Устройство для измерения действующего значения тока Советский патент 1987 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего значения тока.

Цель изобретения - упрощение кон- струкции устройства за счет использования самого токопровода устройства в качестве гальваномагнитного преобразователятока.

На фиг. 1 изоб.ражена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит дилиндричес- кий токопровод 1 с внутренней полостью 2, вьшолненной в виде прорези в которой размещен электрод 3, один конец которого подключен к выходному зажиму 4 токопровода 1, а второй вы- 1ХОДНОЙ зажим 5 токопровода 1 подключен к одному концу электрода 6,- расположенного с внешней стороны токопровода 1..С одной .стороны внутренне полости 2 вдоль оси 7 токопровода 1 выполнено отверстие 8, в котором пропущен электрод 3. Пространство внутри отверстия 8 заполнено диэлектриком 9, а второй конец электрода 3 электрически соединен с токопро- водом 1 в основании отверстия 8,причем эта точка 10 соединения является центром сечения 11, нормального к оси 7 токопровода 1. Точка 12 соединения второго конца электрода 6 с токопроводом 1 расположена с внешней стороны токопровода 1 в плоскости его сечения 11.

Устройство содержит также фильтр 13, вьтолненный в виде интегрирующей цепочки, состоящей из резистора 14 и конденсатора 15, выход которого подключен к входу блока 16 измерения, в качестве которого может быть, например, использован вольтметр посто- янного тока, а вход фильтра 13 соединен с выходными зажимами 4 и 5 токопровода 1 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Токопровод 1 устройства включают. в цепь контролируемого электрического тока.

Электрический ток 17 (фиг. 2),протекающий в Направлении оси 7 по токо проводу 1 (фиг. 1), создает между центром 10 токопровода 1 и его поверхностью, например, в точке 12 разность потенциалов, равную

„

Н К,

1

4ТГ2 . г2

О)

Q

, уп 25 JQ

Q 50

35

55

где (W - магнитная проницаемость материала токопровода 1; R - постоянная Холла материала

токопровода 1;

Д - продольный ток 17, протекающий по токопроводу 1; г - радиус токопровода 1. Разность 18 потенциалов (фиг.2) через электроды 3 и 6 поступает на выходные зажимы 4 и 5 токопровода 1 и подается на вход фильтра 13. При этом на выходе фильтра 13 вьщеляется постоянная составляющая 19 (фиг. 2) входной разности 18 потенциалов, которая представляет собой в случае измерения переменного тока 17 однопо- лярное пульсирующее напряжение.

Постоянная составляющая 19 с выхода фильтра 13 поступает на вход блока

16измерения. Измеренная блоком 16 измерения постоянная составляющая 19, равная среднему значению разности 18 потенциалов на входе фильтра 13,является мерой измеряемого тока 17.

Так как реально концы электродов 3 и 6 могут быть подключены к точкам 10 и 12 сечения 11 токопровода 1, не лежащим точно в плоскости, нормальной к оси 7 токопровода 1, то между этими точками 10 и 12 при протекании тока

17появляется переменная составляющая напряжения, пропорциональная величине тока 17 со знаком, определяемым направлением тока 17. Фильтр 13, на вход которого поступает как пульсирующая однополярная разность 18 потенциалов, так и указанная переменная составляющая, за счет выделения им среднего значения 19 устраняет влияние этой переменной составляющей на результат измерения.

Дня постоянных измеряемых токов указанная составляющая устраняется введением соответствующей поправки, определенной при калибровке устройства. I

Для подключения электрода 3 к токопроводу 1 отверстие 8 выполняют глубиной, превышающей диаметр токопровода 1 по меньшей мере в три раза. При этом практически устраняется влияние внутренней полости 2 на распределение тока в токопроводе 1,что повышает точность преобразования из- меояемого тока токопроводом 1, а на31

личие диэлектрика 9 внутри отверсти 8 исключает электрический контакт электрода 3 с .другими точками токо- провода 1. Для устранения влияния внешних электромагнитных полей элек роды 3 и 6 могут быть экранированы.

Из выражения (1) следует, что значение разности потенциалов зависи не только от величины измеряемого тока 17, но и свойств материала то- копровода: магнитной проницаемости (4 И -проводимости, выраженной через постоянную R Холла.

За счет выбора материала токопро- вода 1 с различными значениями jw и R и различных диаметров токопровода 1 могут быть выполнены устройства для измерения действующего значения тока в широком динамическом диапазоне. Так, при изготовлении токопрово- да 1 диаметром 0,1-0,2 мм из германия и кремния с постояннь1ми RH Холла, равными 4,2-10 и 2,6 «10 соответственно, чувстви

тельность устройства позволяет полу чать разность 18 потенциалов не менее 40 и 200 мВ соответственно при измеряемом токе в 2А. При использовании токопровода из проводников с )Ч 100-400 разность 18 потенциа- лов составляет примерно 20 мкБ при . измеряемом токе не более 5А.

При увеличении диаметра токопровода 1 предлагаемое устройство может быть использовано и для измерения больших токов.

Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в отсутствии специальных маг- ниточувствительных элементов, распо- ложенных около токопровода, так как их функцию преобразования тока «выполняет сам токопровод устройства, что существенно упрощает его конструкцию.

Кроме тогЬ, свойства выпрямления и квадратировайия, которыми обладает

144

токопровод предлагаемогоустройства, позволяет контролироватьдействующее значение измеряемоготока без дополнительного введенияуказанных преобразований.

Формул, а изобретения

1. Устройство для измерения действующего значения тока, содержащее блок измерения и цилиндрический токопровод, предназначенный для включени в цепь контролируемого тока, с внутренней полостью, вьтолненной в виде прорези, параллельной оси токопровода, внутри полости размещен первый электрод, один конец которого подключен к первому выходному зажиму, а с внешней стороны токопровода расположен второй электрод, подключенный к второму выходному зажиму, о т- личающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, с одной стороны внутренней полости в токопро- воде вдоль его оси выполнено отверстие, в котором пропущен первый электрод, другой конец которого электрически соединён с токопроводом в основании отверстия, пространство внутри отверстия заполнено диэлектриком, изолирующим первый электрод от образующей поверхности отверстия, второй конец второго электрода соединен с токопроводом со стороны его внешней поверхности в точке, расположенной в плоскости основания отверстия, а блок измерения снабжен входным фильтром, вход которого соединен с указанными первым и вторым выходными зажимами.,

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности преобразования, глубина отверстия в токопроводе не менее чем в три раза превьщ1ает диаметр токопровода.

X/ /

фиг.2

Изобретение может быть использовано для измерения действующего значения тока. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства - достигается за счет использования токо- провода устройства в качестве гальваномагнитного преобразователя тока. На чертеже показаны цилиндрический токопровод 1 с внутренней полостью, в .которой размещен электрод 3, зажимы 4 и 5 токопровода 1, электрод 6, ось 7, отверстие 8, заполненное диэлектриком 9, точка 10 соединения, являющаяся центром сечения 11, точка 12 соединения второго конца электрода 6 с токопроводом 1, расположенная с внешней стороны токопровода 1 в плоскости его сечения 11, фильтр 13, вьтолненный в виде интегрирующей цепочки на резисторе 14 и конденсаторе 15, блок 16 измерения, например вольтметр постоянного тока. В устройстве функцию преобразования тока вьтолняет токопровод 1, что существенно упрощает конструкцию устройства в результате исключения .специальных магниточувствительных элементов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. о S (Л 10 00 00 05 NU