Устройство для измерения постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК G01R19/20 

J

8

.11

ы

От так.

moSoio

zeHspamo

JM

фиг,1

Изобретение относится к электро- измеритсльнор1 технике и может бь1ть использовано в качестве измерителя постоянного тока с гальванической развязкой между цепью измеряемого тока и входом устройства.

Целью является расширение диапазона измерения постоянного тока путем компенсационного преобразования входного сигнала в цифровой код.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для измерения :постоянного тока; на фиг, 2 - времеколебаний тока ( фиг. 2в) протекающего по обмоткам 5, 6 и ходимого для осуществления безг резисного намагничивания сердеч 1, 2. Амплитудное значение напр ности возбуждающего поля, созда мое затухающим током посте уменьшается от максимального, о печивающего техническое насыщен дечников 1 и 25 до нуля. По мер ньшения амплитуды тока 1г,возбу амплитуда индукции В перемагнич ния становится меньше индукции

пные диаграммы, поясн:тлщие его работу. щения В i В (момент t 7/ t + at

20

25

30

Устройство содерш1т магнитньй преобразователь на ферромагнитных сердечниках 1 и 2 с входными обмотками 3 и 4, обмотками 5 и 6 возбуждения, :соеди.ненными с выходом генератора 7 затухающих колебаний,, компенсационными обмотками 6 и 9,, включенными па выходе элемента 10 обратной связи встречно по отношению к входным обмоткам 3 и 4, и с вьп содными обмотками 11 и 12, подключенными к информационному входу интегратора. 13, выход которого подключен к входу элемента 10 обратной связи, щэеобразователь 14 тока, включенный в цепь компенсационных обмоток 8 и 9, запоминающий элемент 15, синхронизатор 16, цифроана- логовьй преобразователь 17, первый

18 и второй 19 счетчики, нуль-орган 0 и элемент 21 совпадения, выход ци- фроаналогового преобразователя 17 сое- Динен с вторым входом: преобразователя 14 тока, а вход - с выходом второго счетчика 19, выход первого счетчика 18 через элемент 21 совпадения подключен к установочному входу запоминающего элемента 15, выход преобразователя 14 тока через нуль-орган 20 подключен к первым входам первого .18 и второго 19 счетчиков, первый выход синхронизатора 16 подключен к управ- пяющему входу генератора 7, второй выход. - к управляющему сбросовом у входу запоминающего элемента 15 и входу элемента 21 совпадения, третий выход - к управлякяцему входу интет - 50 ратора 13, четвертей выход - к управляющим входам первого 18 и второго 19 счетчиков, вторые входы которых соединены с выходом тактового генера тора эталонной частота (не пок-азан) „

Синхронизатор 16 периодически (MC, на фиг. 26) запускает генератор 7, вырабатывающий пакеты затухающих

40

45

55

фиг. 2в) и совместное действие буждающе го. поля (фиг. 2в) и пос ного по характеру входного тока (фиг. 2а) начинает вызывать без резисное перемагничивание серде 1 и 2. Среднее значение их инду Вер, равное нулю до момента t 4 + ut I, начинает стрем:иться к вел

U WJI I

6Г 1 J- 8у

(где

CF

Бг

- безгист

зисная магнитная проницаемость дечников: W jj Wj W - число ви входной обмотки; 1ср средняя д сердечников. 1, 2).

Интегратор 13, до момента вре t t- + ut находивш жся в режи Сброс, сигналом и,(фиг. 2б) п управ.ляющемт, - входу пе:реводится в жим Интегрирование. Напряжение выходных обмоток 11 и 12 поступа на вход интегратора 13, напряжен и nj (фиг. 1г) на выходе которог стремится к величине

и,

„W в.-. S /. ;

Уб

НБГ 1

L ср

где постоянная времени интег тора;

вых число витков выходных об 11 и 12 и плош;адь .попере го сечения сердечников 1 соответственно

Однако как только под действи ij начинает изменяться среднее чение индукции В ср и появляется пряжение на выходе интегратора U в цепи компенсационных обмоток 8 появляется ток i,,. (фиг, 2д) :

, ,. --..

UtM k

где k

коэффициент передачи э мента 10 обратной связ

колебаний тока ( фиг. 2в), протекающего по обмоткам 5, 6 и необходимого для осуществления безгисте- резисного намагничивания сердечников 1, 2. Амплитудное значение напряженности возбуждающего поля, создаваемое затухающим током постепенно уменьшается от максимального, обеспечивающего техническое насыщение сердечников 1 и 25 до нуля. По мере уменьшения амплитуды тока 1г,возбуждения амплитуда индукции В перемагничива- ния становится меньше индукции насыщения В i В (момент t 7/ t + at

1

фиг. 2в) и совместное действие возбуждающе го. поля (фиг. 2в) и постоянного по характеру входного тока I „.. (фиг. 2а) начинает вызывать безгисте- резисное перемагничивание сердечников 1 и 2. Среднее значение их индукции Вер, равное нулю до момента t 4 t. + + ut I, начинает стрем:иться к величине

U WJI I

6Г 1 J- 8у

(где

CF

Бг

- безгистере

зисная магнитная проницаемость сердечников: W jj Wj W - число витков входной обмотки; 1ср средняя длина сердечников. 1, 2).

Интегратор 13, до момента времени t t- + ut находивш жся в режиме Сброс, сигналом и,(фиг. 2б) по управ.ляющемт, - входу пе:реводится в режим Интегрирование. Напряжение с выходных обмоток 11 и 12 поступает на вход интегратора 13, напряжение и nj (фиг. 1г) на выходе которого стремится к величине

и,

„W в.-. S /. ;

Уб

НБГ 1

L ср

(1)

где постоянная времени интегратора;

вых число витков выходных обмоток 11 и 12 и плош;адь .поперечного сечения сердечников 1 и 2 соответственно

Однако как только под действием ij начинает изменяться среднее значение индукции В ср и появляется напряжение на выходе интегратора Ur,: , в цепи компенсационных обмоток 8, 9 появляется ток i,,. (фиг, 2д) :

, ,. --..

UtM k

(2)

где k

коэффициент передачи элемента 10 обратной связи.

Вследствие встречного включения компенсационных 8, 9 и входных 3, 4 обмоток ток i, компенсации препятствует изменению среднего значения индукции В.. входным током i

СР

т| / t-wll l l и nj f

Вх

2В

We

lbx.j(t)-i;.(t)

r.-w::itiL29 ., ::li )- 2н,,.

(3)

После некоторого переходного процесса Сфиг. 2г, д при t- + dt , t t + dt) устанавливается динамическое равновесие, которое так же, как и в прототипе, характеризуется

равенством i, 1

6Х

(фиг. 2д).

В момент времени t tj +ut управляющий импульс U(, (фиг, 26) синхронизатора 16 осуществляет запуск первого 18 и второго 19 счетчиков. Последовательность импульсов от тактового генератора эталонной частоты поступает на вторые входы счетчиков 18 и 19. Ступенчато возрастающий ток

0

5

0 5

так как для обеспечения преобразования достаточно, чтобы линейность обеспечивалась не в диапазоне i , 1 , а в диапазоне ( 1) Ji. Дальне й- шее преобразование и представление информации в устройстве осуществляется в дискретной форме, которая обеспечивает путем задания той или иной разрядности чисел теоретически любой наперед заданный линейный диапазон.

Число N- шагов (ступеней) квантования цифроаналогового преобразователя 17 подсчитывается первым 18 и вторым 19 счетчиками и при достижении выходным напряжением преобразователя 14 тока нулевого уровня (IUncl О, 1 NJ , N J- L) оно, как следует из выражения (5), однозначно определяет ток компенсации i(, и, следовательно, входной ток igx .

В момент (t t; + /1 tj-, фиг. 2ж) достижения выходным сигналом цифро- аналогового преобразователя 17 величины тока компенсации

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретеJ iBx i3 .А. ния - расширение диапазона измерения постоянного тока. Устройство содержит магнитный преобразователь на ферромагнитных сердечниках 1 и 2, генератор 7 затухающих колебаний, элемент 10 обратной связи, интегратор 13, преобразователь 14 тока, запоминающий элемент 15 и синхронизатор 16. Ввдение цифроаналогового преобразователя 17, счетчиков 18 и 19, нуль- органа 20, элемента 21 совпадения и образование новых функциональных связей позволяет достичь цели изобретения. 2 ил. .А. ss

- -.fp нием

(фиг. 2е), определяемый выражеiv,p fli -1

с выхода цифроаналогового преобразователя 17 поступает на второй вход преобразователя 14 тока (di const - величина ступени квантования цифро- аналогового преобразователя; 1 O...L - число шагов (ступеней) квантования, цифроаналогового преобразователя) .

В преобразователе 14 тока производится сравнение тока компенсации 1 с выходным током i f цифроаналогового преобразователя 17. При этом выходное напряжение преобразователя 14, определяемое разностью

и„, K,,( И-1),

по мере достижения равновесия (лИ- - i 1) стремится к нулю (k - коэффициент передачи преобразователя 14 тока). Следует отметить, что преобразователь 14 тока является в предлагаемом устройстве последним звеном, в котором преобразование информации осуществляется в аналоговой форме, причем выполнение-этого преобразования компенсационным методом делает непринципиальным вопрос 6 линейности характеристики преобразователя 14 тока,

|i - i -Njl О

(6)

30

- 40

45

50

55

срабатывает нуль-орган 20, который запрещает работу счетчиков 18 и 19.

В момент времени t t .+ dt(фиг.2б) запоминакхций элемент 15 управляющим сигналом Up синхронизатора 16 переводится в режим Сброс, после чего осуществляется перезапись цифрового кода 1 N-, соответствующего входному току i j5( , с выхода счетчика 18 через элемент 21 совпадения в запоминающий элемент 15.

После окончания j-ro цикла преобразования входного сигнала i синхронизатор 16 сигналом Uc, вновь запускает генератор 7, и процесс преобразования повторяется.

Формула изобретения

Устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнитный преобразователь на двух ферромагнитных сердечниках, имеющий входные обмотки, обмотки возбуждения, соединенные с .выходом генератора затухающих колебаний, компенсационные обмотки, включенные на выходе элемента обратной связи встречно по отношению к входным обмоткам, и выходные обмотки, подключенные к информационному входу интегратора, выход которого подключен к

входу элемента обратной связи, преобразователь тока, вк;:поченный в цепь компенсационных обмоток, запоминающий элемент, синхронизатор, к первому выходу которого подключен управляющр й вход генератора затухающих колебаний,, к второму - управляющий сбросовый вход запоминающего элемента, а к третьему - управляющий вход интегратора;, отличйюще. еся тем, что, с целью расширения диапазона измере- , в него дополнительно введены цйфроаналоговый преобразователь, пер- в41й и второй счетчики, тактовый генерЬтор эталонной частоты, нуль-орган иiэлемент совпадения, причем выход

f3tfs.2

цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом преобразователя тока, а вход - с выходом второго счетчика, выход первого счетчика через элемент совпадения подключен к установоЗДому входу запоминающего элемента, выход преобразователя тока через нуль-орган подключен к первым входам первого и второго счетчиков, управляющие входы элемента совпадения и первого и второго счетчиков подключены соответственно к второму и четвертому выходам синхронизатора, вторые входы счетчиков соединены с выходом тактового генератора эталонной частоты.