Магнитный компаратор тока Советский патент 1981 года по МПК G01R19/20 

(54) МАГНИТНЫЙ КОМПАРАТОР ТОКА

I

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения больших по стоянных токов.

Известен магнитный компаратор постоянного тока, выполненный на одном сердечнике из магнитомягкого материала и имеющий компенсирующую обмотку, подключенную к источнику регулируемого постоянного тока, обмотку переменного тока и выходную обмотку. Точка равновесия определяется по изменению угловой погрешности трансформаторного преобразователя 1,

Существенными недостатками его являются сложность измерения- больших постоянных токов, обусловленная необходимостью определения угловой погрешности и трудность его применения для непрерывных измерений тока.

Известен также магнитный компаратор постоянного тока, содержащий два магнитных усилителя, включенных дифференциально на гальванометр через выпрямители. Каждый магнитный усилитель имеет два сердечника с обмотками беременного тока, включенными параллельно, но так, что создаваемые ими потоки направлены встречно. Обмотки переменного тока обоик магнитных усилителей питаются от двух вторичных обмоток трансформатора, а получающиеся на выходе постоянные напряжения включены встречно через резисторы на ггшьtoванометр с шунтом. Имеются также обмотки обратной связи, питаемые частью выпрямленного выходного напряжения 21.

Недостатком известного устройства является наличие ложных положений

«5 равновесия, запаздывание в установлении момента равновесия, вследствие инерционности магнитных усилителей, необходимость уравновешивания в двух различных цетТях.

20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является полуавтоматический компаратор постоянного тока, выполненный.на двух магнитных сердечниках и содержа щий обмотку с измеряемым током, обмотки компенсации, источник эталонного тока, в цепь которого включен регистрирующий прибор, источник возбуждения и выходные обмотки, подключенные к нуль-индикатору з. Недостатком известного устройства является наличие ложных положений равновесия , вследствие чего усложняется процесс измерения (измерение необходимо проводить полуавтоматически,чтобы избежать ложного нуля) и повышаются тр бования к стабильности измеряемого и уравновешивающего токов. Это снижает быстродействие системы измерения и ее надежность, вызывает затруднения с ав томатизацией выставки точки равновесия. Цель изобретения - повышение надеж ности и достоверности измерения. Указанная цель достигается тем, что в магнитный компаратор тока, выполненный на двух магнитных сердечниках и содержащий основную обмотку, две соединеннь е последовательно согласно обмотки компенсации, подключенные через регистрирующий прибор к выходу источника эталонного тока, источник возбуждения, подключенный к первой обмотке возбуждения, две выходные обмотки и нуль-инд.икатор, дополнительно введены вторая обмотка возбуждейия, преобразователь напряжение-ток, две обмотки обратной связи, два интегратора и два детектора, причем вторая обмотка возбуждения включена последовательно встречно с первой обмоткой возбуждения, обмотки обратной связи соединены -шоследователь но согласно и подключены к выходу пре образователя напряжение-код, выходные обмотки через интеграторы подключены ко входам детекторов, выходы которых соединены с нуль-индикатором и входами источника эталонного тока, преобр зователя напряжение- ток и источника возбуждения, выполненного в виде ге-г нератора однополярных импульсов тока На фиг. 1 изображена принципиальная схема магнитного компаратора тока; на фиг. 2 - выходная характери- тика устройства; на фиг, 3 - кривые перемагничивания магнитных сердечников 1 и 2. Магнитнь(й компаратор тока состоит из двух магнитньгх сердечников 1 и 2, содержащих основную обмотку 3 с изме ряемым током, обмотки 4 и 5 :компенсации, источник 6 эталонного тока, в цепь которого включен регистрирующий прибор 7, источник 8 возбуждения и выходные обмотки 9 и 10, подключенные к нуль-индикатору 1I. В качестве источника 8 возбуждения использован однополярный генератор тока, подключенный к встречно соединенным обмоткам 12 и 13 возбуждения. Выходные обмотки 9 и 10 включены встречно через интеграторы 14 и 15, детекторы 16 и 17 и потенциометр 18 - на управляющие входы источника 8 возбуждения, источника 6 эталонного тока, а также преобразователя 19 напряжение-ток, подключенного выходом к введенным обмоткам 20 и 21 обратной связи. Устройство; работает следующим образом. При токе в основной обмотке D. ... J ЛД о и эталонном токе 0 О производится настройка устройства, при этом с помощью потёнциомет| а 18 устанавливается ноль выходного сигнала (работает только источник 8 возбуждения генератора однополярных импульсов тока Од), тем самым компенсируется аддитивная составляющая погрешности устройства, возникающая вследствие неидентичности магнитных характеристик сердечников I и 2. Сердечники перемагничиваются током Jg по частным циклам петли гистерезиса (фиг. 3). При подаче в основную обмотку 3 тока ,| О в обмотках 12 и 13 возбуждения устанавливается ток Dg, величина которого определяется исходя из условия П W, -12 аг) в Унах W W,, число витков обмоток -fl Я и 3 возбуждения; число витков основной обмотки 3; максимальная величина M3w max тока, подлежащая измерению устройством, Выполнение этого равенства гарантирует, что ложных нулей не будет в выбранном диапазоне измерения. Выходная характеристика устройства при рассогласовании Л измеряег-ых W и компенсирующих Ззт V4C5) ампервитков изображена на фиг. 2 (Поз. 24). Например, если разбаланс соответствует моменту 25 (фиг. З) , то ток J Q вследствие встречного соединения обмоток 12 и )3 возбуждения будет перемагничивать магнитные сердечники

и 2 уже по другим частным циклам петли гистерезиса (фиг. 3, поз. 26 и 27); это приводит к изменению величин ЭДС на выходных обмотках 9 и 10. При этом на выходе устройства появляется напряжение, фиксируемое нуль-индикатором 11, величина которого пропорциональна разбалансу эталонных компенсируюпшх ампервитков и измеряемых ампервитков. (фиг. 2).- Выходная характеристика магнитного компаратора без ложных нулей в диапазоне измеряемых токов позволяет упростить и автоматизировать процесс измерения тока, одновременно увеличив надежность и достоверность измерения. Это достигается соединением выхода магнитного компаратора с управляющим входом источника эталонного тока 6. При этом для того, чтобы избе йсать появления ложного нуля, ампервитки, создаваемые током 3„, должны быть больше, чем максимальные ампервитки измеряемого тока ,|. Большая величина является оправданной при переходных режимах, когда измеряемый и эталонный ток не установились и в точке равновесия соблюдается равенство их ампервитков W.,g, W. Вместе с тем величина тока 3Rдолжна выбираться из условия стабильности нуля устройства и она во много раз меньше максимального тока л)ц у,,. Для обеспечения оптимального КПД устройства и его максимальной стабильности (этому способствует, в частности, предотвра 1дение перегрева обмоток} целесообразно поддерживать ток 3g на двух уровнях. Первьй уровень 3g Зцуу, в переходных, меняющихся режимах, что обеспечивает исключение появления

ложного нуля (при этом U-gj,,j J.XT

У 0). Второй уровень тока Э соответствует установившемуся режиму измерения (при этом U gbijc ш-к- 0). Эти условия обеспечиваются при соединении выхода магнитного компаратора с управляюцим входом источника 8 возбуждения (генератора однополярных импульсов тока).

Выходная характеристика магнитного компаратора показана на,фиг. 2 (поз. 24). Крутизна характеристики и чувствительность устройства определя:ются при этом магнитными характеристиками сердечников 1 и 2. Для получения регулируемой крутизны характеристики и большей чувствительности, независящей от магнитных характеристик сердечников, выход магнитного компаратора заведен через преобразователь напряжение-ток 19 на согласно включенные обмотки 20 и 21 обратной связи. При совпадении магнитных потоков обмоток 3 и 20, 21 обратная связь становится положительной и выходная характеристика устройства трансформируется из положения 24 в положение 18 (фиг. 2), обеспечивая повышенную крутизну преобразования и чувствительность. При встречном направлении потоков обмоток обратная связь становится отрицательной и характеристика преобразуется из положения 24 в положение 29 фиг.2} При этом существенным образом увеличивается линейность преобразования.

Положение характеристики может изменяться с помощью преобразователя наПрЯжение-ток 19, исходя из конкретных требований к измерению.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокую надежность и достоверность измерения г и позволяет обеспечить автоматизацию его проведения.

Формула изобретения

Магнитный компаратор тока, выполнен ный на двух магнитных сердечниках, содержащий основную обмотку, две соединенные последовательно согласно обмотки компенсации, подключенные через регистрирующий прибор к выходу источника эталонного тока, источник возбуждения, подключенный к первой обмотке возбуждения, две выходные обмотки и нуль-индикатор, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности и достоверности измерения, а также автоматизации процесса изме-рения, в него дополнительно введены вторая обмотка возбуждения, преобразователь напряжение-ток, две обмотки, обратной связи, два интегратора, и два детектора, причем вторая обмотка возбуждения включена последовательно встречно с первой обмоткой возбуждения, обмотки обратной связи соедине(ны последовательно согласно и подключены к выходу преобразователя напряжение-ток, выходные обмотки через интеграторы подключены ко входам детек.fopoB, выходы .которых соединены с нульиндикатором и входами источника эталонного тока, преобразователя нгмтряжение185ток и источника возбуждения, выполненного в виде генератора однополярных импульсов тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Спектор С. А. Измерение больших постоянных токов. Л., Энергия, 1978, с. 40. 6 2.Михайлова Е, К. Дроссельный делитель тока для измерения больших постоянных токов и малых сопротивлений. Электричество;, )951, №8, с. 69-71, 3.Мае Martin М. Р., Kusters N. L. А Selfbalanslng direct current comparator for 20 000 amperes. ЗЕЕЕ Transt an Magnet ies, 1965, vol 1 , № 4, p. 396-Д02, (прототип).