Согласующий трансформатор Советский патент 1982 года по МПК H01F38/20 

Изобретение относится к измерительной электротехнике, преимущественно к технике геофизических и океанографических измерений составляющих, компонент и параметров электромагнитного поля, и может быть использовано для согласования низкоомных первичных преобразователей датчиков с предусилителями.

Известны трансформаторы, содержащие тороидальный или кольцевой сердечник с умноженными на нем первичной, вторичной и вспомогательными обмотками, а также электростатическими экранами между ними. Трансформаторы в принципе решают задачу согласования, зак.шочаю цуюся в трансформации выходного сопротивления датчика в сопротивление заданной величины, равной входному сопротивлению предусилителя при согласовании по мощности или оптимальному сопротивлению источника сигнала предусилителя при согласовании по шумам 1 и 2.

Однако их недостатком является слабая защищенность от помех, наводимых внешними электрическими полями, отсутствие защиты от внешних помехонесущих магнитных полей, большой уровень помех внутреннего происхождения - шумов первичной обмотки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является трансформатор, предназначенный для согласования датчиков с внутренним сопротивлением порядка долей ома, состоящий из ко.льцевого сердечни10ка с расположенными на нем первичной и вторичной обмотками из обмоточного провода. Витки равномерно уложены по периметру сердечника, что позволяет уменьшить помехи от внешнего

15 магнитного поля, вектор напряженности которого лежит в плоскости сердечника Гз.

Однако согласующий трансформатор не защищен от наводок внешних маг20нитных полей, направленных по оси сердечника, имеет повышенные шумы, первичной обмотки, не имеет защиты от воздействия внешнего электрического помехонесущего поля.

25

Цель изобретения - повышение помехозащищенности согласующего трансформатора от помех как внешнего, так и внутреннего происхождения.

Поставленная цель достигается тем, что первичная обмотка выполнена объемной из двух проводящих крышек, сердечник со вторичными обмотками размещен в полости первичной обмотки. На внутренней донной поверхност крышек установлен стержень из того же материала и выполнено отверстие, Сечение стержня и контур отверстия выбраны так, что стержни проходят через окно сердечника и отверстие в противоположной крышке, не имея электрического контакта, между собой и этой крышкой. Электрическое соеди нение, половин объемной перьичной об мотки осуществлено по линии их разъ ма со стороны открытых торцов крышек. При этом, выступающие из отверстия концы стержней образуют выводы, а контур соединения открытых торцов крышек - центр первичной обмотки. На фиг,1 изображен согласующий трансформатор, общий вид; на фир,2 и 3 - выполнение половины объемной первичной обмотки; на фиг.4 - элект рическая схема трансформатора на фиг,1. Согласующий трансформатор содержит сердечник 1 с уложенными на нем вторичными обмотками 2, которые раз мещены в полости объемной первичной обмотки 3, состоящей из двух одинаковых проводящих (чаще всего металл ческих) крышек 4. На внутренней дон ной поверхности 5 укреплен стержень 6f изготовленный из того же материала, что и крышки, и выполнено отгзрстие 7, На фиг,1 и 2 показаны cTt ,wH с сечением в виде сегмента, близксго к полукругу и, соответственчо- с.гверстия с контурами в виде полуокружностей. Такая конструкция наибе ее технологична и обеспечивае лучиже электрические параметры, но могут быть использованы и другие ви ды сечений и контуров, лишь бы в собранном виде стержни не имели контакта между собой и противополож ной крышкой. Выступающие торцы 8 стержней образуют выводы первичной обмотки, к которым Подключается источник сигнала. Крышки соединены между собой по контуру 9 из открыт торцов, который является центром первичной обмотки и может быть испсльзован для подключения к общей точке или земле измерительного к.анала. На фиг.2 этот контур образуется зубцами и отбортовкой. При сборке Эубцы одной катушки входят в пазы другой, что обеспечивает надежное соединение с малым переходным сопр тивлением и хорошими экранирующими свойствами. После сборки зубцы могут быть пропаяны или дополнительн соединены точечной сваркой. Точно так же можно закрепить к крьшже стержень через фланец 10. Уровень внутренних помех согласующего трансформатора снижен за счет уменьшения омического сопротивления обмоток 2 и 3. Величиной сопротивления первичной обмотки 3 можно пренебречь вообще, так как для реальных конструкций оно равно 10 19 Ом, что пренебрежимо мало даже для источников сигнала с таким низким выходным сопротивлением как 10Г-10 Ом. При заданном коэффици- енте трансформации, и следовательно, и числе витков вторичной обмотки 2 диаметр ее провода в первую очередь определяется объемом, в котором размещается обмотка. Этот объем не должен превышать (3-4) объемов сердечника, так как иначе резко возрастают поля рассеяния трансформатора и связанные с ними наводки и помехи. В данной конструкции весь объем ис пользуется для размещения только вторичной обмотки 2, а не обоих обмоток, как обычно, что и позволяет использовать для намотки вторичной обмотки более толстый провод, Вектор магнитной напряженности Н внешнего помехонесущего поля можно разложить на две составляющие: Н, f лежащую в плоскости сердечника 1, и Ну, - перпендикулярную этой плоскости. Наводки от Н определяются несимметрией половин обмотки, которая в предлагаемом трансформаторе определяется точностью механического изготовления крышек 4 и стержней 6. Идентичность изготовления половин объемной обмотки может достигать нескольких микрон. Соотношение точностей и будет.пропорционально соотношению уровней внешних помех, т.е. у предлагаемого трансформатора помехи от магнитного поля Н на 60 дБ ниже, чем у прототипа , В предлагаемом трансформаторе помехи от составляющей Н отсутствуют, так как ЭДС наводки образует круговые короткозамкнутые токи в донной части 5 и крышках 4, напряжение которых во всех точках ортогональны напряжению тока полезного сигнала. Таким образом, контуры токов сигнала и помехи оказываются не связанными, напряжениепомехи не включено в цепь первичной обмотки, т.е. объемная первичная обмотка сама является идеальным экраном для помех, возбуждаемых составляющей Н. Наводки от внешнего помехонесущего электрического поля также практически полностью устранены, поскольку наводки на вторичную обмотку исключены надежным электрическим экранированием этой обмотки объемной первичной обмоткой, а наводки на первичную обмотку полностью компенсируются за счет практически

идеальной симметрии половин первичной обмотки относительно ее центра 8, который соединяется с общей или земляной точкой измерительного канала.

В результате повышение помехоустойчивости согласующего трансформатора достигается исключением влияния внешних помехонесущих электрических и магнитных полей любой ориентации, а внутренние помехи уменьшаются за счет снижения сопротивлений обмоток и связанных с ними тепловых шумов.

Формула изобретения

Согласующий трансформатор, содержащий кольцевой сердечник к расположенной на нем вторичной обмоткой, первичную обмотку, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью- повышения помехозащищенности, первичная обмотка выполнена объемной из двух одинаковых проводящих крышек, на

внутренней донной поверхности которых выполнено отверстие и установлены стержни из того же материала, направленные в разные стороны, сердечник с вторичной обмоткой расположен

внутри первичной обмотки, стержни проходят через окно сердечника с зазором один относительно другого, выступающие концы стержней образуют выводы, контур соединения открытых

торцов крошек образуют центр первичной обмотки.

Источники янформяцияf принятые во внимание при экспертизе 1. Русин Ю.С. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой частоты. Л., Энергия, 1973, с. 152.

2. Кузнецов В.К, я др. Трансформаторы усилительной и измерительной

Л., Энергия

1969,

20 аппаратуры, с. 152.

3. Гордиенко В.П. и Др. Измерение низкочастотных вихревых электрических полей К., Наукова думка ,

25 1975, с. 45, рис.14.

.3 .ro

Фаг. I

Фг/е.

Г г I/

0

-0