Устройство для бесконтактного измерения тока Советский патент 1982 года по МПК G01R19/20 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

Изобретение относится к электр« измерительной технике и может бэ1ть использовано в тех случаях, когда требуется гальваническое разделение цепи измеряемого тока от измерительного канала.

Известны устройства для бесконтактного измерения тока, содержащие магнитный модулятор в коробчатом экране, установленный внутри щупа, имеющего курковое устройство, которое позволяет размыкать половины модулятора для введения проводника с током в его окно 11.

Такие устройства обладают невысокой точностью и быстродействием.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее магнитный модулятор, генератор возбуждения, выход которого подключен к модуляционной обмотке модулятора, реверсивный триггер, интегратор, выходной усилитель и эталонный резис тор, причем вход реверсивного триггера подключен к сигнальной обмотке модулятора, выход через интегратор в виде RC-цепи подключен ко входу усилителя, выход которого через эталонный резистор подключен к компенсационной обмотке модулятора 2}.

Недостатком этого устройства является низкая граничная частота измеряемого тока и связанная с этим низкая точность измерения быстро10меняющихся токов.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и точности измерений в области высоких частот .

15

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее магнитный модулятор на магнитном сердечнике с входной, компенсационной,

20 сигнальной и модуляционной обмотками, генератор возбуждения, реверсивный триггер и интегратор, выход генератора возбуждения подключен к моАуляционной обмотке, вход реверсивного триггера - к сигнальной обмотке магнитного модулятора, а выход через интегратор - к компенсационно обмотке, введены второй магнитный модулятор и второй ре вереи триг гер, причем модуляционная обмотка второго магнитного модулятора соеди нена последовательно встречно с модуляционной обмоткой первого магнит ного модулятора, сигнальная обмотка второго магнитного модулятора подключена к входу второго реверсивного триггера, выход второго реверсив ного триггера подключен к входу ин.теграторэ; выход которого через вве денный в устройство эталонный резис тор подключен к последовательно сое диненным компенсационным обмоткам обоих модуляторов. На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит два магнитных модулятора 1 и 2, выполненных на ма нитных сердечниках, магнитные модуля торы имеют входные 3 и j, компенсаци онные , модуляционные 7 и 8 и сигнальные 9 и 10 обмотки, генератор 11 возбуждения, два реверсивных триг гера 12 и 13 выполненных на основе операционных усилителей, интегратор 14 и эталонный резистор 15Устройство работает следующим образом. Сердечники магнитных модуляторов 1 и 2 перемагничивагатся синусоидальным напряжением от генератора 11 воз буждения, причем их модуляционные обмотки 7 и 8 включены встречно. На сигнальных обмотках 9 и 10 в противофазе формируются короткие раз нополярные импульсы. Эти импульсы по ступают на входы реверсивных триггеров 12 и 13, на выходе которых формируется переменное напряжение пр я моу гол ь но и фо рмы, При отсутствии измеряемого тока Зх во входных обмотках 3 и 4 интервалы между положительными и отрицательными импульсами на сигнальных обмотках 9 и 10, а, следовательно, равны длительности положительного и отрицательного полупериода выходно го напряжения триггеров 12 и 13 так как эти напряжения сдвинуты по фазе на ISO; выходное напряжение интегратора k равно нулю. При этом отсут ствует ток в компенсационных обмотках 5 и 6 и падение напряжения на эталонном резисторе 15. При подаче во входные обмотки 3 и k измеряемого токаЗх нарушается равенство между положительными и отрицательными полупериодами выходного напряжения триггера 12 и 13, т.е. в их выходном напряжении появляется постоянная составляющая. Это напряжение интегрируется интегратором 14, и на его выходе начинает нарастать напряжение, которое вызывает протекание тока в компенсационных обмотках 4 и 6. Когда магнитньрй поток компенсационных обмоток полностью уравновешивает магнитный поток измеряемого тока, восстанавливается равенство между положительными и отрицательными полупериодами выходного напряженин триггеров 12 и 13. Постоянная составляющая в их выходном напряжении отсутствует и дальнейшее нарастание напряжения на выходе интегратора 14 прекращается. этом падение напряжения Уц на эталонном резисторе 15 пропорционально измеряемому току, а коэффициент пропорциональности определяется соотношением числа витков входных 3 и 4 и компенсационных 5 и 6 обмоток. х- эт .Wye где WajfsWK число витков входных и компенсационных обмоток соответственно; величина эталонного резистора. В случае полной идентичности обоих каналов устройства (магнитных модуляторов и соответствующих реверсивных триггеров),в статическом режиме, когда суммарный магнитный поток в сердечниках модуляторов 1 и 2 равен нулю, а выходные напряжения триггеров 12 и 13 равны и сдвинуты по фазе на 180° какие-либо пульсации в выходном напряжении отсутствуют. Практически, в силу некоторого различия параметров отдельных элементов устройства, полной компенсации выходного напряжения триггеров 12 и 13 не происходит и на выход интегратора 14 в статическом режиме поступают короткие прямоугольные импульсы, образующиеся из-за несовпадения на длительности или фазе выходного напряжения триггеров. В этом случае напряжение пульсаций на выходе интегратора составляет: , - постоянная времени интегратора;П - скважность импульсов на выходе интегратора. Из этбго выражения видно, что при одинаковых постоянных времени интегратора и пассивного RC-цепи, в предлагаемом устройстве уровень пульсаций меньше в п Ку раз. На практике сравнительно легко достигается величина п 100-200 (т.е. неидентичность каналов 0,) и таким образом величина пульсаций выходного напряжения по сравнению с исходным устройством значительно снижается. Это дает возможность уменьшить постоянную времени интегратора, что позволяет увеличить быстродействие устройства и повысит точность измерения в области высоки частот. Это наглядно видно из передаточной функции предлагаемого уст роиства: n Сир+k k j. где k общий коэффициент передачи магнитного модулятора и ре версивного триггера. С целью достижения максимального быстродействия постоянную времени интегратора следует выбирать исходя из следующих соотношений: при измен нии измеряемого тока на величину дЗ выходное напряжение интегратора по истечении времени : изменяется на величину: ... , l BblX- В то же время установится значение ди Qj,, составляет.:. W koc Таким оЬразом, чтобы выходное напряжение интегратора достигало ус тановившегося значения за время д , постоянная времени интегратора составляет:о- -и- Г - Дальнейшее уменьшение постоянной времени интегратора нецелесообразно так как оно не приводит к повышению быстродействия, которое теперь огрЭ ничивается только частотой возбуждения модуляторов, а лишь увеличит пульсацию выходного напряжения. Таким образом, в предлагаемом изобретении устранен недостаток известного устройства - низкая граничная частота измеряемого тока, вызванная большой постоянной времени RC-цепи, что содействует расширению области рабочих частот, увеличению быстродействия и повышению точности измере НИИ в области высоких частот. Введение второго канала измерения, включающего магнитный модулятор и реверсивный триггер, позволяет расширить полосу рабочих частот устройства до 2-3 кГц по сравнению с указанным известным устройством, у которого она не превышает десятков герц.Быстродействие предлагаемого устройства, по сравнений) с известным, повышено в раз. Это существенно расширяет сферу применения устройства, которое может еУть использовано в системах сбора и обработки информации в качестве унифицированного преоб|эазовател для обработки сигналов первичных датчиков, например тензометрических, датчиков температуры, индукционных и т.п., что устраняет необходимость разра1 тки ряда специализированных преобразователей, удешевляет разработку, изготовление и эксплуатацию систеьяы. Формула изобретения Устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее магнитный модулятор на магнитном сердечнике с входной, компенсационной, сигнальной и модуляционной обмотками, генератор возбуждения, реверсивный триггер и интегратор, выход генератора возбуждения подключен к модуляционной обмотке, вход реверсивного триггера к сигнальной обмотке магнитного модулятора, а выход через интегратор к компенсационной обмотке, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения точности измерения, в него введены второй магнитный модулятор и второй реверсивный триггер, причем модуляционная обмотка второго магнитного модулятора соединена последовательно встречно с модуляционной обмоткой лервого магнитного модулятора, сигнальнаяобмотка второго магнитного модулятора подключена к входу второго реверсивного триггера, выход второго реверсивного триггера подключен к входу интегратора, выход которого через введенный в устройство эталонный, резистор подключен к последовательно соединенным компенсационным обмоткам обоих модуляторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.. Патент Великобритании If Й88262, кл. G 1 V, 12.10.77. I