Датчик постоянного тока с развязкой



Датчик постоянного тока с развязкой

 


Владельцы патента RU 2511639:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения тока в различных системах космических аппаратов. Датчик постоянного тока с развязкой включает в себя измерительный шунт, операционный усилитель (ОУ), четырехобмоточный трансформатор, два резистивных делителя напряжения с равными коэффициентами деления; конденсатор, p-n-р-транзистор, RC-фильтр, блокинг-генератор, собранный с использованием третьей и четвертой обмотки трансформатора, диода, двух резисторов, конденсатора и второго транзистора, и другие элементы, показанные на фиг. 1. Результатом применения изобретения является упрощение устройства, снижение количества элементов, повышение надежности и помехоустойчивости. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах космических аппаратов.

Известен измерительный преобразователь постоянного тока (патент РФ №2234706), 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 мощности и нагрузкой, другой вывод которой подсоединен к земляной шине, усилитель мощности содержит последовательно соединенные усилитель переменного напряжения на основе дифференцирующего операционного усилителя, запоминающее устройство и усилитель тока, а токовые зажимы датчика Холла присоединены к источнику синусоидального тока, причем один из токовых выводов соединен с земляной шиной, а другой вывод подсоединен к последовательно соединенным компаратору напряжения и формирователю импульсов, выход последнего соединен с входом управления запоминающего устройства.

Известное устройство имеет несомненные достоинства, такие как:

- наличие гальванической развязки выхода устройства (12) от токопровода (2);

- для него не требуется образцовый резистор (шунт);

- токопровод (2) может быть включен в любую шину, в которой необходимо измерять ток, - хоть в положительную, хоть в отрицательную.

Однако это устройство недостаточно надежно, так как имеет большое количество функциональных узлов (4, 6, 10, 11) и, следовательно, элементов, для него требуется вторичный источник питания (на фиг.1 он не показан), что в целом увеличивает количество элементов в устройстве, увеличивает его габариты и массу.

Известен измерительный преобразователь постоянного тока (патент SU №1291889), содержащий первый и второй магнитопроводы, на первом из которых размещена первая рабочая обмотка, на втором - вторая, на обоих магнитопроводах одновременно размещены обмотка смещения, компенсационная и измерительная обмотки, вентильный блок с двумя входными выводами, первый из которых подключен к первому выходному выводу источника переменного тока, первый выходной вывод вентильного блока соединен со вторым через последовательно включенные источник постоянного тока и обмотку смещения, первый вывод компенсационной обмотки соединен с первым выводом измерительного прибора, а выводы измерительной обмотки соединены с входными шинами, эталонный резистор, усилитель постоянного тока и шунтирующий резистор, при этом магнитопроводы помещены в магнитный экран, поверх которого размещены измерительная и компенсационная обмотки, вентильный блок выполнен с дополнительными двумя парами выходных выводов, к каждой из которых подключена одна из рабочих обмоток, второй входной вывод вентильного блока соединен со вторым выходным выводом источника переменного тока, между первым и вторым выводами вентильного блока включен эталонный резистор, кроме того, они подключены к входу усилителя постоянного тока, параллельно выводам которого подключен шунтирующий резистор, первый вывод которого подключен ко второму выводу компенсационной обмотки, а второй вывод - ко второму выводу измерительного прибора.

Однако это устройство для измерения тока недостаточно надежно и имеет большие габариты и массу из-за наличия большого количества элементов, необходимых для его реализации (элементы: в источнике (9) переменного тока; вентильных блоках (10, 11); в усилителе постоянного тока (13), для которого необходим вторичный источник питания (на фиг.1 он не показан); элементы схемы (1-8), на которых, по существу, выполнен магнитный усилитель).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности (прототипом) является устройство для измерения тока, содержащее усилитель постоянного тока с развязкой (патент SU №1336200) с подключенным к его входу измерительным шунтом.

Недостатками прототипа являются: недостаточно высокая надежность из-за наличия большого количества элементов - для питания усилителя (1) требуется дополнительный двухполярный вторичный источник питания, что увеличивает общее количество элементов и габариты устройства минимум в два раза; недостаточно высокая помехоустойчивость из-за наличия в устройстве одновременно положительной и отрицательной обратных связей.

Целью изобретения является упрощение устройства, повышение надежности и помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике тока, содержащем измерительный шунт, первый вывод которого подключен к плюсовой шине питания, а второй к нагрузке, операционный усилитель (ОУ), четырехобмоточный трансформатор, первая обмотка которого через первый диод подключена к входу первого фильтра, выход которого является выходом устройства, вторая обмотка трансформатора через второй диод подключена к входу второго фильтра, положительный вывод питания ОУ подключен к первому выводу шунта, а отрицательный - к общей шине питания; введены два резистивных делителя напряжения с равными коэффициентами деления; первый делитель включен между первым выводом шунта и общей шиной, а второй - между вторым выводом шунта и общей шиной; инвертирующий вход ОУ подключен к выходу первого делителя, а неинвертирующий - к выходу второго делителя; положительный выход второго фильтра через введенный резистор подключен к неинвертирующему входу ОУ, а отрицательный - к инвертирующему входу ОУ; введен конденсатор, который включен между выходом и инвертирующим входом ОУ; введен p-n-р-транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу шунта, база через резистор - к выходу ОУ, а коллектор - к входу введенного RC-фильтра; выход RC-фильтра подключен к шинам питания блокинг-генератора, собранному с использованием третьей и четвертой обмотки трансформатора и вновь введенных диода, двух резисторов, конденсатора и транзистора.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства (для упрощения фиг.1 на схеме не показаны: разрядные резисторы, параллельно соединенные с фильтрами (20, 22); базо-эмиттерный резистор транзистора (5).

Датчик постоянного тока с гальванической развязкой выхода устройства содержит: измерительный шунт (1), первый вывод которого подключен к плюсовой шине питания, а второй - к нагрузке (2); интегратор, собранный на операционном усилителе (3) и конденсаторе (4); регулирующий транзистор (5), база которого через резистор (6) соединена с выходом ОУ (3), а эмиттер - с плюсовым выводом питания ОУ и первым выводом шунта; минусовой вывод питания ОУ соединен с общей шиной; коллектор транзистора (5) подключен к входу RC-фильтра (7, 8); четырехобмоточный трансформатор (9) с обмотками (10-13); на элементах (9-11, 14-18) собран блокинг-генератор, шины питания которого подключены к выходу RC-фильтра (7, 8); в трансформаторе (9) обмотки (12 и 13) имеют одинаковый коэффициент трансформации; обмотка (13) через диод (19) подключена к фильтру (20), который является выходом устройства; обмотка (12) через диод (21) подключена к фильтру (22), положительный выход которого через резистор обратной связи (23) подключен к неинвертирующему входу «А» ОУ (3), отрицательный - к инвертирующему входу «В» ОУ (3); первый резистивный делитель напряжения, который собран на резисторах (24, 25) и включен между первым выводом шунта (1) и общей шиной; выход первого делителя (точка соединения 24 и 25) подключен к инвертирующему входу «В» ОУ (3); второй резистивный делитель, который собран на резисторах (26, 27) и включен между вторым выводом шунта (1) и общей шиной; выход второго делителя (точка соединения 26 и 27) подключен к неинвертирующему входу «А» ОУ (3); коэффициенты деления делителей должны быть обязательно одинаковы, но такими, чтобы не превысить допустимые входные синфазные напряжения конкретного ОУ (3).

Устройство работает следующим образом. При подаче питания начинает протекать ток через шунт (1) и нагрузку (2); на шунте (1) появляется падение напряжения:

где Uш - падение напряжения на шунте (1);

Rш - сопротивление шунта (1);

Iн - ток нагрузки (2).

При одинаковых сопротивлениях (24-27) коэффициенты деления первого и второго делителей будут равны двум, поэтому можно найти величину напряжения между неинвертирующим «А» и инвертирующим «В» входами ОУ (3):

Из выражения [2] видно, что UA-В не зависит от напряжения питания Uпит.

За счет действия отрицательной обратной связи интегратор на ОУ (3) и каскад на транзисторе (5) будут подавать такое напряжение питания на блокинг-генератор, чтобы выпрямленное положительное напряжение, поступающее с фильтра (22) через резистор (23) в точку «А», компенсировало присутствующее в точке «А» относительно точки «В» отрицательное напряжение и становилось пренебрежимо малой величиной.

При изменении тока нагрузки будут одинаково меняться компенсирующее напряжение на фильтре (22) и напряжение на фильтре (20), т.е. будет производиться преобразование U=f(I) с гальванической развязкой.

Предложенное устройство проще, т.к. содержит меньше элементов и, следовательно, его надежность выше, помехоустойчивость устройства повышена за счет введения интегратора (3, 4) и RC-фильтра (7, 8).

Опытный образец при измерении тока от 0 до 0,5А с шунтом 0,1 Ом и выходном напряжении от 0 до 6 В в нормальных условиях имел нелинейность выходной характеристики U=f(I) не более 0,2% при UПИТ=8-30 В.

Опытный образец устройства был собран на микросхеме 140УД17А, транзисторах 2Т313Б и 2Т3117А, трансформаторе ТИЛ2 В, диодной сборке 2ДС627А, резисторах С2-29А, С2-33 и конденсаторах К10-17, К53-65.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Датчик постоянного тока с развязкой, содержащий измерительный шунт, первый вывод которого подключен к плюсовой шине питания, а второй к нагрузке, операционный усилитель (ОУ), четырехобмоточный трансформатор, первая обмотка которого через первый диод подключена к входу первого фильтра, выход которого является выходом устройства, вторая обмотка трансформатора через второй диод подключена к входу второго фильтра, отличающийся тем, что положительный вывод питания ОУ подключен к первому выводу шунта, а отрицательный - к общей шине питания; введены два резистивных делителя напряжения с равными коэффициентами деления; первый делитель включен между первым выводом шунта и общей шиной, а второй - между вторым выводом шунта и общей шиной; инвертирующий вход ОУ подключен к выходу первого делителя, а неинвертирующий - к выходу второго делителя; положительный выход второго фильтра через введенный резистор подключен к неинвертирующему входу ОУ, а отрицательный - к инвертирующему входу ОУ; введен конденсатор, который включен между выходом и инвертирующим входом ОУ; введен p-n-р-транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу шунта, база через резистор - к выходу ОУ, а коллектор - к входу введенного RC-фильтра; выход RC-фильтра подключен к шинам питания блокинг-генератора, собранному с использованием третьей и четвертой обмоток трансформатора и вновь введенных диода, двух резисторов, конденсатора и транзистора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах и устройствах для измерения электрических величин тока, мощности, энергии, а также в системах защиты и автоматики.

Заявленное изобретение относится к комбинированным измерительным устройствам для измерения тока и/или напряжения электрического проводника. Техническим результатом заявленного изобретения является создание усовершенствованного измерительного устройства.

Изобретение относится к устройствам измерения тока. Техническим результатом заявленного устройства является обеспечение устройства измерения тока, имеющего широкий динамический диапазон измерения, низкое входное полное сопротивление и простую и надежную конструкцию, а также обеспечение блока обработки.

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям больших постоянных токов, более конкретно к способам поверки и градуировки измерителей больших постоянных токов, в частности при поверке и градуировке волоконно-оптических датчиков тока - ВОДТ, применяемых в химической и металлургической промышленности.

Изобретение относится к области электротехники. Сущность: последовательно проводят испытания исходного и высоковольтного устройств.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым приборам измерения переменного и постоянного напряжения, преимущественно в электроэнергетических сетях 6 (10) кВ и выше.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым приборам измерения переменного и постоянного тока, преимущественно при напряжениях от 6(10) кВ.

Изобретение относится к частотно-широтно-импульсным преобразователям аналоговых сигналов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии, в частности для измерения поляризованного и суммарного потенциалов. Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение погрешности измерения, в первую очередь поляризационного потенциала подземного сооружения, и упрощение процесса измерения суммарного и поляризационного потенциалов. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для измерения потенциалов подземного сооружения введены второй блок преобразования отрицательного напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь, формирователь цикла измерения с двумя выходами и одним входом, блок выделения сигнала помехи, блок программирования. Выходы формирователя цикла измерения соединены с управляющими входами электронного коммутатора. Вход блока выделения сигнала помехи подключен через последовательно соединенные между собой второй аналого-цифровой преобразователь и второй блок преобразования отрицательного напряжения к выходу буферного усилителя суммарного потенциала. Выход блока выделения сигнала помехи, вход формирователя цикла измерения и вход блока программирования подключены к портам процессора. Первый блок преобразования отрицательного напряжения включен между выходом буферного усилителя поляризационного потенциала и входом первого аналого-цифрового преобразователя. Изобретение позволяет уменьшить погрешность измерения, в первую очередь поляризационного потенциала подземного сооружения, и упростить процесс измерения потенциалов - поляризационного и суммарного. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к конструкциям измерительных шунтов, предназначенных для измерения токов, и может быть применено для измерения импульсных токов. Сущность изобретения заключается в следующем: параллельно потенциальным выводам измерительного шунта присоединяется последовательная RC-цепочка с постоянной времени, равной постоянной времени шунта, при этом напряжение U вых, снимаемое с конденсатора C, является пропорциональным измеряемому току J. Применение RC-цепочки позволяет уменьшить влияние паразитной собственной индуктивности L ш на сигнал, снимаемый с шунта. Технический результат изобретения состоит в расширении частотного диапазона и увеличении точности при измерении тока. 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения переменных токов высокого уровня и определения момента перехода тока через нулевое значение в сильноточных цепях сетей промышленной частоты. В устройство для измерения тока, содержащее два коаксиально расположенных металлических цилиндра, соединенных на одном торце с помощью фланцев, а на другом торце имеющих каждый свой токоподвод, высокочастотный разъем, закрепленный на фланце одного из цилиндров, с коаксиально расположенным центральным электродом и по крайней мере одну токовую отпайку, расположенную в пространстве между внутренним и внешним цилиндрами и соединенную одним концом с внутренним цилиндром в начале его рабочей части, а другим - через отверстие в стенке внутреннего цилиндра и интегрирующую RC-цепочку с центральным электродом высокочастотного разъема, введен, по крайней мере, один дополнительный резистор, включенный между выводом центрального электрода высокочастотного разъема и корпусом внутреннего цилиндра последовательно с конденсатором RC-цепочки, а величины длин токовой отпайки и рабочей части внутреннего цилиндра выбраны в соответствии с соотношением: где l - длина отпайки; H - длина рабочей части внутреннего цилиндра. Токовая отпайка может быть выполнена в виде трубки с продольным разрезом охватывающей внутренний цилиндр. Конденсатор RC-цепочки и дополнительный резистор могут быть установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля. RC-цепочка и дополнительный резистор могут быть установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля. Результатом применения изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения неравномерности амплитудно-частотной характеристики устройства, а также уменьшения сдвига фазы между напряжением, наводимым на отпайке и током, протекающим по устройству. 4 ил., 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям физических параметров, преобразуемых в электрическую форму, и может быть использовано в системах телеметрии. Способ заключается в том, что измерение сигнала на выходе измерительного преобразователя производят в произвольно задаваемый момент времени после включения питания. При этом производят дополнительное измерение в момент времени, равный удвоенному значению первого момента времени, а установившееся значение сигнала на выходе измерительного преобразователя определяют по формуле: Y в ы х = y 2 в ы х 1 2 у в ы х 1 − у в ы х 2 , где Yвых - установившееся значение сигнала на выходе измерительного преобразователя, увых1 и увых2 - соответственно значения выходного сигнала в первый и второй моменты времени. Технический результат заключается в уменьшении времени измерения. 2 ил.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, в частности для измерения активной составляющей тока в трехфазных сетях. Технический результат заявленного изобретения выражается в снижении материалоемкости за счет замены двух трансформаторов тока, обладающих высокой массой и стоимостью, двумя дифференцирующими индукционными преобразователями тока и упрощении конструкции и, как следствие, снижении трудоемкости изготовления за счет того, что устройство имеет два, а не четыре выходных зажима, к которым подводится пропорциональная активному току источника напряжения разность напряжений первого и второго мостовых выпрямителей. При этом в устройстве для измерения активного тока трехфазного источника напряжения в качестве измерительных преобразователей переменного тока применены первый и второй дифференцирующие индукционные преобразователи тока, катушки которых индуктивно связаны с одним и тем же токопроводом тока нагрузки, который подключен ко второму зажиму трехфазного источника напряжения, а также вторые выходные зажимы первого и второго мостовых выпрямителей объединены в один общий узел, к которому подключены вторые крайние зажимы первого и второго переменных резисторов. Начала катушек первого и второго дифференцирующих индукционных преобразователей тока подключены соответственно ко вторым входным зажимам первого и второго мостовых выпрямителей, а выводы подвижных контактов первого и второго переменных резисторов являются выходными зажимами устройства. 2ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, а именно к системам мониторинга режимов потребления электроэнергии. Способ основан на определении степени корреляции (статистической взаимосвязанности), разности амплитуд и разности фаз токов потребления на интервале времени анализа. По результатам анализа токов потребления принимается решение о принадлежности сигналов с датчиков токов потребления по анализируемым присоединениям к классу, соответствующему несанкционированному запараллеливанию фидеров, или к классу, соответствующему отсутствию факта запараллеливания. Устройство осуществления данного способа содержит датчики тока потребления, аналого-цифровые преобразователи, амплитудные и фазовые детекторы, коррелятор, блок вычисления невязки, пороговые устройства, блок формирования порогов, решающее устройство, устройство индикации. Технический результат заключается в возможности выявления факта несанкционированного запараллеливания фидеров распределительных подстанций на стороне потребителя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано, например, для контроля напряжения гальванически развязанного аккумулятора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит автоколебательный блокинг-генератор с нагрузочной обмоткой, пиковый детектор, первую и вторую клеммы для подключения приемника сигнала, первый конденсатор, диодно-резистивный делитель, первую и вторую клеммы для подключения источника сигнала, резистор, второй и третий конденсаторы, резистивный делитель, первый и второй n-канальные полевые транзисторы с изолированным затвором, дополнительный выход. 1 ил.

Изобретение относится к сенсорному устройству для монтирования на вал электрической машины с регистрирующим устройством для регистрации тока подшипника электрической машины. Технический результат заключается в создании компактного сенсорного устройства, независимого от внешнего электроснабжения. Сенсорное устройство для монтирования на валу электрической машины содержит регистрирующее устройство для регистрации тока подшипника электрической машины. Сенсорное устройство содержит, кроме того, устройство преобразования энергии, которое смонтировано с регистрирующим устройством в сменный модуль, для преобразования механической энергии вала в электрическую энергию для регистрирующего устройства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники. Датчик постоянного тока с развязкой содержит измерительный шунт, первый вывод которого подключен к общей шине питания, а второй к нагрузке, операционный усилитель (ОУ), четырехобмоточный трансформатор, первая обмотка которого через первый диод подключена к входу первого фильтра, выход которого является выходом устройства, вторая обмотка трансформатора через второй диод подключена к входу второго фильтра, положительный вывод питания ОУ подключен к плюсовой шине питания, а отрицательный - к общей шине питания. Датчик также содержит два резистивных делителя напряжения с равными коэффициентами деления; первый делитель включен между плюсовой шиной питания и вторым выводом шунта, а второй - между плюсовой шиной питания и общей шиной; инвертирующий вход ОУ подключен к выходу первого делителя, а неинвертирующий - к выходу второго делителя; положительный выход второго фильтра через введенный резистор подключен к неинвертирующему входу ОУ, а отрицательный - к инвертирующему входу ОУ. В устройство введен конденсатор, который включен между выходом и инвертирующим входом ОУ; введен p-n-p- транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу шунта, база через резистор - к выходу ОУ, а коллектор - к входу введенного RC-фильтра; выход RC-фильтра подключен к шинам питания блокинг-генератора, и вновь введенных диода, двух резисторов, конденсатора и транзистора. Технический результат - повышение надежности, помехоустойчивости. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерениям параметров электрической сети и контроля состояния энергообъектов. Анализируют среднеквадратические значения входных токов и напряжений и на основе анализа определяют текущий типовой для энергосистемы режим электрической сети. В соответствии с определенным типовым режимом изменяют параметры измерений и формирования событий о состоянии сети и энергообъекта, включая осциллографирование, таким образом, обеспечивают зависимость степени детализации данных от текущего типового режима работы электрической сети и энергообъекта. Кроме того, на основе анализа режима устанавливают различные приоритеты (очередность) передачи данных измерений, событий и осциллограмм на верхний уровень управления для различных режимов, таким образом, при аварийной ситуации наиболее важные данные, необходимые для ликвидации последствий аварии, могут быть получены максимально быстро, а сохраненные при аварии осциллограммы, необходимые для детального анализа развития аварийной ситуации и ее причин, могут быть получены позднее. Технический результат заключается в повышении информативности измеряемых параметров электрической сети и состояния энергообъекта с одновременным снижением объема данных, передаваемых с энергообъекта по каналу связи на верхний уровень управления диспетчерскому персоналу. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх