Устройство для измерения производной тока Советский патент 1990 года по МПК G01R19/12 G01R19/00 

Изобретение относится к измерителной технике и может использоваться для бесконтактного дистанционного измерения первой или второй производ- 1}ой тока в проводнике.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения динамической погрешности при дистанционных измерениях.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3- йременные диаграммы входных и выходных напряжений блоков устройства и режимах измерения соответственно йервой и второй производных тока. ; Устройство для измерения производной тока содержит ферромагнитный фердечник 1, первичную обмотку 2, вы Йолненную в виде проводника, проходя по осевой линии сердечника 1, йторичную обмотку 3, охватывающую 1|)авномерно распределенными витками ферромагнитный сердечник 1 и выпол- 1 енную коаксиальным кабелем, линию 4 связи, включаю1цую проводники 5 и 6

Электрометрический преобразовател 7 тока содержит электрометрический усилитель 8, своим выходом соединен- с выходным зажимом 9, интегрирую 1|1ий конденсатор 10, измерительный {резистор 11, разрядный ключ 12, ана- Договые переключатели 13 и 14, резис 15 и 1б„ Выводы внешних провод- йиков концов коаксиального кабеля обмотки 3 соединены через проводник 3 линии 4 связи с общей шиной электрометрического преобразователя 7, а йывод внутреннего проводника одного из концов коаксиальной обмотки 3 через проводник 6 линии 4 связи соединен с входом электрометрического Преобразователя 7 тока. Вход электрометрического преобразователя 7 соединен Тсчкже с одним выводом разрядного ключа 12 и выводами нормально разомкнутого контакта аналогового переключателя- 13 и нормально замкнутого контакта аналогового переключателя 14. Нормально замкнутый контакт аналогового переключателя 13 и нормально разомкнутый контакт аналогового переключателя 14 соответственно через резисторы 15 и 16 соединены с общей шиной устройства. Переключаю- контакты аналоговых переключателей 13 и 14 соединены через измерительный резистор 11 и интегрирующий конденсатор 10 соответственно с вы0

5

0

5

0

ходом электрометрического усилителя 8. Вход управления разрядного ключа

12соединен с шиной 17 Сброс. Входы управления аналоговых переключателей

13и 14 соединены с шиной 18 Режим работы.

Устройство работает следукнцим образом.

Перед началом измерения, после подачи питающих напряжений, выходное напряжение электрометрического преобразователя тока в режиме измерения первой производной тока отлично от нулевого уровня (фиг. 2 г). В момент времени t поступает команда начальной установки электрометрического преобразователя 7 (фиг. 2 д) и его выходное напряжение устанавливается близким к нулевому уровню (фиг. 2 г). При появлении импульса контролируемого тока первичной обмотке 2 (фиг, 2 а) в ферромагнитном серде 1нике 1 создается магнитный поток ф, который пронизывает витки W вторичной обмотки 3. Электродвижущая сила и J на концах внутреннего проводника кабеля вторичной обмотки 3 пpoпopIJ oнaльнa скорости изменения потокосцепления (фиг.26)г .

dV, dt

dt

(1)

Между внутренним проводником вторичной обмотки 3 и внешним проводником (экраном) коаксиального кабеля, из которого вьшолнена вторичная обмотка 3, имеется распределенная емкость CQ. Таким образом, при появлении ЭДС и между короткозамкнутой внешней оболочкой кабеля и внутренним проводником кабеля, который соединен через линию 4 связи с входом электрометрического преобразователя 7, протекает ток If, уровень которого пропорционален второй производной по времени контролируемого тока 1 (фиг. 2 в):

50

т с ---(и) - 5 dt dt

-CoWH.hln--.-(2)

Де Мо h

магнитная проницаемость сердечника 1; размер обмотки 3 вдоль оси

э;

г, и г

515

- соответственно внешний и внутренний радиусы ферромагнитного сердечника 1. Так как интегрирующий конденсатор 10 включен в цепь отрицательной обратной связи электрометрического усилителя 8, то выходной сигнал Uj электрометрического преобразователя 7 тока пропорционален первой производной

тока Ifl (фиг. 2 г):

(3)

-iwp..-(1.-i)

. dt

К

где С,, - емкость интегрирующего конденсатора 10; емкость линии 4 связи; коэффициент усиления электрометрического усилителя 8 с разомкнутой обратной связью, К 1.

Благодаря тому, что электрометрический усилитель 8 охвачен глубокой отрицательной обратной связью а его неинвертирующий вход соединен с общей шиной устройства, то его входное напряжение близко к нулевому уровню (доли милливольта) и перезарядка емкости линии 4 связи практически не происходит. За счет этого уменьшаетс динамическая погрешность измерения производной контролируемого тока, вызванная емкостью С, причем чем выше коэффициент усиления К электрометрического усилителя 8, тем меньшее влияние оказывает емкость Сд на результат измерения.

При контроле второй производной тока 1 электрометрический преобразователь 7 работает в режиме резис- тивного преобразователя малых токов и его выходное напряжение U. пропорционально входному току If (фиг. 2

X,, г):

и, R,, или с учетом (2):

С т-1

--)

V-l

(3)

(4)

RriC,W/y hln4-

, dt

(5)

Диаграм й1 фиг. 3 а,б соответствуют диаграммам фиг. 2 а, б, В. этом

10

20

случае, как и в режиме интегратора тока, благодаря глубокой отрицательной обратной связи входное напряжение электрометрического усилителя 8 близко к нулевому уровню и пере- 15 зарядка емкости линии 4 связи практически не происходит. Это приводит Y. снижению динамической погрешности измерения второй производной контролируемого тока.

Формула изобретения

Устройство для измерения производной тока, содержащее ферромагнитный

25 сердечник с первичной обмоткой, выполненной в виде проводника, проходящего по осевой линии ферромагнитного сердечника, вторичную обмотку, охватываюгцую равномерно распределен30 нымк витками ферромагнитный сердечник к выполненную коаксиальным кабелем, к линию связи, отличающее- с я тем, что, с целью повьшения точности измерения за счет уменьшения динаг-шческой погрешности при дистанционных измерениях, в него дополнительно введен электрометрический преобразователь тока, с общей шиной которого через первый проводник линии связи соединены вьшоды внешних проводников концов коаксиального кабеля, а вывод внутреннего проводника одного из концов коаксиального кабеля через второй проводник линии связи соединен с входом электрометрического преобразователя тока, выход которого является-- выходом устройства, а входы управления режимом работы и начальной установки электрометрического ел преобразователя тока соединены соот- Iветственно с шинами Режим работы и Сброс.

35

40

45

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для бесконтактного дистанционного измерения первой или второй производной тока в проводнике. С целью повышения точности измерения за счет уменьшения динамической точности при дистанционных измерениях оба вывода наружного проводника коаксиального кабеля обмотки 3 соединены между собой, а один из выводов центрального проводника обмотки 3 через линию 4 связи соединен с электрометрическим преобразователем 7. Под действием тока в проводнике 2 в ферромагнитном сердечнике 1 создается магнитный поток, который в обмотке 3 преобразуется в электрический сигнал, по проводникам 5 и 6 линии 4 поступающий на вход преобразователя 7. По шине 18 подаются команды на установку режима измерения первой или второй производной, результат измерения подается на зажим 9. В первом случае конденсатор 10 через переключатель 14 преобразует усилитель 8 в интегратор, во втором случае через переключатель 13 включен измерительный резистор 11. Резисторы 15 и 16 обеспечивают режим работы усилителя 8. По шине 17 кодируется сигнал сброса и ключ 12 замыкается, разряжая конденсатор 10. 3 ил.