Способ измерения постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК G01R5/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения оперативных измерений малых токов. $

Цель изобретения - повышение быстродействия измерений.

,

Указанная цель достигается тем, что во время переходного процесса в гальванометре задают три значения угла поворота подвижной рамки и измеряют три временных

I

1) при /3 1

Л/((Т2 +гз) г3 «1 (та +та) СЕ +та со)

.л t Т -чг-- l Л Л t VW. -

V( +W7 -тз -е-У73 (ъ +тз) +Г2) 2) при ft 1

интервала, соответствующих моментам достижения подвижной рамкой заданных углов поворота, так что конец предыдущего временного интервала является началом последующего, причем началом первого временного интервала является момент подачи измеряемого тока на рамку гальванометра, то есть начало измерения, а значение изме- ряемого тока в зависимости от степени ус- упокоения гальванометра / рассчитывают по зависимостям:

+та) СЕ +та со)

. -

+тз) +Г2)

0)

fe

со

СО СЛ (Л

Сущность изобретения- во время переходного процесса в гальванометре задают три значения угла поворота подвижной рамки и измеряют три временных интервала, соответствующих моментам достижения подвижной рамкой заданных углов поворота, так что конец предыдущего временного интервала является началом последующего, причем началом первого временного интервала является начало измерения. Значение измеряемого тока рассчитывают по зависимостям, вид которых зависит от степени успокоения гальванометра. 2 ил.

уу/е-уСаг.) ..(enj.a,-e-K2 i -ШЯ-tt) . ,н.(,(щ4я)) ia-H- C2t )-Чи(«ч)-а) , (2) V(e- t +2I2+f:)(tn)-e- tvt1+II Kt - lr.(e(tj+o))-H r r t tl -,in(en))

3)при / 1

wVe-rt21 + + гз) ,hf ей) -а. -,-У(2ч+ +«).. h(t(n+n)) « +1 г),„3} . .

у(е--н« + +гз)-,м(Еп)в-пл + т«ТГ,МЈ(п+Ј

$h(«ts))

где I - момент инерции рамки;

Р - коэффициент успокоения;

W - удельный противодействующий момент;

ty- удельный вращающий момент;

«1 , «2 , «з - задаваемые углы поворота подвижной рамки;

Ti , Г2 , тз - измеряемые временные ин тервалы;

Р # степень успокоения;

2VIW

v P V 2I

. W Ј - коэффициент.

Реализовать предлагаемый способ можно с помощью устройства, изображенного на фиг.1.

Устройство состоит из ключа 1, подвижной рамки 2, зеркальца 6, шкалы 4 с тремя закрепленными на ней фотодиодами, трех усилителей-формирователей одиночных импульсов 5, 6 и 7, формирователя одиночного импульса 8, генератора 9, спецвычислителя 10, трех RS-триггеров Т1-ТЗ, трех лог,иче- ских схем И1-ИЗ и трех счетчиков СТ1-СТЗ. При этом, на вход ключа 1 подается измеряемый ток, выход ключа соединен с токопро- водящим подвесом подвижной рамки 2, каждый из трех фотодиодов шкалы 4 связан со входом соответствующего усилителя- формирователя 5, 6 и 7, выходы которых связаны с R-входами триггеров Т1-ТЗ соответственно, а выход усилителя-формирователя 7 связан кроме того и с первым входом спецвычислителя 10, прямые выходы триггеров Т1-ТЗ соединены с первыми входами логических схем И1-ИЗ соответственно, инверсный выход триггера Т1 соединен с S- входом триггера Т2, инверсный выход которого соединен с S-входом триггера ТЗ, вторые входы логических схем И1-ИЗ связаны с выходом генератора 9, а выходы соединены со счетными входами счетчиков СТ1-СТЗ соответственно, R-входы сброса которых связаны с третьим выходом спец(3)

$h(«ts))

вычислителя 10t а выходы счетчиков СИСИ соединены со вторым, третьим и четвер- тым входами спецвычислителя 10 соответственно,второй выход которого является выходом устройства в целом, а первый выход соединен со входом управления ключа 1 и входом формирователя одиночного импульса 8, выход.которого связан с S- входом триггера ТТ. Устройство работает

следующим-образом. Перед началом измерения триггеры Т1-ТЗ находятся в нулевом состоянии, ключ 1 закрыт, счетчики обнулены, В момент начала измерений разрешающий потенциал с первого выхода

спецвычислителя 10 поступает на вход уп- равления ключа 1 и вход формирователя 8. Ключ 1 открывается и измеряемый ток поступает на подвижную рамку, которая начинает поворачиваться. Одновременно с этим

одиночный импульс, вырабатываемый формирователем 8 перебрасывает триггер Т1 в единичное состояние единичным потенциалом с прямого выхода Т1 открывается.логи- ческая схема И1, через которую импульсы от

генератора 9 начинают заполнение счетчика СТ1. Начинается измерение временного интервала т . При повороте рамки световой лучртраженный от зеркальца 3, перемещается вдоль шкалы 4. При достижении

рамкой первого заданного угла поворота а , луч света попадает на первый фотодиод шкалы 4. На выходе усилителя-формирователя 5 появляется импульс, который перебрасывает триггер Т1 в нулевое состояние.

Логическая единица, появляющаяся на инверсном выходе триггера Т1. перебрасывает триггер Т2 в единичное состояние. Логическая схема И1 закрывается, тем самым прекращая измерение временного интервала л, а схема И2 открывается и начинается измерение временного интервала Т2 . При достижении рамкой второго заданного угла поворота cei , световой луч попадает на второй фотодиод шкалы 4. Импульс с выхода усилителя-формирователя 6 перебрасывает триггер Т2 в нулевое состояние. Логическая единица появляющаяся на инверсном выходе триггера Т2, перебрасывает триггер ТЗ в единичное состояние. Прекращается измерение временного интервала Г2 и начинается измерение времен- ного интервала гз . При достижении рамкой третьего заданного угла поворота и попадании светового луча на третий фотодиод, импульс с выхода усилителя-формирователя 7 перебрасывает триггер ТЗ в нулевое состо- яние, прекращая тем самым измерение третьего временного интервала гз , и поступит так же на первый вход спецвычислителя 10, сигнализируя об окончании измерений. Спецвычислитель 10 снимает разрешаю- щий потенциал со своего первого выхода, закрывая тем самым ключ 1, а также разрешает прохождение информации о величинах измеренных временных интервалов с выходов счетчиков СТ1-СТЗ на второй, тре- тий и четвертый входы спецвычислителя 10 соответственно. Подвижная рамка обесточивается и возвращается в исходное положение. Спецвычислитель 10, приняв информацию об измеренных временных ин- тервалах, подает на R-входы счетчиков СТ1- СТЗ импульс, обнуляя последний, а также реализует алгоритм вычисления значения измеряемого тока в зависимости от характера движения подвижной рамки (см. зависи- мости (1), (2), (3)).

Положительный эффект доказывается с помощью следующих рассуждений. При пропускании через рамку гальванометра измеряемого тока возникает переходный про- цесс, описываемый дифференциальным уравнением вида:

б2 а

da

+

(4)

Решение уравнения (4) зависит от степени успокоения /3.

Так, при / 1 а (t ) е { cos ( е t ) +1 sin ( е t ) оь +

+ е jsin(et) -оо + (1 (et) +

+ sin(ct)))$l(5)

При Ј 1

a (t) е( 1 + у t) «о + t оъ +

-r-t

о I /Т+ (l-(1+yr)ew)$l(6)

a(t)(ch(et)+|sh(Јt) оь +

-I- ё | sh ( Е t) оь + (1 -, ch ( F, ) + + |sh(et)))$l(7)

где do . GO - начальные условия.

& прототипе о значении измеряемого тока судят по углу отклонения подвижной рамки после окончания переходного процесса, то есть работают с установившимся

значением угла отклонения /а Ж|/, В

предлагаемом же способе оценку измеряемого тока получают используя информацию о некоторой части переходного процесса в гальванометре. Во время переходного процесса задают три значения угла поворота а (I 1,2,3) и измеряют три временных интервала т (I 1,2,3), соответствующих моментам достижения подвижной рамкой заданных углов поворота (см. фиг.2), то есть

а а(т ) 02 а ( п + га ) «з а ( Ti + тг + гз )

,09

Решая систему уравнений (8), предварительно подставив в нее зависимость угла поворота подвижной рамки гальванометра от времени (5), (6) или (7), можно, при известных коэффициентах дифференциального уравнения (1), получить алгоритмы нахождения оценки измеряемого тока для колебательного, критического и апериодического движения подвижной рамки гальванометра соответственно. Это выражения (2), (1) и (3) соответственно. Таким образом, для получения оценки измеряемого тока используется информация, получаемая на некоторой (незначительной) части переходного процесса в гальванометре и не требуется окончание переходного процесса для регистрации ус1 тановившегося значения угла отклонения подвижной рамки гальванометра, вследствие чего повышается быстродействие измерений.

Формул а и э о б р е тения Способ измерения постоянного тока, включающий регистрацию отклонения рамки с током в магнитном поле, отличающи

и с я тем, что, с целью повышения быстро-между первым и вторым и между вторым и

действия, задают три значения угла поворо-третьим заданными углами поворота, а зната подвижной рамки и измеряют временныечение измеряемого тока I определяют из

интервалы движения рамки до первого,соотношений

1) при ft - 1

/

1 м((Т2+Тз)-тз-ы-е-УТз-(ъ+тз)-аг+ъ-сь}

ф(9-ПЪ +Ъ)- ъ-e-Y 3 - (г2 +гз) +т2) 2) при ft 1

)..,

( п ч 1п(«з)-.-усл+.ч«,j.Л(;(-ч +- +e-X(,4-2,5j.,1п(Ј;г))

3) при ft 1

l-W().,hr,a).a,-.-y() rt(efa+ft.ft+ -y().lhfeft,.

(..ih(ia).,-yt2..+,tt4.q),i;( t(a7))+t-y(+IgJ.ih)

где P- коэффициент успокоения; ,.5 /3 P степень успокоения;

W - удельный противодействующий мо-2v|W

мент; . i-а-

-удельный вращающий момент; Р , . Р -41 W .

,аз заданные углы поворота 21 21

подвижной рамки; е10 фициенты;

TI , та , Гз-измеренные временные ин-I - момент инерции рамки, тервалы,