Устройство для бесконтактного измерения токов Советский патент 1987 года по МПК G01R33/06 G01R19/00 

1

Изобретение относится к бесконтактному измерению постоянных токов, в частности токов, протекающих в крупногабаритных проводниках, например блуждающих токов в трубопроводах и др.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг, представлена функциональная структурная схема устройства; на фиг.2 - то же, с компенсирующей катушкой; на фиг.З - концентратор с модулирующей обмоткой; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство для бесконтактного измерения тока содержит кольцевой концентратор 1, в зазоре которого расположен гальваномагнитный элемент 2, токовые электроды которого (в случае использования датчика Холла) соединены с источником 3 постоянного тока, а выход через усилитель 4 - с входом операционного блока 5, выход которого соединен с входом регистратора 6. Первый выход модулятора 7 соединен с модулирующей обмоткой 8, размещенной в концентраторе 1, а второй - с синхровходом операционного блока 5.

Операционный блок 5 (фиг.1) содержит первый 9,- второй 10 и третий 11 ключи, управляющие входы которых соединены с синхровходом операционного блока 5, первый блок 12 памяти, вход которого соединен с первым выходом ключа 9, а выход - через ключ 10 с первым входом разностного блока 13, выход.которого через ключ 11 соединен с входом второго блока 14 памяти, а второй вход - с вторым выходом ключа 9, вход которого соединен с входом операционного блока 5. Выход блока 14 является выходом операционного блока 5.

Операционньй блок 5 (фиг.2) может также содержать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15 и вычислительный блок 16, тактовые входы которых соединены с синхровходом операционного блока 5, вход которого соединен с входом АЦП 15, а выход - с выходом вычислительного блока 16, вход которого соединен с выходом АЦП 15.

Устройство для бесконтактного измерения тока содержит дополнительно блок 17 согласова1щя и катушку 18 обратной связи, вход которой соединен с выходом блока 17, вход которо394652

го соединен с выходом операционного блока 5 (фиг.2), Блок 17 согласования можно выполнить в виде цифро- аналогового преобразователя (ЦАП).

Концентратор 1 выполнен с прямоугольным сечением по всей длине, кроме областей около зазора 19, имею- uVix круглое сечение, диаметр которо-|Q го уменьшается по мере приближения к торцам зазора 19 (фиг.З).

Устройство для бесконтактного измерения тока, проходящего через окно концентратора, работает следующим

15 образом.

При включении устройства с модулятором 7 на обмотку 8 поступает ток, приводящий к магнитному насыщению концентратора 1. Вследствие глубоко2Q го насыщения концентратора 1 поперечным магнитным полем происходит снижение его продольной магнитной проницаемости до величинь ), приближающейся к единице, т.е. практически к

2В прерыванию индукции в зазоре, создаваемой концентратором в зазоре, и воздействующей на гальваномагнитный элемент 2. В этом состоянии исходный сигнал гапьваномагнитного элемента

-iQ 2, прошедший через усилитель 4 и синхронно переброшенный модулятором 7 ключ 9, фиксируется блоком 2 памяти (фиг.1).

При снижении тока модулятора 7 до нулевого уровня воздействие поля модуляционной обмотки 8 прекращается , магнитная проницаемость концентратора 1 восстанавливается и соот- ветственно восстанавливается индукд ция в зазоре концентратора, пропорциональная измеряемому току, магнитной проницаемости концентратора и другим постоянно действующим факторам.

Элемент 2 вырабатывает ЭДС, про3

45

порциональную индукции в зазоре концентратора, которая, пройдя через усилитель 4, синхронно переключенный модулятором 7 ключ 9, поступает на вход разностного блока 13. Одновременно синхросигналами с модулятора 7 происходит включение ключей 10 и 11. Разностный блок 13 вычитает из поступившего сигнала зафиксированный ранее сигнал нулевого уровня и через ключ 11 передает его на вход регистратора 6 через блок 14 памяти, после чего цикл 1овторяется. В операционном блоке 5 периодически фикси55

руется и вычитается из поступившего сигнала исходный (гулевой уровень, т.е. постоянно компенсируется дрейф нуля, что обеспечивает увеличение точности измерений.

Во втором варианте выполнения блока 5 (фиг.2) с выхода усилителя 4 поступивший аналоговый сигнал преобразуется АЦП 15 в соответствующий цифровой код, который фиксируется в вьщеленных для него оперативных ячейках памяти дрейфа нуля в вычисли тельном блоке 16.

При снижении тока на первом выходе модулятора 7 и соответственно в обмотке 8 до нулевого уровня воздействие насьш1;ающего поля прекращается и магнитная проницаемость концентратора 1 переходит в нормальное состояние, соответствующее магнитной проницаемости концентратора 1 и другим постоянно действующим факторам.

Усилитель 4 вырабатывает ЭДС, пропорциональную индукции в зазоре концентратора 1, которая вместе с существующим сдвигом нуля, пройдя через усилитель 4, поступает на вход АЦП 15. Выработанный им код передается в выделенную для оперативного хранения память измеренного сигнала вычислительного блока 16.

По синхроимпульсам с модулятора 7 производится в соответствии с заложенной программой обработка поступившей в оперативную память информации, а именно вычитание из поступившего и зафиксированного сигналов измерения - фактический уровень сдвига нуля. Скорректированный сигнал изме- ренно го тока фиксируется выделенной для этого оперативной памятью и с нее передается на вход регистратора 6.

Описанный цикл каждый раз повторяется в течение всего периода измерения в соответствии с выбранной скважностью импульсов модулятора 7.

При работе с катушкой 18 обратной связи выходной сигнал с операционного блока 5, поступив в блок 17 согласования, преобразуется в сигнал тока, который, пройдя через обмотки 18 катушки обратной связи, создает пропорциональное ему магнитное поле, встречное полю измеряемого тока. В результате взаимодействия этих полей предотвращается возможность перехода продольной магнитной проницаемости

39465

концентратора I в не.лннейную область, что и обеспечивает расширение динамического диапазона устройства.

Выполнение концентратора сечением Ь„ ,

прямоугольной формы, переходящим

вблизи зазора в круглую с уменьшением размера наружного диаметра, улучшает технологичность его изготовле- 10 кия. При этом сохраняются свойства, обеспечивающие глубокое насыщение концентратора поперечным магнитным

полем и его продольнук) магнитную про1щцаемость, близкую к единице.

15

Формула изобретения

1.Устройство для бесконтактного измерения токов, содержащее гальва2Q номагнитный элемент, выход которого соединен с входом усилителя, модулирующую обмотку, которая подключена к первому выходу модулятора и размещена в кольцевом концентраторе, в

25 зазоре которого размещен гальваномагнитный элемент, стличающее- с я тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введен операционный блок, вход которого соединен с выхо-

30 До усилителя, вход синхронизации с вторым выходом модулятора, а выход - с входом регистратора.

2.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что операционный блок содержит первый и второй блоки памяти, разностный блок и первый, второй и третий ключи, управляющие входы которых соединены с входом синхронизации операционного блока,

Q причем вход первого ключа соединен с входом операционного блока, первый выход - с входом первого блока памяти, второй выход - с первым входом разностного блока, второй вход кото4g рого соединен через второй ключ с выходом первого блока памяти, а выход - через третий ключ с входом второго блока памяти, выход которого соединен с выходом операционного

35

50

блока.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что операционный блок содержит аналого-цифровой преобразователь и вычислительный 55 блок, тактовые входы которых соединены с входом синхронизации операционного блока, причем вход аналого- цифрового преобразователя соединен с входом операционного блока, выход51

с входом выч1:слительного блока, выход которого соединен с выходом операционного блока,

4. Устройство по пЛ, отличающееся тем, что, с целью расширегшя динамического диапазона измерений, в него введена катушка обратной связи и блок согласования, вход которого соединен с выходом операционного блока, а выход - с катушкой обратной связи, которая навита вокруг кольцевого концентратора.

39465

5.Устройство по ПП.1 и 4, о т - личающееся тем, что блок согласования выполнен в виде цифро- аналогового преобразователя.

6.Устройство по П.1, отличающееся тем, что кольцевой концентратор выполнен с прямоугольным сечением по всей длине, кроме

10 областей около зазора, имеющих круглое сечение, диаметр которого уменьшается по мере приближения к торцам зазора.

Изобретение относится к бесконтактному измерению постоянных токов, в частности токов, протекающих в крупногабаритных проводниках, например блуждающих токов в трубопроводе и т.п. Целью изобретения является повьщ1ение точности измерений. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены кольцевой концентратор 1, в зазоре которого расположен гальваномагнитнь1й элемент 2, операционный блок 5 и катушка обратной связи 18. Кроме того, устройство содержит источник посто- янно.го тока 3, усилитель 4, регистратор 6, модулятор 7 и модулирующую обмотку 8, размещенную в концентраторе 1. Операционный блок 5 содержит цифроаналоговый преобразователь 15 и вычислительный блок 16. Выполнение концентратора с сечением прямоугольной формы, переходящим вблизи зазора в круглую с уменьшением размера наружного диаметра, улучшает технологичность его изготовления. Это обеспечивает глубокое насьщение концентратора поперечным магнитным полем и его продольную магнитную проницаемость, близкую к единице. 5 3.п. ф-лы, 4 ил. с S6 сл .1 t с со 4 О5 СЛ

2 8

9а2.3

1

Редактор Н.Рогулич

Составитель Е.Аносова

Техред Л.Олийнык Корректор А.Зимокосов

Заказ 4215/34Тираж 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

A-f(

Фиг.