CZ424097A3 - Bočníkový systém - Google Patents

Description

Standardní technikou pro měření elektrického proudu je nechat procházet tento proud skrz rezistor o malém známém odporu a měřit úbytek napětí na tomto rezistoru. Proud je tedy ve skutečnosti měřen zařízením nebo obvodem pro' měření napětí, které je přemostěno rezistorem, který' je označován jako bočník. Bočník má čtyři svorky nebo vývody;' dva koncové vývody, skrz které měřený proud protéká, a dva další vývody (obvykle umístěné v blízkosti proudových vývodů) pro'měření napětí vyplývajícího z .průtoku proudu. Druhé dva vývody jsou označovány jako měřící nebo Kelvinovy vývody.

Připojení’ k měřícímu vývodu k bočníku bude zahrnovat termoelektrický jev (za předpokladu, že konektor je z jiného materiálu než je bočník). Teplota bočníku bude mít sklon ke změnám, v důsledku jak změn okolní teploty tak i ohřívacího účinku proudu, který je měřen (za předpokladu, že proud může být velký); tento proudový ohřev bude samozřejmě podléhat zpoždění v důsledku termální kapacity bočníku. Aby se zabránilo citlivosti na teplotu jsou tedy uvedené dva konektory obvykle ze stejného materiálu.

Pro přesná proudová měření musí mít bočník .známou hodnotu. Pro některé účely musí být hodnota bočníku přesně řízena. Často ovšem je dostatečné, aby hodnota bočníku byla ··** •9 •« 9 · • · * ·

H · ·· ·<

99

99

99»999 ·· >9 • 9 9 9

9 9 99

99

9999 přesně změřena napěťovým měřením konvertovaným na hodnotu vhodným výpočtem.

proudovou

Bočník musí být také stabilní. Pro dosažení vhodného nízkého odporu jsou slitin majících.odpor stále ještě poměrně bočníků jsou byly vyvinuty 2TC které mají v podstatě nulový teplotní součinitel takových problému slitiny, bočniky obvykle vyrobeny vyšší než je odpor dobrých nízký. Hlavním teplotní změny.

(nulový důvodem z kovových vodičů, ale nestability

Pro překonání tohoto teplotní součinitel) odporu.

Odpor materiálu vynesený vzhledem k teplotě může být funkce teploty. Lineární člen je součinitel je teplotní součinitel vyšší členy mají postupně menší vyjádřen jako polynomičká obvykle převládající, jeho odporu materiálu, přičemž součinitele (takže mají význam pouze tehdy,, když je teplotní rozsah velký). byly ovšem vyvinuty materiály, součinitel lineárního členu těchto slitin je označována až 85 % Cu, 10 až 13 % Mn a u kterých je v podstatě nulový. Nej známější z jako manganin, který sestává z- 83 4 % Ni, u kterého je převládající člen jeho odporové funkce kvadratický, teplotní rozsah, ve kterém je odpor v Jsou ' dostupné také další materiály, zeranin, které poskytují dokonce větší, kterých je odpor —1-i-neá-rn-í—a —kvadrat ické—č±eny—j’eho~· O'dp‘o'róvé·”'funkce ‘' oba v podstatě nulové, takže převládajícím členem jeho odporové funkce je kubický. ' ' což poskytuje značný podstatě konstantní.

jako je například teplotní rozsahy, ve v podstatě konstantní. Pro zeranin jsou

Dalším požadavkem na mít lineární charakteristiku třeba upozornit, že ohmův přesnost je, že bočník by napětí ve vztahu · k proudu, zákon je pouze přibližný měl

Je pro • β 4 · · s typické bočníky, protože rozloženi proudu skrz těleso bočniku má sklon se mírně měnit s velikosti proudu, tomuto jevu se říká proudové zatížení. Známé techniky pro překonání tohoto ' jevu zahrnují vytváření bočnikových prvků sinusového nebo střídavě zalomeného tvaru, a vytváření množství snímacích kontaktů k bočnikům pro zprůměrováni napěťových změn v důsledku proudového zatížení.

Fyzická velikost bočniku může rovněž klást určité požadavky. Pro měřeni velkých proudů, budou proudové vývody k bočniku velké, s průřezem řádově několik mm², a je žádoucí, aby bočnik měl průřez zhruba srovnatelné velikosti. Je rovněž ' žádoucí, aby bočnik měl délku několika mm; kratší délku je obtížné přesně řídit a vytvořit k ní .Kelvinovy vývody, zatímco delší délka může mít za následek nevýhodně veliký bočnik.

Obecným cílem předkládaného vynálezu je vytvořit zlepšený bočnik.

Podstata vynálezu

Podle předkládaného vynálezu je vytvořen bočníkový systém pro měření proudu, jehož podstata spočívá v tom, že ’ zahrnuje bočníkový prvek v podstatě válcového tvaru a ze ZTC ' I materiálu, který má dvojici proudových vývodů ve tvaru plochých pásků připevněných k jeho koncům. Výhodně jsou ke '

-------------------koncům—tohoto—-bočn-í-ko-vého-—p-rv-ku—p-ř-i-po-jen-y—skrz—otvory- -v—těchto vývodech měřící vývody ze stejného ZTC materiálu.

Zvláštní použití proudových bočníků je elektrických, rozvodných krabicích, ve kterých množství výstupních kabelů je vedeno z množství vstupních kabelů. Krabice obvykle obsahuje množství konektorů nebo sběrnic ve formě plochých

• · · *· · pásů,· obvykle z mědi, které spojuji vstupní svorky s výstupními svorkami, často podél cest, které mají zakřivení nebo jsou střídavě zalomené. Začlenění proudového bočníku do sběrnice umožňuje, aby byl monitorován proudu tekoucí touto 5 sběrnicí.

Běžný bočníkový prvek má obvykle stejný průřez jako měděné pásy, a tyto pásy jsou obvykle ve stejné rovině. Je důležité mít dobré (to jest stabilní) spojení mezi bočníkovým prvkem a měděnými pásy, ke kterým je bočníkový prvek θ připojen, a je obvyklé vytvářet' takové -spojení prostřednictvím svařování elektronovým paprskem. Tím. je dán praktický spodní limit (v oblasti kolem 2 mm) na délku bočníkového prvku. To ovšem dále dává praktický spodní limit na odpor bočníku. Pro některá použití je žádoucí velmi nízký ⁵ odpor bočníku (například v oblasti 70 μΩ), který ale nemůže být dosažen prostřednictvím této techniky.

Dále, pokud měděné pásy jsou vzájemně uložené v pravých úhlech vůči sobě, může být žádoucí umístit bočníkový prvek do jejich spojení (ve formě prodloužení na konci jednoho z pásů, spojeného s boční hranou dalšího pásu v jeho konci). Ovšem rozložení proudu skrz bočníkový prvek je zkoseno s větší proudovou hustotou ve vnitřní části bočníkového prvku než v jeho vnější části. Toto běžné uspořádání tudíž trpí účinky proudového zatížení a mění odpor ~ š ’ přouděmT' ..... “ .........

V předkládaném vynálezu jsou pásy tvořící sběrnice samozřejmě v rovinách, které jsou posunuté o délku bočníkového prvku. To může vyžadovat zalomení v jednom z 30 pásů, pokud je podstatné, aby se dva pásy vrátily do společné roviny. Existuje ovšem mnoho situací, ve kterých je žádoucí, «· ···· <r aby dva pásy byly v různých rovinách. Předkládaný automaticky zavádí změnu roviny mezi dvěma pásy a je tudíž obzvláště vhodný pro může být nastavena, vhodné volby rozměrů dvou pásů ke koncům bočníkového dva. pásy tudíž mohou být nastaveny do jakéhokoliv vzájemného úhlu, například v přímce nebo do pravého úhlu.

vynález takové situace. Vzdálenost mezi rovinami v širokých bočníkového hranicích,· prostřednictvím prvku. Navíc jsou uchycení prvku nezávislá, takže tyto

Bočník podle předkládaného vynálezu lze velmi snadno vyrobit s. nízkými náklady a s vysokou přesností.

Další znaky předkládaného vynálezu budou následujícího popisu jednoho příkladného bočníkového systému podle předkládaného vynálezu ve odkazy na připojené výkresy.

zřejmé z provedení spojení s

Přehled obrázků na výkresech

Obr.l je perspektivní náčrtek bočníkového systému podle předkládaného vynálezu;

je pohled v řezu na bočníkový systém podle obr. 1; a je perspektivní pohled na modifikovaný bočníkový prvek podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

1, zahrnuje a 11 se ZTC znázorněno, bočníkový systém bočníkovým prvkem jsou pásy 10 a 11

Jak je patrné z obr.

podle vynálezu dvojici pásů 10 zapojeným mezi nimi. Jak je v různých, ale paralelních, rovinách, přičemž osa bočníkového prvku 12 je kolmá k těmto rovinám. Úhel mezi dvěma pásy je znázorněn jako 90°, ale úhel mezi nimi může zjevně mít

J «4 «*·« 4« ·· 4« 4« • 44 4 · > 4 · 4 4 4 • ••4 »4 ’ 4 4 44 «44 4 4 4 4 4 4 4 4 « 4 4 4 · 4 4 4

4*44 ««* ♦· ···« «· ·« jakoukoliv jinou velikost (včetně 0’, to jest uspořádání do přímky). Pro daný požadovaný odpor bočníku, může být vzdálenost mezi těmito dvěma rovinami nastavena uvnitř “ přiměřených hranic prostřednictvím vhodné volby průměru bočníkového prvku. (Pro udržení tohoto odporu konstantního, by měl být průměr bočníkového prvku- zvětšen jako druhá odmocnina jeho délky.)

Napětí na bočníkovém prvku je měřeno prostřednictvím dvou měřících vývodů 12 a 13. tyto dva vývody musí vytvářet ¹⁰ kontakt s konci bočníkového prvku. Je možné vytvořit tyto kontakty použitím kotoučů (s vyčnívajícími plíšky), které jsou drženy mezi konci bočníkového prvku 12 a pásy 10 a 11. Ovšem je výhodné tyto kontakty vytvořit prostřednictvím spojení se středy konců bočníkového prvku. Měřící vývody jsou ¹⁵ tudíž spojené s konci bočníkového prvku 12 skrz otvory 15 a 16 (viz obr. 2) skrz pásy 10 a 11.

Měřící vývody by mohly být z jakéhokoliv vhodného materiálu, a mohly by být upevněny ke koncům bočníkového prvku. Ovšem je výhodné' vložit je do otvorů vytvořených v ’ koncích bočníkového prvku. Je také výhodné vytvořit je z manganinu (to jest ze stejného materiálu jako je vytvořen bočníkový prvek), a vytvořit je ve formě jedné délky - manganinového drátku, který prochází skrz axiální otvor skrz celou délku bočníkového prvku, jak- je znázorněno na obr. 2.

— ... ......-----.^Čás-t—tohoto-d-rá-t-ku—u-v-n-i-t-ř—boě-n-í-kového-p-r-v-ku—s-e--ve—s-kutečnost-istává částí bočníkového prvku. Použití stejného materiálu pro měřící vývody, jako je materiál bočníkového prvku, rovněž minimalizuje termo elektrické jevy.

«φ φφφφ φ Φ 4 *· φφ • · 4 4 · 4«4

4*4 · · * · Φ Φ· _ 4 4 · 4 * · 4 *4* ·« · · · · «444

ΦΦΦΦ ··· ΦΦ ΦΦΦΦ Φ· Φ*

Obr. 3 znázorňuje alternativní provedení bočníkového prvku, který je vytvořen jako válec 12' s integrálními vývody 13' a 14', které vyčnívají z jeho konců.

Různé komponenty bočníkového systému mohou být 5 spájeny dohromady prostřednictvím použiti jednoduché pájky a tepla, například potřením pájecí pasty na vhodné oblasti a ohřátím celé sestavy. Bylo zjištěno, že to má za následek systém s velmi stabilními elektrickými vlastnostmi. Povrchy, které vyžadují spájení jsou konce bočníkového prvku a čelní plochy pásů tvořících sběrnici, a otvor skrz bočníkový prvek a část drátku vývodů, která je uvnitř tohoto otvoru. Bylo rovněž zjištěno, že nezáleží na tom, zda otvory 15 a 16 v pásech jsou vyplněny pájkou nebo nejsou, a že uspořádání je velmi odolné vůči problémům s výrobní kvalitou, jako je ’ . . , ,. , spatné spájeni.

Bylo zjištěno, ’ že takovéto bočníkové systémy mají vysoce stabilní elektrické vlastnosti, v proudových rozsazích obvykle 200 mA až 100 A. Průměr manganinové tyčinky bude obvykle vybrán tak, aby odpovídal proudovému rozsahu, který má být měřen. Velmi nízké proudy mohou být měřeny, pokud je průměr malý; v hraničním případě může být stejná manganinová tyčinka nebo drátek použita jak pro bočníkový odpor tak i pro měřící vývody. Pro velmi velké proudy by mohlo být použito více tyčinek paralelně, přičemž může být buď jedna opatřena

--------------_měři-cími---vývody~'n^ebo^_“’mtjh’OU~ “být “'opátreriý“ všechny “měř ícími” vývody, které jsou spojené dohromady (nebo jsou jejich výstupy zprůmerovány).

Proudové rozložení skrz centrální (rovníkové) části bočníkového prvku je pravděpodobně téměř jednotné, ale rozložení skrz konce bočníkového prvku a přiléhající části

·· *·*· ··		« ·
♦ « · ·	•	• · · ·	•
« ·♦· ·		• · ·		• ·
• · · ·	•	• · · · ·	•		•
• · ·		♦ Φ	•
		«**» «·		•

sběrnice budou mít pravděpodobně velmi složitý vzor. Ovšem buď zde není podstatné proudové zatížení nebo účinky tohoto proudového zatížení jsou v podstatě vyvážené.

Jak bylo uvedeno výše, je cílem předkládaného vynálezu dosáhnout stabilní charakteristiky spíše. než charakteristiky, která je přesně determinována. Řezáním bočníkového prvku na vhodnou délku z tyče manganinu, může být dosažena přesnost 1 až 5 %. (Je žádoucí měřit průměr manganinové tyče spíše než použít jmenovitou hodnotu pro dobrou přesnost, protože manganinové tyče jsou obvykle vyráběny vytlačováním a průměr těchto tyčí má sklon se zvětšovat, jak se opotřebovává vytlačovací lis.

Mnohem větší přesnost může být ovšem dosažena, pokud průměr manganinové tyče je přesně řízen; průměr může být řízen s tolerancí 10 pm, což poskytuje přesnost odporu okolo 0,1 %. Změny při pájení a podobně mohou mít mírný vliv na tuto přesnost.

Pokud je to žádoucí, může být' bočníkový prvek jemně 2Q soustružen nebo broušen po výrobě, aby se přesně' nastavila i jeho hodnota. Obvykle ovšem bude tato hodnota změřena přesně a použita pro získání přesných proudových hodnot z napětí měřeného na bočníku.

_9C. Zastupuje :

• 4 φφφφ 44 44 4444

4 Φ · 4 · 44444 ·44«·4···«· _Λ 4 ··········· y 4 4 · 4 444*

Claims (5)

1. Bočnikový systém pro měřeni proudu, vyznačující se tím, že zahrnuje bočnikový prvek (12) v podstatě válcového tvaru a ze ZTC materiálu, *’ který má dvojici proudových vývodů ve tvaru plochých pásů (10, 11) připevněných k jeho koncům.

2. Bočnikový systém podle nároku 1, vyznačuj ící se t i m , že ke koncům bočníkového prvku jsou připojeny

2_q skrz otvory v proudových vývodech (10, 11) měřící vývody (13,

14) ze stejného ZTC materiálu.

3. .Bočnikový systém podle nároku 2, vyznačuj í-cí se tím, že měřici vývody (13, 14) tvoří část kontinuálního drátku procházejícího skrz axiální otvor (17)

15 „ , , skrz bočnikový prvek (12)

4. Bočnikový systém podle .nároku 2, vyznačuj ící se t i m , že měřící vývody (13, -14) jsou vytvořeny jako integrální prodloužení bočníkového prvku.

2θ

5. Jakýkoliv nový a vynálezecký znak nebo kombinace znaků specificky popsaná v tomto popisu ve smyslu článku 4H mezinárodní úmluvy (Pařížská úmluva) .,