Индуктивный делитель напряжения Советский патент 1986 года по МПК H01F21/12 G01R15/06 

на двух ферромагнитных сердечниках 2 и 4,. на одном из которых намотана обмотка возбуждения. Делительные обмотки 3 и 7 намотаны на оба сердечника и выполнены из N проводов, предварительно размещенн1ых вокруг изолированного провода равномерно, вдоль его поверхности, в последо- вательности, совпадающей с последовательностью соединения секции делительных обмоток. Таким образом, внутри жгута из N проводов, в его

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании высокоточных масштабных измерительных преобразователей, в частности индуктивных делителей напряжения с возможностью самокалибровки.

Цель изобретения - упрощение эксплуатации путем упрощения процесса калибровки индуктивных делителей напряжения в расширенном диапазоне частот.

На чертеже представлена,электрическая схема двухдекадного индуктивного делителя напряжения.

В предлагаемом индуктивном делителе обмотка 1 возбуждения выполнена на ферромагнитном сердечнике 2 Предыдущая делительная обмотка 3 намотана равномерно по волновому закону на соосно установленные ферромагнитные тороидальные сердечники 2 и 4 и имеет число витков, равное числу витков обмотки 1. Начала 5 и концы 6 обмоток 1 и 3 соединены соответственно между собой и используются в качестве входных зажимов устройства. Последующая (вторая) делительная обмотка 7 также намотана равномерно по волновому закону на соосно установленные сердечники 2 и 4. Охотки 3 и 7 выполняются N проводами, предварительно расположенными вокруг изолированного провода равномерно, вдоль по его поверхности, в последовательности совпадающей с последовательностью соединения секций

геометрическом центре, размещень провода, образующие при намотке эталонные обмотки 8 и 9. Размещение эталонных обмоток в геометрическом центре жгутов калибруемых делительных обмоток позволяет производить самоблокировку индуктивных делителей напряжения в расширенном диапазоне частот, так как емкостное влияние эталонной обмотки на отдельные секции калибруемых делительных обмоток одинаково. 1 ил.

обмоток. Таким образом, внутри жгута из N проводов, в его геометрическом центре, размещены провода, образующие при намотке эталонные обмотки 8 и 9. Кроме того, обозначены отводы 10-20 предыдущей 3 делительной обмотки, высокопотенциальные выводы 21 и 22 эталонных обмоток 8 и 9 соответственно, высокопотенциальные выводы 23 и 24 спаренных коммутащюнных элементов 25 и 26 соответственно, низкопотенциальные выводы 27 и 28 эталонных обмоток 8 и 9 и спаренных коммуТационных элементов 25 и 26 соответственно, начало 29 и конец 30 обмотки 7, нуль-индикатор 31 напряжения переменного тока, источник 32 напряжения переменного тока.

Устройство работает следующим образом.

3ывод наружу делителя высоко- потенциальных 5 и 29 и низкопотенциальных 6 и 30 входов делительных обмоток 3 и 7, высокопотенциальных выводов 21 и 22 эталонных обмоток 8 и 9, высокопотенциальных выводов 23 к 24 спаренных коммутационных э/хементов 25 и 26 соответственно, низкопотенциальных выводов 27 и 28. эталонных обмоток 8 и 9 и спаренных коммутационных элементов

25 и 26, а также размещение эта- лонных обмоток 8 и 9 внутри делителя позволяет значительно упрос- . тить процесс калибровки индуктивного делителя напряжения.

Для калибровки, например, отводов делительной обмотки необходимо подсоединить данное устройство к источнику 32 напряжения переменного тока, а к высокопотенциальным выводам 21 и 23 высокочувствительный нуль-индикатор 31 напряжения переменного тока и произвести (в случае декадной обмотки 3) десять измерений, изменяя лишь положение спаренного коммутационного элемента 25.

Учитывая, что при калибровке индуктивных делителей напряжения поочередно определяют разность напряжений между напряжением каждой секции поверяемого делителя и фиксированным напряжением опорного источника с последующим расчетом « относительной погрешности любого -отвода делительной обмотки, легко уяснить принцип работы устройства. Примем №10.

Перед калибровкой индуктивного делителя напряжения необходимо установить, выходное напряжение источника 32, например, равное 10 В, частотой 1 кГц. Спаренный комму- тационный элемент 25 подключают вначале к отводам 10 и 11 делительной обмотки 3. Измеряют с помощью нуль-индикатора 31 разностное напряжение лЦ между отводом 11 обмотки 3 и высокопотенциальным выводом 21 эталонной обмотки 8.

J Затем подключают спаренный коммутационный элемент 25 к отводам 11 и 12 делительной обмотки 3-И вновь производят измерение разностного напряжения лй мезвду выводом 21 эталонной обмотки и отводом 12 делительной обмотки 3.

Повторяют измерения дО,- (

Система уравнений, определяющих напряжения отдельных секций, записывается следующим образом:

Vo

и„

uU, ли.

и„ и.

ду

ли.,

Для декадного делителя

Nr10

И ,и 1 1

1ои„

ди, (2)

1-1

у,.

и.

напряжение i-й секции; - напряжение на эталонной обмотке.

ли,

-разностное напряжение, измеряемое нуль-индикатором;

-напряжение источника 32. Действительный коэффициент передачи определяется из выражения .

и

Вх

К.

DH(

(3)

п

N

где БП - - номинальный коэффициент п-го отводаi относительная погрешность п-го отвода.

Относительная ошибка опорного напряжения й эталонной обмотки

.f

Up - 0,1 и

fii.

1

и.

и.

+г. (4)

0,1-.,,

Относительная ошибка i-й секции выражается

ди,

0,1 и

+ /У

(5)

ex

25

Относительная ошибка п-го отвода определяется

Подставляя выражения (4) и (5) в выражение (6), получим окончательное выражение для определения относительной погрешности п-го отвода

35

С (Юли,- uU, (7)

40

45

На этом определение систематической составляющей погрешности коэффициента передачи, обусловленной погрешностью делительной обмотки в режиме холостого хода, заканчивается.

Изготавливают макет шестидекад- ного индукционного делителя напряжения ДИ-6. Рассмотрим вариант двух- ; декадного индуктивного делителя на50 пряжения с самокалибровкой. Дпя изготовления индуктивного делителя использованы ферромагнитные тороидальные сердечники 2 и 4 из высококачественного пермаллоя с толщиной ленты

55;0,05 мм, размерами (70«30х15) мм, магнитной индукцией В 4,5 тыс. Гс максимальной магнитной проницав- .

МОСТЬЮ „акс 110000.

Вначале на изолированный сердечник 2 наматывается намагничивающая обьютка 1 с числом витков 300 проводов ПЭВ- 2 диаметром 0,55 мм в один слой. Сердечник с обмоткой помещен в экран со щелью из латуни. Толщина экрана 1 мм. Затем соосно с сердечником 2 устанавливается изолированный сердечник 4 с параметрами, аналогичными сердечнику 2. Делительные обмотки 3 и 7 наматываются на два соосно установленных тороидальных сердечника совместно с обмотками 8 и 9 предварительно заготовленными жгутами иэ 11 проводов. Обмотка 3 содержит 300 витков, обмотка 7-30 витков.

Рассмотрим подготовку жгутов (пучков проводов). Длина жгутов выбирается таким обраэом, чтобы выполнить требуемое число витков по волновому закону вокруг соосно расположенных сердечников 2 и 4 (в данном случае число витков, которое должно быть выполнено с помощью жгутов , составляет 30 и 3 соответственно для обмоток 3 и 7). Затем подбирается изолированный провод , например провод ПМВ.

Наружный диаметр изолированного провода должен быть таким, чтобы 10 проводов (00,2 мм) делительной обмотки равномерно разместились вокруг него.Внутренние жилы провода МПВ использованы для реализации эталонных обмоток 8 и 9 соответственно предыдущей 3 и последующей 7 делительных обмоток.

Провода, размещенные рядом вдоль по поверхности изолированного про- вода, закрепляют по всей длине. Размещение секций делителя по волновому закону в двухдекадном делителе осуществляется следующим образом.Внутренний периметр сердечника разбивается на три части, чтобы в каждой : части уложилось 10 витков основного подготовленного ранее жгута (изолированного провода с размещенными на нем 10 проводами делительной обмотки) . Наматывая все время основной жгут на сердечник в виде спирал наносят первые три витка по границам участков, на которые разбит периметр сердечника. При этом после намотки трех витков возвращаются к начальному, первому витку. Новые

0

5

0

5

0

5

0

5

Три витка укладываются рядом с витками, намотанными при первом обходе по периметру сердечника. Затем навивают следующий ряд. Всего жгутом делают десять обходов по периметру сердечника. Таким образом выполняют 30 витков жгутом. Если учесть, что жгут состоит из размещенных вокруг изолированного провода десяти проводов, из которых затем образуют секции делительной обмотки 3, то в конечном итоге секции делителя оказываются размещенными также по волновому закону вокруг сердечника, а значит, им присущи все преимущества волновых обмоток: пропорциональность между числами витков в секциях, ин- дуктивностями рагссеяния и их активными сопротивлениями

После окончания намотки выбирают один из десяти проводов за начальный (первый). Конец первого провода соединяют с началом второго рядом расположенного провода, затем конец второго провода соединяют с третьего рядом расположенного провода и т.д.

Места соединения являются отводами 10-20 делительной обмотки 3. Аналогичньм образсм выполняется последующая делительная обмотка 7, с той лиап разницей, что число витков всей делительной обмотки 7 рав но 30. J . .

В качестве спаренных коммутационных элементов 25 и 26 между делительными обмотками 3 и 7 использованы переключатели типа ПГМ-11П2Н. ;

Высокопотенциальные и низкопотен- циапьные выводы делительных обмоток, эталонных обмоток, выводы спарен- , ных коммутационных элементов выведены наружу для подключения внешних

:средств измерения. К разъемным соединителям 5 и б подключается источник 32 напряжения переменного тока (например, генератор сигналов низкочастотных ГЗ-109). К разъемным соединителям 21 и 23 подключается нуль- индикатор 31 напряжения переменного

. тока, В качестве нуль-индикатора 31 применен дифференциальный указатель

. ДУ-12М.

Разъемные соединители 23, 29 и 27, 30 соединяются между собой с помощью медных перемычек.

Аналогично выполняются следующие две магнитные системы, содержащие соответственно 3 и А делительные обмотки (декады) и 5 и 6 декады.

Калибровка всех отводов делительных обмоток шестидекадного индуктивного делителя напряжения ДИ-6 № 001 произведена за 4 ,ч. Для калибровки же индуктивного делителя ДИ-6 (нужны сравнения с вспомогательным трансформатором делителем напряжения с коэффициентом передачи 0,1) потребовалось 16 ч (таким путем производилась калибровка известного уст- , ройства).

Кроме того, такие привязанные эталонные обмотки дают ряд значительных преимуществ в плане достоверности получаемых результатов при .проведении как первичных, так и периодических, аттестаций индуктивных делителей напряжения, так как эталонные обмотки размещены внутри делителя, в геометрическо1м центре жгутов калибруемых делительных обмоток, занимают стабильное постоянное место, один раз и навсегда одними и теми же проводниками необходимые контрольные точки выведены наружу для подключения средств измерения и контроля, отсутствие внешних соединительных цепей (кроме придаваемых к нуль-индикатору и источнику напряжения переменного тока) позволяет любому поверителю собрать идентичную поверочную схему.

Размещение эталонных обмоток в геометрическом центре жгутов калибруемых делительньк обмоток позволяет производить самокалибровку индуктивных делителей напряжения в расширенном диапазоне частот, так как емкостное влияние эталонной обмотки на отдельные секции калибруемых делительных обмоток одинаково.

Таким образом, размещение, эталонных обмоток в геометрическом центре жгутов калибруемых делительных обмоток, вывод контрольных гнезд для подключения внешних средств измерения к опорным и калибруемым секциям.

малое число ручных подготовительных

операций при калибровке позволяет

. ;достаточно быстро и без особых тру5 дозатрат производить самоблокировку

индуктивных делителей напр;1жения.

Предлагаемое устройство найдет . применение в поверочной практике,в частности при первичных и периоди- 10. ческих поверках образцовых масштабных измерительных преобразователей ;напряжения переменного тока - ивдук- тивных делителей напряжения.

15

Формула изобретения

Индуктивный делитель напряжения, со.держащий каскады, выполненные в виде двухступенчатых трансформаторов

на двух ферромагнитных сердечниках, на одном из которых намотана обмотка возбуждения, делительная обмотка намотана на оба сердечника жгутом из N изолированных проводов и имеет

одинаковое число витков с обмоткой возбуждения, а между делительными обмотками включены спаренные коммутационные элементы, отличающийся Тем, что, с целью упроще-,

ния эксплуатации путем упрощения процесса его калибровки в расширенном диапазоне частот, в него введены разъемные соединители, каждая делительная o6NfOTKa снабжена эталонной обмоткой выполненной в виде изолированного провода, размещенного внутри жгута из N изолированных проводов, в его геометрическом центре так, что провода жгута расположены

равномерно в последовательности соединения секций делительных обмоток, каждая последующая д елительная обмотка соединена с предьщущей через разъемные соединители и спаренные

коммутационные элементы, одни из выводов эталонной обмотки и спаренного коммутационного элемента каждой делительной обмотки соединены между собой, а другие их вьшоды предназначены для подключения через разъем

ные соединители к внешним средствам измерения при калибровке.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть йс пользовано при создании высокоточных масштабных измерительных преобразователей, в частности индуктивных делителей напряжения с возможностью самокалибровки. Цель изобретения состоит в упрощении эксплуатации путем упрощения процесса калибровки индуктивных делителей напряжения в расширенном диапазона частот. Индуктивный делитель содержит каскады, выполненные в виде двухступенчатых трансформаторов СЛ С 4 QD а ю го