии 312.

Тензочувствительные датчики 306 и 306’ прикреплены, по меньшей мере, к одной из труб 303А и 303В на противоположных концах трубы для измерения колебания труб. Когда трубы 303А-303В вибрируют, тензочувствительные датчики 306-306’ генерируют первый сигнал датчика и второй сигнал датчика. Первый и второй сигналы датчика подаются в линии 311 и 311’. Сигнал частоты колебания возбуждающего устройства подается в линию 312.

Датчик 307 температуры прикреплен по меньшей мере к одной трубе 303А и/или 303В. Датчик 307 температуры измеряет температуру трубы для преобразования уравнений для температуры системы. Линия 311’’ передает сигналы о температуре от датчика 307 температуры измерительному электронному блоку 350.

Измерительный электронный блок 350 принимают первый и второй сигналы датчиков, поступающие по линиям 311 и 311’ соответственно. Измерительный электронный блок 350 обрабатывает первый и второй сигналы частоты колебаний для вычисления массового расхода, плотности или других свойств материала, проходящего через расходомерный узел 30. Эта полученная вычислением информация подается измерительным электронным блоком 350 по линии 375 потребителю (не показан).

Специалистам в данной области техники известно, что расходомер 300 Кориолиса подобен по конструкции плотномеру с вибрирующей трубой. В плотномерах с вибрирующей трубой также используется вибрирующая труба, по которой течет жидкость, или, в случае с плотномером пробоотборного типа, в которой удерживается жидкость. В плотномерах с вибрирующей трубой также используется система возбуждения для возбуждения вибрации трубы. В плотномерах с вибрирующей трубой обычно используется только один сигнал обратной связи, поскольку измерение плотности требует только измерения частоты, и в измерении фазы нет необходимости. Описание настоящего изобретения здесь в равной степени применимо для плотномеров с вибрирующей трубой.

В расходомере 300 Кориолиса измерительный электронный блок 350 физически разделена два компонента: хост-систему 370 и преобразователь 360 сигналов. В традиционном измерительном электронном блоке эти компоненты смонтированы в одном блоке.

Преобразователь 360 сигналов содержит блок 363 возбуждения и блок 361 преобразования сигналов датчиков. Специалисту в данной области техники будет понятно, что в действительности блок 363 возбуждения и блок 361 преобразования сигналов датчиков могут быть отдельными аналоговыми схемами или могут выполнять отдельные функции, обеспечиваемые процессором цифровой обработки сигналов или другими цифровыми компонентами. Блок 363 возбуждения формирует сигнал возбуждения и подает сигнал возбуждения в возбуждающее устройство 304 по линии 312 в линии 320. На практике линией 312 являются первый и второй провода. Блок 363 возбуждения соединен с блоком 361 преобразования сигналов датчиков линией 362. Линия 362 обеспечивает текущий контроль блоком возбуждения поступающих сигналов датчиков для регулирования сигнала возбуждения. Питание для работы блока 363 возбуждения и блока 361 преобразования сигналов датчиков подает хост-система 370 по первому проводу 373 и второму проводу 374. Первый провод 373 и второй провод 374 могут быть частью обычного двужильного, четырехжильного кабеля или частью многожильного кабеля.

Блок 361 преобразования сигналов датчиков принимает входящие сигналы от первого датчика 305, второго датчика 305’ и датчика 307 температуры по линиям 311, 311’ и 311’’. Блок 361 преобразования сигналов датчиков определяет частоту сигналов датчиков и может также определять свойства материала, протекающего по трубам 303А-303В. После определения частоты входных сигналов от тензочувствительных датчиков 305-305’ и свойств материала формируются сигналы параметров, содержащие эту информацию, и передаются во вторичный процессор 371 в хост-системе 370 по линии 376. В предпочтительном варианте осуществления изобретения линия 376 включает два провода. Однако специалисту в данной области техники будет понятно, что линия 376 может быть совмещена с первым проводом 373 и вторым проводом 374 или с любым количеством других проводов.

Хост-система 370 включает блок 372 питания и процессор 371. Блок 372 питания получает электроэнергию от источника питания и преобразует полученную электроэнергию в надлежащую мощность, необходимую системе. Процессор 371 принимает сигналы параметров от блока 361 преобразования сигналов датчиков и затем может осуществлять обработку, необходимую для определения требуемых пользователю свойств протекающего в трубах 303А-303В материала. Такие свойства могут включать (но не ограничиваются ими) плотность, массовый расход и объемный расход.

В этом варианте осуществления изобретения блок 372 питания содержит схему 200 питания, показанную на фиг.2. Это обеспечивает подачу блоком 372 питания мощности, соответствующей ограничениям по искробезопасности, преобразователю 360 сигналов, который содержит схему, соответствующую стандартам по искробезопасности.