Измерительный преобразователь постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к электрозмерительной технике и может быть использовано для измерепля постоянного тока большой величины.

Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения динамической погрешности,

Р1а фиг. 1 дана функциональная схема измерительного преобразователя постоянного тока; на фиг. 2 - магнитный компаратор, разрез

Измерительньй преобразователь по- стоянного тока содержит магнитный компаратор 1, состоящий из рабочих магнитопроводов 2 и 3, экранирующих магнитопроводов 4 и 5, обмоток 6 и 7 возбуткдения, сигнальных обмоток 8 и 9, рабочих обмоток 10 и 11, компенсационной обмотки 12 и измерительной обмотки 13« Обмотки возбуждения 6 и 7 намота ны каждая на один из рабочих магнитопроводов 2 и 3. I . .,...

ТТарвый экранирующий магнитопровод А размещен снаружи коаксиально разме- щенньк рабочих магнитопроводов 2 и 3, а второй экранирующий магнитопро- вод 5 - внутри магнитопроводов 2 и 3 койксиально с ними. На первый экранирующий магнитопровод 4 намотаны первая сигнальная 8 и первая рабочая 10 обмотки. На в торой экранирующий магнитопровод 5 намотаны вторая сигнальная 9 и вторая рабочая 11 обмотки. На рабочие 2 и 3 и экранирующие 4 и 5 магнитопроводы намотана общая компенсационная обмотка 12. Измерительная обмотка 13 представляет собой токоведущую щипу, имеющую на концах входные клеммы 14 и 15. Генератор 1.6 ,возбуждения имеет выходные зажимы 17 и 18 основной частоты, выходные зажи№ 1 19 и 20 однополярных импульсов и выход удвоенной частоты. Преобразователь содержит также управляемый коммутатор 21 с пятью ключами 22 - 26, а также блок 27- управления, датчики 28 и 29 насыщения маг- нитопроводов, потенциометр 30, демодулятор 31, фазовый детектор 32, пер1вый 33 и второй 34 блоки развязки, аналоговьй сумматор 35 с тремя входами, усилитель 36 постоянного тока (УПТ) эталонньш резистор 37, включенный между первым 38 и вторым 39 выходными зажимами, а также первый 40 и второй 41 зажимы питанмя. Первые выводы обмоток возбуждения 6 и 7 соединены с первым входом перво

5

0

5

0

5

0

5

0

5

го блока 33 развязки, второй вход которого подключен к движку потенциометра 30, а его вход питания соединен непосредственно с входом питания второго блока 34 развязки и через третий ключ 24 управляемого ком- 21с первым зажимом 40 питания Второй вывод первой обмот-- ки возбуждения через первый датчик 28 насыщения и соединенный последовательно с ним первый ключ 22 коммутатора 21 соединен.с первым зажимом 17 генератора 16 возбуждения и с первым выводом потенциометра 30, второй вывод которого подключен к второму зажиму 18 генератора 16 возбуждения, второму выводу второй обмотки 7 возбуждения, первые выводы сигнальных обмоток 8 и 9 подключены к общему входному выводу демодулятора 31. Второй вывод первой сигнальной обмотки 8 через четвертый ключ 25 коммутатора 21 соединен с первым входным выводом демодулятора 31, а второй вывод второй сигнальной обмотки 9 через пятый ключ 26 коммутатора 21 соединен с вторым входньм выводом демодулятора 31. Первые выводы рабочих обмоток 10 и 11 соединены с входом второго блока 34 развязки. Второй вывод первой рабочей обмотки 10 через второй датчик 29 насыщения и соединенный с ним последовательно второй ключ 23 соединен с заншмом 19 генератора 16 возбуждения. Выход каждого из датчиков 28 и 29 подключен к из входов блока 27 управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 21. Второй вывод второй рабочей обмотки соединен с общими выводами блоков 33 и 34 развязки, зажимом 20 генератора 16 возб гждения, зажимом 41 и общей щиной. Выход удвоенной частоты соединен с управляющим входом фазового детектора 32, сигналь- ньй вход которого соединен с выходом первого блока 33 развязки, а выход - с первым входом аналогового сумматора 35. Второй вход аналогового сумматора подключен к выходу демодулятора 31, а третий - к выходу второго блока 34 развязки. Вькод аналогового сумматора 35 соединен с входом усилителя 36 постоянного тока, первый выходной вывод которого соединен через компенсационную обмотку 12 с первым выходным зажимом 38, а его

второй выходной вывод - с вторым выходным зажимом 39,

В качестве датчиков 28 и 29 насыщения магнитопроводов можно использовать пороговые датчики тока, реагирующие на резкое увеличение тока при насыщении магнитопроводов, в качестве блока 27 управления - триггер. В качестве блоков 33 и 34 развязки

можно использовать, например, извест-10напряжение с рабочей обмотки. 11 (в ра-

ное устройство разделения канала свя-бочем режиме выполняет роль обмотки

зи постоянного тока на базе оптрона.обратной связи). Поэтому на выходе

Измерительный преобразовательсумматора 35 воспроизводится сумма

постоянного тока работает следующим образом.

В рабочем режиме ключи 22 и 24 замкнуты, а ключи 23, 25 и 26 разомкнуты. На обмотки 6 и 7 возбуждения поступает напряжение возбуждения с выхода основной частоты генерато- ра 16 возбуждения. В этом режиме намагничивающие силы постоянных токов, действующие на магнитопроводы 2 и 4, уравновещиваются и это равновесие поддерживается с помощью контура отрицательной обратной связи. При нарушении равновесия намагничивающих

сил, т.е. при появлении постоянного

Таким образом, благодаря описанному действию контура отрицательной 30 обратной связи ток i строго пропорется его мерой. Связь между этими то ками описывается соотношением без учета величины динамического рассогде 1 1к„+1

и 1и„ и 1,

подмагничивания магнитопроводов 2 и 3, на общем выводе обмоток 6 и 7 возбуждения появляется напряжение удвоенной частоты модуляции, амплитуда и фаза которого определяются величиной и знаком разбаланса намагничивающих сил ЛШ. Напряжение удво- 35 гласования . частоты снимается с указанного общего вывода относительно движка потенциометра 30 и через находящийся в рабочем состоянии блок 33 развязки подается на сигнальный вход. 40 фазового детектора 32. Блоки 33 и 34 развязки при рабочем режиме преобразователя находятся в рабочем состоянии, так как через замкнутый ключ 24 на них подается постоянное 45 напряжение питания с зажима 40 питания. С помощью потенциометра 30 осу- ществляется балансировка входа блока 33 развязки относительно напряжения возбуждения: при точной баланси- 50 pOBfte сигнал первой гармоники частоты возбуждения на указанном входе отсутствует.

Сигнал удвоенной частоты детектируется фазовым детектором 32, посто- 55 Р° качестве детектора рассогла- янная составляющая на выходе фазового сования используется магнитный моду- детектора 32.по величине и знаку зависит соответственно от величины и знака разбаланса намагничивающих сил

. и i,Iv,+i , постоянные или медлен но меняющиеся составляющие соответственно компенсирующего и измеряемого токов; ч мгновенные значения переменной составляющей компенсирующего и измеряемого токов соответственно; соответственно количество витков измерительной 13 и компенсационной 12 обмоток. Жесткая связь между 1„ и I, обеспечивается медленным контуром отрицательной обратной связи, в кото

ляТор с удвоением частоты, образованный обмотками 6 и 7. Использование магнитного модулятора с Удвоением

W и W.

AlW. Управляющее напряжение поступает на первьй вход сумматора аналоговых сигналов 35. На второй вход сигнал в это время не поступает, так как в рабочем реж1аде ключи 25 и 26 разомкнуты и входы демодулятора 31 отключены от источников сигнала. На третий вход сумматора 35 через работающий блок 34 развязки поступает

двух напряжений: выходного напряже- ния фазового детектора 32 и напряжения обмотки 11. Выходное напряжение сумматора 35 поступает на вход УПТЗб. Под действием этого напряжения выходной ток УПТ i,c, протекающий в обмотке 12, изменяется и, если lMVj|$ , режим равновесия восстанавливается (с точностью до величины динамического рассогласования), здесь - предельное значение разбаланса, при котором рабочая точка компа истинного

ратора остается в области нуля.

Таким образом, благодаря описанному действию контура отрицательной обратной связи ток i строго пропоргласования .

ется его мерой. Связь между этими токами описывается соотношением без учета величины динамического рассогласования .

детектора рассогла- уется магнитный моду-

. и i,Iv,+i , постоянные или медленно меняющиеся составляющие соответственно компенсирующего и измеряемого токов; ч мгновенные значения переменной составляющей компенсирующего и измеряемого токов соответственно; соответственно количество витков измерительной 13 и компенсационной 12 обмоток. ь между 1„ и I, медленным контуром братной связи, в кото

Р° качестве детектора рассогла- сования используется магнитный моду-

ляТор с удвоением частоты, образованный обмотками 6 и 7. Использование магнитного модулятора с Удвоением

частоты в качестве детектора компа- рируемых ампер-витков позволяет достичь высокой точности преобразования 1|, в Ij, в статическом режиме. Ввиду узкополосности этого контура динамическая ошибка при изменении измеряемого тока преобразования будет большой.

Переменная составляющая i, измеряемого тока i из измерительной обмотки 13 трансформируется в компенсационную обмотку 12, так как благо- даря наличию массивного экрана маг- .нитопроводов 4 и 5 между обмотками 13 и 12 существует прямая магнитная связь и при малом суммарном сопротивлении R в цепи обмотки 12 указанные элементы работают как трансформатор переменного тока.

где R

эт

,,,, - величина эталонного

RH R. резистора 37;

выходное сопротивление ус илителя 36 постоянного тока;

активное сопротивление обмотки 12.

Это-т трансс})орматор переменного тока охвачен отрицательной обратной связью,- вследствие чего существенно снижается погрешность передачи переменной составляющей измеряемого тока в цепь обмотки 12 компенсации.

Таким образом, жесткая связь между i и достигается благодаря включению трансформатора переменного тока в контур отрицательной обратной связи с широкой .полосой воспроизводимых частот. Можно показать, что погрешность трансформации в этом случае будет в KW,/W. раз меньше, чем для трансформатора, не охваченного отрицательной обратной связью (К - коэффициент передачи от соот- ветствующего входа сумматора 35 до выхода усилителя постоянного тока 36; Wgj, - количество витков обмотки 11).

Рассмотрим, каким образом в процессе работы преобразователя обеспечивается реализация рабочего режима.

Выходной сигнал датчиков 28 и 29 насьщ1ения магнитопроводов имеет низкий уровень, если значение тока в измерительной цепи датчиков ниже опре (еленного порогового значения, в про тивном случае выходной сигнад датчиков имеет высокий уровень.

J5

70236

В рабочем режиме магнитопроводы 2 и 3 полностью размагничены, индуктивность обмоток 6 и 7 велика и ток в измерительной цепи датчика 28 мал. 5 Ток в измерительной цепи датчика 29 в рабочем режиме равен нулю (ключ 23 разомкнут). Поэтому в рабочем режиме на оба входа управления блока 27 поступают сигналы низкого уровня, при этом условии в блоке 27 управления подается команда на коммутатор 21, обеспечивающая замкнутое состояние ключей 22 и 24 и разомкнутое состояние остальных ключей коммутатора 21.

Нарушение рабочего режима при быстром изменении измеряемого тока приводит к насыщению магнитопроводов 2 и 3, ток в цепи обмоток 6 и 7 и, соответственно, в измерительной цепи датчика 28 резко увеличивается, и на выходе датчика 28 появляется сигнал высокого уровня. При подаче на один из входов блока 27 управления сигнала высокого уровня в последнем вырабатывается команда, обеспечивающая з амыкание ключей 23, 25 к 26 и размыкание ключей 22 и 24. Такое изме нение состояния ключей коммутатора 21 обеспечивает переход измерительного преобразователя из рабочего режима в режим автоматического ввода в рабочую зону. .

После перехода устройства в режим ввода ток в измерительной цепи датчи- 35 ка 28 насыщения становится равным нулю, чему соответствует низкий уровень

20

25

30

;

40

45

50

55

сигнала на его выходе и на соответствующем входе блока 27 управления. Однако на другом входе блока 27 в тот же момент- появляется сигнал высокого уровня, так как в измерительной цепи датчика 29 насыщения протекает относительно большой ток обмоток 10 и 11, обусловленный насыщением магнитопроводов 4 и 5 вследствие большого разбаланса намагничивающих сил обмоток 12 и 13. На одном из входов блока 27 управления присутствует сигнал высокого уровня, последний продолжает вырабатывать команду, обеспечивающую работу преобразователя в режиме ввода в рабочую зону.

В режиме ввода к рабочим обмоткам 10 и 11 подводятся однополярные импульсы тока с соответствующего выхода (зажимы 19 и 20) генератора 16 возбуждения. Детектирование разбаланса ампер-витков обмоток 12 и 13 осуществляется демодулятором 31, на вхды которого через замкнутые ключи 2 и 26 поступают сигналы с сигнальных обмоток 8 и 9. Напряжение на выходе демодулятора 31 по величине и знаку соответствует величине и знаку разбаланса намагничивающих сил &IW.

Выходное напряжение демодулятора 31 поступает на второй вход сумматора 35, На другие вхрды сумматора 35 сигналы не поступают, так как в режиме ввода разомкнуты ключи 22 и 24, а также не работают блоки 33 и 34 развязки. Поэтому на выходе сумматора 35 воспроизводится выходное напряжение демодулятора 31, которое и поступает на вход усилителя 36 постоянного тока.

Под действием этого напряжения ток I на выходе усилителя 36 изменяется до тех пор, пока разбаланс ампер-витков обмоток 12 и 13 не уменьшится до малого значения (до величины действующего рассогласования контура отрицательной обратной связи). В установившемся режиме связь между токами описывается соотношением I

,W«-I,oW,.

Таким обра

зом, условия для перехода преобразователя от режима ввода в рабочий режим созданы: разбаланс ампер-витков обмоток 12 и 13 компаратора 1 мал.

Как только преобразователь в режиме ввода в рабочую зону приходит в равновесное состояние, ток в измерительной цепи датчика 29 уменьшается ниже порогового значения. Происходит изменение сигнала на выходе датчика 29: высокий уровень сменяется низким. Теперь на входы блока; 27 поступают сигналы низкого уровня. В блоке 27 управления вырабатывается команда, обеспечивающая замыкание ключей 22 и 24 и размыкание ключей 23, 25 и 26 коммутатора 21.

Измерительный преобразователь переходит в рабочий режим.

Как следует из описания работы преобразователя, в рабочем режиме мгновенное значение тока компенсации является мерой мгновенного значения измеряемого тока с точностью до динамической погрешности контуров отрицательной обратной связи. Преоб- разование постоянной и переменной составляющих измеряемого тока осуществляется разными контурами. Контур преобразования постоянной составляю

щей, включающий магнитный модулятор с удвоением частоты, обеспечивает высокую статическую точность, но имеет большую динамическую погрешность.

В предложенном преобразователе преобразование переменной составляющей осуществляется с помощью трансформатора переменного тока, обеспечивающего малую динамическую погрешность.

Эта погрешность по сравнению с известным устройством уменьшается примерно в .раз. Кроме того, уменьшение динамической погрешности Ьбеспечивает дополнительно повышение надежности работы в автоматическом режиме, так как вследствие улучшения динамических характеристик

вероятность выхода рабочей точки из

20

рабочей зоны компаратора при флюктуа- циях измеряемого тока резко уменьшается.

0

5

5

0

Формула изобретения

5 Измерительный преобразователь постоянного тока, содержащий магнитный компаратор с магнитным экраном, двумя рабочими магнитопроводами, на каждом из которых расположены соответст0 венно первая и вторая обмотки возбуждения, первой и второй сигнальными обмотками, первой и второй рабочими обмотками, измерительной обмоткой, подключенной к входным клеммам, ком5 пенсационной обмоткой, генератор возбуждения с первым и вторым выходными зажимами однополярных импульсов и с первым и вторым выходными зажимами основной частоты, второй из которых соединен с первым выводом второй обмотки возбуждения, второй вывод которой соединен с вторьм выводом первой обмотки возбуждения, фазовый детектор, управляющий вход которого соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, первый и второй датчики насыщения магнитопроводов, выход каждого из которых подключен к одному из входов блока управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, состоящего из пяти ключей, выход первого ключа коммутатора соединен с первым входным выводом первого датчика насыщения, выход второго ключа коммутатора соединён с первым входным выводом второго датчика насьш;ения, первые выводы сигнальных обмоток соединены с общим входным выводом демодулятора, а вторые выводы указанных обмоток соответственно через четвертый и пятый ключи коммутатора подключены к первому и второму входным выводам демодуляводы, потенциометр включен между первым выходным зажимом основной частоты, генератора возбуждения, который подключен к входу первого ключа комтора, аналоговый сумматора, к первому 5 мутатора, и вторым выходным зажимом

.входу которого подключен выход фазового детектора, к второму - выход демодулятора, выход аналогового сумматора подключен к входу усилителя

основной частоты генератора возбуждения, первый выходной вывод однопо- лярных импульсов соединен с входом второго ключа коммутатора, к первому

постоянного тока, между выходными вы-10 входному выводу первого блока развяз

водами которого включены соединенные последовательно компенсационная обмотка магнитного компаратора и эта- .лонный резистор, к выводам которого (Подключены выходные зажимы, первые выво;уз1 рабочих обмоток соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью повыи1ения точности, магнитный экран ма1 нитного компаратоки подключены вторые выводы обмоток возбуждения, к его второму входному выводу - движок потенциометра, а его выход - к сигнальному входу фазового 15 детектора, первый вывод первой обмотки возбуждения соединен с вторым входным выводом первого датчика насы щения, второй вывод первой рабочей обмотки соединен с вторым входным

ра выполнен в виде внутреннего ивнеш-20 выводом второго датчика насыщения.

него экранирующих магнитопроводов, расположенных коаксиально с рабочи- ми-магнитопроводами, а в .преобразЬ- ватель дополнительно введены потенциометр, первый и второй блоки развязки и два питания, при этом аналоговый суйматор выполнен с тремя входами первые сигнальная и рабочая обмотки намотаны на внешнем экранирующем магнитопроводе, вторые сигнальная и рабочая обмотки намотаны на внутреннем экранирующем магнитопроводе, измерительная и компенсационная обмотки намотаны одновременно

25

30

объединенные выводы рабочих обмоток подключены к входу второго блока раз вязки, вход - питания которого соединен с входом питания первого блока развязки и через третий ключ коммута тора - с первым зажимом питания, вто рой вывод второй рабочей обмотки соединен с общими выводами блоков развязки, общей шиной, вторым зажимом питания и вторым выходным выводом однополярных импульсов генератора возбуждения , а выход второго блока развязки соединен с тре- тьим входом аналогичного сум на рабочие и экранирующие магнитонро-35 мз.тора.

воды, потенциометр включен между первым выходным зажимом основной частоты, генератора возбуждения, который подключен к входу первого ключа коммутатора, и вторым выходным зажимом

основной частоты генератора возбуждения, первый выходной вывод однопо- лярных импульсов соединен с входом второго ключа коммутатора, к первому

входному выводу первого блока развяз

ки подключены вторые выводы обмоток возбуждения, к его второму входному выводу - движок потенциометра, а его выход - к сигнальному входу фазового детектора, первый вывод первой обмотки возбуждения соединен с вторым входным выводом первого датчика насы- щения, второй вывод первой рабочей обмотки соединен с вторым входным

выводом второго датчика насыщения.

объединенные выводы рабочих обмоток подключены к входу второго блока развязки, вход - питания которого соединен с входом питания первого блока развязки и через третий ключ коммутатора - с первым зажимом питания, второй вывод второй рабочей обмотки соединен с общими выводами блоков развязки, общей шиной, вторым зажимом питания и вторым выходным выводом однополярных импульсов генератора возбуждения , а выход второго блока развязки соединен с тре- тьим входом аналогичного сум

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повьшение. точности работы устройства. Преобразователь содержит магнитньй компаратор 1, включающий рабочие магнитопроводы 2 и 3, экранирующие магнитопроводы 4 и 5, обмотки возбуждения 6 и 7, сигнальные обмотки 8 и 9, рабочие обмотки 10 и 11, компенсационную и измерительную обмотки 12 и 13. Кроме того, устройство состоит из генератора 16 возбуждения, управляемого коммутатора 21 с ключами 22-26, блока 15 управления, датчиков 28 и 29 насыщения магнито- проводов, демодулятора 31, фазового детектора 32, аналогового сумматора 35 и усилителя 36 постоянного тока. Введение потенциометра 30, блоков 33 и 34 развязки и выполнение магнитного экрана магнитного компаратора в виде внутреннего и внешнего экранирующих магнитопроводов 4 и 5 уменьшает динамическую погрешность, 2 ил. (Л и tN9 00 о tc со

ВНИШ1И Заказ-7711/46

Фиг. Z

Тираж 730 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4