Цифровой амперметр действующего значения электрического тока Советский патент 1980 года по МПК G01R19/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах автоматического управления и регулирования.

Известны устройства для измерения действующего значения электрического тока, содержащие нуль-орган, управляемый генератор импульсов, корнеизвлекающее устройство с входным числоимпульсным кодом, преобразователь кода в напряжение, генератор тактовых импульсов и арифметическое Устройство, производящее операции деления и извлечения корня 1.

Недостатком известного устройства является то, что оно содержит слож- . ные, низконадежные узлы и требует при измерении электрического тока дополнительных элементов связи с измерительной цепью, что снижает точность измерений.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности цифрового амперметра действующего значения электрического тока.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой амперметр действующего значения электрического тока, содержащий генератор тактовых импульсов, связанный через- делитель импульсов с шиной сброса корнеизвлекающего счетчика импульсов, снабжен двумя трансформаторными преобра5 зователями мгновенных значений

электрического в число импульсов, выполненными на тороидальных сердечниках, jвходные обмотки которых соединены последовательно-согласно,

to а выходные обмотки, витки которых охватывают соседние по диаметру ферромагнитные кольца тороидальных сердечников в разных направлениях, подключены параллельно к счетному входу

15 корнеизвлекающего счетчика импульсов, при этом выход генератора тактовых импульсов связан с соединенньми последовательно-встречно обмотками подмагничивания двух упомянутых

20 трансформаторных преобразователей. Каждая из двух частей тороидгшьного сердечника трансформаторного преобразователя состоит из отдельных коаксиально расположенных ферромагнитных

25 колец из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, с периметрами, изменяющимися пропорционально корню квадратному по мере их увеличения в каждом из этих преобразова30 те л ей, На фиг. 1 представлена принципиальная схема амперметра действующего значения электрического тока; на фиг. 2 - квсщратичный .трансформа торный преобразователь мгновенных значений электрического тока в числ импульсов. Цифровой амперметр действующего значения электрического тока содерж генератор 1 тактовых импульсов, связанный через делитель 2 частоты импульсов с шиной сброса корнейзвле кающего счетчика 3 импульсов, счет ный вход которого связан с включенными в параллель выходными обмотками 4 и 5 квадратичных трансформатор ных преобразователей б и 7 мгновенных значений электрического тока в число импульсов. Входные обмотки 8 и 9 квадратичных трансформаторных преобразователей 6 h 7 соединены последовательно-согласно и включены в цепь измеряемого тока, а обмотки 10 и 11 подмагничивания соединены последовательно-встречно и подключены к выходу генератора 1 тактовых импульсов. Тороидальный сердечник каждого квадратичного трансформаторного пре образователя состоит из двух элементов, которые изготовлены в виде отдельных коаксиально расположенных ферромагнитных колец из материала с прямоугольной петлей гистерезиса 12 и 13, причем периметры ферромаг.нитных колец 12 в одной части торои дального сердечника равны периметра изоляционных промежутков во второй части тороидального сердечника, и, наоборот, периметры ферромагнитных колец 13 во второй части тороидального сердечника равны периметрам изоляционных промежутков в первой части тороидального сердечника. Изм нение размеров периметров ферромагнитных колец 12 и 13 происходит пропорционально корню квадратному по мере их увеличения. Входная обмотка 8 квадратичного трансформатор ного преобразователя и обмотка 10 подмагничивания намотаны на обеих , частях тороидального сердечника, а выходная обмотка 4 разделена на две секции, включенные встречно и размещенные на отдельных частях тороидгшьного сердечника так, что ее витки охватывают соседние по диамет ру ферромагнитные кольца тороидешьного сердечника в разных направлениях . При измерениях действующих знача НИИ электрического тока возникает необходимость возведения в квадрат отдельных мгновенных значений. Интеграл в выражении для действующе го значения заменяется суммой ,где Т - период измеряемого тока; п - число измерений за период; 3- мгновенное значение измеряемого тока. Цифровой амперметр действующего значения электрического тока работает следующим образом. С приходом каждого импульса тока пилообразной формы от генератора 1 тактовых импульсов, работающего с заданной частотой опроса в обмотки 10 и 11 подмагничивания трансформаторных преобразователей 6 и 7 мгновенных значений электрического тока в число импульсов, по входным обмоткам 8 и 9 которых протекает измеряемый электрический ток произвольной формы в тороидальных сердечниках каждого квадратичного трансформаторного преобразователя б и 7 током и подмагничивания и измеряемым током создается переменное магнитное поле, которое, в отсутствии измеряемого тока, не изменяет магнитного состояния ферромагнитных колец в обеих половинах тороидальных сердечников каждого квадратичного трансформаторного преобразователя б и 7, так как уже первый пилообразный импульс тока в обмотках 10 и 11 подмагничивания перемагничивает все ферромагнитные кольца каждого тороидального сердечника квадратичных трансформаторных преобразователей 6 и 7 из начального магнитного состояния в насыщенное магнитное состояние, которое, в отсутствие измеряемого тока, не изменяется по мере поступления новых импульсов тока от генератора 1 тактовых импульсов. При протекании измеряемого тока по входным обмоткам 8 и 9 квадратичных трансформаторных преобразователей б и 7, на каждом периоде спада амплитуды тока в обмотках подмагничивания, магнитное поле в обеих частях тороидального сердечника каждого квадратичного трансформаторного преобразователя 6 и 7 изменяется до величины, соответствующей максимальной амплитуде тока в выходных обмотках 8 и 9. Так как магнитное поле в тороидгшьном сердечнике каждого квадратичного трансформаторного преобразователя 6 и 7 убывает по гиперболе от центра к краям, то в обеих частях того тороидального сердечника трансформаторного преобразователя, в котором магнитное поле, создаваемое измеряемым током, и магнитное поле, создаваемое Пилообразным током подмагничивания в данном цикле измерения противоположны, происходит перемагничивание из одного магнитного состояния в другое ферромагнитных колец поочередно в каждой части тороидального сердечника этого транч:;форматорного преобразователя, а в сердечнике другого преобразователя

перемагничивания ферромагнитных колец в этот момент не происходит.

В те моменты времени, когда происходит перемагничивание ферромагнитных колец тороидального сердечника из одного магнитного состояния в другое, в выходной обмотке квадратичного трансформаторного преобразователя наводятся разнополярные импулсы напряжения вследствие дифференциального включения секций выходных обмоток каждого квадратичного трансформаторного преобразователя.

Такое включение секций выходных обмоток 4 и 5 квадратичных трансформаторных преобразователей б и 7 позволяет исключить из выходного сигнала помехи, наводимые в выходных обмотках трансформаторных преобразователей за счет индуктивной и емкостной связей выходных обмоток 4 и 5 с обмотками 10 и 11 подмагничивания и входными 8 и 9.

При изменении направления электрического тока во входных обмотках 8 и 9 квадратичных трансформаторных преобразователей б и 7 перемагничиваются ферромагнитные кольца другого квадратичного трансформаторного преобразователя. Поэтому, при любой полярности измеряемого тока, на счетный вход корнеизвлекающего счетчика 3 импульсов поступают импульсы напряжения, количество которых пропорционально удвоенному значению суммы квадратов мгновенных значений измеряемого тока, так как измерение периметров ферромагнитных колец в сердечниках квадратичных трансформаторных преобразователей пропорционално корню квадратному по мере их увеличения, и перемагничивания ферромагнитных колец в сердечниках преобразователей происходит дважды за кахсдый цикл измерения мгновенного значения электрического тока,

Корней3влекающий счётчик 3 импульсов, в качестве которого можно, например, использовать обычный счетчик импульсов с выводом на индикаторное устройство только чисел, равных корню квадратному из половины общего количества импульсов, поступающих на его счетный вход, происходит деление на два и извлекает квадратный корень из числа импульсов непрерывно по мере поступления импульсов на вход схемы. Полученное число на шкале корнеизвлекающего счетчика 3 импульсов пропорционально действующему значению измеряемого электрического тока в промежуток времени, в течение которого производится измерение. Это

промежуток времени задается коэффициентом деления делителя 2 частоты импульсов, на вход которого поступают импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов, а импульсы с , его выхода поступают на шичу сброса корнеиззлекающего счетчика 3 импульсов.

амперметр действующего значения электрического тока обладает хорошими измерительными показателями, а по конструктивному выполнению он значительно проще известных приборов для измерения действующего значения напряжения и имеет более высокую надежность. 5 ,

Формула изобретения

1.Цифровой амперметр действующего значения электрического тока, содер0-жащий генератор тактовых импульсов, связанный через делитель импульсов с шиной сброса корнеизвлекающего счетчика импульсов, отличаю-щ и и с я тем, что, с целью упрощес ния конструкции и повышения надежности, он снабжен двумя трансформаторными преобразователями мгновенных значений электрического тока в число импульсов, выполненными на тороидальг ных сердечниках, входные обмотки

0 которых соединены последовательносогласно, а выходные обмотки, витки которых охватывают соседние по диаметру ферромагнитные кольца тороидальных сердечников в разных направлениях, подключены параллельно к счетному входу корнеизвлекающего счетчика импульсов, при этом выход .генератора тактовых импульсов связан с соединенными последовательно-встреч0 обмотками подмагничивания двух упомянутых трансформаторных преобразователей.

2.Цифровой амперметр действующего значения электрического тока по п.1, отличающийся тем, что

каждая из двух частей тороидального сердечника трансформаторного преобразователя выполнена из отдельных коаксиально расположенных ферромагнитных колец из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, с периметрами, изменяющимися пропорционально корню квадратному по мере их увеличения в каждом из этих преобразователей.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 241535, кл. G 01 R 19/02, 11,07.67.

luvi

---/

ГГ

0