Способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к измерительной технике и метрологии, а именно к технике воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока абсолютным методом. Техническим результатом изобретения выступает повышение точности произведения единицы силы электрического тока и расширение диапазона воспроизведения силы постоянного тока в сторону меньших значений, обеспечение возможности непосредственной регистрации каждого электрона. Поставленная задача осуществляется в цепи воспроизводимого тока, на его вакуумированном участке, из облака электронов под воздействием разности потенциалов направляют на катод электронного усилителя часть электронов, предопределяющих силу воспроизводимого тока. По частоте фиксируемых импульсов на выходе электронного усилителя и значению элементарного заряда электрона судят о материальном значении силы воспроизводимого постоянного электрического тока. Это дает возможность непосредственно регистрировать каждый электрон в потоке воспроизводимого постоянного электрического тока и обеспечить соответствие единицы силы тока - Ампера его физическому смыслу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к измерительной технике и метрологии, а именно к технике воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока абсолютным методом.

В первой половине 20-го века общепринятым понятием силы постоянного тока было то, что «электрический ток образуется движением электрических зарядов и может быть определен как количество электрических зарядов, проходящих через проводник в единицу времени» [К.А.Круг, «Основы электротехники». М.-Л., 1936, с.13-14].

Из уровня техники средства воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока непосредственно в соответствии с этим определением не известны.

На IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году было принято, что Ампер равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н. [Международный Комитет мер и весов, 1946 год, Резолюция 2, одобренная IX ГКМВ, 1948 год].

В соответствии с этим определением, ведущими мировыми метрологическими центрами (США, Англия, Германия, Япония) были начаты работы по созданию комплекса аппаратуры для воспроизведения единицы тока, который получил название «токовые весы». В 1968 году такой комплекс аппаратуры, созданный во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, был утвержден Госстандартом СССР в качестве Государственного первичного эталона единицы силы постоянного электрического тока - Ампера (шифр ГЭТ 4-68), [ГОСТ 8.022-72 ГСИ «Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений силы постоянного электрического тока»] с пределом допускаемой погрешности, как и в других странах, 1·10-5.

В связи с появлением квантовых эталонов - эталон постоянного электрического напряжения, опирающийся на фундаментальную константу Джозефсона и эталон электрического сопротивления, опирающийся на фундаментальную константу Клитцинга, появилась возможность с более высокой точностью воспроизводить Ампер косвенным методом через Вольт и Ом.

Основываясь на этих положениях, в диапазоне 1·10-3 - 1 А в 1991 году был создан и утвержден комплекс средств измерений, вошедший в состав Государственного первичного эталона единицы силы постоянного электрического тока - Ампера (шифр ГЭТ 4-91). [ГОСТ 8.022-91 ГСИ «Государственный первичный эталон и Государственная поверочная схема для средств измерений силы постоянного электрического тока в диапазоне 10-16 - 30 А»]. В состав этого же эталона в диапазоне 1·10-16-1·10-9 А вошел также комплекс аппаратуры основанный на методах электрометрии [см. Д.И.Антонова, О.М.Павлов и др. «Устройство для воспроизведения постоянных токов», А.С. №614724, Бюл. изобр. №25, 1978], в которых реализованы косвенные методы воспроизведения Ампера и которые, однако, не соответствуют действующему в настоящее время определению.

Погрешность воспроизведения единицы силы тока электрометрической частью эталона ГЭТ 4-91 в диапазоне 1·10-16-1·10-9 А составляет (5-0,1) % [A.S.Katkov, О.М.Pavlov, O.P.Galakhova, E.D.Koltik, "Primary Standard of Current Developed of VNIIM", 2nd ISEM'93, China, pp.47-48].

Консультативный комитет по электричеству и магнетизму принял рекомендацию Е1 (2007) о предлагаемых изменениях Международной системы единиц СИ и, в частности, действующего определения ампера. Предложен пример определения ампера:

- «ампер - это электрический ток, эквивалентного потока, точно равный 1/(1,60217653×10-19 элементарных зарядов в секунду (Из этого следует, что данное определение фиксирует элементарный заряд как равный точно 1,60217653×1019 A·c)» [RECOMMENDATION E1 (2007): Proposed changes to the International System of Units (SI). The Consultative Committee for Electricity and Magnetism (CCEM), CCEM/2007-44].

Основу формулировки определения составляют следующие факторы:

1) определение силы постоянного электрического тока, как явления направленного движения электрических зарядов;

2) определение количественной характеристики этого явления - силы электрического тока - как величины, численно равной количеству заряда, протекающего через определенную поверхность в единицу времени;

3) дискретность заряда.

Благодаря развитию современных нанотехнологий появилась возможность воспроизводить Ампер в соответствии с предлагаемым определением. Генеральная конференция обратилась к ведущим метрологическим институтам с призывом начать работы по созданию аппаратуры для воспроизведения Ампера в соответствии с рекомендуемым определением [XXIII Генеральная Конференция Мер и Весов, 2007 год, О возможном переопределении некоторых основных единиц Международной Системы Единиц (СИ). Резолюция L].

Для решения поставленной задачи во многих ведущих метрологических институтах мира проводятся работы по созданию квантового эталона электрического тока на основе эффекта одноэлектронного туннелирования. Для более успешного решения этой проблемы запущен Европейский проект COUNT, в рамках которого разрабатываются два дополняющих друг друга устройства на эффекте одноэлектронного туннелирования для применения в метрологии электрических токов [Н.Е. van den Brom, О.Kerkhof, S.V.Lotkhov, S.A.Bogoslovsky, G.-D.Willenberg, H.Scherer, A.B.Zorin, S.Pedersen, C.Kristoffersson, P.Delsing, M.Taslakov, Z.Ivanov, H.Nilsson, S.Giblin, P.Kleinschmidt, C.Hof, A.L.Eichenberger, F.Overney, B.Jeanneret, G.Genevĕs, N.Feltin, L.Devolille, F.Gay, and F.Piquemal «Counting Electrons One by One - Overview of a Joint European Research Project», IEEE Trans. IM vol.52, N2, pp.584-587, 2003].

При использовании одноэлектронного насоса для воспроизведения тока основное уравнение измерения, в зависимости от материала изготовления и температуры может быть представлено следующим образом:

i=e·f или i=2e·f,

где: е - заряд электрона;

2е - заряд куперовской пары;

f - частота напряжения, прикладываемого к затвору устройства.

Из уровня техники средства воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока непосредственно в соответствии с этим определением не известны.

Известен способ одноэлектронного туннелирования - способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока, который по выполняемой функции и совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогом заявленного способа (Y. De Wilde, F Gay, F.P.M.Piquemal, and G.Geneves, "Measurements of Single Electron Transistor Devices Combined with a CCC: Progress Report", IEEE Trans. IM, vol.50, N2, pp.231-234, 2001).

Эффекты одноэлектронного тунелирования проявляются в системах, которые содержат маленький металлический островок, слабо связанный (т.е. через туннельные переходы) с внешней цепью. Когда емкость островка СΣ достаточно мала, присутствие избыточного электрона на островке может быть обнаружено. Этот эффект наиболее очевиден, когда заряжающая энергия e2/2·CΣ является доминирующей энергией в системе: она должна превышать энергию электронов, связанных с приложенным напряжением, e·V, и их тепловую энергию, k·T. На практике это требует применения металлических структур с характеристическими размерами менее 100 нанометра, работающих при температурах менее 50 миликельвин (менее - 223°С).

Посредством емкостного вентиля (затвора), связанного с островком, можно управлять зарядом островка. Наиболее известная структура - это одноэлектронный транзистор, который имеет два туннельных перехода и одну емкость затвора (IEEE Trans. IM vol.52, N2, pp.584-587, 2003).

Известный способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока осуществляется устройством, которое содержит цепь, воспроизводящую единицу силы тока, в виде последовательно соединенных: истока, «n» туннельных переходов, «n-1» островков, расположенных между ними, стока, поддерживаемые подложкой, аттестуемого эталонного средства измерения и источника напряжения смещения Vc. Положительный полюс источника напряжения смещения связан с аттестуемым эталонным средством измерения, а отрицательный - с истоком. Фиксированные электроды затворов расположены в непосредственной близости от указанных квантовых островков, образуя емкостную связь между каждым электродом затвора и каждым островком. Каждый электрод затвора, через фазосдвигающую цепочку связан с одним из полюсов генератора радиочастоты, другой полюс генератора радиочастоты соединен с общей точкой истока и отрицательным полюсом источника напряжения смещения Vc.

Известный способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока осуществляют следующим образом.

Воспроизводимый устройством одноэлектронного туннелирования ток iв под воздействием приложенного напряжения источника смещения начнет протекать только после разблокировки туннельного перехода, когда потенциал на затворе станет больше некоторого порогового значения, кулоновской блокады. В блокированном состоянии у электрона на истоке нет доступных энергетических уровней в пределах диапазона туннелирования. Когда кулоновская блокада прорвется, электрон пройдет через барьер на островок. Прорыв кулоновской блокады зависит от напряжения на затворе. Для протекания тока в цепи исток-сток к каждому затвору через фазосдвигающую цепь от генератора радиочастоты подводится напряжение, которое от затвора к затвору сдвинуто по фазе на величину ±π. При этом ток в цепи будет протекать порциями, что соответствует движению единичных электронов. Таким образом, управляя потенциалом на затворе, можно пропускать через кулоновские барьеры одиночные электроны е или кулоновские пары 2е. Когда к затвору прикладывается положительный потенциал, энергетические уровни на островке понижаются.

Электрон е или кулоновская пара 2е может туннелировать на островок, занимая свободный энергетический уровень. Далее, пройдя «n-1» островков, они могут туннелировать на сток. Величина воспроизводимого тока iв, протекающего между истоком и стоком, зависит от частоты генератора напряжения f, приложенного к затворам,

iв=e·f или iв=2e·f.

где: е - заряд электрона;

2е - заряд куперовской пары;

f - частота напряжения, прикладываемого к затвору устройства.

В эксперименте получен ток на уровне 1·10-12 А с погрешностью 0,1% с ошибкой переноса электронов 0,15 ppm. Погрешность счета основного потока электронов оценивается на уровне ±1 электрон [M.W.Keller and JM. Martinic, N.M.Zimmerman, A.H.Steinbach "Accuracy of electron counting using a 7-junction electron pump", Appl. Phys. Lett. v.69 N12, pp.1804-1806, 1996].

Недостатком способа воспроизведения силы постоянного тока является то, что воспроизводимый ток определяется косвенным методом, путем приложения к затвору напряжения определенной частоты. При этом возникает необходимость обеспечения защиты электронов е и куперовских пар 2е от сотуннелирования для уменьшения общей неопределенности прохождения электронов, а также необходимость применения высоких технологий для создания структур (размеры менее 100 нанометра), работающих в условиях сверхнизких температур; и специального оборудования для обеспечения этих условий (на уровне единиц мили Кельвина).

Устройства для воспроизведения силы постоянного тока, аналогичные по технической сущности и выполняемой функции, в уровне техники заявителем не обнаружены.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является дальнейшее повышение точности воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока и расширение диапазона воспроизведения силы постоянного тока в сторону меньших значений, обеспечение возможности создания эталона одной из основных единиц международной системы СИ - единицы силы постоянного электрического тока Ампера в области его дольных значений.

Технический результат, полученный при осуществлении заявленной группы изобретений, заключается в обеспечении возможности непосредственной регистрации каждого электрона в цепи воспроизводимого тока для обеспечения соответствия рекомендуемому определению Ампера его физическому смыслу.

Указанный технический результат достигается при осуществлении заявленной группы разнообъектных изобретений, которые образуют единый творческий замысел и представляют собой способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока и устройство для его осуществления.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемой группы изобретений достигается тем, что в заявляемом способе воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока, использующем заряд электронов и перемещение их в цепи воспроизводимого тока, в отличие от известного способа, участок цепи воспроизводимого тока вакуумируют, на этом участке размещают катод, эмитирующий электронное облако, контрольную сетку и анод в виде катода электронного умножителя, на катоде создают электронное облако и под воздействием заданной разности потенциалов между катодом и контрольной сеткой определяемое ею задаваемое количество электронов, прошедших через контрольную сетку до анода, замыкает цепь воспроизводимого тока, количество электронов, прошедших по цепи воспроизводимого тока в единицу времени, преобразуют в электронном умножителе в последовательность импульсов, по частоте следования которых f определяют значение единицы силы воспроизводимого постоянного электрического тока iВ по формуле:

iВ=е·f,

обеспечивая возможность непосредственной регистрации каждого электрона в цепи воспроизводимого тока,

где е - элементарный заряд электрона, точно равный 1,60217653·10-19 Кл.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемой группы изобретений достигается тем, что в заявляемом устройстве для воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока, состоящем из цепи, воспроизводящей единицу силы тока, выполненной в виде меры линейно изменяющегося напряжения, подключенной одним выходом к соединенным первым обкладкам двух конденсаторов равного номинала, другая обкладка одного из конденсаторов подключена к катоду в вакуумированном участке цепи из последовательно расположенных после катода контрольной сетки и анода, подключенных к другому выходу меры, причем анод в цепи воспроизведения тока является катодом электронного умножителя, анод которого связан со счетчиком импульсов, при этом вторая обкладка другого конденсатора является выходом устройства, отображающим воспроизводимую единицу силы постоянного тока.

В устройстве для осуществления способа воспроизведения единицы силы тока (чертеж) мера линейно изменяющегося напряжения 1 подключена одним выходом к общим обкладкам конденсаторов 2 и 3 с равным значением емкости. Другая обкладка конденсатора 2 подключена к катоду 4, расположенному вместе с контрольной сеткой 5, анодом 6 (в виде катода 6 электронного умножителя 7) и электронным умножителем 7 в вакуумном баллоне 8. Контрольная сетка 5 и анод 6 соединены с другим концом меры линейно изменяющегося напряжения 1. Анод 9 электронного умножителя 7 связан с одним из концов сопротивления нагрузки 10 и одной из обкладок разделительного конденсатора 11. Другая обкладка конденсатора 11 соединена с входом импульсного усилителя 12, выход которого соединен с входом счетчика импульсов 13. Другой конец сопротивления нагрузки 10 соединен с положительным полюсом источника питания 14, с общей шиной 15 импульсного усилителя 12 и с другим концом счетчика импульсов 13. Сопротивление смещения 16 одним концом соединено с выходом 17 распределенного делителя напряжения электронного умножителя 7, а другим - с положительным полюсом источника питания 14. Отрицательный выход источника питания 14 соединен с катодом 6 электронного умножителя 7. Другая обкладка конденсатора 3 соединяется с высокоомным входом аттестуемого эталонного средства измерения 11%. Низкоомный вход средства измерения 18 соединен с другим концом меры линейно изменяющегося напряжения 1 и с отрицательным полюсом источника питания 14.

Заявляемый способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока осуществляется устройством, следующим образом.

Сила тока iB1, воспроизводимая мерой линейно изменяющегося напряжения 1 и конденсатором CB1 2, протекает между катодом 4 и анодом 6 (который является катодом 6 электронного умножителя 7) через контрольную сетку 5, и автоматически устанавливает напряжение между катодом 4 и контрольной сеткой 5, которое определяется силой воспроизводимого тока iB1 и не зависит от нагрузки.

В результате, при воспроизведении силы тока iB1, напряжение между катодом 4 и контрольной сеткой 5 остается постоянным. Вследствие этого эмиссия электронов из облака катода 4 является пропорциональной силе воспроизводимого тока iB1.

Электроны, создающие силу воспроизводимого тока iB1, протекают от катода 4 под воздействием электростатического поля, образованного высоковольтным источником напряжения 14, питающим электронный умножитель 7, затягиваются анодом 6, проходя через контрольную сетку 5. При этом каждый электрон, попадая на катод 6 электронного умножителя 7, прежде чем замкнуть цепь воспроизводимого тока iB1, выбивает вторичные электроны, которые, умножаясь, образуют на аноде 9 электронного умножителя 7 импульс, который выделяется на сопротивлении нагрузки 10. Этот импульс проходит через разделительный конденсатор 11, усиливается импульсным усилителем 12 и поступает на счетчик импульсов 13. Сопротивление смещения 16 предназначено для установления оптимального рабочего режима электронного умножителя 7.

Воспроизводимое мерой линейно изменяющегося напряжения 1 и конденсатором CB1 2 значение единицы силы тока iB1, при равенстве значений емкостей двух конденсаторов CB1 2 и CB2 3, отображается воспроизводимым значением единицы силы тока iB2 через конденсатор CB2 3 для дальнейшего использования его при передаче размера единицы силы тока эталонам сравнения 18.

При точном равенстве значений емкостей двух конденсаторов CB1 2 и CB2 3 сила воспроизводимого тока iB1 точно равна силе воспроизводимого тока iB2

iB1=iB2=e·f.

Так как сила тока определяется величиной заряда, т.е количеством электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за 1 с, основное уравнение измерения устройства будет:

i=e·f.

Значение единицы силы воспроизводимого тока iB2 при равенстве значений емкостей конденсаторов CB1 и CB2 определяется из соотношения:

iB2=IB1=CB2·dV/dt=CB1·dV/dt=е·f,

где CB1 и CB2 - емкости конденсаторов 2 и 3, к которым прикладывается напряжение V, линейно изменяющееся за период времени t;

e - элементарный заряд электрона, точно равный 1,60217653·10-19 Кл;

f - измеряемая частота (число) импульсов на выходе электронного умножителя 7.

При этом нестабильность коэффициента усиления электронного умножителя 7 не играет роли, так как амплитуда импульса не входит в основное уравнение измерения.

В изготовленном заявителем опытном образце была проверена принципиальная возможность счета электронов, образующих воспроизводимый ток.

В опытном образце были использованы:

- мера линейно изменяющегося напряжения 1 - мера линейно изменяющегося напряжения калибратора тока НК1-4;

- конденсатор CB1 2 - емкостью ≈1 пф с лейкосапфировой изоляцией (собственного производства);

- катод, эмитирующий электроны 4, - позолоченный молибденовый диск с лейкосапфировой изоляцией (собственного производства);

- контрольная сетка 5, катод электронного умножителя 6, электронный умножитель 7, анод электронного умножителя 9, выход распределенного делителя напряжения электронного умножителя, 17 - вторично-электронный умножитель ВЭУ-6;

- вакуумный баллон 8 - баллон из молибденового стекла (собственного производства);

- сопротивление нагрузки 10 - сопротивление типа МВСГ≈108 Ом;

- разделительный конденсатор 11 - конденсатор типа ФТ≈0,1 мкФ;

- источник питания электронного умножителя 14 - высоковольтный источник питания БПВ-5;

- импульсный усилитель 12 - усилитель импульсный В3-2;

- счетчик импульсов 13 - частотомер Ч3-47;

- сопротивление смещения 16, - сопротивление RCM≈104 Ом (подбирается при настройке).

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

1. Способ воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока, использующий заряд электронов и перемещение их в цепи воспроизводимого тока, отличающийся тем, что участок цепи воспроизводимого тока вакуумируют, на этом участке размещают катод, эмитирующий электронное облако, контрольную сетку и анод в виде катода электронного умножителя, на катоде создают электронное облако и под воздействием заданной разности потенциалов между катодом и контрольной сеткой определяемое ею задаваемое количество электронов, прошедших через контрольную сетку до анода, замыкает цепь воспроизводимого тока, количество электронов, прошедших по цепи воспроизводимого тока в единицу времени, преобразуют в электронном умножителе в последовательность импульсов, по частоте следования которых f определяют значение единицы силы воспроизводимого постоянного электрического тока iВ по формуле:
iВ=e·f,
обеспечивая возможность непосредственной регистрации каждого электрона в цепи воспроизводимого тока,
где е - элементарный заряд электрона, точно равный 1,60217653·10-19 Кл.

2. Устройство для воспроизведения единицы силы постоянного электрического тока, состоящее из цепи, воспроизводящей единицу силы тока, выполненной в виде меры линейно изменяющегося напряжения, подключенной одним выходом к соединенным первым обкладкам двух конденсаторов равного номинала, другая обкладка одного из конденсаторов подключена к катоду в вакуумированном участке цепи из последовательно расположенных после катода контрольной сетки и анода, подключенных к другому выходу меры, причем анод в цепи воспроизведения тока является катодом электронного умножителя, анод которого связан со счетчиком импульсов, при этом вторая обкладка другого конденсатора является выходом устройства, отображающим воспроизводимую единицу силы постоянного тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электромагнитных измерений и может быть использовано в электроэнергетике, в измерительной технике высоких напряжений, в области релейной защиты и автоматики.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения тока в проводнике в режиме реального времени, в частности в системе индикации коротких замыканий, измерения мгновенных значений тока, активной и реактивной мощности, фазы, полярности.

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам тока и работает на принципе эффекта Фарадея. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цепях переменного тока, находящихся под высоким потенциалом относительно земли. .

Изобретение относится к способу фазочувствительной оценки тока (КР) проводимости рельсовой цепи (КО), в котором его течение исследуют на наличие первой частоты (1К), второй частоты (2К), вплоть до последней частоты (РК), и упомянутым частотам присваивают соответствующие временные окна (1СО, 2СО, вплоть до РСО), с помощью которых осуществляют деление тока (КР) проводимости на временные сегменты, чтобы установить значения всех первоочередных, второочередных парциальных амплитуд, вплоть до парциальных амплитуд последней очереди (1РА, 2РА, вплоть до РРА) действительных значений (ОН) тока (КР) проводимости, а также значения всех соответствующих первоочередных, второочередных парциальных фаз, вплоть до парциальных фаз последней очереди (1PF, 2PF, вплоть до PPF) действительных значений (ОН) тока (КР) проводимости, при этом значения всех первоочередных, второочередных действующих составляющих, вплоть до действующих составляющих последней очереди (US1, US2.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для оперативного измерения и индикации электрических величин. .

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для формирования напряжения питания для выходных каскадов ответственных сигналов с заданной вероятностью перевода выходных сигналов в пассивное состояние при отказе устройств, ответственных за их формирование.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в датчиках тока ротора для регулирования режимом возбуждения генератора, а также для диагностики состояния роторной обмотки.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в устройствах преобразования непрерывного сигнала в частоту с высокими требованиями к точности преобразования.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов

Изобретение относится к автомату защиты от тока неисправности. Технический результат изобретения заключается в создании автомата защиты от тока неисправности с высоким разрешением сигнала тока неисправности в широком динамическом диапазоне при исключении в значительной степени перерегулирования, характеризующегося низкими стоимостями компонентов. При этом достигается повышение эксплуатационной готовности и надежности автоматов защиты от тока неисправности с зависимой от сетевого напряжения электроникой срабатывания. Автомат (1) защиты от тока неисправности содержит первый блок (2), выполненный с возможностью детектирования тока неисправности в электрической сети энергоснабжения и выдачи аналогового сигнала тока неисправности, первый аналого-цифровой преобразователь (3) для преобразования аналогового сигнала тока неисправности в цифровой сигнал тока неисправности, первый цифровой блок (4) обработки сигнала и второй блок (5) для заданного размыкания размыкающих контактов (6) в электрической сети энергоснабжения, для обеспечения хорошего разрешения сигнала тока неисправности в широком динамическом диапазоне. Предусмотрено, что автомат (1) защиты от тока неисправности содержит первое средство (7) для, в частности, заданного изменяющегося согласования аналогового сигнала тока неисправности с аналого-цифровым преобразователем (3). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для масштабного преобразования тока и напряжения с гальванической развязкой между высоковольтной сетью и приборами измерения на основе аналого-цифрового кодирования величин тока и напряжения с последующим излучением модулированного светового потока. Устройство содержит изоляционную конструкцию, первичный масштабный преобразователь тока, первичный масштабный преобразователь напряжения (высокоомный делитель напряжения), аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом, световод, приёмное устройство, блок питания, быстронасыщающийся трансформатор тока с дополнительной обмоткой, триггерное устройство. Изобретением решается задача бесперебойного питания компонентов, находящихся на высоком потенциале, и снижения энергопотребления. Блок питания получает энергию от высоковольтной сети через быстронасыщающийся трансформатор. При пропадании тока в сети, но при наличии напряжения триггерное устройство подключает дополнительную обмотку между сетью и первичным масштабным преобразователем напряжения, обеспечивая через трансформатор энергией блок питания. При появлении тока в сети триггерное устройство отключает дополнительную обмотку, трансформатор начинает работать в штатном режиме, извлекая энергию для блока питания из сети. Технический результат состоит в повышении надёжности устройства и снижении его энергопотребления. 1 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения токов и напряжений. Электронный датчик тока и напряжения на высоком потенциале содержит измерительный модуль, высоковольтный токопровод, соединенные с аналого-цифровым преобразователем. Вход питания аналого-цифрового преобразователя соединен с аккумулятором посредством блока выбора питания, а также с оптическим источником питания. Выход делителя напряжения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого выведены из измерительного модуля посредством оптических каналов. Делитель напряжения закреплен в опорном изоляторе. В измерительном модуле дополнительно расположены преобразователь напряжения, соединенный с низковольтным плечом делителя напряжения. Оптические каналы соединены с коммуникационным модулем, содержащим коммуникационный контроллер, блок питания, модуль накачки лазерного диода, блок сигнализации. Также устройство содержит интерфейс SPI. Технический результат изобретения - повышение стабильности измерения тока и напряжения на высоком потенциале. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для определения входного напряжения трансформатора местной сетевой станции. При реализации способа измеряют входной ток, выходной ток и выходное напряжение трансформатора, а также фазовый угол между выходным током и выходным напряжением, определяют с их помощью коэффициент трансформации и полную проводимость поперечного звена p-эквивалентной схемы трансформатора местной сетевой станции и на основе определенных коэффициента трансформации и полной проводимости определяют входное напряжение трансформатора местной сетевой станции. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования основан на формировании интервала преобразования, состоящего из конечного числа интервалов времени фиксированной длительности, и формировании в течение каждого интервала преобразования непрерывной развертывающей функции путем интегрирования суммы или разности входного и опорного напряжений в течение каждого интервала времени фиксированной длительности. Результат преобразования определяют как произведение масштабирующего коэффициента и опорного напряжения, а масштабирующий коэффициент вычисляют как отношение разности всех интервалов времени фиксированной длительности, соответствующих подключениям положительного и отрицательного опорных напряжений в течение интервала преобразования, к длительности интервала преобразования. Затем формируют дополнительные интервалы времени, длительность которых меньше длительности интервалов времени фиксированной длительности в целое число раз, изменяют полярность опорного напряжения, если на предыдущем фиксированном интервале времени происходит изменение полярности развертывающей функции, причем все нечетные переходы синхронизируются интервалами времени фиксированной длительности, а четные - интервалами дополнительной длительности. Технический результат - повышение точности. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрических системах с времяимпульсной модуляцией. Преобразователь напряжений в интервалы времени содержит последовательную RC-цепь, клемму напряжения смещения, источники преобразуемого напряжения, триггер, выходную клемму, первый, второй, третий и четвертый элементы И, резистор, аналоговый мультиплексор, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь коротких импульсов, клемму установки нуля, первый, второй и третий элементы ИЛИ-НЕ, триггер Шмитта, операционный усилитель, клемму запуска, элемент задержки. Два источника преобразуемого напряжения выполнены с детекторами. Технические результаты, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в упрощении, уменьшении габаритов, повышении технологичности и надежности, повышении точности преобразования и помехозащищенности. 4 ил.
Настоящая группа изобретений относится к защите электрических систем и, более конкретно, относится к способу измерения, анализа и различения сигналов для определения утечки и/или токов повреждения в электрических устройствах, запитанных от таких систем. Способ включает цифровую дискретизацию тока или группы токов в электрической системе с использованием достаточной полосы частот в упомянутой дискретизации для реконструкции амплитуды и фазы созданной электрической частоты и ее гармоник и основной несущей частоты переключающей электроники и боковых полос частот модуляции, анализ в реальном времени сигналов от нескольких преобразователей или точек измерения, чтобы получить информацию по диагностике и местонахождению неисправности в питающих электрических сетях с изолированной нейтралью. При этом способ включает распознавание частотных составляющих токов в электрических системах. Изобретение кроме того раскрывает способы обнаружения замыканий на землю и утечек высокочастотных токов, в частности, хотя и не исключительно, в питающих электрических сетях с изолированной нейтралью (I-T) и/или ограниченным замыканием на землю и, в частности, в питающих электрических сетях в опасных зонах, например, таких как шахты. Изобретение также относится к способу повышения надежности реле при определении утечек на землю, в частности, когда реле работают вместе с электроникой переключения электропитания. Изобретение кроме того относится к способу интерпретации широкополосных сигналов измерений для выявления потенциальных опасностей, которые могут произойти из-за работы переключающей электроники, вместо того чтобы отвергать такие сигналы, как шум, для упрощения анализа. Защитное устройство способно обнаруживать сигналы постоянного тока и более высокой частоты, которые относятся к нормальной и анормальной эксплуатации переключающей силовой электроники, подключенной в качестве нагрузки к электрической системе, при этом осуществляется анализ токов утечки на землю с целью включения защитного оборудования. Технический результат заключается в повышении точности измерения и анализа сигналов электрических систем, включающих переключающую электронику, и улучшении их методов защиты. 3 н. и 36 з.п. ф-лы.
Наверх