SU1700491A1 - Устройство дл измерени посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного измерени  посто нного тока. Цель изобретени  -повышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содержит магнито- проводы 1, 2, охватывающие проводник 3 с измер емым током, компенсационные обмотки 4, 5 и обмотки 6, 7 возбуждени , размещенные на магнитопроводе, измерительные резисторы 10, 14, 15, 16, интегрирующие конденсаторы 8, 12,усилитель 11 тока и регистрирующий прибор 17. Достижение цели обеспечено также наличием генератора 20 однопол рных периодических импульсов тока, ключей 21, 22, блока управлени  23 и двух вентилей 9, 13. Принцип работы устройства основан на использовании зависимости индуктивного сопротивлени  обмоток возбуждени  от величины и направлени  магнитодвижущих сил, создаваемых ампер-витками в цеп х измер емого тока, компенсационной обмотки и обмоток возбуждени  1 ил. (Л С

Description

о о

4D

Изобретение относитс  к области элек- троизмерительной техники, а именно к бесконтактному измерению посто нного тока. Цель изобретени  - повышение точности и расширение диапазона измерений,

На чертеже представлена функциональна  схема устройства дл  измерени  посто- Энного тока.

Устройство дл  измерени  посто нного тока содержит Магнитопроводы 1 и 2, охватывающие последовательно проводник 3 с измер емым током (условно изображенный в виде двух последовательно соединенных обмоток).

Намагнитопроводах 1 и 2 соответственно размещены одинаковые по своим моточным данным компенсационные обмотки 4 и 5. Начало компенсационной обмотки 4 соединено с концом компенсационной обмотки 5, а ее начало подключено к общей шине источника питани .

По действию магнитодвижущих сил компенсационные обмотки 4 и 5 включены встречно с проводником 3 измер емого тока.

На магнитопроводе 1 размещены также одинаковые между собой перва  6 и втора  7 обмотки возбуждени , Конец обмотки 6 и начало обмотки 7 возбуждени  объединены между собой и с общей шиной источника питани . Первый интегрирующий конденсатор 8 первым своим выводом через первый вентиль 9 соединен с началом обмотки 6 возбуждени  и через первый ограничитель- ный резистор 10-с инвертирующим входом усилител  11. тока. Второй интегрирующий конденсатор 12 первым выводом через второй вентиль 13 соединен с концом обмотки 7 возбуждени  и через второй ограничительный резистор 14 - с неинвертирующим входом усилител  11 тока

Параллельно первому и второму интегрирующим конденсаторам 8 и 12 подключены соответственно первый 15 и второй 16 измерительные резисторы. Вторые выводы интегрирующих конденсаторов 8 и 12 соединены с обидев шиной, Регистрирующий прибор 17 одним входным зажимом соединен с выходом усилител  11 тока, а другим - подключен к концу компенсационной обмотки 4,

Аналогично размещению обмоток возбуждени  на магнитопроводе 1 на магнитопроводе 2 размещены перва  18 и втора  19 обмотки возбуждени /по параметрам, идентичные обмоткам 6 и 7 возбуждени  магнитопровода 1. Генератор 20 возбуждени , представл ющий собой генератор од- нопол рных периодических импульсов тока пилообразной формы (генератор тока), своим входом подключен к клемме источника питани , а выходом соединен с входом первого ключа 21, второго ключа 22 и входом блока 23 управлени . Первый и второй выходы блока управлени  соединены соответственно с управл ющими входами первого 21 и второго 22 ключей. Начало обмотки 18 возбуждени  магнитопровода 2 подключено к выходу ключа 21, а ее конец объединен

0 с концом обмотки 7 возбуждени  магнитопровода 1. Конец обмотки 19 возбуждени  магнитопровода 2 подключен к выходу ключа 22, а ее начало обьединено с началом обмотки б возбуждени  магнитопровода 1

5 Устройство работает следующим образом .

Генерируемые генератором 20 возбуждени  однопол рные периодические импульсы тока пилообразной формы

0 (импульсы возбуждени ) через ключи 21 и 22, противофазно открываемые и закрываемые блоком 23 управлени  по сигналам с генератора 20 возбуждени , протекают попеременно с частотой импульсов возбужде5 ни  через обмотки 18, 7 и 19, 6 возбуждени  и источник питани  (1 Упит). При отсутствии измер емого тока в проводнике 3 и компенсационных обмотках 4 и 5 магнитна  индукци  посто нного магнитного пол  в

0 магнитопроводах 1 и 2 равна нулю. Протекающие по обмоткам 18, 7 и 19, 6 возбуждени  одинаковые по форме и максимальному значению импульсы возбуждени  периодически перемагничивают магнитопроводы 1

5 и 2 по идентичным непредельным симметричным гистерезисным петл м.

Индуктивные сопротивлени  обмоток 6 и 7 возбуждени ,  вл ющиес  нелинейными функци ми от напр женности внешнего

0 магнитного пол , будут в этом случае симметричны между собой. В этих услови х протекающие по обмоткам 6 и 7 импульсы возбуждени  навод т на них по отношению к общей их точке однопол рные, одинако5 вые по амплитуде и форме импульсы ЭДС- самоиндукции. Одновременно с этим на обмотках б и 7 возбуждени , не обтекаемых в данный моменттоком возбуждени , навод тс  импульсы напр жени  противоположной пол рности. Выделение по0 сто нных или медленно мен ющихс  составл ющих импульсов ЭДС-самоин- дукции, возникающих на обмотках б и 7 возбуждени , осуществл етс  двум  симметричными цепочками, перва  из

5 которых включает в себ  вентиль 9, интегрирующий конденсатор 8, измерительный резистор 15, а втора  - вентиль 13, интегрирующий конденсатор 12 и измерительный резистор 16.

Формируема  на интегрирующем конденсаторе 8 (относительно общей шине) по- сто нна  составл юща  импульсов ЭДС-самоиндукции обмотки 6 возбуждени  поступает через ограничительный резистор 10 на инвертирующий вход усилител  11 тока. Аналогично на неинвертирующий вход усилител  11 тока через ограничительный резистор 14 поступает посто нна  составл юща  импульсов ЭДС-самоиндукции обмотки 7 возбуждени , формируема  на интегрирующем конденсаторе 12. ч

При отсутствии измер емого тока в проводнике 3 разность посто нных составл ющих напр жений (дифференциальный сигнал), поступающих на инвертирующий и неинвертирующий входы усилител  11 тока, равна нулю. Равен нулю выходной ток усилител  1 1 тока, а следовательно, равен нулю и ток, протекающий через регистрирующий прибор 17 и по компенсационным обмоткам 4 и 5.

При протекании измер емого тока по проводнику 3 в магнитолроводах 1 и 2 создаетс  посто нный магнитный поток, нару- шающий симметрию индуктивных сопротивлений обмоток 6 и 7 возбуждени . При неизменных по амплитуде и форме импульсах возбуждени  это ведет к нарушению симметрии импульсов ЭДС-самоиндукции на обмотках 6 и 7 возбуждени , в св зи с чем посто нные составл ющие напр жений на интегрирующих конденсаторах 8 и 12 измен ютс , станов сь неравными по величине. При этом на инвертирующий и неинвертирующий входы усилител  11 тока поступает входной сигнал, равный разности посто нных составл ющих напр жений, формируемых на интегрирующих конденсаторах 8 и 12, что вызывает возникновение соответствующего выходного тока усилител  11 тока и его протекание через регистрирующий прибор и по компенсационным обмоткам 4 и 5. Магнитный поток, создаваемый током, протекающим по компенсационным обмоткам 4 и 5, направлен встречно по отношению к магнитному потоку, создаваемому измер емым током в магнитопро- водах 1 и 2. Благодар  большому значению коэффициента усилени  усилител  11 тока обеспечиваетс  компенсаци  магнитного потока, создаваемого в магнитопроводах 1 и 2 измер емым током.

При этом 1Х IK WK, где lx - ток, подлежащий измерению; IK и WK - ампер-витки компенсационной обмотки 4 или компенсационной обмотки 5 (ввиду равенства их витков и последовательного включени ), т.е. ток, протекающий по компенсационным обмоткам 4 и 5, пропорционален измер емому

токуй отсчитываетс  непосредственное помощью регистрирующего прибора.

Перемагничивание магнитопроводов 1 и 2 в процессе работы устройства импульса- 5 ми возбуждени  приводит к наведению (индуктированию ) на участках проводника 3, магнитосв занных с магнитопроводами 1 и

2,и на компенсационных обмотках 4 и 5 импульсов напр жени  с частотой генерато10 ра 20 возбуждени .

При однотипных магнитопроводах 1 и 2, их одинаковых моточных данных и последовательно протекающих (а следовательно, равных) импульсах возбуждени  по встреч- 5 но-последовательно включенным обмоткам 18, 7 и 19, 6 возбуждени  импульсы напр жени , наведенные на участке проводника

3,магнитосв занного с магнитопроводом 1, по форме и амплитуде равны импульсам

0 напр жени , наведенным на участке проводника 3, магнитосв занного с магнитопроводом 2, но противоположны по знаку. В результате этого суммарное напр жение , наведенное в проводнике 3 импульса5 ми возбуждени , представл ющее собой помеху, вносимую устройством в цепь измер емого тока, близко к нулю. Близка к нулю поэтому и мощность, передаваема  из цепей возбуждени  магнитопроводов 1

0 и 2 в цепь измер емого тока.

Все рассмотренное в отношении проводника 3 справедливо и дл  цепи, в которую включены обмотки 4 и 5 компенсации). В процессе перемагничивани  импульсами

5 возбуждени  магнитопроводов 1 и 2 на компенсационных обмотках 4 и 5 навод тс  импульсы напр жени , мало отличающиес  по форме и амплитуде, но противоположные по знаку. Суммарное напр жение, наводимое

0 в компенсационных обмотках 4 и 5, и мощность , передаваема  из обмоток возбуждени  в цепь компенсации, также близки к нулю. Низкий, близкий к нулю уровень мощности , передаваемой из цепей возбуждени 

5 в цепь измер емого тока и цепь тока компенсации , делает устройство малозависимым по чувствительности от величины измер емого тока от изменени  сопротивлений в цеп х измер емого тока и тока ком0 пенсации), что ведет к повышению точности измерений.

Использование в качестве генератора 20 возбуждени  генератора токовых импульсов (генератора тока), параметры кото5 рых не завис т от сопротивлени  внешней нагрузки генератора, позвол ет питать обмотки 6 и 7 возбуждени  одинаковыми по форме и амплитуде импульсами тока независимо от степени насыщени  магнитопроводов 1 и 2.

По мере возрастани  насыщени  магни- топроводов 1 и 2 за счет протекающего по Проводнику 3 измер емого тока (в пределах диапазона измерени ) уменьшаютс  индуктивные сопротивлени  обмоток 6 и 7.воз- буждени , и при неизменных импульсах возбуждени  уменьшаютс  импульсы ЭДС- самоиндукции на этих обмотках, что ведет к уменьшению напр жений на интегрирующих конденсаторах 8 и 12. При этом по мере уменьшени  полезного (дифференциально- гр) сигнала на входах усилител  11 тока не- уКлонно уменьшаетс  уровень синфазных сигналов,

Техническое решение задачи поочередного двухканального питани  обмоток 18, 7 и 19, 6 возбуждени  на базе генератора 20 однопол рных периодических импульсов и поочередно открываемых и закрываемых ключей 21 и 22 обеспечивает малунх зависимость показаний устройства от де- с|аоилизирующих факторов (температуры окружающей среды, напр жени  питани  и т.д.), вли ющих на работу генератора возбуждени  и ключей. Возможные изменени  зЈ счет дестабилизирующих факторов таких параметров токовых импульсов генератора 20 возбуждени , как скорость нарастани , амплитуда, линейность, частота следовани  и т.д., не оказывают существенного вли ни  на погрешность измерени , так к$к каждый последующий токовый импульс генератора 20 по своим параметрам полностью соответствует каждому предыдущему , в результате чего не нарушаютс  симметричность токовых импульсов че;рез обмотки 6 и 7 возбуждени  и баланс посто нных составл ющих напр жений на интегрирующих конденсаторах 8 и 12 (в1 установившемс  режиме).

Переходные сопротивлени  ключей 21 и 22 и возможна  их нестабильность (напри- мёр, при изменении температуры окружающей среды) также не оказывают заметного вли ни  на погрешность устройства, так как параметры импульсов возбуждени  генератора тока не завис т от величины сопротивлени  внешней нагрузки.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  посто нного тока, содержащее первый магнитопровод, охватывающий проводник с измер емым током, компенсационную обмотку и две обмотки возбуждени , размещенные на первом магнитопроводе, усилитель тока,

   инвертирующий вход которого через первый ограничительный резистор соединен с первым выводом первого интегрирующего конденсатора, неинвертирующий вход усилител  тока через второй ограничительный резистор соединен с первым выводом второго интегрирующего конденсатора, два из- мкоительных резистора, каждый из которых подключен параллельно соответствующему интегрирующим конденсаторам , вторые выводы которых соединены с общей шиной, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  диапазона измерений, в него введены регистрирующий прибор, первый вход которого соединен с выходом усилител  тока, второй соединен с вторым выводом компенсационной обмотки первого маг- нитопровода, второй магнитопровод,

   выполненный аналогично первому маг- нитопроводу и охватывающий проводник с измер емым током, втора  компенсационна  обмотка, треть  и четверта  обмотки возбуждени , размещенные на втором магнитопроводе, два вентил , генератор возбуждени , два ключа , блок управлени , причем первый-вывод первой компенсационной обмотки соединен с вторым выводом второй компенсационной обмотки, первый вывод которой соединен с общей шиной, первый вентиль включен между первым выводом первой обмотки возбуждени  и первым выводом первого интегрирующего конденсатора,

   второй вентиль включен между вторым выводом первой обмотки возбуждени  и первым выводом второго интегрирующего конденсатора, первый вывод третьей обмотки возбуждени  соединен с выходом

   первого ключа, а второй вывод третьей обмотки возбуждени  соединен с вторым выводом второй обмотки возбуждени , первый вывод четвертой обмотки возбуждени  соединен с первым выводом первой обмотки возбуждени , второй вывод четвертой обмотки возбуждени  соединен с выходом второго ключа, второй вывод первой и первый вывод второй обмоток возбуждени  подключены к общей шине,

   вход генератора возбуждени  соединен с клеммой источника питани , выход генератора возбуждени  соединен с входами первого и второго ключей и входом блока управлени , первый и второй выходы которого соединены соответственно с управл ющими входами первого и второго ключей.