Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроиз мерительной технике.и может быть использовано при контроле и диагностик электронной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва тотопроводящих соединений и нарушения изоляционных покрытий. Известны устройства для бесконтактного измерения электрических сиг налов в проводниках с помощью электромагнитных преобразователей, реаги рующих на величину электрической или магнитной составляющей электрома - нитного поля, создаваемого вблизи пр водника измеряемым сигналом, сигнал преобразователя усиливается и поступает на выходное индикаторное устрой ство 1 . Недостатком таких измерительных устройств является зависимость их по казаний от расстояния до проводника с измеряемым сигналом, что снижает точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для бесконтактного измерения импульсных токов в проводнике, содержащее два закрепленных на неизменном расстоянии г друг от друге электромагнитных преобразователя, соединенных с соответствующими интегрирующими усилителями, выходы которых присоединены к последовательно соединенным измерителю отношений и функциональному преобразователю, связанному с выходным регулируемым усилителем и индикатором 2. В известном измерительном устройстве уменьшение зависимости показаний от изменения расстояния п между проводником и первым преобразователем достигается за счет того, что при изменении расстояния г величиной коэффициента усиления усилителя управляет функциональный преобразоваТель, подключенный к измерителю отношений. Поскольку сигналы V и 3Э выходах первого и второго преобразователей соответственно обратно про порциональны расстояниям г и Г2. от тоних до проводника с измеряемым 1/(г, ком, , т.е. ( , V,j l/r + г ), то сигнал VQ на выходе измери теля отношений и входе функционального преобразователя, в общем случае нелинейным образом зависит от расстояния п Vj/V . Поэтом -f 2 СИ1- при использовании для усиления нала V линейного усилителя, коэффициент усиления которого регулируется напряжением Vo, выходной сигнал не зависит от расстояния г до проводника только в том случае, когда . Однако это условие практически трудно выполнимо, так как при большо удалении второго преобразователя от проводника, т.е. при возникают погрюшности измерения изза резкого ослабления сигнала и влияния помех, а при соизмеримых расстояниях Гр г остаются погрешности, обусловленные изменениями расстояния г. при измерениях. В свою очередь, обеспечивать изменение коэф фициента усиления по сложному нелинейному закону регулирования с высокой точностью в широком диапазоне частот и амплитуд измеряемого сигнала весьма трудно, что снижает точность измерения рассматриваемого уст ройства. Цель изобретения - повышение точности измерения. Указанная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения, содержащее два жестко свя занных электромагнитных преобразователя, соединенных с соответствующими усилителями, измеритель отношения и выходноеИндикаторное устройство, введены устройство перемножения си1- налов, включенное между выходом первого усилителя и первым входом измерителя отношений, и вычитающее устройство, включенное между выходом вт рого усилителя и вторым входом измерителя отношений, при этом один вход устройства перемножения связан с вых дом первого усилителя и первым входом вычитающего устройства, второй вход которого связан с другим входом устройства перемножения и выходом второго усилителя. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит два одинаковых жестко скрепленных на расстоянии г электромагнитных преобразователя 1 и 2, устанавливаемых около проводника 3 с измеряемым сигналом, в данном случае током I. К выходам преобразователей 1 и 2 присоединены соответственно усилители 4 и 5, выход первого из которых подключен к одному входу устройства 6 перемножения и первому входу вычитающего устройства 7, а выход второго - соответственно к вторым входам устройства 6 перемножения и вычитающего устройства 7, выходы которых присоединены к входам измерителя 8 отношений с последующим выходным индикаторным устройством 9. Устройство работает следующим образом. Для измерения электрического си1 нала, например тока 7 в проводнике, электромагнитный преобразователь 1 подносят к проводнику и устанавливают на некотором расстоянии г от него. Поскольку второй преобразователь жестко соединен с первым на расСТОЯНИИ РО, то расстояние от проводника до второго преобразователя равно . Протекающий по проводнику измеряе й ток создает вокруг него электромагнитное поле, которое создает в преобразователях 1 и 2 соответственно электрические сигналы, обратно пропорциональные расстояниям до них г. и r/j. Эти сигналы усиливаются одинаковыми линейными уси-. лителями 4 и 5 с коэффициентом усиления k и становятся на их выходах соответственно равными V k-l/tj , V2.. Чтобы обеспечить независимость показаний от изменения расстояния между проводником с измеряемым си|- налом и электромагнитными преобразователями, сигнал V поступает на первые входы вычитающего устрой-. ства 7 и устройства 6 перемножения, а с их выходов - на измеритель 8 отношений. Одновременно сигнал J поступает соответственно на вторые входы устройства 6 перемножения и вычитающего устройства 7-и аналогичным образом на измеритель 8 отношений. При этом на первом входе измеригеля 8 отношений сигнал равен 3 на втором входе v - ..(T -уп г Ti )Г2. . Со ответственно выходной сигнал измери теля отношений, поступающий на устройство 9 индикации, оказывается пропорциональным измеряемому току V - ьк J2 Ь«° v; Го в предлагаемом устройстве, в отличие от известных, достигается пол ная независимость выходного сигнала от расстояний г и г между проводником с измеряемым сигналом и электромагнитными преобразователями, так как выходной сигнал зависит тол ко от величины измеряемого сигнала I, коэффициента усиления k и расстояния Гр между преобразователями, которое остается неизменным при любых значениях г. и г . Таким образом, благодаря введени линейных устройств перемножения и вычитания, включенных указанным выше способом, обеспечивается более высокая, чем в известных устройствах, точность бесконтактных измерений электрических сигналов в широко диапазоне измерения при изменениях расстояния между проводником с изме емым сигналом и бесконтактными элек тромагнитными преобразователями. Предлагаемое устройство универсально, так как позволяет преобразовывать сигналы как в аналоговой, так и в цифровой форме, и может использоваться, в зависимости от типа применяемых электромагнитных преобразователей, как для измерения элек трического тока, так и электрического напряжения о В этом случае элек 76 тромагнитные преобразователи реагируют на пропорциональную напряжению проводника напряженность электрическогр поля, которая также убывает пропорционально расстоянию до него, поэтому преобразования характеризуются закономерностями, аналогичными рассмотренным выше. Формула изобретения Устройство для бесконтактного измерения электрических сигналов, содержащее два жестко связанных электромагнитных преобразователя, соединенных с соответствующими усилителями, измеритель отношения и выходное индикаторное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены устройство перемножения сигналов, включенное между выходом первого усилителя и первым входом измерителя отношений, и вычитающее устройство, включенное между выходом второго усилителя и вторым входом измерителя отношений, при этом первый вход устройства перемножения связан с выходом первого усилителя и первым входом вычитающего устройства, второй вход которого связан с вторым входом устройства перемножения и выходом второго усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № бТбЗЭ, кл. G 01 R 13/00, 1978. 2,Авторское свидетельство СССР N , кл. G 01 R 19/0, 1978.