Измерительный преобразователь тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 G01K19/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования постоянных и быстроменяющихся токов в пропорциональное им напряжение.

-Целью изобретения является повышение достоверности измерений.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерительного преобразователя тока; на фиг. 2 - функциональная схема блока коррекции запаздывания цифроаналогового преобразователя.

Измерительный преобразователь тока содержит трансформатор 1 тока с магнитопроводами 2, 3 и 4, причем на магнитопровод 2 намотана индукционная обмотка 5, а на магнитопроводы 3 и 4 намотаны соответственно первая и вторая модуляционные обмотки 6 и 7, причем все магнитопроводы охвачены компенсационной обмоткой 8. В состав измерительного преобразователя тока входят также, генератор 9 переменного тока, выход которого соединен с входом усилителя 10 мощности, выходом соединенного с первыми выводами модуляционных обмоток, формирователь 11 опорного напряжения, Ёход которого соединен с выходом усилителя 10 мощности, а выход - с первым входом фазового детектора 12, второй вход которого через селективный фильтр 13 соединен с вторым входом первой модуляционной обмотки 6 и первым выводом первого резистора 14, второй вывод которого соединен с общей шиной. Второй вывод второй модуляционной обмотки 7 через второй резистор 15 соединен с общей шиной. Выход фазового детектора 12 соединен с первым входом сумматора 16, второй вход которого через параллельно соединенные индукционную обмотку 5 и третий резистор 17 соединен с общей шиной, с которой также соединен второй вывод компенсационной обмотки 8 через четвертый резистор 18. Устройство содержит также аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 19, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 20 и блок21 коррекции запаздывания ЦАП. Вход АЦП 19 соединен с выходом сумматора 16. Выход ЦАП 20 соединен с вторым выводом компенсационной обмотки 8, Выход разряда полярности АЦП 19 соединен с входом соответствующего разряда ЦАП 20. Выход АЦП 19 соединен с входом ЦАП 20 через блок 21 коррекции запаздывания ЦАП.

На фиг. 1 изображена также токонесущая шина 22, являющаяся первичной обмоткой (один виток) измерительного пpeoбpaзoвaYeля тока.

Блок 21 коррекции запаздывания ЦАП (фиг. 2) содержит элементы 23-29 задержки, количество которых соответствует количе

ству разрядов одинакового разрядных ЦАП

20и АЦП 19, уменьшенному на единицу, так как нет необходимости осуществлять задержку включения старшего разряда тока ЦАП

20.Поэтому общности вход - выход блока

21,присоединяемые к кодовому выходу АЦП 19 и кодовому входу ЦАП 20, соответствующих старшему разряду, соединены накоротко.

Остальные входы элементов задержки блока 21 коррекции запаздывания ЦАП 20 являются соответствующими входами этого блока, а выходы элементов задержки блока

21коррекции запаздывания ЦАП -соответствующими выходами этого блока. ЦАП 20 может состоять, например, для восьмиразрядного варианта из восьми аналоговых ключей 30-37, восьми разрядных резисторов 38-45, источника 46 опорного напряжения постоянного тока обеих полярностей и переключателя 47. Выход источника 46 опорного напряжения постоянного тока через переключатель 47 и восемь параллельных ветвей, каждая из которых представляет последовательное соединение аналогового ключа и соответствующего разрядного резистора, соединен с Общим выходом ЦАП 20. Управляемые входы аналоговых ключей 30-37 соединены с соответствующими выходами блока 21 коррекции задержки. Третий вывод источника 46 соединен с землей. Управляемый вход переключателя 47 соединен с входом знакового (полярности) разряда ЦАП 20.

Элемент задержки в блоке 21 коррекции задержки может быть выполнен в виде интегрирующей КС-цепочки, к выходу которой подключен в проводящем направлении полупроводниковый диод (анодом -для сигнала положительной полярности, катодом для сигнала отрицательной полярности).

Измерительный преобразователь тока работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого тока в шине (первичной обмотке) 22 по модуляЦионным обмоткам 6 и 7, включенным так, чтобы исключить наводки в компенсационной обмотке 8 обратной связи, протекает ток, содержащий только нечетные гармоники. На выходе селективного фильтра 13 напряжение отсутствует, а следовательно отсутствует сигнал на выходе фазового детектора 12 и сумматора 16. В компенсационной обмотке 8 ток не протекает.

При протекании по первичной обмотке (шине) 22 переменного тока в индукционной, обмотке 5 наводится ЭДС, которая через сумматор 16 (напряжений) воздействует АЦП 19, а следовательно, на блок 21 коррекции и ЦАП 20 так, что выходной ток, протекающий по компенсационной обмотке 8 и резистору 18 (нагрузке), компенсирует магнитный поток, вызванный измеряемым (первичным) током в шине 22.

При протекании по первичной обмотке (шине) 22 постоянного тока, либо при наличии в первичном токе постоянной составляющей ток, протекающий по магнитомодуляционным обмоткам 6 и 7, становится несимметричным, т.е. в нем появляются токи четных гармоник, амплитуда и фаза которых несут информацию о величине и направлении постоянно/О тока ( постоянной составляющей первичного тока).

Вторая гармоника выделяется селективным фильтром 13 и поступает на вход фазового детектора 12, на выходе которого появляется постоянное напряжение положительной или отрицательной полярности в зависимости от направления постоянной составляющей первичного тока. Сигнал с выхода фазового детектора через сумматор 16 воздействует на цепочку: АЦП 19. блок 21 коррекции задержки и ЦАП 20 так. что ток нагрузки, протекающий по компенсационной обмотке 8 компенсирует постоянную составляющую магнитного тока, создаваемую апериодической составляющей (или постоянной составляющей) первичного тока в шине 22.

Таким образом, по компенсационной обмотке 8 и по нагрузке - резистору 18 протекает ток, форма которого в заданном масштабе повторяет первичный ток. Падение напряжения от этого компенсационного тока на активной нагрузке (резисторе) 18 также будет характеризовать величину и форму измеряемого тока.

Использование в измерительном преобразователе тока индуктивно-активной нагрузки (последовательное соединение компенсационной обмотки 8 и резистора 18) и ЦАП 20 должно повлечь разное запаздывание при установлении тока разных разрядов на активном сопротивлении (резисторе 18). так как Гзап L/R.

В связи с тем, что индуктивность L обмотки 8 при каждом цикле цифроаналогового преобразования гцэимерно постоянна, а величина R для каждого разряда различна (например, увеличивается по двоичному закону от старшего разряда к младшему), наибольшее запаздывание в каждом цикле преобразования ЦАП будет при установлеНИИ на резисторе 18 тока старшего разряда. С целью получения на резисторе 18 - нагрузке - одновременно суммарного значения токов всех участвующих в

преобразовании разрядов ЦАП, которые соответствуют имеющемуся в данный текущий момент времени коду на выходе АЦП 19. вводятся разной длительности задержки включения каждого разряда ЦАП 20. При этом задержка включения второго (после старшего) разряда максимальна.

Старший разряд включается вообще без задержки. Величина задержки включения каждого разряда определяется из условия, чтобы суммарная задержка установления тока каждого разряда и задержки включения этого разряда была равна постоянной времени задержки тока старшего разряда (Гзап).

Величина задержки включения каждого разряда может определяться и из более жесткого условия, когда суммарная задержка установления тока каждого разряда и задержки включения этого разряда была равна (3-4) г старшего разряда.

Выбор того или иного условия определяется в зависимости от получения высокой точности, либо высокого быстродействия.

Изобретение позволяет существенно повысить достоверность измерения, обеспечивая возможность использования преобразователя в длительном, практически не ограниченном по времени режиме, что позволяет применять его не только для измерения токов в ограниченных по времени протекания процессах, например для регистрации режимов короткого замыкания, но и во всех схемах измерения длительных стационарных процессов так же, как и в схемах регулирования и стабилизации.

Формула из обретения

1. Измерительный преобразователь тока, содержащий трансформатор тока с тремя магнитопроводами. на первый из которых намотана индукционная обмотка, на второй и третий магнитопроводы намотаны соответственно первая и вторая модуляционные обмотки, все магнитопроводы охвачены компенсационной обмоткой, генератор переменного тока, выход которого соединен с входом усилителя мощности, причем выход усилителя мощности соединен с первыми выводами модуляционных обмоток, формирователь опорного напряжения, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, а выход - с первым входом фазового детектора, второй вход которого через селективный фильтр соединен с вторым входом первой модуляционной обмотки и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод второй модуляционной обмотки через второй резистор соединен с общей шиной, выход фазового детектора соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через параллельно соединенные индукционную обмотку и третий резистор соединен с общей шиной, с которой также соединен второй вывод компенсационной обмотки через четвертый резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, в устройство введены аналогоцифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, блок коррекции запаздывания цифроаналогового преобразователя,причем вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом сумматора, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым выводом компенсационной обмотки, выход разряда полярности аналого-цифрового преобразователя соединен с входом соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом цифроаналогового преобразователя через блок коррекции запаздывания.

2.Преобразователь тока по п. 1, о т л йч а ю щ и и с я тем, что блок коррекции запаздывания цифроаналогового преобразователя состоит из элементов запаздывания, количество которых равно количеству разрядов цифроаналогового преобразователя, уменьшенному на единицу, причем входы соответствующих элементов запаздывания являются входами блока, а выходы - соответствующими выходами блока, причем первый вход блока, соответствующий старшему разряду аналого-цифрового преобразователя соединен накоротко с первым выходом блока, соответствующего старшему разряду цифроаналогового преобразователя.

3.Преобразователь тока по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что элемент запаздывания выполнен в виде интегрирующей цепочки, к выходу которой подключен либо анод диода для задерживаемых сигналов положительной полярности, либо катод диода для задерживаемых сигналов отрицательной полярности.

чя44 sisiB

Изобретение может быть использовано в измерительной технике и технике автоматического регулирования. Цель изобретения - повышение достоверности измерений. Измерительный преобразователь тока содержиттрансформатор 1 тока на трех маг- нитопроводах 2,3 и 4, на первый из которых намотана индукционная обмотка 5, а на второй и третий - модуляционные обмотки 6 и 7, все три магнитопровода охвачены общей компенсационной обмоткой 8, генератор 9 переменного тока, усилитель 10 мощности задающего генератора, формирователь 11 опорного напряжения! селективный фильтр 13, фазовый детектор 12, сумматор 16, четыре резистора 14,15,. 17 и 18, последовать ть- нр соединенные аналого-цифровой преобразователь 19, блок 21 коррекции запаздывания тока разрядов цифро-'аналого- вогопреобразователятока,цифроаналоговый преобразователь 20 тока и соответствующие связи. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.ч^Ё21тго0«щГО 00юсриг.^19Ш-Ш,

, (

-I