Устройство для измерения постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК G01R19/20 

о о

4D

Изобретение относится к области элек- троизмерительной техники, а именно к бесконтактному измерению постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений,

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения посто- Энного тока.

Устройство для измерения постоянного тока содержит Магнитопроводы 1 и 2, охватывающие последовательно проводник 3 с измеряемым током (условно изображенный в виде двух последовательно соединенных обмоток).

Намагнитопроводах 1 и 2 соответственно размещены одинаковые по своим моточным данным компенсационные обмотки 4 и 5. Начало компенсационной обмотки 4 соединено с концом компенсационной обмотки 5, а ее начало подключено к общей шине источника питания.

По действию магнитодвижущих сил компенсационные обмотки 4 и 5 включены встречно с проводником 3 измеряемого тока.

На магнитопроводе 1 размещены также одинаковые между собой первая 6 и вторая 7 обмотки возбуждения, Конец обмотки 6 и начало обмотки 7 возбуждения объединены между собой и с общей шиной источника питания. Первый интегрирующий конденсатор 8 первым своим выводом через первый вентиль 9 соединен с началом обмотки 6 возбуждения и через первый ограничитель- ный резистор 10-с инвертирующим входом усилителя 11. тока. Второй интегрирующий конденсатор 12 первым выводом через второй вентиль 13 соединен с концом обмотки 7 возбуждения и через второй ограничительный резистор 14 - с неинвертирующим входом усилителя 11 тока

Параллельно первому и второму интегрирующим конденсаторам 8 и 12 подключены соответственно первый 15 и второй 16 измерительные резисторы. Вторые выводы интегрирующих конденсаторов 8 и 12 соединены с обидев шиной, Регистрирующий прибор 17 одним входным зажимом соединен с выходом усилителя 11 тока, а другим - подключен к концу компенсационной обмотки 4,

Аналогично размещению обмоток возбуждения на магнитопроводе 1 на магнитопроводе 2 размещены первая 18 и вторая 19 обмотки возбуждения/по параметрам, идентичные обмоткам 6 и 7 возбуждения магнитопровода 1. Генератор 20 возбуждения, представляющий собой генератор од- нополярных периодических импульсов тока пилообразной формы (генератор тока), своим входом подключен к клемме источника питания, а выходом соединен с входом первого ключа 21, второго ключа 22 и входом блока 23 управления. Первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого 21 и второго 22 ключей. Начало обмотки 18 возбуждения магнитопровода 2 подключено к выходу ключа 21, а ее конец объединен

0 с концом обмотки 7 возбуждения магнитопровода 1. Конец обмотки 19 возбуждения магнитопровода 2 подключен к выходу ключа 22, а ее начало обьединено с началом обмотки б возбуждения магнитопровода 1

5 Устройство работает следующим образом.

Генерируемые генератором 20 возбуждения однополярные периодические импульсы тока пилообразной формы

0 (импульсы возбуждения) через ключи 21 и 22, противофазно открываемые и закрываемые блоком 23 управления по сигналам с генератора 20 возбуждения, протекают попеременно с частотой импульсов возбужде5 ния через обмотки 18, 7 и 19, 6 возбуждения и источник питания (1 Упит). При отсутствии измеряемого тока в проводнике 3 и компенсационных обмотках 4 и 5 магнитная индукция постоянного магнитного поля в

0 магнитопроводах 1 и 2 равна нулю. Протекающие по обмоткам 18, 7 и 19, 6 возбуждения одинаковые по форме и максимальному значению импульсы возбуждения периодически перемагничивают магнитопроводы 1

5 и 2 по идентичным непредельным симметричным гистерезисным петлям.

Индуктивные сопротивления обмоток 6 и 7 возбуждения, являющиеся нелинейными функциями от напряженности внешнего

0 магнитного поля, будут в этом случае симметричны между собой. В этих условиях протекающие по обмоткам 6 и 7 импульсы возбуждения наводят на них по отношению к общей их точке однополярные, одинако5 вые по амплитуде и форме импульсы ЭДС- самоиндукции. Одновременно с этим на обмотках б и 7 возбуждения, не обтекаемых в данный моменттоком возбуждения, наводятся импульсы напряжения противоположной полярности. Выделение по0 стоянных или медленно меняющихся составляющих импульсов ЭДС-самоин- дукции, возникающих на обмотках б и 7 возбуждения, осуществляется двумя симметричными цепочками, первая из

5 которых включает в себя вентиль 9, интегрирующий конденсатор 8, измерительный резистор 15, а вторая - вентиль 13, интегрирующий конденсатор 12 и измерительный резистор 16.

Формируемая на интегрирующем конденсаторе 8 (относительно общей шине) по- стоянная составляющая импульсов ЭДС-самоиндукции обмотки 6 возбуждения поступает через ограничительный резистор 10 на инвертирующий вход усилителя 11 тока. Аналогично на неинвертирующий вход усилителя 11 тока через ограничительный резистор 14 поступает постоянная составляющая импульсов ЭДС-самоиндукции обмотки 7 возбуждения, формируемая на интегрирующем конденсаторе 12. ч

При отсутствии измеряемого тока в проводнике 3 разность постоянных составляющих напряжений (дифференциальный сигнал), поступающих на инвертирующий и неинвертирующий входы усилителя 11 тока, равна нулю. Равен нулю выходной ток усилителя 1 1 тока, а следовательно, равен нулю и ток, протекающий через регистрирующий прибор 17 и по компенсационным обмоткам 4 и 5.

При протекании измеряемого тока по проводнику 3 в магнитолроводах 1 и 2 создается постоянный магнитный поток, нару- шающий симметрию индуктивных сопротивлений обмоток 6 и 7 возбуждения. При неизменных по амплитуде и форме импульсах возбуждения это ведет к нарушению симметрии импульсов ЭДС-самоиндукции на обмотках 6 и 7 возбуждения, в связи с чем постоянные составляющие напряжений на интегрирующих конденсаторах 8 и 12 изменяются, становясь неравными по величине. При этом на инвертирующий и неинвертирующий входы усилителя 11 тока поступает входной сигнал, равный разности постоянных составляющих напряжений, формируемых на интегрирующих конденсаторах 8 и 12, что вызывает возникновение соответствующего выходного тока усилителя 11 тока и его протекание через регистрирующий прибор и по компенсационным обмоткам 4 и 5. Магнитный поток, создаваемый током, протекающим по компенсационным обмоткам 4 и 5, направлен встречно по отношению к магнитному потоку, создаваемому измеряемым током в магнитопро- водах 1 и 2. Благодаря большому значению коэффициента усиления усилителя 11 тока обеспечивается компенсация магнитного потока, создаваемого в магнитопроводах 1 и 2 измеряемым током.

При этом 1Х IK WK, где lx - ток, подлежащий измерению; IK и WK - ампер-витки компенсационной обмотки 4 или компенсационной обмотки 5 (ввиду равенства их витков и последовательного включения), т.е. ток, протекающий по компенсационным обмоткам 4 и 5, пропорционален измеряемому

токуй отсчитывается непосредственное помощью регистрирующего прибора.

Перемагничивание магнитопроводов 1 и 2 в процессе работы устройства импульса- 5 ми возбуждения приводит к наведению (индуктированию) на участках проводника 3, магнитосвязанных с магнитопроводами 1 и

2,и на компенсационных обмотках 4 и 5 импульсов напряжения с частотой генерато10 ра 20 возбуждения.

При однотипных магнитопроводах 1 и 2, их одинаковых моточных данных и последовательно протекающих (а следовательно, равных) импульсах возбуждения по встреч- 5 но-последовательно включенным обмоткам 18, 7 и 19, 6 возбуждения импульсы напряжения, наведенные на участке проводника

3,магнитосвязанного с магнитопроводом 1, по форме и амплитуде равны импульсам

0 напряжения, наведенным на участке проводника 3, магнитосвязанного с магнитопроводом 2, но противоположны по знаку. В результате этого суммарное напряжение, наведенное в проводнике 3 импульса5 ми возбуждения, представляющее собой помеху, вносимую устройством в цепь измеряемого тока, близко к нулю. Близка к нулю поэтому и мощность, передаваемая из цепей возбуждения магнитопроводов 1

0 и 2 в цепь измеряемого тока.

Все рассмотренное в отношении проводника 3 справедливо и для цепи, в которую включены обмотки 4 и 5 компенсации). В процессе перемагничивания импульсами

5 возбуждения магнитопроводов 1 и 2 на компенсационных обмотках 4 и 5 наводятся импульсы напряжения, мало отличающиеся по форме и амплитуде, но противоположные по знаку. Суммарное напряжение, наводимое

0 в компенсационных обмотках 4 и 5, и мощность, передаваемая из обмоток возбуждения в цепь компенсации, также близки к нулю. Низкий, близкий к нулю уровень мощности, передаваемой из цепей возбуждения

5 в цепь измеряемого тока и цепь тока компенсации, делает устройство малозависимым по чувствительности от величины измеряемого тока от изменения сопротивлений в цепях измеряемого тока и тока ком0 пенсации), что ведет к повышению точности измерений.

Использование в качестве генератора 20 возбуждения генератора токовых импульсов (генератора тока), параметры кото5 рых не зависят от сопротивления внешней нагрузки генератора, позволяет питать обмотки 6 и 7 возбуждения одинаковыми по форме и амплитуде импульсами тока независимо от степени насыщения магнитопроводов 1 и 2.

По мере возрастания насыщения магни- топроводов 1 и 2 за счет протекающего по Проводнику 3 измеряемого тока (в пределах диапазона измерения) уменьшаются индуктивные сопротивления обмоток 6 и 7.воз- буждения, и при неизменных импульсах возбуждения уменьшаются импульсы ЭДС- самоиндукции на этих обмотках, что ведет к уменьшению напряжений на интегрирующих конденсаторах 8 и 12. При этом по мере уменьшения полезного (дифференциально- гр) сигнала на входах усилителя 11 тока не- уКлонно уменьшается уровень синфазных сигналов,

Техническое решение задачи поочередного двухканального питания обмоток 18, 7 и 19, 6 возбуждения на базе генератора 20 однополярных периодических импульсов и поочередно открываемых и закрываемых ключей 21 и 22 обеспечивает малунх зависимость показаний устройства от де- с|аоилизирующих факторов (температуры окружающей среды, напряжения питания и т.д.), влияющих на работу генератора возбуждения и ключей. Возможные изменения зЈ счет дестабилизирующих факторов таких параметров токовых импульсов генератора 20 возбуждения, как скорость нарастания, амплитуда, линейность, частота следования и т.д., не оказывают существенного влияния на погрешность измерения, так к$к каждый последующий токовый импульс генератора 20 по своим параметрам полностью соответствует каждому предыдущему, в результате чего не нарушаются симметричность токовых импульсов че;рез обмотки 6 и 7 возбуждения и баланс постоянных составляющих напряжений на интегрирующих конденсаторах 8 и 12 (в1 установившемся режиме).

Переходные сопротивления ключей 21 и 22 и возможная их нестабильность (напри- мёр, при изменении температуры окружающей среды) также не оказывают заметного влияния на погрешность устройства, так как параметры импульсов возбуждения генератора тока не зависят от величины сопротивления внешней нагрузки.

Формула изобретения Устройство для измерения постоянного тока, содержащее первый магнитопровод, охватывающий проводник с измеряемым током, компенсационную обмотку и две обмотки возбуждения, размещенные на первом магнитопроводе, усилитель тока,

инвертирующий вход которого через первый ограничительный резистор соединен с первым выводом первого интегрирующего конденсатора, неинвертирующий вход усилителя тока через второй ограничительный резистор соединен с первым выводом второго интегрирующего конденсатора, два из- мкоительных резистора, каждый из которых подключен параллельно соответствующему интегрирующим конденсаторам, вторые выводы которых соединены с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, в него введены регистрирующий прибор, первый вход которого соединен с выходом усилителя тока, второй соединен с вторым выводом компенсационной обмотки первого маг- нитопровода, второй магнитопровод,

выполненный аналогично первому маг- нитопроводу и охватывающий проводник с измеряемым током, вторая компенсационная обмотка, третья и четвертая обмотки возбуждения, размещенные на втором магнитопроводе, два вентиля, генератор возбуждения, два ключа, блок управления, причем первый-вывод первой компенсационной обмотки соединен с вторым выводом второй компенсационной обмотки, первый вывод которой соединен с общей шиной, первый вентиль включен между первым выводом первой обмотки возбуждения и первым выводом первого интегрирующего конденсатора,

второй вентиль включен между вторым выводом первой обмотки возбуждения и первым выводом второго интегрирующего конденсатора, первый вывод третьей обмотки возбуждения соединен с выходом

первого ключа, а второй вывод третьей обмотки возбуждения соединен с вторым выводом второй обмотки возбуждения, первый вывод четвертой обмотки возбуждения соединен с первым выводом первой обмотки возбуждения, второй вывод четвертой обмотки возбуждения соединен с выходом второго ключа, второй вывод первой и первый вывод второй обмоток возбуждения подключены к общей шине,

вход генератора возбуждения соединен с клеммой источника питания, выход генератора возбуждения соединен с входами первого и второго ключей и входом блока управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения постоянного тока. Цель изобретения -повышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содержит магнито- проводы 1, 2, охватывающие проводник 3 с измеряемым током, компенсационные обмотки 4, 5 и обмотки 6, 7 возбуждения, размещенные на магнитопроводе, измерительные резисторы 10, 14, 15, 16, интегрирующие конденсаторы 8, 12,усилитель 11 тока и регистрирующий прибор 17. Достижение цели обеспечено также наличием генератора 20 однополярных периодических импульсов тока, ключей 21, 22, блока управления 23 и двух вентилей 9, 13. Принцип работы устройства основан на использовании зависимости индуктивного сопротивления обмоток возбуждения от величины и направления магнитодвижущих сил, создаваемых ампер-витками в цепях измеряемого тока, компенсационной обмотки и обмоток возбуждения 1 ил. (Л С