Измерительный преобразователь постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК G01R19/20 

матора аналоговых сигналов подключены к выходам филйТров, входы второго сумматора аналоговых сигналов соединены с выходами первого сумматора аналоговых ,сигналов и фазового детектора,

i выход - с

входом усилителя постоянного тока.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном, двумя магнитопроводами, двумя последовательно включенными обмотками возбуждения, измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам преобразователя, и компенсационной обмоткой, генератор возбуждения с выходами основной и удвоенной частот, первый датчик насыщения магнитопроводов, фазовый детектор, управляющий вход которого соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, усилитель постоянного тока, к выходу которого последовательно подключены компенсационная обмотка магнитного компаратора и эталонный резистор, соединенный вьтодами с выходными клеммами преобразователя, о тлнчающийся тем, что, с целью Повьтения надежности, в него введены коммутатор с восьмью ключа ми, блок управления, источник питания постоянного тока, импульсный генератор, формирователь импульсов, второй датчик насвдения магнитопроводов, два выпрямителя, два фильтра и два сумматора аналоговых сигналов, причем первый и второй выходные выводы основной частоты генератора возбуждения соединены с необъединенными выводами обмоток возбуждения магнитного компаратора соответственно через последовательно включенные первый датчик насыщения магнитопровдцов, первый ключ коммутатора и через второй ключ коммутатора, первый и второй полюса источника питания постоянного тока соответственно через последовательно включенные формирователь импуль(Л сов, второй датчик насыщения магнитопроводов, третий ключ коммутатора и через четвертый ключ коммутатора, а входные потенциальные выводы первого и второго вьшрямителей - соответственно через пятый и через шестой ключи коммутатора, выходные, потенциальные выводы выпрямителей подел ключены к входным потенциальным выо сд водам соответствующих фильтров, общий вывод обмоток возбуждения магОд нитного компаратора через седьмой О) ключ коммутатора соединен с шиной нулевого потенциала выпрямителей и фильтров, а через восьмой ключ коммутатора - с соответствующим выводом сигнального входа фазового детектора, выход импульсного генератора подключен к управляющему входу формирователя импульсов, входы блока управления соединены с выходами датчиков насьлцения магнитопроводов, а выход - с управляющим входом коммутатора, входы первого сум

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при измерениях постоянных токов большой величины.

Известен измерительньй преобразовтель постоянного тока, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном, двумя основными магнитопроводами, двумя последовательно включенными обмотками возбз ждения, измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам устройства, компенсационной обмоткой, дополнительным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой, охватывающей дополнительный магнитопровод и магнитопроводы с обмотками возбуадения, генератор возбуждения, демодулятор, усилитель постоянного тока, инверсный вход которого через демодулятор и обмотки возбуждения соединен с выходами генератора возбуждения, выход через компенсационную обмотку и эталонный резистор, соединенный выводами с выходными клеммами устройства, а также через два последовательно включенных ЕС-звена подключен к шине нулевого потенциала устройства, а прямой вход включен между упомянутыми ЕС-звеньями 1 .

Недостаток известного устройства связан с низкой надежностью работы в автоматическом режиме, обусловленной наличием ложных нулей на статической характеристике компаратора Рабочая точка контура отрицательной обратной связи (включающего элемент с подобной статической характеристикой) практически равновероятно может находиться в окрестностях истинного нуля и ложных НУлей.

Наиболее близким техническим решнием к изобретению является измерительньй преобразователь постоянного тока,содержащий магнитный компара т с магнитным экраном, двумя магнитопроводами, двумя последовательно включенными обмотками возбуждения, измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам устройства, и компенсационной обмоткой, генератор возбуждения с выходом основной частоты, включенным в контур связи с обмотками возбуждения магнитного компаратора, и выходом удвоенной частоты, подключенным к компенсационной обмотке через фазовый детектор, усилитель постоянного тока и эталонный резистор выводы которого соединены с выходными клеммами устройства, датчик насьш1ения магнитопроводов, выход которого подключен к входу блока сигнализачг ции 2.

Недостаток указанного устройства заключается в низкой надежности работы в автоматическом режиме. При быстром изменении измеряемого тока и значительном возрастании величины динамического рассогласования в контуре обратной связи возможен опять же переход рабочей точки контура отрицательной обратной связи из рабочей зоны в зоны ложных нулей. В этом случае срабатывает блок сигнализации насыщения магнитопроводов, информирующ1- й оператора о нарушении нормального режима работы устройства. Средств для автоматического ввода магнитного компаратора в рабочую зону известное устройство не содержит, эту задачу выполняет оператор.

Цель изобретения - повьш1ение надежности работы в автоматическом режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь постоянного тока, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном, двумя магнитопроводами, двумя последовательно включенными обмотками возбуждения, измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам преобразователя, и компенсационной

обмоткой, генератор возбуждения с выходами основной и удвоенной частот первый датчик насьщения магнитопроводов, фазовый детектор, управляющий вход которого соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, усилитель постоянного тока, к выходу которого последовательно подключены компенсационная обмотка магнитного компаратора и эталонный резистор, соединенный выводами с выходными клеммами преобразователя, введе(иы коммутатор с восьмью ключами, бло упрайления, источник питания постоянного тока, имнульсньй генератор, формирователь импульсов, второй датчик насьщения магнйтопроводов, два выпрямителя, два филвтра и два сумматора аналоговых сигналов, причем первый и второй выходные выводы основной частоты генератора возбуждения соединены с необъединенньми выводами обмоток возбуждения магнитного компаратора соответственно через последовательно включенные первый датчик насьщения магнитопроводов, перв.ый ключ коммутатора и через второй ключ коммутатора, первый и второй полюса источника питания постоянного тока - соответственно через последовательно включенные формирователь импульсов, второй датчик насьщения магнитопроводов, третий ключ коммутатора и чезрез четвертьш ключ коммутатора, а входные потенциальные вьшоды первого и второго выпрямителей - соответственно через пятьй и через шестой ключи коммутатора, выходные потенциальные выводы вьтрямителей подключены к входным потенциальным выводам соответствующих фильтров, общий вывод обмоток возбуждения магнитного компаратора через седьмой ключ коммутатора соединен с шиной нулевого потенциала выпряМигелей и фильтров, а через восьмой ключ коммутатора - с соответствующим выводом сигнального входа фазового детектора, выход импульсного генератора подключен к управляющему входу формирователя импульсов, входы блока управления соединены с выходами датчиков насьш1ения магнито-проводов, а выход - с управляющим входом коммутатора, входы первого сумматора аналоговых сигналов подключены к выходам фильтров, входы второго сумматора аналоговых сигналов

соединены с выходами первого сумматора аналоговых сигналов и фазового детектора, а выход - с входом усилителя постоянного тока,

На фиг. 1 представлена функциональная схема измерительного преобразователя постоянного тока; на фиг. 2 - статические характеристики магнитного компаратора.

Предложенный преобразователь характеризуется гибкой структурой, которая изменяется в зависимости от режима его работы. В рабочем режиме измерительный преобразователь имеет структуру I, а в режиме ввода структуру II, причем указанные структуры существенно отличаются одна от другой.

Структура I обеспечивает детектирование разбаланса компарируемых токов с помощью магнитного модулятора, действующего по принципу удвоения частоты. Магнитный компаратор с таким детектором разбаланса обладает самыми высокими метрологическими характеристиками, что является определяющим для рабочего режима. Статическая характеристика компаратора в структуре I имеет ложные нули (кривая М, фиг, 2), этот недостаток для предложенного устройства не имеет существенного значения.

Структура II обеспечивает детектирование разбаланса компарируемых токов при котором статическая характеристика компаратора не имеет ложных нулей (кривая N, фиг. 2), это свойство является определяющим для режима ввода. Невысокие метрологические характеристики компаратора в структуре II не имеют в данном случае существенного значения.

Переход от одной структуры устройства к другой осуществляется с помощью коммутатора, который по командам блока управления включает в действие присущую данной структуре совокупность элементов и связей. Блок управления вырабатывает команды в соответствии с информацией, поступающей в него от датчиков насьщения магнитопроводов.

Таким образом, структура I обладает высокими метрологическими характеристиками, а для структуры II свойственна абсолютная надежностьв смысле ввода в свою рабочую зону. Основу магнитного компаратора 1 (фиг. 1) составляют магнитопроводы 2 и 3, последовательно включенные обмотки 4 и 5 возбуждения, магнитный экран 6, компенсационная 7 и измерительная 8 обмотки, Магнитопроводы 2 и 3 с обмотками А и 5 возбуждения помещены в магнитный акран 6, поверх которого размещены компенсационная 7 и измерительная 8 обмотки Выводы последней подключены к входным клеммам 9 и 10 устройства. Генератор 11 возбуждения имеет выход основной частоты (выходные выводы 12 и 13) и выход удвоенной частоты. Генератор 11, датчик 14 насыщения магнитопроводов и фазовый детектор- 15 используются только в структуре I, Управляющий вход фазового детектора 15 соединен с выходом удвоенной частоты генератора t1 Усилитель 16 постоянного тока (УПТ) рассчитан на полный ток компен сации, к его выходу подключены после довательно компенсационная 7 и эталонный резистор 17, выводы кото рого соединены с выходными клеммами 18 и 19 устройства. Элементы 16 и 1 являются общими для обеих структур измерительного преобразователя. Оперативное изменение структуры преобразователя осуществляется с помощыо коммутатора 20. В его состав входят ключи 21 - 28. Управляющий вход коммутатора 20 подключен к выходу блока 29 управления, В структуре II на обмотки 4 и 5 возбуждения необходимо подавать однополярные импульсы тока. Формирование этих импульсов осуществляется с помощью формирователя 30 импульсов, управляющий вход которого соеД1гаен с .выходом импульсного генера тора it, К выходу источника 32 пита ния постоянного тока последовательн подключены форьшрователъ 30 импульсов, датчик 33 насыщения .магнитопро водов, ключ 22, обмотки 3 и 4 возбу дения и KJno4 24, К выходу генератора 11 возбуждекия последовательно подключены датч 14 насыщения магнитопроводов, ключ 2 обмотки 4 и 5 возбуждения и ключ 26 Кроме того, необъединенные выводы обмоток 4 и 5 возбуждения чррез клю чи 23 и 25 соединены с входными потенциальными выводами вьтрямителей 34 и 35, Выходы последних через фильтры 36 и 37 связан с входами сумматора 38 аналоговых сигналов. Упомянутые элементы 30-38 входят в структуру II. Общий вывод обмоток 4 и 5 возбуждения через ключ 27 соединен с шиной нулевого потенциала вьтрямителей 34 и 35 и Фильтров 36 и 37, а через ключ 28 - с соответствующим выводом сигнального входа фазового детектора 15, Выход сумматора 38 аналоговых сигналов- подключен к одному из входов сумматора 39 аналоговых сигналов, с другим его входом соединен выход фанзового детектора 15, Выход сумматора 39 аналоговых сигналов соединен с входом УПТ 16. Сумматор 39 аналоговых сигналор является общим элементом структур I и II. Выходы датчиков 14 и 33 насыщения магнитопроводов соединены с входами блока 29 управления. На фиг, 2 показаны статические характеристики магнитного компаратора 1 в рабочем режиме (кривая М), т.е. в режиме, который обеспечиваеТся структурой I, и в режиме ввода (кривая N), т,е, в режиме, который обеспечивается структурой II, Под статической .характеристикой компаратора понимается зависимость напряжения Ugy на выходе узла детектирования, разбаланса ампер-витков компенсационной 7 и измерительной 8 обмоток от величины этого разбаланса , Таким образом, для рабочего режима Uj, - напряжение на выходе фазового детектора 15 (кривая М), в режиме ввода Ug, - напряжение на выходе сумматора 38 аналоговых сигналов (кривая N), Уcтt)oйcтвo работает следзгкицим образом. Как уже отмечалос|, в рабочем режиме измерительный преобразователь имеет структуру I. В структуре I на обмотки 4 и 5 через замкнутые ключи 21 и 26 поступает напряжение возбуждения с выхода генератора 11; В рабочем режиме намагничива1ощая сила действующая на магиитопроводы 2 и 3, уравновешивается намагничивакяцей. силой , где постоянная составляющая измеряемого тока; 1ь постоянный так компенсации на выходе УПТ 16; Wj, - количество витков измерительной обмотки 8; V - кгшичестВо витков компенсационной обмотки 7, Режим равновесия магнитного компаратора t поддерживается.с помощью контура отрицательной обратной связи При нарушении равновесия в соответствии со статической характеристикой компаратора (кривая М, фиг. 2) на выходе фазового детектора 15 появляется управляющее напряжение, которое поступает на один из входов сумматора 39. На другой вход сумматора 39 сигнал в это время не подается, так как в структуре 3 ключи 22-25 и 27 разомкнуты и вьтрямители 34 и 35 полностью обесточены. Поэтому на выходе су даатора 39 воспроизводится выходное напряжение фазового детектора 15, которое и поступает на вход УПТ 16, Под действием этого напряжеНИН ток 1ко в обмотке 7 изменяется и если / .и JW/ /41«W/,.режим равновесия восстанавливается (здесь AlVI разбаланс ампер-витков обмоток 7 и 8 значение указано на фиг. 2)-. IAKKM образом, благодаря указанно му действию контура отрицательной об ратной связи, ток ((д строго следит за измеряемым током 1ид и является его мерой. Связь между этими токами описывается соотношением Как ухе о-течалось выше, 1, и 3,постоянные или медленно меняющиеся величины, жесткая связь между которы tm обеспечивается действием контура отрицательной обратной связи. Что же касается переменной составляющей измеряемого тока, то она из измерител1 ной обмотки 8 трансформируется В крмпеисационную обмотку 7, так как благодаря наличию массивного магнитного экрана 6 между обмотками 7 и 8 существует прямая магнитная связь и при малом суммарном сопротивлении R в цепи обмотки 7 элементы 6, 7 и 8,работают как трансформатор переменного тока (здесь Ry Нэт+ R, где х, где RjT - сопротивление эталонного резистора 17; выходное сопротивление УПТ 16; активное сопротивление обмотки 7). В соответствии с изложенным л/й и -wK К где i/v« мгновенные значения переменной составляю166 щей измеряемого компенсирующего .соответственно, учетом соотношения (1). а с Зк„- Ои + i.H)WH/4 или 1 1 W /W к и и к 1 + i Зы + i. - и Ид Соотношение (3) показывает, что мгновенное значение тока в цепи обмотки 7 является мерой мгновенного значения измеряемого тОка в обмотке 8 с точностью до погрешностей следящего контура отрицательной обратной связи и трансформатора, переменного тока, С помощью эталонного резистора 17 ток i преобразуется в напряжение, которое и поступает.;на выходные клеммы 18 и 19 устройства. Благодаря использованию в структуре I в качестве детектора разбаланса компарируе емых ампер-витков магнитного модулятора с удвоением частоты достигается высокая точность преобразования 3ц S JfcoРассмотрим, каким образом в процессе работы преобразователя обеспечивается реализация структуры I. Выходной сигнал датчика насьш;ения магнитопроводов имеет низкий уровень, если значение тока в измерительной цепи датчика ниже определенного порогового значения, в противном случае выходной сигнал датчика имеет высокий уровень. Оба датчика 34- и 33 устройства отвечают этим условиям, В рабочем режиме магнитопроводы 2 и 3 полностью размагничены, индуктивность обмоток 4 и 5 велика, и ток в измерительной цепи датчика t4 мал. Ток в измерительной цепи дат-i чика 33 в рабочем режиме равен нулю (ключи 22 и 24 разомкнуты). Поэтому в рабочем режиме на оба входа блока « 29 управления поступают сигналы низкого уровня. При этом в блоке 29 управления вырабатываются команды, обеспечивающие замкнутое состояние ключей 21, 26 и 28,и разомкнутое состояние остальных ключей коммутатора 20, Нарушение рабочего режима привоит к насыщению магнитопроводов 2 и 3, ток в цепи обмоток 4 и 5 (и сотответственно в измерительной цепи атчика 14) резко увеличивается и 1 на выходе датчика 14 появляется сигнал высокого зфовня. При подаче на один из входов блока 29 управления сигн.ала высокого уровня в последнем вырабатьшаются команды, обеспечивающие замкнутое состояние ключей 22-2 и 27 и разомкнутое состояние ключей 21, 26 и 28. Такое состояние ключей коммутатора 20 соответствует режиму автоматического ввода компаратора 1 в рабочую зону, Измерительньй Преобразователь в этом режиме имеет структуру II. После перехода устройства в режим ввода,ток в измерительной цепи датчика 1А становится равным нулю, чему соответствует низкий уровень сигнала на его выходе и на соответствзпощем входе блока 29 управления, на другом входе блока 29 в тот же момедт появляется сигнал высокого уровня-, так как в измерительной цепи датчика 33 протекает относительно большой ток обмото 4 и 5 (больше порогового значения), обусловленный насыщением магнитопроводов 2 и 3 вследствие большого разбаланса ампер-витков обмоток 7 и 8. Так как на одном из входов блока 29 управления есть сигнал высокого. уровня, указанный блок продолжает вырабатывать команды, обеспечивающие сохранение структуры II« В режиме ввода к обмоткам 4 и 5 возбуждения подводятся однопо-пярные импульсы тока. Указанные импульсы создаются формирователем 30 импульса из постоянного напряжения, подаваемо го от источника 32 питания постоянного тока. Формирователь 30 импульсов управляется импульсным генератором 31. Детектирование разбаланса ампервитков обмоток 7 и 8 осуществляется в структуре II путем выпрямления напряжения,, образующегося на обмотках 4 и 5 при возбуждении их однополярными импульсами.-.Указанное выпрямление осуществляется с помощью выпрями телей 34 и 35..,- Фильтрация выпрямленных напряжений производится фильтрами 36 и 37i Полученные на выходах фильтров 36 и 37. постоянные напряжения поступают на входы сумматора 38 выходное напряжение которого являет ся .их разностью. При таком детектирован1-ш разбаланса статическая ка рактеристика не нмеет ложных нулей (кривая Ы, фин. 2),. 6 10 В момент перехода измерительного преобразователя в режим ввода разбаланса ампер-витков обмоток 7 и 8 велик. В соответствии со статической характеристикой компаратора (кривая N, фиг. 2) на выходе сумматора 38- появляется напряжение которое поступает на один из входов сумматора 39. На другой вход сумматора 39 сигнал не поступает, так как в структуре II ключи 21, 26 и 28 разомкнуты и к управляющему входу фазового детектора 15 напряжение удвоенной , частоты не подводится. Поэтому на выходе сумматора 39 воспроизводится выходное напряжение сумматора 38, которое и поступает на вход УПТ 16, Под действием зтого напряжения ток 1 в обмотке 7 изменяется до тех пор, пока разбаланс ампер-витков обмоток 7 и 8 не згменьшится до малого значения (до величины действующего рассогласования контура отридательной обратной связи). В установившемся режиме связь между компарируемыми токами описывается соотношением (1), Таким образом, условия для перехода от режима ввода в рабочий режим подготовлены: разбаланс ампер-витков обмоток 7 и 8 мал, соблюдаются с запасом условия ввода в рабочую зону хсомпаратора 1, имеющего статическую характеристику с ложными нулями (кривая М, фиг, 2), Как только структура II приходит в равновесное состояние, ток в измерительной цепи датчика 33 уменьшается ниже порогового значения. Происходит изменение сигнала на выходе датчика 33: высокий уровень сменяется низким. Теперь на входы блока 29 управления поступают сигналы низкого уровня. В блоке 29 вырабатьшаются команды, обеспечивающие переход ключей 21, 26 и 28 в замкнутое состояние, а остальных ключей коммутатора 20 - в разомкнутое. Структура II сменяется структурой I, устройство включается в рабочий режим. Таким образом, в предложенном устройстве с высокой точностью и надежностью осуществляется ввод компаратора в рабочую зону, а также гарантируется надежная работа измерительного преобразователя в автоматическом режиме.