Измерительный преобразователь тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано при построении систем для измерения тока, мощности, энергии, texHonornuec кого контроля параметров различных изделий, например толщины гальванических покрытий.

Целью изобретения является повышение точности преобразования и снижение потребляемой мощности.

На фиг, Т представлена блок-схема измерительного преобразователя тока; на фиг. 2 - схема интегрирующего блока.

Измерительный преобразователь тока 25 (фиг. 1) содержит два трансформатора 1 и 2, источник 3 переменного напряения, ключи 4-7, резисторы 8-10,, Трансформатор 1 содержит первичную 11, вторичную 12 и компенсационную 13 об- 3Q мотки, трансформатор 2 содержит первичную 1, вторичную 15 и компенсационную 16 обмотки и интегрирующий-блок 17с При этом вход последнего является выходом 18 преобразователя и соединен с выходами ключей 4-7, выход сое- динен с первым выводом компенсационной обмотки 16, второй вывод которой через компенсационную обмотку 13 соединен с первым выводом резистора 10 и является дополнительным выходом 19, первый вывод первичной обмотки 11 соединен с входом 20, второй выёод первичной обмотки 11 через первичную обмотку соединен с входом 2t, входы клю.чей Ц и 5 объединены и соедине- ны с первыми выводами вторичной обмотки 12 и резистора 8, входы ключей 6 и 7 объединены и соединены с первыми, выводами вторичной обмотки 15 и резистора 9, вторые выводы резисторов 8-10 объединены и соединены с общей шиной, второй вывод вторичной обмотки 12 соединен с управляющим и инверсным управляющим входами ключей ч и 5 соответственно и первым выводом истой -5 ника 3 переменного напряжения, второй вывод которого, соединен с вторым выводом вторичной обмотки 15, управляю5.

0

0

5 3Q -5

щими входами интегрирующего блока 17, ключа 6 и инверсным управляющим входом ключ: 7.

Интегрирующий блок 17 содержит фильтр 22 нижних частот, вход которого является входом преобразователя, а выход соединен с первыми входами ком- параторос 23 и 24, вторые входы которых соединены с соответствующими источниками 25 и 26 опорного напряжения, выход компаратора 23 соединен с суммирующим входом реверсивного- счетчика 2, выход которого может быть цифровым выходом преобразователя и соединен с входом цифроаналогового преобразователя 28, выход которого являет-, ся выходом интегрирующего блока,управляющим входом которого является счетный выход реверсивного счетчика 27, вычитающий вход.которого соединен с выходом, компаратора 24.

Ключи 4-7 (попарно) могут быть выполнены в виде комплементарных полевых транзисторов (не показаны) причем их стоки, истоки и затворы соеди- не.ны между собой соответственно.

Измерительный преобразователь тока, работает следующим образом.

Разность входного постоянного тока 1 в обмотках 11 и 14 и тока Ik - эквивалентного компенсирующего тока обмоток 13 и 1.6, приведенного к обмоткам. и. 1.4, намагничивает сердечники трансформаторов 1 и. 2 в общем случае до насыщения.

Вторичные обмотки 12 и 15 включены так, что в течение каждого полупериода вспомогательного переменного тока .от источника 3 в одном сердечнике, например, трансформатора 1 переменная составляющая магнитного потока направлена навстречу потоку от постоянного тока I,, - I тогда как в другом сердечнике трансформатора 2 в это время оба магнитных потока совпадают по направлению,, До момента равенства магнитодвижущих силг (МДС) - - IkWЈCI,(fe I4) постоянного и переменного токов, где VJ)4, W12 - число

витков обмоток I1 и 12, 1, WK- ток и число витков обмоток 13 и 16, изменений магнитного потока практически

щен, а трансформатор 2 ненасыщен. Ключи ч и 5 при этом закрыты, так как на управляющих входах ключей ч и 5

не происходит. При равенстве МДС про- г напряжение менее порога открывания

исходит резкое изменение магнитного потока и во вторичной обмотке 12 возникает Э/1С, которая уравновешивает приложенное напряжение Ui, источника

этих ключей, а на управляющем инверсном входе ключа 7 действует положительное напряжение. Ключ 6 открыт, поэтому на входе блока 17 действует

3, если пренебречь вследствие малости напряжение /Ug/ 0. падением напряжения в обмотках и в -Если направление тока 1 изменя- нагрузке трансформатора 1„ется, то изменяются состояния тран- Потоки в сердечнике трансформатора сформаторов 1 и 2 так,что при 1(, 2 в этом периоде практически никакого ключи 4,- b и-7 закрываются, а ключ 7 влияния не оказывают, так как из-за 15 открывается, а при 1 0 ключи ч-6 совпадения в этом сердечнике постоян- закрываются, а ключ 5 открывается, ного и переменного потоков насыщение увеличивается и никаких изменений индукции в сердечнике практически не происходит. . 20

В следующий полупериод напряжение вспомогательного источника 3 питания уравновешивается ЭДС во вторичной обмотке 15 трансформатора 2. Ток

ограничивается ЭЛ.С вторичных обмоток, 25 соотношение появляющейся при выходе трансформаторов из насыщения, поэтому справедливо равенство. .. Ело Wk

при этом на входе, интегрирующего блока 17 присутствует напряжение

К/ /LS/ «,

При напряжении на входе блока ин тегрировэния более его порога чувствительности происходит изменение компенсирующего тока в обмотках 13 и 16. В установившемся-режиме справедливо

U&blx U(0HJ4.7 /1,г/- Rg+ ,

R

о«

при

W i, /««.

I«w« V, VK.

где I,, WW-W14, W12 W1S, Wf, W,6 WK, т.е, .не зависит от напряжения и .частоты источника 3. Падения напряжений на резисторах 8 и 9-практически прямоугольной формы, пропорцио- нальные току , поступают через ключи на вход интегрирующего блока 17 Состояния ключей ч- зависят Ът направления тока I..

Положим, что в течение первого полупериода при 1 . 0 сердечник трансформатора 1 ненасыщен, а сердечник трансформатора 2 насыщен. Падение напряжения на обмотке 12 практически равно напряжению U; источника 3, так как - U, /, где Ug

е W R8 RV Ue -U9 и Ре- вышает порог открывания ключа ч, поэтому на входе интегрирующего блока 17 напряжение положительно: /Ug/ /1,2./ . Ключи 5-7 закрыты, так как ключ 5 управляется по инверсному входу, а на управляющих входах ключей

6 и 7 действует напряжение, меньшее

V порогов откризания этих ключей.

Во втором полуперио де 1(г. О, при этом (при неизменном направлении вход- ного тока 1() трансформатор 1 насы45

50

напряжение /Ug/ 0. -Если направление тока 1 изменя- ется, то изменяются состояния тран- сформаторов 1 и 2 так,что при 1(, ключи 4,- b и-7 закрываются, а ключ 7 открывается, а при 1 0 ключи ч-6 закрываются, а ключ 5 открывается,

при этом на входе, интегрирующего блока 17 присутствует напряжение

К/ /LS/ «,

При напряжении на входе блока ин тегрировэния более его порога чувствительности происходит изменение компенсирующего тока в обмотках 13 и 16 В установившемся-режиме справедливо

/1,г/- Rg+ ,

R

о«

5 соотношение .. Ело Wk

при

0

8 ™e ийых

W

г

W i, /««.

5

0

разность потенциалов выводами, отмеченными на фиг. 1 стрелками; U,0 падение напряжения на резисторе 10; U. v- напряжение на выходе ключей

-7,

т.е. результат преобразования U6ЫХ пропорционален входному току 1.

Интегрирующий блок 17 (фиг. 2) работает следующим образом. Если напряжение 11ц.7 превышает верхний или нижний пороги опорного напряжения источников 25 и 26 срабатывания компараторов 23 и 2, то счетчик 27 переходит в сложения или вычитания, при этом изменяется состояние счетчика 27-и, следовательно, ступенчато изменяется ток I« с выхода цифроаналого- вого преобразователя 28. При , меньшем пороговых уровней, изменение состояния счетчика 27 прекращается и значение Ik фиксируется. При досдаточ- но.большом числе разрядов счетчика 27 его выходной код соответствует резуль-. тату преобразования в цифровой форме. На управляющий вход интегрирующего блока 17 сигнал может подаваться от внешнего генератора.

Формула изобретений

, to$205568

через компенсационную обмотку первого трансформатора соединен с первым выводом третьего резистора и является дополнительным выходом преобразователя, вторые выводы трех резисторов объединены и соединены с общей шиной, управляющий вход интегрирующего блока соединен с управляющим входом третьего ключа.

3« Преобразователь по п„ 1, о т - личающийся тем, что каждая, пара ключей выполнена на двух комплементарных полевых транзисторах, сток, исток и затвор одного из кото- рых соединены со стоком, истоком и затвором другого соответственно,,

25

30

35