Датчик тока Советский патент 1983 года по МПК G01K19/00 

Изобретение относится к эпектроизмеритепьной техншсе и может быть испопьзовано Б устройствах контропя, противоаварийного отключения и эпектропривоае.

Известен датчик тока,содержащий двз хтактный транзисторный автогенератор с трансформаторной обратной связью, .сердечник трансформатора которого подмагничивается измеряемым постоянным током

проходящим по силовому проводу, ПрОДе-

тому в окно сердечника, и двухтактный P.S -интегратор, вход которого связан с выходом автогенератора, а выход присоединён к выходу датчика .

Недостатки датчика - нелинейность

статической характеристики в обпасти магаых токов и нечувствительность к направлению тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик тока, содержащий, два параллельных канала преобразования, один из которых включает поспедоватепьно соединенные двухтактный автогенератор с времязадающим элементом, выполненным в виде трансформатора, обмотка подмагничивавия которого связана с входными зажимами, и первый фильтр нижних частот, а второй канал имеет дифференцирующий элемент, в выполненный в виде дифференцирующего трансформатора, первичная обмотка которого включена во входную цепь, а вторичная связана с входом второго фильтра ншаснгос частот, и сумматор, входы которого связаны с выходами первого и второго фипьтров,а выход сумматора образует выход датчика 12 .

Недостатком известного датчика является низкое быстродействие, обусловленное наличием относительно большой постоянной времени первого фильтра нижних частот, выделяющего постоянную составляющую выходного сигнала.

Цель изобретения - повыщение быстродействия датчика тока.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике тока, содержащем двухтактный автогенератор с времязадающим элементом, выполненным в виде трансформатора, обмотка подмагничивания которюго связана с входными зажимами,

трансформатор снабжен дополнительной обмоткой со средним выводом и дополнительно введены четыре ключа, два повторителя, два устройства управления и четыре конденсатора, причем вход первого ключа и вход первого устройства управления присоединены к одному из крайних выводов дополнитепьной обмотки трансформатора, вход второго ключа и вход второго устройства управления присоеди. нены к другому крайнему выводу дополнительной обмотки трансформатора, выход первого ключа через первый повторитель связан с входом третьего ключа, выход второго ключа через второй повторитель соединен с входом четвертого ключа, управляющие входы первого и четвертого ключей присоединены к выходу первого устройства управления, управляющие вхо ды второго и третьего кпючей связаны с выходом второго устройства управления, средний нывод дополнительной обмотки трансформатора и одни обкладки конденсаторов пргисоединены к общей шине, другие обкладки конденсаторов соответственно присоединены к выходам первого, второго, третьего и четвертого кпючей, а выходы третьего и четвертого ключей образуют выход датчика.

На фиг. 1 изображена электрическая схема датчика; на фиг. 2 - линейные диаграммы напряжений.

Датчик (фиг. 1) содержит двухтактный автогенер 1тор 1 с вре язадаюшим элементом, выполненным в виде трансформатора, на магнитопроводе которого намотана дополнительная обмотка 2 со средним выводом, первое и второе устройства 3 и 4 управления соответственно, первый и второй ключи 5 и 6, первый и второй конденсаторы 7 и 8, повторители 9 и 10, третий и четвертый ключи 11 и il2, третий и четвертый конденсаторы ,13 и 14. Трансформатор автогенератора имеет обиотку 15 подмагничивания, пояключенную к входящим зажимам. Вход устройства 3 управления и взсод ключа 5 подключены к одному из крайних выводов обмотки 2 трансформатора автогенератора 1, .а вход устройства 4 управления и вход ключа 6 присоединены к ее другому кгайнему выводу. Выход ключа 5 через повторитель 9 присоединен к выходу ключа 11, выход ключа 6 через повторите пь 10 связан с входом ключа 12, управляющие входы ключей 5 и 12 подключены к выходу устройства 3 управления, а упр впянэдие входы ключей 6 и 11 соединенны с выходом устройства 4 управления. Средний вывод 2 трансфогыатора автогенератора 1 связан с общей шиной, к которой подключены одни из обкладок конденсаторов 7,8,13 и 14, другие обкладки которых подключены к выходам ключей 5,6,11 и 12 соответственно. Выходы ключей 11 и 12 образуют выход датчика. В преапагаемом датчике автогенератор 1, кпючи 5,6,11,12 и устройства 3и 4 управпения выпопнены на травэиоторах. Устройство работает спедующим образом. При отсутствии тока в контропнруемой цепи, связаншй с охоткой 15 подМ4Гййиввн{1Я граксформатора автогеяераitopa 1, Сердечник трансформатора перемагничивается по симметричной петпе и скважность импульсов, возникающих в в охотке 2 трансформатора, равна двум т.е. дпитепьности подупериодов генериру .емых BMiiynbcoB равны между собой, а их амппатуоы одинаковы (фиг. 2 а, б). При йодмагиичивании сердечника транофо1матора автогенератора 1 контролирук щим током, протекающим по обмотке 15 подмагничивания, сердечник трансфор атор переМагничивается ш несимметричной петпе и дпитепьнрст.и попупериодов генерируемых импупьсов становятся неодинаковыми. При 8TQM амплитуды попожитепЕ ных импупьсов, действукядйх в каждой по повинэ обмотки 2 относительно среднего ее вывода, становятся также неодинаковыми. Это обусловлено тем, что скважность генерируемых импупьсов не равна двум, а вопьтсекунаные ппошади попожительных и отрииатепьных импульсов на каждой поповиш обмотки 2 равны между собой, т.е. амппйгуды положительных и отрицательных импульсов, измеренные относитепьно среднего вывода о&«готки 2, зависят от величины и направления измеряемого тока. Под действием импульсов, возникакь щих в каждой половине обмотки 2 трансформатора автогенератора 1 по отношени к ее среднему выводу, в положительные . попупериоды на выходах устройств 3 и 4управления попеременно формируются импульсы управления, поочередно откр&тва ющие ключи 5 и 11 и ключи 6 и 12, причем когда, например, ключ 5 закрыт, то ключ 11 открыт и, соответственно, когда ключ 6 закрыт, ключ 12 открыт.. При этом ключи 5 и 6 открываются, когд напряжение на их входах, образованных эмиттерами транзисторов.ключей,по отношению к среднему выводу обмотки 2 трансформатора положительно. Таким образом, в положительные полу периоды через открытые ключи 5 и 6 поочередно заряжаются конденсаторы 7 и 8 Когда ключи 5 и 6 закрываются, напряжение в этот момент запоминается на онденсаторах 7 и 8 (фиг. 2 в, г). Tas, ак автогенератор 1 питается реистор, то вершины генериру@«}ых импульов не плоские, а со значительными спаами. За счет этдго на конденсаторах 7 и 8 присутствуют значительные пупьсаивв апряжения. 6 следующий положительный олупериод один из конденсаторов 7 или в зависимости от того, на какой прпоине обмотки 2 трансфо|аь1атора амплятуоа оложительного импульса больше, дозаряается до величины этого импульса, а другой разряжается до величины кмпут а, действующего в другой шяовине охотки 2 трансформатора. Через повторители 9 и 10 11апряжеш1ё с конденсаторов 7 и 8 поступает иа входы ключей 11 и 12, которые управляются устройствами 3 и 4 управления. При этсм конденсато|«и 113 и 14 запомина т величину напряжения, до которой заряжевы конденсаторы 7 и 8, в результате яего на конденсаторах 13 и 14 пульсации малы по сравнению с полезным pitrHaлом (фиг. 2 д, е). Выходное напряжение датчика являет ся разностью напряжений на кощенсатоpax 13 и 14 и снимается с ключей 11 и 12. Высокое быстродействие датчика достигается за счет того, что постоянные времени заряда и разряда всех конденсаторов маши. Постоянная времени заряда конденсаторов 7 и 8 определяется их емкостью и величиной сопротивлений открытых клкяей 5 и 6, а постоянная времени разряда конденсаторов 7 и 8 величиной сопротивления этих ключей в инверсном режиме, величиной сопротивления каждой половины обмотки 2 транофо{Ж1атора автогенератора 1 и значениями емкостей конденсаторов 7 и 8. Постоя, ная времени заряда конденсаторов 13 и 14 определяется их емкостями и величиной сопротивления открытых ключей 11 12, а постоянная времени разряда конденсаторов 13 и 14 - их емкостями, величинами сопротивлений открытых кпючей 11 и 12 в инверсном режиме и малой величиной выходного сопротивления повторителей 9 и 10. Время (1змерения тока в данном случае может &1ть менее двух периодов частоты автогенератора 1. Для получения высокой точности измерения датчик тока следует нагружать на усилитель с большим входным сопротивлением, например на дифференииапЕуный усилитель.

ДАТЧИК ТОКА, содержащий двухтактнь1й автогенератор с времяэадаки щим эпементом, выполненным в виде трансфокыатора, обмотка подмагничива1 ния которого связана с входными зажимами, о иичающийся тем, что, с цепью повышения быстродействия, трансформатор снабжен дополнительной обмоткой со средним выводом и дополнительно введены четыре ключа, два повторителя, два устройства управления и четыре конденсатора, причем вход первого ключа и вход устройства управления присоедиюны к оовому вз крайних выводов дополнительное трансфор матора, вход второго кпюча в вход второго устройства управпеввя присоединены к друтч%4у крайавыу выводу дооопнитепы(юй обмоткв тра11сфо1МвторБ(, выход вого кпюча юреэ повторитель связав с схоаом третьего кшоча, выход второго впюча через второй повторитель соединен с входом четвертого кпюча управляющие входы первого вчетвертого кпкмей присоедввешл к выходу первого устройства управпеввя, управпяюшве вхо (О ды второго и третьего кпкяей связаны с выходом второго устройства управления, с средний вывод дояопнитепьиой трансфо| атора и сдав обкладки коноев- саторов присоединены s обшей швие, ару гие обкладки коиде1{саторов соответствев но присоединены к выходам первого, э второго, третьего в четвертого ключей, :л а выходы третьего и четвертого ключей образуют выход датчика. 00 эо