Способ измерения больших постоянных и импульсных токов Советский патент 1984 года по МПК G01R15/24 

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для использования при исследовании режимов электроустановок с токами порядкасотен килоампер. Известен способ измерения больши постоянных и переменных токов, заключающийся в регистрации перемещения границы раздела несмешиваемых фаз жидкость-жидкость или жидкостьгаз с различными магнитными проницаемостями и плотностями фаз под действием пондеромоторных сил магнитного поля измеряемого тока l . Недостаток известного способа связан с необходимостью контактиров ния измерительной аппаратуры с токо ведущими цепями. Наиболее близким техническим решением к изобретению является беско тактный способ измерения больших по стоянных и импульсных токов, предусматривающий внешнюю модуляцию плос кополяризованного света путем поворота плоскости поляризации при его пропускании через рабочее тело, выполненное из материала, характеризующегося эффектом Фарадея, и расположенное в окрестности проводника с измеряемым током-; демодуляцию выходящего светового потока с вьщелениём представляющего параметра в ви де интенсивности света и регистраци последней 2 . Недостатки указанного способа пр являются в узком диапазоне измерени ограниченном, в частности, снизу, и в невысокой точности. Например, в случае выполнения рабочего тела из стекла ТФ-1 или при длине светового пути в нем, равной 5-10 м, и расстоянии между световой осью те ла и проводником с измеряемым током соответствующем м, нижний предел измерения составляет кА, а погрешность не менее 500 кА, Целью изобретения является расши рение пределов и повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения больших постоянных и импульсных токов, основанному на внешней модуляции плоскополяризованного света при его пропускании через рабочее тело, расположенное в окрестности проводника с измеряемым током, демодуляции выходящего светового пото ка с выделением представляющего параметра в виде интенсивности света и регистрации последней, рабочее тело выполняют из прозрачного изотропного материала и размещают между двумя токопроводами, а внешнюю модуляцию плоскополяризованного све та осуществляют путем воздействия пондеромоторных сил притяжения токопроводов, деформирующих рабочее тело до приобретения им оптической анизотропии структуры. На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ измерения больших постоянных и импульсных токов. Оптический тракт устройства составляют последовательно установленные лазер (например гелио-неоновый типа ЛГ-56 с длиной волны излучения ,6410 м) 1, поляризатор пленочный поляризационный светофильтр) 2, рабочее тело 3 из изотропного материала (например, органического стекла ТОСП-5) анализатор (пленочный поляризационный светофильтр) 4 и фотоэлектронный умножитель 5, к выходу которого подключен запоминающий осциллограф б. Рабочее тело 3 расположено между двумя токопроводами, включенными в цепь разряда конденсаторной батареи 7 с нагрузкой 8 Плоскость поляризации поляризатора 2 выставляют под углом 45 относительно оси нагружения (вертикальной оси) рабочего тела 3. В процессе измерения тока 1 монохроматический луч света от лазера 1 пропускают через поляризатор 2, после которого он становится плоскополяризованным. Далее световой поток направляется в рабочее тело 3. Между токопроводами с измеряемым током возникают пондеромоторные силы притяжения, под действием которых рабочее тело 3 деформируется. I При внешнем воздействии: с выра|женным преимущественным направлением происходит перегруппировка анизотропных элементов рабочего тела 3 и деформации первоначально изотропных элементов. Направление сжатия рабочего тела 3 становится выделенным и играет роль оптической оси. Оптические свойства деформированного рабочего тела 3 соответствуют свойствам одноосного кристалла. Мерой оптической анизотропии является разность показателей преломления обыкновенного и Необыкновенного луча По Ig , пропорциональная приложенному напряжению По-11е сс, оптическая чувствительность к напряжению; напряжение, т.е. сила, приложенная нормально к единице поперечного сечения S рабочего тела 3. Разность хода, приобретаемая лучами при прохождении рабочего тела 3 толщиной fc, в длинах воли сос тавляет сбЕ cFC . TTi 9 Пондеромоторная сила F двух прямолинейных проводников длиной Ц , рас положенных параллельно друг другу на расстоянии А , определяется как

|Uo(u2TL

1 ъГflj0 - магнитная постоянная; |U - относительная магнитная проницаемость. : Подставляя зависимость (3) в формулу (2), получаем выражение, с зьшгиощее меру двойного лучепреломления с измеряемым током c(Uo( 2ifdc Два луча с разностью фаз Г инт ферируют, образуя эллиптическиполя

2gd5Гж

.т

1 с

ifueu ризованный свет, который, пройдя через анализатор 4, преобразуется в амплитудно-модулированный, интенсивность, которого регистрируется с помощью фотоэлектрического умножителя. 5 и запоминающего осциллографа 6. Из формулы (4) получаем зависимость измеряемого тока 1 от степени двойиого лучепрелсилления Так, для рабочего тела 3 с площадью поперечного сечения S 20 xlO м , помещенного между токопроводами длиной I 10-10 м, находящимися на расстоянии d 4-10 м друг от друга, разность хода лучей составляет единицу при токе 10 кА. Таким образом, предложенный способ измерения позволяет расширить нижний предел измерения по сравнению с известными техническими решениями не менее чем в 1000 раз. При этом погрешность измерения составляет не более 0,5 кА.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ И ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ, ОСновайный на внешней модуляции плоскополяризованного света при его пропускании через рабочее тело, расположенное в окрестности проводника с измеряемым током, демодуля- циивыходящего светового потока с выделением представляющего параметра в виде интенсивности света к регистрации последней, отличающ и и с я тем, что, с целью расширения пределов и повышения точности Измерения, рабочее тело выполняют из прозрачного изотропного материала и размещают между двумя токопроводами, а внешнюю модуляцию плоскополяризованного света осуществляют путем воздействия пондеромоторных сил притяжения токопроводов, де- формирующих рабочее тело до приоб- ф ретения им оптической анизотропии I структуры. 1 00 СП ел 4::