ЦИФРОВОЙ АМПЕРМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1971 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для ирецизионных измерении постоянного тока.

Известные цифровые амперметры ностоянного тока, содержащие датчик ядерного магнитното резонанса (ЯМР), измерительную цепь ЯМР, индикатор резонанса, цифровое устройство для измерения частоты ЯМР, смеситель и генератор, не обладают достаточно высокими быстродействием и точностью измерения.

Повышение быстродейс1вия н точности пзмерения описываемого амперметра достигается тем, что он снабжен осуществляющим синхронизацию диапазонного генератора, ПРтающего датчик ЯМР, синтезатором, вход которого подключен к выходу устройства автоматической перестройки частоты синтезатора, причем один вход устройства автоматической нерестройки частоты синтезатора .подсоединен через преобразователь «аналог - код и следящую систему к датчику ЯМР, а другой - через преобразователи «аналог - код, «ток - напряжение и «ток - магнитное поле к niporpaMMHOMy устройству, унравляющему преобразователями «аналог - код л устройством автоматической перестройки частоты синтезатора.

сываемого амиерметра, тде / - программное устройство, 2 - преобразователь «ток-магнитное поле, 3 - преобразователь «ток - напряжение, 4 - магнит, 5 - датчик ЯМР, 5 - следящая система ЯМР, 7 - дианазонный си1нхроииз 1рованный генератор, cS - синтезатор частоты, 9 -10 - преобразователи «аналог - код, 11 - устройство нндикацнп и управления частотой синтезатора.

Цифровой амперметр постоянного тока работает следующим образом. Измеряемый ток /л через nporpaiMMHoe устройство 1 поступает в катушки преобразователя 2 «ток - магнитное поле и далее на преооразователь 3 «ток - напряжение.

Катушки преобразователя 2 «ток - магнитное поле расположены в зазоре магнита 4 совместно с датчиком 5 ЯМР, соединенного со следящей системой 6 ЯМР. Высокочастотное напряжение на датчик J ЯМР подается от диапазонного синхронизированного генератора 7, сигнал синхронизации поступает с синтезатора 8.

Одновременно выходной сигнал следящей системы 6 ЯМР поступает на преобразователь 10 «аналог - код, информация с которого управляет соответствующими разрядами устройства 11 индикации и управления частотой синтезатора.

Программное устройство / вырабатывает сигналы управления для преобразователя 9 и 10 «аналог - код и устройства 11, определяя тактовую частоту переключения синтезатора 5. Грубое изменение частоты синтезатора 8, пропорциональной измеряемому току /.,; производится по прямой (инвариантной) петле регулирования: ток через преобразователь 2 поступает на преобразователь 3 «гок - нанряжение, с выхода которого сигнал нодается на преобразователь 9 «аналог - код и через устройство // индикации и управления на переключение наивысших разрядов синтезатора 8 (число разрядов может быть равно 3-4). Одновременно сигнал с преобразователя 3 осуществляет предваригельную перестройку контура синхронизируемого генератора 7 с целью удержания его в зоне синхронн:зации от синтезатора 8. Введение синхронизируемого диапазонного генератора необходимо, чтобы исключить влияние на следящ ю систему () ЯМР пропадания частоты с вьусоДа синтезатора 8 нрк переключений его частоты.

Ток 1х в преобразователе 2 создает дополнительное поле , где к - коэфф ИЦ 1ент преобразования. Условие ядерного магнитного резонанса занпсывается в виде f/o , где UQ - частота дианазонного синхронизируемого генератора 7, задаваемая синхронизатором 8 и поступающая на датчик 5 ЯМР; у - гиромагнитное отношение ядер, применяемых в датчике 5 ЯМР; HQ - поле вспомогательного магнита 4, для создания необходимого превышения сигнала ЯМР над шумом. При отсутстваи тока /:v генерируемая синтезатором 8 частота определяется полем Яо и задается включением соответствующих «грубых разрядов устройства //. Точная установка частоты, соответствующей вьшолнению резонансных -условий :в датчике 5 ЯМР нри лоле Яр, осуществляется следящей системой 6 Я-МР автоматически.

При этом сигналы управления от преобразо;вателя 9 «аналог-катод отсутствуют. Дрейф магнитного ноля магнита 4 выбирается следящей системой 6 ЯМР по точной петле регулирования - Преобразователь 10, устройство 11 индикации и управления, синтезатор 8. Частота си1нтезатора 8 «о равна ларморовокой с ЛОгрешностью, определяе Мой погрешностью следящей системы 6 ЯРМ. На табло индикации устройства // выводятся нулевые показания с номощью .перестройки системы вывода индикации.

Следователыно, частота о условно принимаемая за нулевую, онределяется полем Яо, дрейф мапнита 4 выбирается вручную регулировками младщих разрядов устройства 11. При подаче тока 1х в цепь лреобразователей 2 v. 3, включенных последовательно, происходят преобразование тока в код в преобразователях 9 и 10 и -ввод Кода в зстройсгво // по обеим петлям рег лирования - по прямой петле: узлы (3, 9, 11 п ио следящей точной:

узлы (6 10, 11). Одно-временно по петле регулирования (узел 5 и 7) происходит опережающая грубая перестройка частоты синхронизируемого генератора 7, необходимая для сужения полосы синхроиизации с целью уменьщения фазовых искажений частоты генератора 7 и улучшения динамических характеристик следящей системы ЯМР.

После окончания ввода кода в устройство

11 происходят переключение синтезатора 8 и одновременно индикация частоты При этом генерируемая синтезатором 8 частота определяется результирующи.м полем в объеме датчика 5 ЯМР и отличается от прежней («нулевой) частоты на величину, равную например, )W -fLiQ kT k, т. е. пропорционально току

4Коэффициент выбирается равным /, тогда показапия табло индикации стройства // выражены в единицах тока /.

При регулировании частоты синтезатора 8 управление его разрядами осуществляется устройством // от сигналов преобразователей «аналог-код 9 и 10, причем возможно управление от преобразователя 9 по трем или четырем разрядам, от преобразователя W - по трем разрядам.

При ошибке преобразователя 9, превышающей едппипу его младшего разряда, сигнал ошибки следящей системы 6 ЯМР превышает уровень преобразования в преобразователе W, сигнал перепол1нения которого корректирует управляющий сигнал преобразователя 9.

Таким образом требо вания к стабильности

нуля и «рутиз не преобразователя 9 невелики и авто1матически выбираются по петле точного регулирования.

Погрешность преобразователя 10 (дрейф

куля и нестабильность крутизны преобразования) должна быть обеспечена меньшей, чем единица младшего управляющего разряда.

При измерениях, не требующих предельного быстродействия, программное устройство /

позволяет использовать режим автоматической коррекции нуля. Сущность этого режима заключается IB том, что программ1ное устройство / осуществляет периодическую коммутацию тока /д. в преобразователь 2 или на эталонную

нагрузку. При это.м :генерируются частота о при отсутствии тока в преобразователе 2 и частота и) при подаче тока в преобразователь 2. Устройство / задает режим вывода па табло индикации устр.ойспва // разницы частот и

Wj 7. е. девиацию частоты, пропорциональную току /.г.

Для того чтобы .получить заданную точность измерения, необходимо создать определенную девиацию частоты, (например, точность

( . 10 5 реализуется при девиации 10гц и 1погрешпости ЯМР следяшей системы ЯМР 8ямр 1 10). Приращение магнитного потока 3 ферромагнитном ЯМР от магнитного поля преобразователя 2 «ток-магнитное поле служит причиной погрешности устройства от

гистерезиса и нелинеиНОЙ зависимости .маг1НИТНОЙ проницаемости от поля и зависит от конструкции Преобразователя 2.

Приращение магнитного потока в ферромагнитном ЯМР определяется из выражения

.5пр

где ДФ - приращевие магнитного потока в ЯМР;

4Яд- величина поля преобразователя 2; |j- - магнитная проницаемость материала ЯМР;:. F(H).

Следовательно, при создании одинакового приращения поля Я в зазоре наименьщее приращение магнитного потока в ЯМН дает преобразователь с меньщей площадью поперечного сечения. Для «р азраввивания сконцентрированного поля преобразователя 2 применяются полюсные наконечники.

Предмет изобретения

Цифровой а.мпер.метр постоянного тока, содержащий NiarHHT, в зазоре которого помещен преобразователь «ток-магнитное поле, датчик ядерного магнитного резонанса и устройство контроля резонансных условий, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, он

снабжен осуществляющим синхровпзлцию диапазонного генератора, питающего датчИ:к ЯМР, синтезатором, вход которого подключен к выходу устройства автоматической перестройки частоты синтезатора, причем один

вход устройства автоматической перестройки частоты синтезатора подсоединен через преобразователь «а налог-«од и следящую систему к датчику ЯМР, а другой - через преобразователи «аналог-код, «ток-напряжение и «ток-магнитное поле к программно.му устройству, управляющему преобразователями «аналог-код и устройством автоматической перестройки частоты синтезатора