УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к области электроизмерений, в частности к разработке электроизмерительных приборов с цифровым выходом на базе струнных преобразователей в частоту.

Известны устройства для измерения тока и напряжения, содержащие магнитоэлектрическую измерительную систему, дифференциальный струнный преобразователь перемещения в частоту, усилители с положительной обратиой связью и смеситель. В описываемой схеме прибора использованы две кольцевые магнитоэлектрические системы, иодвешеипые на концах двух струи, центровка катущек которых в магнитном зазоре осуществляется с помощью растяжек.

Измерительный ток в катущкп подается таким образом, что усилия, развиваемые магнитоэлектрическими системами, имеют разные знаки, и натяжение одной струны уменьшается, а другой увеличивается.

Разность частот струн, находящихся в режиме автоколебаний, пропорциональна измеряемому току.

Эти приборы обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются необходимость тщательного симметрирования характеристик чувствительных элементов, нреобразующих измеряемый параметр в усилие и перемещение, наличие свободно висящих токонроводов и упругих центрирующих элементов катущек магнитоэлектрических иреооразователей, вызывающих пен елательпый дрейф пуля ирибора и появление иогрсилюстей, обусловленных гистерезисом, иоследействием и

температурпой нестабильностью.

Цель изобретения - повышение точности и упрощепие исиолиения.

Для этого используют преобразователь измеряемого параметра в нерсмещение, выполпенное в внде упругой копсольпо балки, па которой укреплены копцы одинаково натянутых струн и иодвижиая часть механизма aгпитоэлектрической системы. При этом токоподвод к струнам дпффереициальиого преобразователя и подвижпой части пзмсрительной системы выполнен в виде металлических дорожек, папесепиых па копсольной балке, а последняя выполнена из электроизоляционного материала или покрыта электропзолирующим слоем.

Па чертеже изображеиа конструктивиая схема измерителя.

В центре керамического П-образного корнуса / закреплена мопокрнсталлнческая кварцевая нластина 2, являющаяся идеальиым упругим элементом, в котором практически отсутствует последействие и гистерезис. Па некотором расстоянин от основания кварцевой пластины закреилеиы струиы 3 и 4. Вторые концы

док 5, 6 п винтов 7. Натяжение етруп регулируется перемещением узлов заделки отиосительно корпуса с -последующей фиксацией их пололсения винтами 7.

С целью повышения температурной стабильности корпус датчика изготовлен из керамики 22Х, а струны - из вольфрама, поскольку коэффициенты линейного расширения керамики 22Х и вольфрама практически одинаковы.

Для возбуждения колебаний струи на собственной частоте нспользуется магнитоэлектрический способ возбуждения. При этом для создания магнитного поля, необходимого для возбуждення автоколебаний струи, используются постоянные магниты 8, 9.

Токопроводы к концам струн, закрепленным на кварцевой пластине, осуществляются с помощью дорожек из напыленного па щирокие стороны кварцевой пластины серебра.

От нижнего основания кварца к внешним клеммам датчика токонровод осуществляется топким медным проводом 10.

К верхнему концу кварцевой пластины с помощью накладок //-13 и винтов 14, 15 крепится рамка с обмоткой. Две стороны рамки 16 номещены в поле постоянных магнитов 17 и 18. Измеряемый ток подводится к рамке через цепь, состоящую из медных токонроводов 19, напыленных на узкие грани кварцевой пластины дорожек из серебра, и токоироводов 20, 21. Поскольку токопроводы 10, 19-21 кренятся в местах большой жесткости кварцевой пластины и в процессе измереиия не деформируются, то влияние их на погрешность прибора практически отсутствует. Для устранения влияния внешних магнитных полей датчик помещен в разборный кожух 22 из магнитно-мягкого материала.

При отсутствии измеряемого тока начальные частоты собственных колебаний струн равны между собой, поскольку равны их геометрические размеры и натяжения, т. е.

f -f 1/(1)

-Ге, 2/ J/ ср5

начальные частоты первой и второй струн соответственно,

длина струны,

плотность материала струны,

площадь поперечного сечения струны,

сила начального натяжения струн.

В том случае, когда по обмотке рамки пропущен измеряемый ток, на участках, помещенных в магнитное поле магнитов 17 и 18, появляется выталкивающая сила, пропорциональная измеряемому току

/,P 2kiwBi ki,

где АР - выталкивающая сила,

ki - коэффициеит, учитывающий длину витков обмотки, находящейся в магнитном ноле,

В - индукция в зазоре магнита, W - число витков обмотки, k - обобщенный коэффициент, учитывающий параметры магнитоэлектрической системы, i - измеряемый ток.

Автоколебания струн 3, 4 датчика поддерживаются с помощью электронных усилителей с положительной обратной связью. С выхода усилителей сигналы поступают на умножители частоты (в том случае, если требуется повысить дискретность отсчета). Затем оба сигнала подаются на смеситель, на выходе которого выделяется разностная частота, пропорциональная измеряемому току или напрял ению. Далее сигнал поступает на вход вычислительной машины или счетчик частоты. При наличии реверсивного счетчика импульсов последний подключается вместо смесителя.

Предмет изобретения

1.Устройство для измерения тока и напряжения, содержащее магнитоэлектрическую измерительную систему и струнный преобразователь силы в частоту, отличающееся тем, что,

с целью новыщения точности и упрощения конструкции, оно снабжено преобразователем измеряемого параметра в перемещение, выполненным в виде упругой консольной балки, на которой укреплены концы одинаково натянутых струн струнного преобразователя и подвижная часть механизма магнитоэлектрической системы.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что токоподвод к струнам преобразователя и

подвижной части измерительной системы выполнен в виде металлических дорожек, нанесенных на консольной балке, а последняя выполнена из электроизолирующего материала или покрыта электроизолирующим слоем.

77

I I //

,ff 7 .) j 7 J rv.

f.ut I .rfiy-У.СА .A.... -f--- - - Л, LjjLl ,

, / / //1 -1 -ji rlTp-

I r:i:i ii Ю ; I

fiifflBpr

:. L ..i-. J i. j,..

2 ;j 15 Id

.jML ,

I

/ ;

2/ 2 20

-j-

Л 1

-t-p-r-----,

Г.-X

I I

.,....,.ix.......

ftl

:T

-- -rr;-;LJtJ