Бесконтактный датчик тока Советский патент 1980 года по МПК G01R19/00 

Изобретение касается юмерейия электрических и магнитных величин, в частности измерения постоянного, переменного или импульсного тока в высоковольтных цепях с помощью элек тронного бесконтактного датчика тока. Известны бесконтактнь1е измерительные датчики тока с диодами, которые располагают вблизи токоведущйх провоДов и принцип работы которых основан на Взаимодействии магнитного поля .с электронным в вакууме 1) Эти датчики обладают двумя существенными недостатками. Во-первых, выходное иапрйжеиие измерительного датчика зависит от его расстояния до токоведущего провоДа, во-вторь1Х; на выходной параметр измерительного датчика значительно воздействуют внешние магнитные поля. Наиболее близким техническим решением к изобретению является бесконтактный датчик тока, охватывающий mmiy с измеряемым током вьшолненный в виде Герметичного кольцевого баллона, внутри которого размещены плоский двухсторонний катод, по крайней мере два анода, состоящих из двух анодных колец, равноотстоящих от катода и расположенных по обе его стороны, при этом два плоских анодных кольца разных анодов расположены в одной плоскости и разделены зазором 2. Вся электронно-оптическая система датчика укреплена на массивном базовом кольце, закрепленном в свою очередь винтами на баллоне датчика. Недостатком данной конструкции является ручная установка по отдельности каждого собранного анодного кольца- и последующее винтовое закрепление, что приводит к децентра1|ии анодов и .неравномерности зазора между ними. Это, в свою очередь, приводит к нестабильности параметров, асимметричности анодных токов во времени процесса, а в процессе длительной работы при циклическом включении напряжений и воздействии механических нагрузок при Столь малых зазорах и децеитрацИи возникают короткие замыкания, приводящие к потере работоспособности. К тому же закрепление электронно оптической системы на массивном базовом фланце приводит к большой зависимости времени готовности бесконтактного датчика тока от теплового режима баллона и уменьшает точность измерения. Целью изобретения является повышение стабильности параметров и обеспечение длитель ности работы при циклическом включении напряжений в условиях механических нагрузок и уменьшение времени готовности. Это достигается тем, что в бесконтактном датчике тока, охватывающем шину с измеряемым током и используюшем взаимодействие магнитного поля измеряемого тока с электрон HbiM потоком, вьшолненном в виде герметично го кольцевого баллона, внутри которого размещен плоский кольцевой двусторонний оксид катод и по крайней мере два анода, каждый из которых состоит из двух анодных колец, равноотстоящих от катода и расположенных по обе стороны его, при этом два анодных кольца разных анодов расположены в одной плоскости к разделены зазором, каждые два собранных плоских анодных коПьца разных анодов, расположенных по одну сторону катода и лежащих в одной плоскости, соединены в единый анодный узел, по крайней мере, тремя фиксирующими зазор керамическими пластина ми с пазами, а к катоду, по крайней мере в трех местах, присоединены растяжки, закрепленные 1между двумя кольцевыми изоляторами с каждой стороны, которые также фиксируют расстояние между анодными кольцами. На чертеже предоставлена йзометрия едино го катодно-анодного блока. Он включает плоский кольцевой катод 1, имеющий с двух сторон оксидное покрытие 2 я 3, и два анода, каждый из которых сосТОйТ из двух Ш1ОСК.ИХ анодных колец 4, 5, 6 и 7, расположенных по обе стороны катода 1 на заданном расстоянии от него, и плоскости которых перпендикулярны шине с измеряемым током. Таким образом, первый нс состоит, по отношению к катоду 1, из верхнего наружного плоского анодного кольца 4 и нижнего внутреннего анодного кольца 5, элек трически соединенных перемычкой 8, а второй анод состоит из нижнего наружного анодного кольца 6 и верхнего внутреннего кольца 7, электрически соединенных перемычкой 9. Пло кие анодные кольца 4 и 7, 5 и 6, лежащие п одну сторону катода 1 и в одной плоскости, но принадлежащие разным анодам, разделены по всей длине окружности зазором 10 и зазором 11 соответственно, равными 0,2 мм. Расстояние между катодом 1 и упомя. нутымн анодными кольцами устанавливается посредством керамических стоек 12 и 13. Каждые два концентри о расположенные анодные кольца разных анодов наружное 4 14 внутреннее 7, наружное 6 и внутреннее 5 - путем сварки соединены с точной фиксацией зазора между ними с помощью трех керамических пластин 14 и образуют два анодных узла.. Керамические пластины 14 армированы лепестка мй 15. При такой конструкции анодных узлов малые зазоры 10 и 14 по всей длине окружности между плоскими анодными кольцами 4 и 7, 5 и 6, равные 0,2 мм, а также точность расположения их в одлой плоскости достигаются посредством строго фиксирующей оправки во время сборки и их сварки. Анодные узлы и катод 1 собраны в единый катодйо-анодный блок путем последовательного крепления сначала катода 1 между стойками 12 и 13 посредством растяжек 16 и фиксации анодных колец на стойках. После сборки единый катодно-анодный блок укрепляют на баллоне посредством керамически пластин 14 путем приварки лепестков 15 к баллону. Для того, чтобы исключить короткие замыкания между плоскими анодными кольцами и устранить утечку по керамике, в керамических пластинах 14 сделаны пазы 17 шириной 2-3 мм, что на порядок больше между упомянутыми анодными кольцами, расположенными в одной плоскости. Принцип действия бесконтактного датчика тока основан на взаимодействии электронного потока двойного диода - датчика с магнитным полем измеряемого тока. Во время работы, при протекании по плше измеряемого тока, вокруг нее создается пропорциональное току магнитное поле, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно вектору электрического поля между ка1;одом и анодами. Эти скрещенные магнитное и электрическое поля воздействуют на электронный поток, выходящийяз катода 1, искривляют траектории электронов, в результате чего электройный поток смещается по поверхности анодов, при этом ток одного диода увеличивает ся, а другого уменьшается, и появляется разность потенциала, пропорциональна измеряемому току. Бесконтактный датчик тока в сочетании с осциллографом или дрзтим индикатором позволяет измерять постоянный, переменный либо импульсный токи. Предлагаемая конструкция в дальнейшем, как при всех технологических.операциях, так и при работе в статическом режиме и при ме;taHH4ecKHX воздействиях, сохраняет постоянный зазор между собранными анодными кольцами, равный 0,2 мм, и точность расположе- ; НИН их в плоскости, что обеспечтаает ста