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

Устройство относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения постоянного тока и поверк различных измерителей тока. Известно устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнитный модулятор, индикаторная обмотка которого через пассивный фильтр, усилитель переменного тока и фазовый детектор подсоединена к блоку обратной связи и отсчетному блоку, обмотка возбуждения через ус литель и делитель частоты подключена к задающему генератору, который соединен с управляющим входом фазов го детектора. Постоянный ток пропус кают через измерительную обмотку Недостатком этого устройства явл ется зависимость преобразовываемого сигнала от коэффициентов передачи магнитного модулятора, пассивного фильтра, усилителя переменного тока фазового детектора, блока обратной связи и отсчетного блока, а также о напряженности внешних магнитных полей . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнитный модулятор, состоящий из двух магнитных сердечников, на которых намотаны обмотки возбуждения, обмотка обратной связи, измерительная обмотка и индикаторная обмотка. Обмотки возбухадения подключены к генератору импульсов. Индикаторная обмотка подсоединена к избирательному усилителю, выход которого через аналого-цифровой преобразователь и цепь обратной связи подключен к обмотке обратной связи. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с цифровым отсчетным блоком, а блок управления управляет работой аналого-цифрового преобразователя и цифровым отсчетным блоком . Недостатком этого устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что погрешность измерения тока зависит от изменения коэффициента передачи по цепи обратной связи, погрешности от изменения коэффициента преобразования прямой цепи, погрешности от изменения сопротивления входного шунта и погрешности, обусловленной влиянием внешних магнитных полей. Основным спосо бом уменьшения погрешности от нестабильности коэффициента преобразования прямой цепи является применение глубокой отрицательной обратной связи. Однако увеличение глубины отрицательной обратной связи снижает коэффициент преобразования измерителя тока и приводит к ухудшению динамических характеристик схемы вплот до нарушения устойчивости, т.е. потери работоспособности. Погрешность от изменения коэффициента передачи по цепи обратной рвязи зависит от временной и температурной нестабиль; ности сопротивлений в цепи обратной рвязи и ее уменьшение связано с технологическими трудностями. ЕШешние магнитные поля аддитивно влияют на результат измерения тока, преобразуемого магнитным модулятором в постоянное магнитное поле. Дпя уменьшения их влияния необходимо тщательНое магнитное экранирование,, в част ности магнитный модулятор указанного устройства заключен в тройной пермал лоевый экран. Магнитные экраны в ос новном изготовляют из пермаллоев, технологическая обработка которых сложна. Погрешность, связанная с из менением сопротивления входного шун определяется его температурной и вр менной нестабильностью. V Цель изобретения - повышение точности измерения постоянного тока. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения посто янного тока, содержащее магнитный модулятор, состоящий из двух магнитных сердечников, на которых намотаны обмотки возбуждения, подключенные к йервому выходу генератора импульсов, измерительная обмотка, обмотка обратной связи, индикаторная обмотка, подсоединенная к основному входу избирательного усилителя, выход которого подключен к входу аналогоцифрового преобразователя и через цепь обратной связи - к обмотке обратной связи, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам аналогоцифрового преобразователя и цифрового отсчетного блока, причем второй выход генератора импульсов соединен с вторым рходом избирательного усилителя, дополнительно введены три ключа, образцовая и дополнительная обмотки, обмотка смещения/ генератрр. тока I смещения, переменный рези тор, цифровой делительный блок и блок управления ключами, причем образцовая обмотка через первый ключ соединена с источником образцового .тока, дополнительная обмотка, переменный резистор и второй ключ соединены последовательно и подключены параллел1 но измерительной обмотке, .обмотка смещения соединена с генератором тока смещения, вход цифрового делительного блока соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - с входом цифрового отсчетного блока, третий ключ соединен последовательно с измерительной обмоткой, вход блока управления ключами соединен с третьим выходом блока управления, а выход - Q управляющими входами трех ключей, при этом четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу цифрового делительного блока. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит магнитный модулятор 1, состоящий из двух магнитных сердечников 2 и 3, на которых намотаны обмотки-4 и 5 воз.уждения, измерительная 6, дополнительная 7, образцовая 8 и индикаторная 9 обмотки, обмотки обратной связи 10 и смещения 11. Обмотки 4 и 5 возбуж-J дения подключены к генератору 12 импульсов, который соединен с избирательным усилителем 13. Образцовая обмотка 8 через первый ключ 14 соединена с источником 15 образцового тока. Параллельно измерительной обмотке 6 подключена дополнительная цепь, состоящая из последовательно соединенных дополнительной обмотки 7, переменного резистора 16 и второго ключа 17. Обмотка 11 смещения подсоединена к генератору 18 тока смещения. Индикаторная обмотка 9 подключена к избирательному усилителю 13, выход которого через аналогоцифровой преобразователь 19 и цепь 20 обратной связи соединен с обмоткой 10 обратной связи. Выход аналого-цифрового преобразователя 19 подключен через цифровой делительный блок 21 к цифровому отсчетному блоку 22. Третий ключ 23 последовательно соединен с измерительной обмоткой 6. Блок управления подключен к аналого-цифровому преобразователю 19, цифровому делительному блоку 21, цифровому отсчетно блоку 22 и блоку 25 управления ключами, который подсоединен к ключам 14,17 и 23 и управляет их работой. Устройство имеет два режима работы; Измерение и Установка нуля. В режиме Измерение ключ 23 замкнут и измерение тока производят периодически за четыре такта. Измеряемый ток Ту протекает через измерительную обмотку 6. От генератора 18 тока смещения через обмотку 11 смещения во всех тактах протекает ток смещения ICM.- Генератор 12 импульсов во всех тактах подает импульсы возбуждения на обмотки 4 и 5 и синхроимпульсы на избирательный усилитель 13. Импульсы возбуждения приводят магнитные сердечники 2 и 3 в насыщение дважды за период, приче создают в этих сердечниках противоположно направленные магнитные пото ки. В первом такте измерения сигнало с блока 24 управления с помощью бло ка 25 управления ключами размыкают ключи 14 и 17. Магнитным модулятором преобразуют напряженности внешних и внутренних (создаваемых изме ряемым током и током смещения) постоянных магнитных полей в ЭДС четных гармоник частоты возбуждения, н водимых в индикаторной обмотке 9. И всего спектра частот с помощью изби рательного усилителя 13 отфильтровы вают, усиливают и преобразуют в постоянный, ток только вторую гармошку. Полученный постоянный TQK,. подают на цепь 20 обратной связи, которая преобразует его ток обратной связи, протекающий по обмотке 10 отрицательной обратной связи. Одновременно этот постоянный ток с помощью аналого-цифрового пре |Образователя 19 преобразуют в коли|чество импульсов,- которое записываю в цифровом делительном блоке 11. йо втором такте измерения замыкают ключи 14 и 17, Через образцовую обмотку 8 пропускают образцовый ток источника 15 тока. С помощью -ключа 17 подсоединяют дополнительную цепь параллельно измерительной обмот ;ке б и компенсируют ее ампервитки. Для этого выбирают количество витков Iдополнительной обмотки 7 и величину сопротивления переменного резистора 16 такими, чтобы ампервитки измерительной 6 и дополнительной 7 обмоток были равны. Кроме этого, дополнительную обмотку 7 включают встреч. но по отношению к измерительной обмотке 6, таким образом обмотки 6 и 7 создают в сердечниках 2 и 3 равнь.д по величине,но противоположные по направлению,магнитные потоки и,следовательно,результирующий магнитный поток создаваемый ими в сердечниках 2 и 3, равен нулю. Также как и в первом такте, во втором такте измерения на пряженности внешних и внутренних (создаваемых образцовьпл током и током смещения) постоянных магнитных полей с помощью указанных выше блоко I преобразуют в количество импульсов и записывают в цифровой делительный блок 21. В третьем такте измерения pa3Nbiкают ключ 14 и преобразуют напряжен ности внешнего поля и магнитного поля, создаваемого током смещения, в количество импульсов, которое, как и раньше, записывают в цифровой делительный блок 21 е производят обизмерения предызультатов измереервых двух такльтат измерения, м такте, и делят азность на вторую. высвечивают на блоке 22 как .реостоянного тока. а вход аналогователя 19 подают Ъ K,,--(.l2. напряженность постоянного магнитного поля, создаваемая измеряемым током 1, протекающим через измерительную обмотку 6 с числом витков 7, ; длина средней магнитной линии сердечника; ток, протекающий через обмотку 10 обратной связи с числом витков ток генератора тока смещения, протекающий через обмотку 11 смещения с числом витков напряженность магнитного поля в сердечниках, создаваемая ине- шними магнитными . полями; коэффициент преобразования избирательного усилителя 13; напряженность постоянного магнитного поля, создаваемая током напряженность поля смещения; коэффициент передачи магнитного модулятора 1 . и определяется ч Д® ос ° епи 20 обратной связи. Подставив значение тока t , в уравнение (1), определим ток Ii Г V/ (c. На выходе аналого-цифрового преобразователя 19 ток I/t преобразуется в число импульсов Ny Л1 - ААЛЛ КИУ AUn f 1 v,l ,1 w, j..uo е-«мллк.,,, ±дн.е), где К,,.,..- коэффициент преобразования аналого-цифрового преобра зователя. Во втором такте через обрс зцовую обмотку 8 с числом витков Wj, пропускают ток IQ от источника 15 образцового тока. Ампервитки WJ компенсируют с помощью ампервитков I«J WJ, так как параллельно измерительной обмотке б подключают дополнительную цепь из последовательно соединенных дополнительной обмотки 7 и переменного резистора 16 (при этом удается избежать коммутации цепи измеряемого тока Ij) Таким образом, во втором такте выполняют условие Х,-1;«;и,(|5«;-5 Ч)0.

где R, R, R - соответственно активные сопротивления обмоток б и 7 и переменного резистора 16.

В результате напряженность постоянного магнитного поля в сердечниках, преобразованная в число импульсов NO, составляет величину

, .,Кдип (,). E l vvNvKHvP-oc oc(5)

I- .

Это число записывают в цифровой де 1Ительный блок 21.

В третьем такте отключают образцо ый ток TO. При этом на сердечники 2 и 3 воздействует магнитное поле смещения и внешнее магнитное поле напряженностью + ЛН. Для того, чтобы не анализировать в цифровом делительном блоке знак напряженности внешнего поля, величина напряженности магнитного поля смещения Н выбирается больше максимально возможной величины напряженности внешнего магнитного поля .

В результате после преобразования в цифровом делительном блоке

Во втором такте размыкают ключ 23, 5 преобразуют напряженность в число импульсов вычитают его из числа N , записанного в цифровом делительном блоке в предыдущем такте. Учитывая, что во втором такте величина N определяется ...выражением

Км.лл к ИУ к ДЦ.П г

К ИУ К АЦ.П f ..у..(9)

e-K KHvfoc, получают разность N, -Nn , равную

л

N -N . Kn-jKAun I . J „ , . (10)

..ллЛ„.х/„ - - х

,

и индицируют ее на цифровом отсчетном блоке. Изменяя сопротивление переменного резистора 16, устанавливают нулевые показания цифрового отсчетного блока.

Установка нуля устройства может осуществляться или перед измерением, или периодически через некоторое время, в течение.которого устройство оаботало в режиме Измерение.

Достоинством предлагаемого устройства является то, что цепь измеряемого тока не коммутируется, что, в свою очередь, важно при измерениях

тока в непрерывных технологических удет записано количество импульсов , равное .(б) V К + Г.д.-.КичРлг ОС в четвертом такте из результатов измерения первого NX и второго NQ тактов вычитают результат измерения третьего такта с. и первую разность делят на вторую -й е5-:-г -1 -.. С ) Полученное число, пропорциональное измеряемому току I, индицируют с помощью цифрового отсчетного блока 22. После этого начинается следующий цикл преобразования. В режиме Установка нуля устройство работает следующим образом. Цикл . преобразования состоит из двух тактов, причем ключ 14 в этом режиме разомкнут, а ключ 17 - замкнут, В первом такте ключ 23 замкнут. Как и ранее напряженность магнитного поля сердечников 2 и 3 преобразуют в число импульсов MI и записывают его в циф- ровой делительный блок 21, при этом величина N/| определяется выражением ,-л-кЙ ;7.с,;-,Х W Чсл„-.н-),

процессах, в научных исследованиях и при измерении больших токов.

Погрешность измерения тока предлагаемым устройством составляет величину порядка +7 . Устройств позволяет исключить аддитивную погрешность- измерения тока, обусловленную влиянием внешних магнитных полей, неизменных за время измерения, и существенно ослабить влияние медленно меняющихся внешних магнитных полей.

Формула изобретения

Устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнитный моруляторг состоящий из двух магнитных сердечников, на которых намотайы обмотки возбуждения, подключенные к перйому выходу генератора импульсов, измерительная обмотка, обмотка обратной СВЯЗИ, индикаторная обмотка, подсоединенная к основному входу избирательного усилителя, выход которого подключен к входу аналогоцифрового преобразователя и через цепь обратной связи к обмотке обратной связи, блок управления,первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя и цифрового отсчетного блока, причем второй выход генератора импульсов соединен с вторым входом избирательного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения

точности, в него дополнительно введены три ключа, образцовая и дополнительная обмотки, обмотка смещения, генератор тока смещения, переменный резистор, цифровой делительный блок и блок управления ключами, причем образцовая обмотка через первый ключ соединена с источником образцового тока, дополнительная обмотка, переменный резистор и второй ключ

0 соединены последовательно и подключены параллельно измерительной обмотке, обмотка смещения соединена с генератором тока смещения, вход цифрового делительного блока соединен с выхо5 дом аналого-цифрового преобразователя, а выход - с выходом цифрового отсчетного блока, третий ключ соединен последовательно с измерительной обмоткой, вход блока управления ключами соединен с третьим выходом блока управления, а выход - с управляющими входами трех ключей, при этом четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу цифрового

5 делительного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Беркман Р.Я., Бондарук В.Л.,

Q Рохлин Л.И. Магнитотранзисторные усилители постоянного напряжения. Измерительная техника, 1972, с.56.

2.Вишенчук И.М., Курдыдык Р.В., Рылик М.Г. и др. Цифровой интегрирующий вольтамперметр. -В кн.: Контрольно-измерительная техника, Львов, 1975, с.77.(прототип).

V,A .Л.

Ю v vvorw VX

/

f6