Ферромодуляционное устройство для измерения постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроиз мерительной технике и может быть ис пользовано для бесконтактного измере ВИЯ постоянного тока, а также для .измерения параметров постоянного маг нитного поля. Известно ферромодуляционное устройство для измерения постоянного т ка, содержащее ферромодуляционный преобразователь, выполненный на ферромагнитном сердечнике, имеющем обмотку возбуждения, выключенную в цепь источника переменного тока, и измерительную обмотку, фильтр, вход которого подключен к измерительной обмотке, и измерительный прибор, связанный с выходом фильтра Щ. Такое устройство имеет недостаточ ную чувствительность, обусловленную наличием в выходном сигнале нечетных гармоник помех. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ферромодуляционное устройство для измерения постоянного тока, содержащее ферромодуляционный преобразователь, вьшолненный rta ферромагнитном сердечнике, имеющем обмотку возбуждения и измерительную обмотку, источник синусоидального тока возбуждения, вьшолненный в виде автономного генератора, к выходу которого под ключена обмотка возбуждения ферромаг нитного сердечника, формирователь импульсов, выполненный в виде усилителя-ограничителя, вход которого подключен к измерительной обмотке ферромагнитного сердечника, фазоинвертор с двумя противофазными выходами, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, и измерительный блок, имеющий два ключа на. транзисторах, измерительный прибор, входные зажимы которого раздель но присоединены к коллекторам транзисторов, эмиттеры транзисторов связаны с общей шиной, а в цепь коллекторов транзисторов включены резисторы нагрузки, свободные выводы которых подключены к одному из полюров источника питания постоянного тока, база каждого из транзисторов через резистор обратной связи присоединена к коллектору другого транзистора и одновременно через ограничивающий резистор связана с источником напряжения смещения, а противофазные выхо ды фазоинвертора раздельно подключены к коллекторам транзисторов, образующим управляющие входы ключей 2. При возбуждении ферромагнитного сердечника ферромодуляционного преобразователя синусоидальным током 1 в известном устройстве выходной ток 1-,,у ) регистрируемый измеримерительным прибором, определяется выражениемч -1 . --о -eb()t arc5W- , где Зр - значение измеряемого постоянного тока; СО - круговая частота тока 3 , возбуждения. Из этого вьтражения следует, что известное устройство имеет нелинейную функ1№5ю преобразования 3 (,,), а значение коэ Ьфициента преПобразования- Ц| CJb) устройства зависит от амплитуды тока J возбуждения. Нелинейность функции преобразования приводит к тому, что точность измерения известного устройства снижается с ростом измеряемого тока. Зависимость выходного тока от тока возбуждения также сниясает точность измерения известного устройства и не позволяет использовать в качестве источника тока возбуждения промьгашенную сеть переменного тока без специальных стабилизаторов переменного тока. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, ЧТО в ферромодуляционное устройство для измерения постоянного тока, содержащее ферромодуляционный преобразователь, выполненный на ферромагнитном сердечнике, имеющем обмотку возбуждения и измерительную обмотку, источник синусоидального тока возбуждения, к одному выходу которого подключена обмотка возбуждения ферромагнитного сердечника, формирователь импульсов, вход которого подключен к измерительной обмотке ферромагнитного сердечника, фазоинвертор с двумя противофазными выходами, присоединенный своим входом к выходу формирователя импульсов, и измерительный блок с двумя ключами, первые выводы которых подключены к общей шине, в цепь вторых вьгоодов ключей включены резне31торы .нагрузки, свободные выводы кото рых объединены, управляющие входы ключей раздельно соединены с противо фазными выходами фазоинвертора, и измерительный прибор, входные зажимы которого раздельно подключены к вторым выводам ключей, связанным с резисторами нагрузки, дополнительно введены блок сдвига фазы на фиксированный угол 90 и двухполупериодный выпрямитель, причем вход блока сдвига фазы подключен к второму выходу источника синусоидального тока возбуждения, вход двухполупериодного вьшрямителя соединен с выходом блока сдвига фазы, один вьтходной зажим двухполупериодного выпрямителя соеди нен с общей шиной, а второй подключец к объединенным выводам резисторов нагрузки измерительного блока. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - линейные диа диаграммы, иллюстрирующие его работу Устройство содержит (фиг. 1) ферромодуляционный преобразователь 1, формирователь 2 импульсов, фазоинвер тор 3 с двумя противофазными выходами, вход которого подключен к выходу формирователя 2 импульсов, измерительньй блок 4 с измерительным прибором 5, источник 6 синусоидального тока возбуждения, блок 7 сдвига фазы на фиксированный угол 90 и двухполупериодный выпрямитель 8,вход которого подключен к выходу блока 7 сдвига фазы. Ферромодуляционный преобразователь 1 выполнен на ферромагнитном сердечнике 9, на котором размещены обмотка. 10 возбуждения, подключенная к одному из выходов источника 6 синусоидального тока возбуждения, и измерительная обмотка 1 к которой присоединен вход формирователя 2 импульсов, а к второму выхо ду источника 6 синусоидального тока возбуждения -подключен вход блока 7 сдвига $1азы. Измерительный блок 4 содержит два ключа 12 и 13, одни выводы которых соединены с общей шинок к которой также подключен один выход ной зажим двухполупериодного выпрями теля 8, и резисторы 14 и 15, включен ные последовательно в цепь ключей 12 и 13 со стороны их противоположных выводов, к которым присоединен вход измерительного прибора 5. Ключи 12 и 13 через резисторы 14 и 15 нагрузки связаны с вторым выходным эа44жимом двухполупериодного вьтрямителя 8, а управляющие входы ключей 12 и 13 соединены с противофазными выходами фазоинвертора 3. Ферромагнитный сердечник 9 ферромодуляционного преобразователя 1 охватывает проводник 16 с измеряемым током. Устройство работает следующим образом. Ферромагнитный сердечник 9 ферромодуляционного преобразователя 1, охватывающий проводник 16 с измеряемьт током I(j , возбуждается синусоидальным магнитным полем, создаваемым током возбуждения с амплитудой3j, поступающим в обмотку 10 возбуждения ферромагнитного сердечника 9 от источника 6 (фиг.2с1). В моменты времени C.L и OL 2 когда мгновенное значение тока возбуждения становится равным (по числу ампервитков) с измеряемым током 1 и направлено навстречу ему, ферромагнитный сердечник 9 резко перемагничивается и в его измерительной обмотке 11 индуктируются ЭДС е перемагничивания (фиг. 2Б). Моменты времени (Х- и Ot j определяются соотношениями о,--01гс5Ш ;f , 77 (-arc sin- ЭДС e пэ,д;х поступает на вход формирователя 2 импульсов, который формирует на своем выходе разноиолярное напряжение прямоугольной формы (фиг. ), причем моменты смены полярности Uijfiop определяются моментами времени ( и oL j. Напряжение U с выхода формирователя 2 поступает на вход фазоинвертора 3, противофазные выходы которого подключены к управляющим входам ключей 12 и 13, в резулт тате чего на управляющий вход одного ключа поступает напряжение Uипр показанное на фиг. 2Ь сплошрюй линией, а на управляющий вход другого - напряжение Jцпf) показанное пунктирной линией. Питание измерительного блока 4 осуществляется напряжением форма которого показана на фиг. 22. Это напряжение U формируется из синусоидального напряжения Urri источника 6 путем сдвига фазы этого напряжения на 90, осуществляем1 1м блоком 7 сдвига , н последующим его двухполупериодным выпрямлением с помощью выпрямителя.8, Благодаря сдвигу на 90 максимумы напряжения совпадают с моментами перехода через нулевое значение тока возбуждения. Форма тока Jg|ji протекающего через измерительный прибор 5, показана на фиг. 2д, из которой видно, что она повтс ряет форму напряжения Ипиг учетом перемены полярности Т ру|)( в соответствии с полярностью напряжения Uunp (фиг. 26) При этом среднее значение тока РЫУ (фиг. 24) определяется, как .Зо .-Ч- . - сопротивление измерительног прибора 5. Отношение v m всегда постоя Jm но, поэтому выходной ток Jgbix линейно связан с измеряемым током З, . Физически это объясняется тем,что н линейность зависимости V. - ф компенсируется такой же нелинейностью зависимости 7вь1Х tf 2 V Кроме того, вследствие постоянства отношения в предлагаемом устройстве обеспечивается и независимость коэффициента преобразования от изменения тока возбужде;ния. Указанные свойства предлагаемого устройства повышают точность измерения в широком диапазоне токов и позволяет в качестве источника возбуждения использовать промьшленную сеть переменного тока либо любой другой нестабилизированный источник переменного тока. Предлагаемое устройство в равной степени может быть использовано и в качестве ферромодуляционного измерителя параметров постоянного магнитного поля. При этом ферромагнитньй сердечник ферромодуляционного преобразователя выполняют в виде стержня.

ФЕРРОМОДУЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее ферромодуляционный преоб7 разователь, выполненный на ферромагf тном сердечнике, имеющем обмотку .озбу7кдения и измерительную обмотку, источник синусоидального тока возбуждения, к одному выходу которого под- ключена обмотка возбуждения ферромагнитного сердечника, формирователь импульсов, вход которого подключен к измерительной обмотке ферромагнитного сердечника, фазоинвертор с противофазными выходами, присоеSf OIOSR - h-i ,;. . f ЕМБЛЙОТе-.4 диненный своим входом к выходу формирователя импульсов, и измерительный блок с двумя ключами, первые выводы которых подключены к общей шине, в цепь вторых выводов ключей включены резисторы нагрузки, свободные выводы которых: объединены, управляющие входы ключей раздельно ;оединены с противофазными выходами фазоинвертора, и измерительный прибор, входные зажимы которого раздельно подключены к вторым выводам ключей, связанным с резисторами нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены блок сдвига фазы на фиксированный угол 90 и двухполупериодный выпрямитель, причем вход блока сдвига фазы подключен к второму выходу источника синусоидального тока возбуждения, вход двухполупери- s одного вьтрямителя соединен с выходом блока сдвига фазы, один выходной зажим двухполупериодного выпрямителя присоединен в общей шине, а другой i подключен к объединенным выводам ре- ; зисторов нагрузки измерительного бло- О ка.i ю г {

ПЩ ,

2 т

Фиг.2.