Устройство для измерения постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к измерительным устройствам, и может быть использовано для измерений постоянного тока.

Известно устройство - преобразователь тока в код, содержащее магнитную головку с магнитодиодами, усилитель, преобразователь напряжения в частоту, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь напряжение - ток, обмотку обратной связи. Этому устройству присущи недостатки, заключающиеся в низкой чувствительности, связанной с применением магнитодиодов, и низком быстродействии, связанном с астатическим характером контура автоматического регулирования.

Известно устройство - цифровой измерительный прибор (например мультиметр

В7-21), содержащее измерительный шунт, АЦП, измеряющий напряжение в шунте, и цифровой десятичный индикатор. Однако устройство имеет относительно большое входное сопротивление, отсутствие гальванической развязки между измеряемой цепью и входными цепями прибора.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнитный преобразователь на двух тороидальных сердечниках, имеющих входные обмотки, соединенные с входными клеммами устройства, обмотки возбуждения, соединенные с выходом генератора затухающих колебаний, выходные обмотки, соединенные с интегратором, выход которого соединен с входом ключа, соединенного с запоминающим элементом, выход которого соединен с

2

К) VI

со о

выходными клеммами устройства и с элементом обратной связи, который соединен с компенсирующей обмоткой, и синхронизатор, подключенный к генератору затухающих колебаний и управляющему входу ключа. Однако это устройство имеет низкое быстродействие, связанное с астатизмом (в контур входит интегратор).

Целью изобретения является повышение быстродействия при сохранении устой- чивости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее магнитный преобразователь на двух тороидальных сердечниках, имеющих входные обмотки, соединенные с входными клеммами устройства, обмотки возбуждения, соединенные с выходом генератора затухающих колебаний, выходные и компенсационные обмотки и синхронизатор, выход которого подклю- чен к входу генератора затухающих колебаний, введены цифроаналоговый преобразователь, преобразователь напряжение - ток, регистр последовательных приближений, триггер, компаратор, первый и второй одновибраторы, причем выходные обмотки подключены к компаратору, выход которого подключен к входу триггера, его выход подключен к входу регистра последовательных приближений, выходы которого являются выходами устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу преобразователя напряжение - ток, соединенного с компенсационными обмотками, входы одновибраторов подключены к синхронизатору, выход первого подключен к синхронизирующему входу триггера, выход второго подключен к синхронизирующему входу регистра последовательных прибли- жений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - петля гистерезиса сердечников: на фиг. 3 - диаграммы напряжений на выходах некоторых блоков.

Устройство содержит магнитный преобразователь на тороидальных магнитных сердечниках 1 и 2, входные обмотки 3 и 4, соединенные с входными клеммами 5 и 6 устройства, обмотки возбуждения 7 и 8, подключенные к выходу генератора затухающих колебаний (ГЗК) 9, компенсационные обмотки 10 и 11, подключенные к выходу преобразователя напряжение - ток 12, вы- ходные обмотки 13 и 14, подключенные к компаратору 15, выход которого подключен к входу триггера 16, выход которого подключен к входу регистра последовательных приближений 17, выходы которого являются

выходами устройства и подключены к входам цифроаналогового преобразователя 18, выход которого подключен к входу преобразователя напряжение - ток 12,синхронизатор 19, подключенный к ГЗК 9, первому и второму одновибраторам 20 и 21, выходы которых подключены к синхронизирующим входам триггера 16 и регистра последовательных приближений 17.

Устройство для измерения постоянного тока работает следующим образом.

Преобразование начинается с подачи сигнала запуск, который устанавливает регистр последовательных приближений 17 в исходное состояние, на его выходах устанавливаются нули. Затем на его выходах начинает формироваться двоичный код в соответствии с алгоритмом последовательных приближений: сначала старший разряд принимает значение единица. Цифроаналоговый преобразователь 12 преобразует это напряжение в ток, который поступает на компенсирующие обмотки 10 и 11. С помощью магнитного преобразователя и устройства фиксирования знака выходного импульса происходит сравнение магнитно- движущих сил (МДС) входного и компенсирующего токов. Результат сравнения записывается в триггер 16 в виде логического нуля или логической единицы. Выход триггера 16 подключен к входу регистра последовательных приближений 17. В зависимости от результата сравнения регистр последовательных приближений 17 либо сохраняет единицу в старшем разряде, либо обнуляет. Так&р же процедура происходит с остальными разрядами, в результате чего на выходе регистра последовательных приближений 17 устанавливается цифровой двоичный код, пропорциональный входному току. Количество актов сравнения равно количеству разрядов получаемого кода.

Рассмотрим один акт сравнения более подробно. Предположим, что в компенсирующих обмотках 10 и 11 течет ток Комп, во входных обмотках течет входной ток Вх. От синхронизатора 19 поступает запускающий импульс на ГЗК 9. На выходе ГЗК формируется пакет затухающих импульсов тока, который поступает на обмотки возбуждений 7 и 8, в результате чего сердечники намагничиваются пропорционально разности МДС входного и компенсирующего токов, в сердечниках устанавливаются значечия индукции В0. На фиг, 2 показана петля гистерезиса сердечников. Состояние сердечников в этот момент отмечено точкой 1. Как только синхронизатор выдает следующий запускающий импульс, на выходе ГЗК начнет формироваться следующий пакет затухающих импульсов, и первый импульс тока этого пакета переведет первый сердечник в состояние +Вт, а второй в -Вт, так как обмотки возбуждения включены встречно. Очевидно, что время перемагничивания сердечников неодинаково. На фиг. 2 точками 2 и отмечен момент времени, когда первый сердечник уже практически перемагничен, а второй еще нет, точками 3 и - когда оба сердечника перемагничены. Между моментами времени 1 и 2 приращения индукции в обоих сердечниках практически равны, следовательно, в выходных обмотках 13 и 14 индуктируются ЭДС, которые одинаковы по величине и противоположные по знаку, В результате суммарное напряжение на выходе равно нулю. Между моментами времени 2 и 3 приращение индукции первого сердечника мало, а второго достаточно велико, следовательно, на выходе появится импульс напряжения. Таким образом, выходной импульс появляется не сразу после приложенного перемагничивания поля, а через некоторое время. В случае если предварительная намагниченность была большой (например если оба сердечника находились в точке 2), выходной импульс появляется почти сразу. Площадь выходного импульса пропорциональна разности МДС входного и компенсирующего токов.

На фиг. 3 показан график этого процесса. На графике а показан запускающий фронт импульса, поступающего с синхронизатора, б - начало пакета затухающих им- пульсов, в - несколько вариантов выходных импульсов на обмотках считывания 13 и 14 (для случая большой положительной намагниченности и для случаев малых положительной и отрицательной намагниченности). Из графика видно, что время достижения максимума импульса зависит от предварительной намагниченности, но если фиксировать знак импульса в момент времени t2, то он будет определен правильно, независимо от абсолютной величины намагниченности, На графике г показан выходной импульс первого одновиб- ратора, который настроен так, что отрицательный фронт появляется в момент времени t2, благодаря чему в триггер 16 запишется состояние, которое соответствует моменту ta. На графике д показана диаграмма напряжений на выходе триггера в случае записи в него логической единицы (в случае, если выходной импульс был положительный). Так как триггер 16 не обладает бесконечным быстродействием, на его выходе логический уровень устанавливается

через некоторое время после момента t2, следовательно, запись в регистр последовательных приближений 17 должна происходить после момента времени t2, что и

обеспечивает второй ждущий мультивибратор 21. Длительность его выходного импульса немного больше длительности первого ждущего мультивибратора, и его отрицательный фронт появляется в момент ts и

записывает логическое состояние триггера 16 в регистр поразрядного уравновешивания 17, когда на выходе триггера уже устойчивое состояние.

Описанный процесс представляет собой один акт сравнения входного тока с компенсационным, результатом которого является запись логической единицы или логического нуля в регистр последовательных приближений 17. Весь цикл преобразования состоит из N актов сравнения, если регистр последовательных приближений 17 имеет N разрядов (в соответствии с методом последовательных приближений).

Формула изобретения Устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнитный преобразователь на двух тороидальных сердечникг

имеющих входные обмотки, соединенные входными клеммами устройства, обмс.к/ возбуждения, соединенные с выходом генератора затухающих колебаний, выходные, компенсационные обмотки и синхрониззтор, выход которого соединен с входом генератора затухающих колебаний, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении устойчивости, в него введены цифроаналоговый

преобразователь, преобразователь напряжение-ток, регистр последовательных приближений, триггер, компаратор, первый и второй одновибраторы, причем входные обмотки подключены к компаратору, выход которого подключен к входу триггера, выход которого подключен к входу регистра последовательных приближений, выходы которого являются выходами устройства и подключены к входам цифроаналогового

преобразователя, выход которого подключен к входу преобразователя напряжение- ток, выходы которого соединены с компенсационными обмотками, входы од- новибраторов подключены к выходусинхронизатора, выход первого одновибратора соединен с синхронизирующим входом триггера, выход второго одновибратора соединен с синхронизирующим входом регистра последовательных приближений.

w

Использование: в электротехнике, в частности в измерительных устройствах для измерения постоянного тока. Сущность изобретения: устройство содержит магнитный преобразователь на двух тороидальных сердечниках (1 и 2), входные обмотки (3 и 4), обмотки возбуждения (7 и 8), к которым подключен генератор затухающих колебаний

Фиг. 2

U

CUItfft

)

Г W

Я

V

u(

)

bt

Фиг. Ъ