ПЕРЕНОСНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ Российский патент 2000 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к намерениям больших постоянных токов.

Известны переносные электромагнитные измерительные преобразователи тока для измерения без разрыва электрической цепи клещеобразного типа (см. Андреев Ю. А. , Абрамзон Г.В. Преобразователи тока для измерений без разрыва цепи. -Л.: Энергия, 1979. -С. 107). Основными недостатками клещевых преобразователей являются значительные погрешности измерения (2...5%) и невысокий предел измерения (до 5 кА).

Наиболее близким устройством того же назначения является переносной измеритель больших постоянных токов, содержащий пояс Роговского в виде обмотки, расположенной на разъемном неферромагнитном каркасе, причем первый зажим пояса Роговского соединен с нулевой шиной; масштабный усилитель, вход которого соединен со вторым зажимом пояса Роговского; аналоговый инвертор, подсоединенный к выходу масштабного усилителя; компаратор; четыре электронных ключа, причем входы управления первого и третьего электронных ключей соединены с выходом компаратора непосредственно, а входы управления второго и четвертого электронных ключей соединены с выходом компаратора через логический инвертор; соединенные последовательно счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор; саморазмыкающуюся кнопку сброса показаний, подсоединенную к зажиму сброса информации счетчика импульсов (см. патент РФ 2131128, кл. G 01 R 19/00). Такое устройство принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании прототипа, относится необходимость оптимального выбора частоты дискретизации, определяемой коэффициентом деления делителя частоты импульсов, входящего в состав прототипа. При изменении времени измерения необходимо менять эту частоту, что усложняет процесс измерения тока и может привести к снижению точности измерения. Изменение времени измерения может иметь место, например, при переходе к другим пределам измерения тока.

Сущность изобретения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности работы измерителя.

Технический результат, который может быть получен при этом, заключается в возможности использования измерителя в качестве образцового, что даст возможность производить поверку стационарных измерителей тока на месте эксплуатации без их демонтажа.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном переносном измерителе больших постоянных токов, содержащем пояс Роговского в виде обмотки, расположенной на разъемном неферромагнитном каркасе, причем первый зажим пояса Роговского соединен с нулевой шиной; масштабный усилитель, вход которого соединен со вторым зажимом пояса Роговского; аналоговый инвертор, подсоединенный к выходу масштабного усилителя; компаратор; четыре электронных ключа, причем входы управления первого и третьего электронных ключей соединены с выходом компаратора непосредственно, а входы управления второго и четвертого электронных ключей соединены с выходом компаратора через логический инвертор; соединенные последовательно счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор; саморазмыкающуюся кнопку сброса показаний, подсоединенную к зажиму сброса информации счетчика импульсов, особенность заключается в том, что в устройство введен преобразователь напряжение - частота, причем его вход через первый электронный ключ соединен с выходом масштабного усилителя, а через второй электронный ключ - с выходом аналогового инвертора, выход преобразователя напряжение - частота через третий электронный ключ подключен к суммирующему входу счетчика импульсов, а через четвертый электронный ключ - к вычитающему входу счетчика импульсов, а также тем, что неинвертирующий вход компаратора соединен с выходом масштабного усилителя, а инвертирующий вход заземлен.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - каркас пояса Роговского.

Устройство содержит обмотку 1 (пояс Роговского), намотанную равномерно на неферромагнитный разъемный каркас 1а с откидывающейся стороной 1б (фиг. 2). Один вывод обмотки 1 заземлен, а другой подсоединен к входу масштабного усилителя 2, выход которого соединен с входом аналогового инвертора 3 и с неинвертирующим входом компаратора 4, инвертирувщий вход которого заземлен. Выход масштабного усилителя 3 через первый электронный ключ 5 подсоединен к входу преобразователя напряжение - частота (ПНЧ) 6, который через второй электронный ключ 7 соединен с выходом аналогового инвертора 3. Выход компаратора 4 соединен с входом управления первого ключа 5 непосредственно, а с входом управления второго ключа 7 - через логический инвертор 8. Выход преобразователя напряжение - частота 6 через третий электронный ключ 9 подключен к суммирующему входу счетчика импульсов 10 и через четвертый электронный ключ 11 - к вычитающему входу счетчика 10. Выход компаратора 4 соединен с входом управления третьего ключа 9 непосредственно, а с входом управления четвертого ключа 11 - через логический инвертор 8. Выход счетчика 10 через дешифратор 12 соединен с цифровым индикатором 13. Положительный зажим (+) источника питания через саморазмыкающуюся кнопку 14 соединен с зажимом сброса показаний счетчика импульсов 10.

В динамике устройство работает следующим образом.

При замкнутом каркасе 1а пояс Роговского подносится к объекту измерения (шинам постоянного тока). Нажатием самоpазмыкающейся кнопки 14 сбрасывается возможная информация в счетчике 10. Далее производится охват шин при помощи размыкания разъемного каркаса 1а (откидывания стороны 1б) с последующим замыканием этого каркаса. Во время движения в обмотке 1 наводится ЭДС от магнитного поля измеряемого тока:
e(t) = -I[dM(t)/dt], (1)
где I - измеряемый ток; M(t) - взаимная индуктивность между токопроводом и поясом.

Сигнал с пояса 1 в виде ЭДС (1) поступает на вход масштабного усилителя 2, выходное напряжение u(t) которого (при положительной полярности) через первый ключ 5 поступает на вход ПНЧ 6. На выходе ПНЧ 6 частота импульсов f_k в момент времени t_k прямо пропорциональна значению напряжения u_k=u(t_k) в этот момент времени. Импульсы с выхода ПНЧ 6 через третий ключ 9 поступают на суммирующий вход счетчика 10. В процессе измерения напряжение u(t) может меняться по произвольному закону, в том числе в некоторые моменты может иметь и отрицательные значения. Знак напряжения u(t) определяется с помощью компаратора 4. При отрицательном значении этого напряжения оно инвертируется с помощью аналогового инвертора 3, а замыкаются второй 7 и четвертый 11 ключи благодаря логическому инвертору 8, поэтому импульсы с выхода ПНЧ 6 поступают на вычитающий вход счетчика 10.

Таким образом, операция суммирования импульсов за время измерения будет производиться вместо операции интегрирования напряжения u(t). В итоге количество импульсов n за время измерения будет нести информацию о токе:
I = K_n/M_max, (2)
где K - коэффициент пропорциональности; M_max - максимальное значение взаимной индуктивности в момент полного охвата токопровода.

Далее сигнал с выхода счетчика 10 через дешифратор 12 подается на индикатор 13.

В предложенном устройстве нет необходимости, в отличие от прототипа, выбирать частоту выборок (частоту дискретизации) аналогового напряжения на выходе масштабного усилителя 3, что позволит повысить точность измерения тока.

В качестве масштабного усилителя 2 и аналогового инвертора 3 могут быть использованы известные устройства: соответственно неинвертирующий и инвертирующий усилители, собранные на основе операционных усилителей. Преобразователь напряжение - частота 6 может быть собран по известным по литературным источникам схемам (см., например, Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -Л.: Энергоатомиздат, 1988.-С. 269-276).

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение может быть использовано для измерения больших постоянных токов. Технический результат заключается в повышении точности измерения за счет использования частотно-импульсной модуляции аналогового напряжения. В устройство введен преобразователь напряжение-частота. С выхода пояса Роговского аналоговый сигнал поступает на указанный преобразователь, преобразуется в частоту импульсов, после чего последние суммируются с помощью счетчика. 2 ил.

Переносной измеритель больших постоянных токов, содержащий пояс Роговского в виде обмотки, расположенной на разъемном неферромагнитном каркасе, причем первый зажим пояса Роговского соединен с нулевой шиной, масштабный усилитель, вход которого соединен со вторым зажимом пояса Роговского, аналоговый инвертор, подсоединенный к выходу масштабного усилителя, компаратор, четыре электронных ключа, причем входы управления первого и третьего электронных ключей соединены с выходом компаратора непосредственно, а входы управления второго и четвертого электронных ключей соединены с выходом компаратора через логический инвертор, соединенные последовательно счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор, саморазмыкающуюся кнопку сброса показаний, подсоединенную к зажиму сброса информации счетчика импульсов, отличающийся тем, что в устройство введен преобразователь напряжение-частота, причем его вход через первый электронный ключ соединен с выходом масштабного усилителя, а через второй электронный ключ - с выходом аналогового инвертора, выход преобразователя напряжение-частота через третий электронный ключ подключен к суммирующему входу счетчика импульсов, а через четвертый электронный ключ - к вычитающему входу счетчика импульсов, а также тем, что неинвертирующий вход компаратора соединен с выходом масштабного усилителя, а инвертирующий вход заземлен.