Бесконтактный датчик тока Советский патент 1986 года по МПК G01R19/00 

(Л

с:

го

ot 4 о

00

о

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения больших токов.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышения надежности бесконтактного датчика тока за счет расположения электродов преобразователя на поверхности токопровода.

На фиг. 1 изображен бесконтактный датчик тока, обш,ий вид; на фиг. 2поперечное и осевое сечения бесконтактного датчика тока с обозначением области проводимости токопровода при отсутствии измеряемого тока; на фиг. 3 - поперечное и осевое сечения бесконтактного датчика тока с обозначением области проводимости токопровода при прохождении по нему измеряемого тока, на фиг, 4 - зависимость емкости между электродами от величины и направления тока в токопроводе.

Бесконтактный датчик тока (фиг. 1) содержит токопровод 1 и два электрода 2 и 3 , подключенных к выходным зажимам 4 и 5 датчика. Электроды 2 и 3 расположены на поверхности токопровода 1 на диэлектрических подложках 6 . Продольная ось токопр вода 1 обозначена позицией 7, проводящее сечение токопровода 1 при отсутствии тока - позицией 8 (фиг. и проводящее сечение токопровода 1 при прохождении тока через токопровод I обозначено позицией 9 (фиг. 3) Бесконтактный датчик тока работает следующим образом. При протекании контролируемого тока вдоль продольной оси 7 токопровода 1 (фиг. 1) в его поперечном сечении между центром и краями появляется разность потенциалов, знак которой не зависит от направления тока Указанное объясняется тем, что при протекании тока внутри токопровода 1 происходит его осевая концентрация, вызывающая появление отрицательного потенциала в центре поперечного сечения токопровода 1 от носительно его краев (для токопровода 1 с электронной проводимостью Осевая концентрация тока происходит за счет взаимодействия тока с внутренним магнитным полем, создаваемым самим током. Осевое сжатие тока в т копроводе 1 и появление вследствие этого распределения потенциалов в

плоскости его поперечного сечения не зависят от направления тока в токопроводе и вызывают обеднение основными носителями тока крайних поверхностных областей токопровода 1. При этом проводящее сечение токопровода 1 уменьшается с возрастанием величины тока, т.е. оно сжимается к продольной оси 7 и соответственно

расширяется от краев к оси 7 обедненная зона токопровода 1. При отсутствии тока в токопроводе 1 (фиг. 2) геометрические размеры его сечения совпадают с размерами его

токопроводящего сечения 8. При этом между электродами 2 и 3 существует емкостная связь, величина которой определяется геометрическими размерами и взаимным расположением электродов 2 и 3, а также расстоянием от электродов 2 и 3 до токопроводящего сечения 8.

При прохождении тока через токопровод 1 происходит осевое сжатие

тока (фиг. 3) и размеры токопроводящего сечения 9 оказьшаются меньше геометрических размеров сечения токопровода 1. При этом за счет осевого сокращения размеров токопроводящего сечения его влияние на емкостную связь между электродами 2 и 3 уменьшается, и величина этой связи возрастает (фиг. 4). Для увеличения емкостной связи электроды 2 и 3 могут быть выполнены в виде колец и расположены на токопроводе 1 также на кольцевых диэлектрических подложках 6, обеспечивающих и изоляцию электродов 2 и 3 от токопровода 1. В качестве материала токопровода 1 может быть использован металл с магнитной проницаемостью 100-500 или полупроводник, например германий или кремний. Для измерения тока к выходным зажимам 4 и 5 подключают измерительньй прибор, например измеритель емкости, шкалу которого градуируют при предварительной калибровке датчика. Другим возможным вариантом измерения тока является использование емкости датчика в качестве частотнозадающего элемента колебательного контура. Для этого выходные зажимы 4 и 5 подключают к колебательному контуру и производят измерение резонансной частоты этого контура, значение которой в этом случае является мерой измеряемого тока.

Электроды 2 и 3 могут быть выполнены также в виде двух параллельных печатных проводников и располагаться на поверхности токопровода различным образом: вдоль образующей токопровода, в виде спирали и т.д.

Конкретные геометрические размеры электродов, их расположение, расстояние между ними, толщина диэлектрических подложек определяются формой и размерами токопровода и требованиями к динамическому диапазону измеряемых токов.

При выборе динамического диапазона изменения емкости датчика существенное значение имеют физические свойства вещества токопровода - магнитная проницаемость и проводимость. Осевое сжатие тока в токопроводе и соответственно увеличение емкостной связи между электродами датчика возрастает с увеличением магнитной проницаемости вещества токопровода и уменьшается с ростом его проводимости. Поэтому в качестве токопровода могут быть использованы как металлы, так и полупроводники.

Предлагаемый бесконтактный датчик тока (по сравнению с прототипом) обладает простотой конструкции, высокой надежностью, содержит всего несколько простых конструктивных элементов (два электрода с диэлектрическими подложками и токопровод), что позволяет использовать его в различных условиях эксплуатации.

Формула изобретения

Бесконтактный датчик тока, содержащий токопровод, предназначенный для включения в цепь контролируемого тока и связанный с указанным токопроводом преобразователь, имеющий два электрода, которые подключены к выходным зажимам датчика, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, каждый электрод преобразователя установлен на поверхности токопровода на диэлектрической подложке.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности датчика достигается тем, что датчик содержит только два электрода 2 и 3, которые расположены на поверхности токопровода 1 на диэлектрических подложках 6. Мерой измеряемого тока является величина емкостной связи между электродами 2 и 3, значение которой зависит от величины тока в токопроводе 1. 4 ил.

8

126 36

cf3us.2

фиг.З

-0

-7