Устройство измерения постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Известны преобразователи постоянного тока во временной,интервал, использующие принцип компенсации магнитного поля измеряемого тока маг нитным полем, образованньам пилообразным током, содержащие нуль-орган усилители, генератор пилы и компаратор 1. Этот прибор обладает сравн тельно низкой точностью и невысоким быстродействием. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является ycTpo lcTBO для измерения постоянного тока,содержащее магнитно-модуля ционный датчик второй гармоники, генератор возбуждения, избирательный усилитель, фазочувствительный детектор, пороговый элемент, дискриминатор нуля второй гармоники, интегратор напряжения, резистор и три тригг ра, входы магнитно-модуляционного датчика второй гармоники подключены к интегратору напряжения последовательно с резистором, к генератору возбуждения и ко входу устройства, а его выход - ко входу избирательног усилителя, выход которого соединен с фазочувствительным детектором, выход которого чер.эз пороговый элемент подключен к одному входу первого триггера, а через дискриминатор нуля второй гармоники - к другому входу первого триггера, другой выход генератора возбуждения подключен к управляющему входу фазочувствительного детектора (2. Однако в ряде случаев, например в спектрометрическом циклотроне, требуется проводить измерения с погрешностью не выше 10, что не может быть выполнено с помощью вышеуказанных устройств из-за недостаточной линейности и стабильности пилообразного тока компенсации. Целью изобретения является повышение точности измерения. Эта цель достигается тем, что устройство измерения постоянного тока, содержащее магнитно-модуляционный датчик второй гармоники, генератор возбуждения, избирательный усилитель, фазочувствительный детектор, пороговый, элемент, дискриминатор нуля второй гармоники, интегратор напряжения резистор и три триггера, причем входы магнитно-модуляционного датчика второй гармоники подключены к интегратору напряжения последовательно

с резистором, к генератоку возбуждения и ко входу устройства, а его выход - ко входу избирательного усилителя, выход которого соединен с фаэочувствительным детектором, выход которого через пороговый элемент подключен к одному входу первого три гера, а через дискриминатор нуля втсгрой гармоники - к другому входу первого триггера, другой выход генератора возбуждения подключен к управляющему входу фазочувствительного детектора, снабжено четырьмя ключами, линией зaдepжкj и двумя источниками эталонного на ряжения, вход генератора через первый ключ соединен с его выходом, а через второй, третийи четвертый - с источниками эталонного напряжения, управляющий вход первого ключа подключен к выходу второго триггера, второго ключа - к выходу третьего триггера, третьего и четвертого ключей - к выходам первого .триггера соответственно, выход дискриминатора нуля второй гармоники служит выходом синхронизации и подключен к входу третьего триггера, а через линию задержки к входу второго триггера, другие входы этих триггеров служат входом запуска.

На чертеже изображена структурная схема устройства, содержащая магнитно-модуляционный датчик второй гармоники 1, генератор возбуждения 2, ключи 3, 4, 5 и 6, источники эталонного напряжения 7 и 8, интегратор напряжения 9,первый триггер 10 избирательный усилитель 11, фазочувствительный детектор 12, пороговый элемент 13, дискриминатор нуля второ гармоники 14, второй и третий триггеры 15 и 16, линия задержки 17 и резистор 18.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент сердечники магнитно-модуляционного датчика 1 насыщены магнитным полем Н, пропорционсшьным измеряемому току Т . В момент времени t на входы триггеров Гз и 16 поступает импульс запуска. При этом с помощью ключей 5 и 6 происходит .подключение источника эталонного напряжения 7 ко входу интегратора напряжения 9 и раскорачивание его входа и выхода.

В результате этого на один вход магнитно-модуляционного датчика 1 потупает нарастающий во времени ток Л, создающий пропорциональное ему магнитное поле Н , полярность которого противоположна полю тока о В момант выхода из насыщения магнитомодуляционного датчика 1 на его выходе возникает сигнал второй гармоники U.: выделяемый и усиливаемый усилителем 11, и затем демодулируемый фазочуЪствительным детектором 12. При достижении этим сигнёшом некоторого заданного значения 11|- на выходе порогового элемента 13 в момент времени t возникает импульс U, поступающий на вход первого триггера 10, который с помощью ключей 3 и 4 осуществляет отключенгле источника 7 от входа интегратора 9 и подключает источник 8. В результате напряжения на входе интегратора уменьшается в п раз и, соответственно, во столько раз уменьшается скорость нарастания пилообразного тока. В момент tg, соответствующий моменту полной компенсации полей MO и Н ( на выходе дискриминатора нуля второй гармоник 14 возникает импульс U который поступает на второй вход триггера 1 и разрывает входную цепь интегратор 9 от источников 7 и 8 посредством размыкания ключа 5. В этот момент выходное н.апряжение Ufj, снимаемое с резистора 18 соответствует измеряемому току DO. Импульс одновременно поступает на второй вход триггера 10, а через линию задержки 17 на вход триггера 16. В результате этого схема приходит в начальное состоние и готова к следующему циклу измерения.

Из вышеописанного принципа работы устройства следует, что точность измерения постоянного тока зависит только от постоянной времени интегратора в режиме измерения выходного напряжения и of чувствительности магнитно-модуляционного датчика 1, выполняющего роль дискриминатора нуля магнитного поля.

Известно, что использование генератора с переменной скоростью нарастания тока позволило в качестве дискриминатора нуля поля использовать магнитно-модуляционный датчи второй гармоники, что обеспечивает высокую чувствительность устройства измерения. Однако в - преобразователе постоянного тока в цифровой код генератор пилообразного тока является сам источником погрешностей измерения. Способы и принципы, используемые в цифровых вольтметрах для компенсации нестабильности и нелинейности пилообразного напряжения, не могут быть применены в измерителях тока. В предлагаемом устройстве удалось обойти необходимост создания прецезионнрго генератора пилообразного тока. Таким образом, никаких требований к интегратору по дрейфу, линейности и стабильности не предъявляется.

Формула изобретения

Устройство измерения постоянного тока, содержащее магнитно-модуляционный датчик второй гармоники, генератор возбуждения, избирательный,усилитель,фаэочувствительный детектор, пороговый элемент, дискримз натор нуля второй гармоники, интегратор напряжения, резистор и три триггера входы, магнитно-модуляционного датчи ка второй гармоники подключены к интегратору напряжения последовател но с резистором, к генератору возбуждения и ко входу устройства, а его выход - ко входу избирательного усилителя, выход которого соединен с. фазочувствительным детектором выход которого пороговый элемент подключен к одному входу перво го триггера, а через дискриминатор нуля второй гармоники - к другому входу первого триггера, другой выход генератора возбуждения подключен к управляющему входу фазочувствительного детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено четырьмя ключами, линией задержки и двумя источниками эталон 8 ного напряжения, вход интегратора через первый ключ соединен с его выходом, а через второй, третий и четвертый - с источниками эталонного напряжения, управляющий вход первого ключа подключен к выходу второго триггера, второго ключа - к выходу третьего триггера, третьего и четвертого ключей - к выходам первого триггера соответственно, выход дискриминатора нуля второй гармоники служит выходом синхронизации и подключен к входу третьего триггера, а через линию задержки - к входу второго триггера, другие входы этих триггеров служат входом запуска. Источники информации, принятые во внима ие при экспертизе 1. Темников Ф.Е.Теория развертывающих систем - Энергия, М., 1963, стр. 88-90 рис. 4-26.. 2. Орнатский П.П,,Авт атические измерения и приборы - Техника, Киев, 1971, стр. 479-480.