Преобразователь постоянного тока Советский патент 1981 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в различного рода устройствах автоматики при пострюении нуль-органов, высокочувствительных измерителей тока с гальванической ра вязкой по входу логичных устройств. Известны устройства для измерения постоянного тока, обладающие гальванической развязкой по входу, которые содержат два дифференциально включенные датчики холла, один из которых заключен внутри токоведущей шины а второй расположен снаружи у ese поверхности таким образом, что его плоскость совпадает с направлением силовых линий магнитного поля, созда ваемого измеряемым током. Этим дости гается защита от воздействия внешних магнитных полей. ЭДС на выходе датчи ков Холла пропорциональна измеряемому току tlJ Однако проходная характеристика (грсшуировочная кривая датчика Холла обладает существенной нелинейностью, что значительно уменьшает динамический диапазон всего устройства. Основной причиной нелинейности градуировочной кривой преобразователя Холла является зависимость от магнитной индукции постоянной Холла или подвижности носителей заряда. Кроме того, существеннь не; остатком такого устройства является сильная зависимость его параметров от температуры, обусловленная большим температурным козффициентом постоянной Холла. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является преобразователь постоянного тока, который содержит магнитный усилитель на двух тороидальных ферромагнитньах магнитопроводах, входные и выходные обмотки которого соединены согласно-последовательно, а обмотки возбуждения - встречнопоследовательно, генератор затухающих колебаний, выход которого подклйчен к обмоткам возбуждения, интегратор, вход которого соединен с выходными обмотками 2. Однако недостатком известного устройства является нелинейность проходной характеристики и сравнительно небольшой динамический диапазон. Цель изобретения - уменьшение нелинейности проходной характеристики и расширение динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного тока, содержащий магнитный усилитель на двух тороидальных ферромагнитных магнитопроводах с двумя входными и двумя выходными обмотками соединенными соответственно согласнопоследовательно, и двумя обмотками возбуждения, соединенными встречнопоследовательно, генератор затухающих колебаний, выход которого подключен к обмоткам возбуждения, интег.ратор, вход которого соединен с выходными обмотками введены ключевой элемент и резистор обратной связи, а на каждый магнитопровод магнитного усилителя нанесена дополнительная обмотка, причем дополнительные об- мотки соединены согласно-последовательно, а ключевой элемент установлен между выходами дополнительных обмоток и резистором обратной связи, управл5иощий вход ключевого элемента подключен к управляющему выходу генератора затухающих колебаний.

На чертеже изображена функциональная схема преобразователя постоянного тока.

Схема преобразователя содержит генератор 1 затухающих колебаний, подключенный к магнитному усилителю 2, состоящему из двух магнитопроводов 3 и 4, на каждом из которых находятся обмотки возбуждения 5 и 6, входные обмотки 7 и 8, выходные обмотки 9 и 10 и дополнительные обмотки 11 и 12, интегратор 13, подключенный к выходным обмоткам, ключевой элемент 14 и резистор обратной связи 15, соединенные последовательно и подключенные к дополнительным обмоткам.

Преобразователь работает следующим образом.

При одновременном воздействии на магнитопроводы 3 и 4 магнитного усилителя постоянного тока подаваемого во входные обмотки 7 и 8, и пакеты затухающего переменного тока, подаваемого в обмотки возбуждения 5 и б, магнитопроводы переходят в магнитное состояние, характеризующееся точками на безгистерезисной кривой намагничивания, соответствующей вх. Причем, следует отметить, что затухающий переменный ток используется и для считывания магнитной индукции в магнитопроводах, соответствующей iovf а затем по мере его уменьшения - для осуществления безгистерезисного намагничивания сердечников.

Наличие дополнительных согласнопоследовательно соединенных обмоток 11 и 12, к которым с помощью ключевого элемента 14 подключен резистор обратной связи 15, ведет к существенному замедлению процесса установления индукции насьацения в магнитопрсзодах при воздействии первого импульса пакета затухающих колебаний Это, в свою очередь, приводит к увеличеншо длительности выходного импульса, плсчдадь которого пропор .циональна igy следовательно и к уменьшению выходного напряжения, пропорционального i на интеграторе 13. Для устранения этого на время считывания магнитной индукции, соответствующей ig , первым импульсом пакета

затухающих колебаний ключевой элемент 14 открывает резистор обратной |Связи 15и вновь подключает его по окончанию первого импульса пакета затухающих колебаний тока. В результате этого сердечники усилителя перемагничиваются с максимальной скоростью, определяемой параметрами первого импульса пакета затухающих колебаний тока, что приводит к получению

0 на выходе интегратора максимальновозможного напряжения.

Пока амплитуда затухающего поля достаточна для насыщения магннтопроводов, среднее значение индукции в

5 них равно нулю. Затем по мере уменьшения амплитуды переменного тока, точки, характериз5твщие магнитные состояния магнитопроводов, с пр«едельной петли гистерезиса постепенно возвращаются в состояние Вс., соответствующие igy . Следовательно, за это время осуществляется безгистерезисное намагничивание магнитопроводов. В результате безгистерезисного намагничивания среднее значение .

(ИНДУКЦИИ в магнитопроводах изменяется от нуля до . В результате такого изменения индукции на дополнительных обмотках 11 и 12 индукцируется ЭДС, пропорциональная этому

0 изменению индукции, и по дополни,тельным обмоткам начинает протекать размагничивс1кяаий ток, величина которого определяется величиной резистора обратной связи 15. Результи5 РУющий намагничивающий ток определяется разностью измеряемого и размагничивающего .Токов и поэтому индукция, устанавливаемая в магнитопрюнодах, меньше того значения, которое

0 установилось бы при отсутствии дополнительных обмоток и резистора обратной связи. Причем, чем выше значение магнитной проницаемости на начальной безгистерезисной кривой намагничивающая при отсутствии дополнительных обмоток и резистора обратной связи, тем больше величина размагничивающего тока и, следовательно, меньше величина индукции, устанавливаемой в магнито0 проводах в результате безгистерезисного намагничивания. Таким образом, .уменьшается нелинейность проходной . характеристики и расижряется динамический диапазон, что существенно

5 расширяет функциональные возможноети устройства и область его применения. Дополнительные обмотки 11 и 12 с подключенным к ним через клю чевой элемент 14 резистором вносят в преобразователь отрицательную обратную связь, стабилизирующую параметры преобразователя, уменьшающую нелинейность проходной характеристи ки и расширяющую динамический диапа зон преобразователя. Причем, чем . глубже обратная связь, /т.е. чем меньше величина сопротивления обрат ной связи, тем сильнее уменьшается нелинейность проходной характеристи Однако, следует отметить, что при этом, как и вообще при введении отр цательной обратной связи, уменьшает ся чувствительность преобразователя Однако и в этом случае за счет использования в преобразователе безгистерезисного режима чувствительность преобразователя остается выше чувствительности известных устройств Следует отметить, что при построе нии преобразователей постоянного тока без отрицательной обратной связи для получения одинаковых проходных характеристик у разных преобразователей следует осуществлять тщательный подбор идентичных магнитных сердечников, что нетехнологично и исклю чает возможность применения таких преобразователей в условиях серийного производства. Введение же отрицательной обратной связи в преобразова тель, как в предлагаемом устройстве, значительно расяниряет возможность его применения в различных устройствах автоматики и измерительной техники. Использование изобретения позволя ет исключить подбор магнитных сердеч ников при построении преобразователей тока, что открывает пути к серий ному использованию та«их устройств, позволяет строить измерительные устройства постоянного тока с линейной проходной характеристикой и расширенным динамическим диапазоном. Формула изобретения Преобразователь постоянного тока, содержащий магнитный усилитель на двух тороидальных ферромагнитных магнитопроводах с двумя вхорщмя и двумя выходными обмотками, соединенными соответственно согласно-последовательно, и двумя обмотками возбуждения, соединенными встречнопоследовательно, генератор затухающих колебаний, выход которого подключен к обмоткам возбуждения, интегратор, вход которого соединен с выходными обмотками, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейности проходной характеристики и расширения динб№1ического диапазона, в него введены ключевой элемент и резистор обратной связи, а на каждый магнитопровод магнитного усилителя нанесена дополнительная обмотка, причем дополнительные обмотки соедлнены согласно-последова- тельно, а ключевой элемент включен между выходами дополнительных обмоток и резисторе обратной связи, управляющий вход ключевого элемента подключен к управляющему выходу генератора затухаккцих колебаний. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №116053, кл. G 01 R 19/00, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР №387495, кл. Н 03F 9/00, 1971 (прототип) .