Устройство для воспроизведения значений больших постоянных токов Советский патент 1987 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам с использованием эффекта сверхпроводимости, и предназначено для использования в качестве метрологического оборудования для градуировки бесконтактных измерителей токов в сверхпроводящих контурах.

Цель изобретения - расширение диапазона воспроизводимых значений тока и повыпение точности их воспроизведения.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит трансформатор 1, размещенный в криостате 2. Первичная обмотка 3 трансформатора 1, вьшолненная в виде соленоида, соединена с источником 4 тока, а его вторичная обмотка 5 вьшолнена в виде тонкого кольца из материала с высокой токонесущей способностью,причем высота кольца вторичной обмотки

Блок 14 может быть вьшолнен с помощью переключателей или набора реле с источником-ИХ питания, позволяющих выполнять указанные операции при ручном управлении.

Устройство работает следующим образом.

}0

По команде оператора с помощью блока 14 управления включают- источник 7 питания и кольцо вторичной обмотки 5 трансформатора 1 нагрев.ате- лем 6 переводится в нормальное (не 15 сверхпроводящее) состояние. Затем по второй команде оператора с помощью того же блока 14 управления ; включают источник 4 тока и выходной ток этого источника линейно вводится в первичную обмотку 3 трансформатора 1 до заранее установленного значения, при этом в кольце вторичной обмотки 5 не протекает ток. По третьей команде оператора с помощью

20

размещенного снаружи первичной обмот-;25 блока 14 управления отключают источ- ки 3 трансформатора 1 в ее центральной части на порядок меньше высоты этой обмотки 3. Устройство содержит также нагреватель 6 вторичной обмотки 5 трансформатора 1, соединенный зо с источником 7 питания, преобразователь 8 Холла, установленный в центре кольца вторичной обмотки 5 трансформатора 1. Токовые электроды преобраник 4 тока и ток в первичной рбмот- ; ке 3 трансформатора 1 посредст|10м этого источника 4 линейно выводится до нуля. При нахождении вторичной обмотки 5 в сверхпроводящем состоянии источник 7 питания отключен, в нем при вьшоде тока из первичной обмотки 3 индуцируется ЭДС, под действием которой в кольце вторичной ,|теля 8 Холла подключены к стаби- „ мотки 5 протекает ток 1 магнитлизатору 9 тока, а холловские через усилитель 10 соединены с входом измерительного прибора, например цифрового вольтметра 11 Совместно с первичной обмоткой 3 трансформатора 1 намотана проводником, выполненным, например, из меди, дополнительная обмотка 12, соединенная с источником 13 питания, выполняющая роль нагревателя первичной обмотки 3. Входы источника 4 тока, источника 7 питания и источника 13 питания подключены к выходам блока 14 управления, с помощью которого осуществляют управление этими источниками, лок 14 управлений по команде оператора вы- полняет операций включения и выключения источника 7 питания нагревателя 6 вторичной обмотки 5 трансформатора 1, включения и выключения генератора линейной развертки источника 4 тока, включения и выключения источника 13 питания дополнительной обмотки 12 трансформатора 1.

40

45

ный поток которого компенсирует изменение магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой 3. Поскольку кольцо вторичной обмотки 5 не им ет спая, т.е. сопротивление спая Rj. 0, то ток в этой обмотке будет циркулировать до тех пор, пока существует ее сверхпроводящее состояние При протекании тока в кольце вторичной обмотки 5 с холловских эheктpo- дов преобразователя 8 Холла на вход усилителя 10 поступает напряжение, равное

50

и.

где В

(в

спк

сп.

спс)

(О

СП к

55

магнитная индукция, связанная с протеканием тока в кольце вторичной обмотки 5;

магнитная индукция, связанная с намагниченностью кольца вторичной обмотки 5;

53862

Блок 14 может быть вьшолнен с помощью переключателей или набора реле с источником-ИХ питания, позволяющих выполнять указанные операции при ручном управлении.

Устройство работает следующим образом.

По команде оператора с помощью блока 14 управления включают- источник 7 питания и кольцо вторичной обмотки 5 трансформатора 1 нагрев.ате- лем 6 переводится в нормальное (не сверхпроводящее) состояние. Затем по второй команде оператора с помощью того же блока 14 управления включают источник 4 тока и выходной ток этого источника линейно вводится в первичную обмотку 3 трансформатора 1 до заранее установленного значения, при этом в кольце вторичной обмотки 5 не протекает ток. По третьей команде оператора с помощью

блока 14 управления отключают источ-

ник 4 тока и ток в первичной рбмот- ке 3 трансформатора 1 посредст|10м этого источника 4 линейно выводится до нуля. При нахождении вторичной обмотки 5 в сверхпроводящем состоянии источник 7 питания отключен, в нем при вьшоде тока из первичной обмотки 3 индуцируется ЭДС, под действием которой в кольце вторичной об0

5

ный поток которого компенсирует изменение магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой 3. Поскольку кольцо вторичной обмотки 5 не имеет спая, т.е. сопротивление спая Rj. 0, то ток в этой обмотке будет циркулировать до тех пор, пока существует ее сверхпроводящее состояние. При протекании тока в кольце вторичной обмотки 5 с холловских эheктpo- дов преобразователя 8 Холла на вход усилителя 10 поступает напряжение, равное

и.

(в

спк

сп.

спс)

(О

где В

СП к

5

магнитная индукция, связанная с протеканием тока в кольце вторичной обмотки 5;

магнитная индукция, связанная с намагниченностью кольца вторичной обмотки 5;

и. сПс

в,. „ - магнитная индукция, связанная с намагниченностью соленоида первичной обмотки 3;

ток управления преобразователя 8 Холла; магнитная чувствительность преобразователя 8 Холла. Затем по команде оператора с помощью блока 14 управления включают .источник 13 питания дополнительной обмотки 12 и первичная обмотка 3 переводится в нормальное (не сверхпроводящее) состояние, при этом намагниченность соленоида первичной обмот- ки 3 исчезает, т.е. В .„р 0. При этом выражение (1) преобразуется к следующему виду;

to

и.

fi

(ВспкВ

н.спк

).

(2)

а напряжение на выходе усилителя определяется как

10

и

вых

спк

н.

где К

а

yl, Ку (В

коэффициент усиления уси20

25

лителя 10.

Учитывая малую массу кольца вторичной обмотки 5, в выражении (2) членом Вц.п,( по сравнению, с членом

В

спк

можно пренебречь, тогда выражение (2) будет иметь вид

J- -x a tnK cnK

и

вых

У х аВслк

где - магнитная постоянная кольца вторичной обмотки 5. Следовательно,

спк

Так

У I)iKyK(,p

« ..:

где fUo - магнитная постоянная;

спк

то

спк

спк

высота кольца вторичной обмотки 5;

радиус кольца вторичной обмотки 5,

y blS-J tOft. Ix Kyiu,

+ 4Rc

Выражение (3) показывает, что

ток I

спк

может быть воспроизведен с

ш сокой точностью (порядка 0,5-1%).

12853864

Выполнение вторичной обмотки 5 трансформатора 1 в виде тонкого кольца строго определенной высоты без спая из материгша с высокой токонесущей способностью позволяет получить в ней незатухающий ток большой величины, при этом постоянная сггк кольца вторичной обмотки 5 может быть определена с высокой точноcтьюj что позволяет существенно снизить погрешность воспроизведения тока.

Расположение кольца вторичной обмотки 5 в центральной части снаружи соленоида первичной обмотки 3 позволяет в 5-6 раз повысить коэффициент использования магнитного потока, создаваемого соленоидом первичной обмотки 3, и тем самым завести в кольцо больший тоХ при одной и той же магнитной индукции в центре соленоида первичной обмотки 3, поскольку при этом кольцо размещено в районе с практически нулевым магнитным полем, что также позволяет завести в него больший ток.

Использование режима вывода тока из соленоида первичной обмотки 3 до нуля для заведения тока в кольцо позволяет исключить воздействие на него и преобразователь 8 Холла сильных магнитных полей, создаваемых соленидом первичной обмотки 3, что позволяет не только завести в кольцо больший ток, но и уйти из

35 области сильных магнитных полей,при которых в преобразователях Холла замечен эффект квантовых осцилляции и тем caNEbiM повысить точность измерений воспроизводимых токов.

40

Использование дополнительной об- мотки, намотанной медным проводом совместно с первичной обмоткой 3, образующей соленоид, позволяет эф45 фективно избавиться от вклада намагниченности первичной обмотки 3, переведя ее по всей длине из сверхпроводящего состояния в нормальное разогревом дополнительной обмотки,

50 и исключить ее воздействие на преобразователь 8 Холла, тем самым повышая точность воспроизведения тока. /3) Расположение в центральной части

снаружи соленоида первичной обмотки

55 3 кольца вторичной обмотки 5, имеющего высоту, на порядок меньшую высоты этой обмотки, позволяет поместить используемое кольцо в район наиболее однородного магнитного по30

тока, что обеспечивает получение в кольце одинаковой (по его высоте) плотности тока, что в свою очередь повьопает воспроизводимость тока во времени.

Формула и зоб ре тени

Устройство дня воспроизведения значений больших постоянных токов, содержащее размещенный в криостате трансформатор, первичная обмотка которого, выполненная в виде соленоида, соединена с источником тока, а вторичная выполнена в виде тонкого кольца из .материала с высокой токонесущей способностью, в центре которого установлен преобразователь Холла, токовые электроды которого подключены к стабилизатору тока, а холловские через усилитель соедине12853866

ны с входом измерительного прибора, и нагреватель вторичной обмотки трансформатора, подключенный к источнику питания, отличающее- 5 с я тем, что, с цепью расширения диапазона воспроизводимых значений тока и повыиения точности их воспроя йзведения, трансформатор снабжен

дополнительной обмоткой, намотанной )0 совместно с его первичной обмоткой, источником питания дополнительной обмотки и блоком управления, выходы Которого связаны с указанными источником тока, источником питания до- 15 полнительной обмотки и источником питания нагревателя его вторичной обмотки соответственно, вторичная обмотка трансформатора размещена снаружи его первичной обмотки в ее цент- 20 ральной части, причем высота кольца вторичной обмотки на порядок меньше высоты указанной первичной обмотки.

Редактор С.Пекарь

Составитель С.Вейский Техред И.Попович

Заказ 7638/46 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор М.Самборская

Изобретение относится к электро измерительной технике и предназначено для использования в качестве метрологического оборудования для градуировки бесконтактных измерителей токов в сверхпроводящих контурах. Целью изобретения является расширение диапазона воспроизводимых значений тока и повышение точности измере U ния. Для зтого в устройство введены дополнительная обмотка 12 трансформатора 1, источник питания 13-и блок 14 управления. На чертеже также показаны трансформатор 1, размещенный на криостате 2, первичная обмотка 3 трансформатора 1, источник 4 тока, вторичная обмотка 5 трансформатора 1, выполненная в виде тонкого кольца из материала с высокой токонесущей спосо.бностью, нагреватель 6 вторичной обмотки трансформатора, источник 7 питания, преобразователь 8 Холла, стабилизатор 9 тока, усилитель 10, цифровой вольтметр 11, Дополнительная обмотка 12 выполняет функцию нагревателя первичной обмотки 3 трансформатора. Расположение кольца вторичной обмотки 5 В центральной части снаружи соленоида обмотки 3 в пять-шесть раз повЕлйает коэффициент использования магнитного потока и позволяет завести в кольцо боль- .шой ток при одной и тбй же магнитной индукции в центре оленоида обмотки 3. 1 ил. (Л С