Измерительный преобразователь постоянного тока

 

Изобретение относится к области электрических измерений. Преобразователь содержит магнитопровод, охватывающий токопровод с измеряемым током. Магнитопровод имеет узкий зазор, в котором расположен датчик Холла. На магнитопроводе расположена обмотка отрицательной обратной связи. Токовые зажимы датчика Холла подключены к источнику тока прямоугольной формы. Усилитель мощности преобразователя содержит последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, выпрямитель и усилитель постоянного тока. Коэффициент усиления по постоянному напряжению упомянутого усилителя переменного напряжения равен нулю. Коэффициент усиления по постоянному напряжению упомянутого усилителя тока равен единице. Тем самым напряжения смещения упомянутых усилителей не влияют на работу преобразователя, и аддитивная погрешность уменьшается. 1 ил.

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям постоянных токов в электроэнергетике.

Известны устройства для измерения постоянного тока (см. Писаревский Э.А. Электрические измерения и приборы. М.: Энергия, 1970). Основными недостатками известных устройств являются низкая точность измерения и низкий предел измеряемых токов.

Известен также преобразователь тока (см. а.с. №851272, кл. G 01 R 19/00), который содержит магнитопровод с обмоткой, импульсный генератор, индикатор размагничивания магнитопровода, включающий индикаторную обмотку, устройство выборки-хранения и датчик импульсного тока. Работа устройства основана на размагничивании магнитопровода в моменты равенства магнитодвижущих сил от измеряемого и компенсирующего токов, что сопровождается формированием импульса с помощью индикатора размагничивания. В остальное время магнитопровод находится в состоянии насыщения. Но при этом взаимная индуктивность между токопроводом и индикаторной обмоткой не равна нулю и в последней наводится некоторое напряжение. Это может привести к неправильной работе устройства, что выражается в увеличении погрешностей измерения тока.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь тока, который может использоваться для измерения постоянного тока, содержащий магнитопровод с узким зазором для размещения в нем датчика Холла, усилитель мощности, обмотку отрицательной обратной связи (см. патент 2154320, Россия), принятый в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является наличие погрешности преобразования постоянного тока (аддитивная погрешность) вследствие влияния напряжения смещения усилителя, поскольку он должен иметь большой коэффициент усиления для необходимости обеспечения глубокой отрицательной связи.

Сущность решения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности измерения постоянного тока за счет снижения аддитивной погрешности.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном измерительном преобразователе постоянного тока, содержащем магнитопровод, охватывающий токопровод с измеряемым током, причем магнитопровод имеет узкий зазор, в котором расположен датчик Холла; усилитель мощности, причем его вход соединен с одним из выходных зажимов датчика Холла, а другой выходной зажим последнего соединен с земляной шиной; обмотку отрицательной обратной связи, включенную между выходом усилителя и нагрузкой, другой вывод которой подсоединен к земляной шине, особенность заключается в том, что усилитель мощности содержит последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, выпрямитель и усилитель тока, а токовые зажимы датчика Холла присоединены к источнику тока прямоугольной формы.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном решении, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

На чертеже представлена схема устройства. Оно содержит магнитопровод 1, охватывающий токопровод 2, с узким зазором, в котором находится датчик Холла 3; источник тока прямоугольной формы 4; обмотку отрицательной обратной связи (ООС) 5; усилитель мощности 6, который включает в себя усилитель переменного напряжения 7, выпрямитель 8 и усилитель тока 9; нагрузку 10.

Устройство работает следующим образом. Магнитопроводом 1 охватывается токопровод 2 с измеряемым током I. В нем создается магнитный поток, пронизывающий датчик Холла 3, на выходных зажимах которого имеется напряжение

U₃=k_BUB₁, (1)

где B₁ - магнитная индукция в магнитопроводе 1, k_BU - коэффициент пропорциональности. Поскольку датчик Холла 3 питается током прямоугольной формы от источника 4, то напряжение (1) имеет также прямоугольную форму. Это напряжение подается на усилитель мощности 6, а конкретно - на усилитель переменного напряжения 7, имеющий большой коэффициент усиления (по переменному напряжению), равный К₇.

Коэффициент усиления по постоянному напряжению усилителя 7 равен нулю, благодаря чему напряжение смещения этого усилителя практически не оказывает влияния на работу устройства.

Выпрямитель 8 преобразует выходное напряжение усилителя 7 в постоянное напряжение, что может быть достигнуто при использования двухполупериодной схемы выпрямления на основе диодов. Усилитель тока 9 обеспечивает необходимое значение тока I_вых для питания обмотки ООС 5, причем его коэффициент усиления по постоянному напряжению может быть выбран равным единице, поэтому смещения его нулевого уровня не происходит.

Нетрудно показать, что при K₇ → ∞

где W₅ - количество витков обмотки 5. Выражение (2) записано при условии, что токопровод 2 имеет один виток.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, заключающегося в повышении точности измерения постоянного тока, поскольку благодаря усилению переменного напряжения отсутствует смещение нулевого уровня усилителя 6 (т.е. аддитивная погрешность преобразования).

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь постоянного тока, содержащий магнитопровод, охватывающий токопровод с измеряемым током, причем магнитопровод имеет узкий зазор, в котором расположен датчик Холла, усилитель мощности, причем его вход соединен с одним из выходных зажимов датчика Холла, а другой выходной зажим последнего соединен с земляной шиной, обмотку отрицательной обратной связи, включенную между выходом усилителя и нагрузкой, другой вывод которой подсоединен к земляной шине, отличающийся тем, что усилитель мощности содержит последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, выпрямитель и усилитель тока, а токовые зажимы датчика Холла подсоединены к источнику тока прямоугольной формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1