Датчик тока Советский патент 1983 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и гфедназначсно для использования при измерении больших токов, Известен датчик ТОКЕ, со-держащ,ий магнитопровод с рабочей и дополнительной обмотками, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, конденсатор, подключенный к выводам рабочей обмотки и образующий с ней колебательный контур, генератор, включенный через рез -;стор параллельно образованному колебательному контуру, вспомогательный источник постоянного тока, подключенный к выводам дополнительной обмотки, фазочувствительный детектор, вход которого соединен с выходом колебательного контура l , Недоох аток указанного датчика значительная констру1;тивкая сложность, обусловленная применением целого ряда ответстненмых функциональных узлов, в частности генератора,: вспомогательного источника постоянного тока, фазочувствительного детек тора . Наиболее близким к предлагаемому является датчик тока, содержащий кольцевой магнитопровод с высокой магнитной проницаемостью, размещенный вокруг проводника с измеряемые током и снабженный рабочей обмоткой источник с переключаемой полг;рностью напряжения, в выходную цепь которого включены последовательно рабочая обмотка, резистор съема информации и пороговый элемент, соединенный выходом с комму тирую:-; им входом упомянутого источника 2 . Недостатки известного устройства заключаются в существенных пульсациях выходного сихнала и невысоком быстродействии, обусловленном необходи 4Ocтью установки на выходе сглаживающего фильтра. Цель изобретения - снижение пульсаций выходного сигмала подобного устройства и повышение его быстродей ствия. Поставленная цель дости:ается тем что Б датчик тока;. содержащий кольцевой г.агнитопрО13од с зысокоС малнит ной проницаемостью размещенный вокруг проводника с измеряемым током и снабженный первой рабочей обмоткой источник с перек.1Т очаемой полярностью напояжения. я ЕЫХОЛНУЮ цепь которого ЕКлючены иос 1едоБательг-ю первая рабочая обмо.Лса и резистор съема информации, пороговый элемент., выход которого соединен с коммутирующим входом источника, введен кольцевой магнитспровод с низкой магнитной про ницаемостью, такке разметенный ЗОКРУ проводннкл г; измесяегЪЗ тсгксэгл и снаб женный второй рабочей об-АОткой и обмоткой управления, причем вторая ра бочая обмотка включена согласно-последовательно с первой рабочей обмоткой, а обмотка управления подключена к входу порогового элемента. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого датчика TOKaj на фиг. 2 - идеализированные кривые намагничивания магнитопроводов (маркировка кривых соответствует ЦИФРОВ1ЛМ позициям магнитопроВОдов на Фиг . 1 . Датчик тока содержит два кольцевых магнитопровода 1 и 2 (фиг. 1), первый из которых вьшолнен из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллоя)а второй - из материала с низкой магнитпо.й проницаемостью (например, электротехнической стали). Магнитопооводы 1 и 2 размещены вокруг проводника 3 с измеряемым током I. На магнитопровод 1 нанесена первая рабочая обмотка 4, а на магнитопровод 2 вторая рабочая обмотка 5 и обмотка 6 управления. Рабочие обмотки 4 и 5 соединены между собой согласно-последовательно и вместе с резистором 7 съема информации включены в в|з1ходную цепь источника 8 с переключаемой ппляонпстью напряжения. В состав датчика тока входит также пороговый элемент 9 г вход которого подключен к выводам обмотки 6 управления, а выход соединен с коммутирующим входом источника 8, Принцип действия тока основан на том, что в процессе измерения независимо от величины (в пределах максимально-допустимого значения) и направления измеряемого токаJпpoтeкaющего по проводнику 3, магнитопровод 1; а тем и магнитопровод 2 постоянно находятся на линейных участках своих кривых Нс1магничивания (фиг. 2 участки а- Ъ и C-d). Это до(плгается путем периодического изменения полярности напряжения, действующего на выходе источника 8 и прикладываемого к цепочке, состоящей из резистора 7 и рабочих обмоток 4 и 5. Коммутация выходного напряжения источника 8 происходит следующим образом. Предположим, что к началу рабочей обмоткг 4 (обозначено точкой на фиг. 1) прикладывается, например, положительный потенциал. При. этом магнитная индукция магнитопровода 1 нарастает. Так как магнитная проницаемость магнитопровода 1 значительно выше магнитной проницаемости магнитопровода 2, магнитная индукция последнего практически не будет изменяться и напряжекие. индуктируемое в обмотке б управления ,,оказывается близким к нулю. При достижении Mai- нитной индукцией магнитопровода 1 величины +Вг происходит его насыщение и магнитная проницаемость резко лазает, в результате начинает изменяться магнитная индукция магнитопро вода -2 и на обмотке 6 управления появляется напряжение соответствующего знака. Это напряжение приклгшывается к входу порогового элемента 9 и вызы вает его срабатывание. На выходе порогового элемента 9 появляется сигнал, обусловливающий переключение полярности выходного напряжения источника обратную. Начинается процесс перемагничивания магнитопровода 1, его магнитная индукция умень шается, а затем меняетсвой знак. При достижении ею величины -Вг иа обмотке 6 управления снова появляется напряжение, но уже другого знака Пороговый элемент 9 вновь срабатывает и опять переключает полярность выходного напряжения источника 8. Для рабочей индукции В магнитопровода 1 справедливо соотношение +Вг Ь В ПРИ работе магнитопровода 1 на линейном участке кривой намагничивания и при пренебрежении током его намагничивания справедливо соотношение . , СТ где AW - ампервитки, создаваемые проводником 3 с измеряемым током J(W 1); AWp - ампервитки,.создаваемые рабочей обмоткой 4. Так как АУ„ J-W J и AWp ipWp. на основании (2) имеем J. ip ,. где ip - ток в рабочей обмотке 4. Ток ip, протекая по резистору 7. создает на нем падение напряжения где R - сопротивление резистора 7. С учетом (3) и (4) Из выражения (5) видно, что выходное напряжение датчика тока пропорционально измеряемому току J. Независимо от полярности напряжения, действующего на выходе источника 8 и прикладываемого к цепочке из последовательно соединенных резистора 7 и рабочих обмоток 4 и 5, при неизменном направлении измеряемого тока J ток ip протекает в одном и том же направлении. Так, если при намагничивании магнитопровода 1 рабочий ток ip протекает по рабочей обмотке 4 и резистору 7 под действием выходного напряжения .источника 8, то при перемагничивании магнитопровода 1 рабочий ток з.р протекает в том же направлении под действием ЭДС самоиндукции рабочей обмотки 4. Таким образом, предлагаемый датчик тока позволяет получить выходной сигнал, пропорциональный измеряемому току, полярность которого определяется направлением измеряемого тока. Кроме того, он обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей, характеризуется высоким быстродействием и низким уровнем пульсаций выходного сигнала (менее 0,1 в).

Н

ДАТЧИК ТОКА, содержащий кольцевой магнитопровод с высокой магнитной проницаемостью, размещенный вокруг проводника с измеряеглдм током и снабженный первой рабочей , источник с переключаемой полярностью напряжения, в выходную цепь которого включены последовательно первая рабочая обмотка и резистор съема информации, пороговый элемент, выход которого соединен с коммутирующим входом источника, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения пульсаций выходного сигнала и повышения быстродействия, в него введен кольцевой магнитопровод -с низкой магнитной проницаемостью, также размещенный вокруг проводника с измеряемым током и снабженный второй рабочей обмоткой и об : моткой управления, причем вторая § рабочая обмотка включена согласнопоследовательно с первой рабочей об-1 моткой, а обмотка управления подклю- чена к «ходу порогового элемента.