Бесконтактный датчик тока Советский патент 1983 года по МПК G01R19/00 

(54) БЕСКСШТЛКТНЫЙ ДАТЧИК ТОКА

, ---Ч) Изобретшие относится к электроизмерител ной технике и может бтк использовано для бесксжтактного измерешн тока в широком диапазоне частот.: . Известен бескокгактныЙ датчик тока, содержащей лреобрюователь Холла, расположенный в магнитном попе проводоика с контролируемым током, истспник постоянного тока, выход которого связан с токовыми электродами преобразователя Хьляа, ушлвтель, присоединенный свою входам к потеН1и1алы{ыМ электродам преобразователя Холла, и последовательно соеднненны1е выпрямитель, вход которого связан с ых:6дом усилителя, и регистрирующий п1Я1бор 1. Однако данный датчик имеет недостаточную чувствителыюсть и ограниченный диапазон воспроизводимых частот. Наиболее близким по технической cyupiotтн к иэоС тения является бесконтактНь1Й датчик тока, содержащий расположенный в матитчом поле проводника с контролируемым TOKOjM вакуумный мапшточувствительный диод имеющий катод и четкое количество анодов, включенный в мостовую схему, одни смежные плечи которой образованы резисторамн, другие«« промежутками катод-аноды диода, выводы одной диагонали присоединены к источнику постоянного напряжения, а в другую диагональ включен регистрирующий прибор 2. Одаако известный датчик характеризуется недостаточной точностью измерений, обусловленной ограниченной чувствительностью вакуумного мапшточувствИтельного диода, связанной с возникновением дополнительных сил, действующих на злектронный поток диода и препятствующих его отклонению магнитным полем контролируемого тока. Эти дополнительные силы являются результатом влияния составляюцщх. апект| пескоп поля, перпендикулярных эпектрониому потоку, возникающих из-за изммения напряжения на анодах диода и втортпной эмиссии электронов, и имеют характер отрицательных обратных связей в электронном потоке. Цель изобретения - повышение чувствительности датчика путем снижения действия отрицательных обратных связей в электронном потоке вакуумнбго магниточувствительного диода. Поставленная цель достигается тем, что в бесконтактный датчик тока, содержащий расположенный в магнитном поле проводника с контролируемым током вакуумный магниточувствительный диод, имеющий катод и четное количество анодов, включенный в мостовую схему, одни смежные плечи которой образованы резисторами, в другие включены промежут- 10ронный поток. При равных значениях внутренки катод аноды диода, выводь однойних сопротивлений промежутков катод 1 - -.

диагонали присоединены к источнику постоянно-анод 2, катод 1 - анод 3 и отсутствии крнтго напряжения., а в другую диагональ включенролируемого тока в проводнике 4 эпектронрегистрирующий прибор, дополнительно введены два транзистора типа п-р-п, эмиттеры которых раздельно присоединены к анодам диода, коллекторы соединены с выводами диагонали, связанной с регистрирующим прибором, а базы транзисторов обьединены и присоединены к положительному и отрицательному полюсам источника постоянного напряжения соответственно через стабилитрон и резистор.

На чертеже изображена электрическая схема датчика.

Бесконтактный датчик тока содержит вакуумный магниточувствительный диод, имеющий катод 1 и два анода 2 и- 3, расположенный в магнитном поле с индукцией Вц,у здаваемом проводником 4 с контрюлируемым током, два транзистора 5 и 6 типа п-р-п, в цепи коллекторов 7 и 8 которых последовательно включены резисторы 9 и 10. Эмиттеряя транзисторов 5 и 6 раздельно присоединены к анодам 2 и 3 магниточувствительного диода, свободные выводы резисторов 9 и 10 обьединены и присоединены к положительному полюсу источника постоянного тока, а катод 1 ь. магниточувствительного диода связан с его отрицательным полюсом. При этом промежутки катод 1 - анод 2, катод 1 - анод 3 магниточувствительного диода совместно с последоваг тельно включенными промежутками эмиттерколлектор транзисторов 5 и 6 образуют одни смежные плечи мостовой измерительной схемы, а резисторы 9 и 10 - другие смежные ее плечи. В питающую диагональ мостовой схемы, вьгеоды которой образуют катод 1 магниточувствительного диода и/объединенные выводы резисторов 9 и 10, включен упомянутый источник постоянного напряжения, а выводами другой, измерительной, диагонали мостовой схемы являются коллекторы 7 и 8 транзисторов 5 и 6, к которым подключают вход регистрирующего прибора (на чертеже не показан). Для вывода транзисторов 5 и 6 на рабочий участок характеристики базы транзисторов 5 и 6 связаны с положительным полюсом источника постоянного напряжения через стабилитрон 11,

а с отрицательным его полюсом - через резистор 12.

Датчик тока работает следующим образом. , При подключении датчика к источнику поJ стоянного напряжения между катодом 1 и анодами 2 и 3 Магниточувствительного диода оказывается приложенным часть напряжения источника, под действием которой между катодом 1 и анодами 2 и 3 возникает элект ый ;поток в магниточувствительном диоде 5 распределяется между анодами 2 и 3 равномерно и токи анодов 2 и 3 оказываются рав ными. При этом аноды 2 н 3 эквипотенци- , альны, токи, протекающие по цепям эмиттерколлектор транзисторов 5 и 6 и резисторам 9 9 и 10, равны по величине. Вследствие этого напряжения на коллекторах 7 и 8 транзисто; ров 5 и 6, образующих выводы измерительной диагонали мостовой схемы, также оказываются равными, и напряжение на входе ре5 гистрирующего прибора, включенного в эту диагональ, равно нулю.

При протекании контролируемого тока по проводнику 4 вокруг него возникает магнитное поле с индукцией . под действием которого происдодат отклонение Д X электронного потока в магниточувствительном диоде. При этом электронный поток ожлоняется практически бёзинерционно в соответствии с изменениями магнитного поля проводника 4. В результате указанного отклонения электронный поток в магниточувствительном диоде перераспределяется между анодами 2 и 3, вызывая соответствующее изменение токов анодов 2 и 3 и токов, протекающих по цепям эмиттер-коллектор транзисторов 5 и 6 и резисторам 9 и 10, что приводит к возникновению разности потенциалов между коллекторами

7и 8 транзисторов 5 и 6. Эта разность потенциалов является выходным напряжением датчика и измеряется регистрирующим прибором. При этом работа датчика имеет ту особенность, что изменение напряжений на коллекторах 7 и

8транзисторов 5 и 6 за счет стабилизирующего действия транзисторов 5 н 6 не передается

в цепь их эмиттеров, и напряжение на анодах 2 и 3 магниточувствительного диода в процессе измерений тока в проводнике 4 сохраняется практически неизменным, что в свою очередь существенно снижает действие отрицательных обратных связей в электронном потоке магниточувствительного диода. В результате этого чувствительность датчика возрастает на порядок.

Использование предлагаемого датчика дпя бесконтактного измерения электрических то:ков позволяет расширить диапазон измерений .в области малых токов для широкой полось частот.

Формула изобретения

Бесконтактный датчик тока, содержащий расположенный в магнитном поле проводника с контролируемым током вакуумный магниточувствительный диод, имеющий катод и четное количество анодов, включенньш в мостовую схему, одни смежные плечи которой образованы резисторами, в другие включень промежутки катод - аноды/ диода, выводы одной диагонали присоединены к источнику постоянного напряжения, а в другую диагональ включен регистрирующий прибор, 6 т л .и ч а и щ и и с я тем, что, с целью повышений . чувствительности путем сииженш действия отрицательных обратных связей в эпектрбняст потоке диода, дополиител№о введены транзистора типа п-р-п эмиттеры которых раздельно присоединены к анодам циода, коллекторы соединены с выводами даагоналв, связанной с регистрирующим прибором, а базы транзисторов обьединены я прнсоединеиы к положительному и отрицательному полюсам источника постоянного напряжения ооответствеяно через стабилитрон и резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР И 238002, кл. G 01 R 19/00, 03.08.64 (прототип).