Экранированный датчик тока

Авторы патента:

G01R19/00 - Приборы для измерения токов или напряжений или индикации их наличия или направления (G01R 5/00 имеет преимущество; для измерения биоэлектрических токов или напряжений A61B 5/04)

Владельцы патента RU 2546995:

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "Гаммамет" (RU)

Изобретение относится к метрологии, в частности к датчикам тока. Экранированный датчик тока содержит магнитопровод чувствительного элемента с обмотками, помещенный в магнитный экран, представляющий собой контейнер из сочлененных между собой стенки, основания и крышки с отверстиями, внутренней стенки. При этом конфигурация внутренней стенки соответствует контуру отверстий в основании и крышке, а основание, стенка, крышка и внутренняя стенка изготовлены в виде витых магнитопроводов из ленты с нанокристаллической структурой. Технический результат - повышение точности измерений в условиях повышенных электромагнитных помех. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к области электроизмерений, а точнее к датчикам тока высокой точности.

Чувствительный элемент таких датчиков, независимо от принципа работы

- то ли это трансформатор переменного тока, то ли трансформатор постоянного тока на основе магнитного усилителя или магнитно-модуляционного преобразователя, либо на основе датчика Холла - представляет собой магнитопровод с обмотками, который помещается в магнитный экран для защиты его от воздействия внешних магнитных помех. Так, например, магнитный экран датчика тока по патенту [1] представляет собой контейнер из двух получашек с центральным отверстием для пропуска проводника с измеряемым током, играющим роль одновитковой входной обмотки. Получашки изготовлены из листового магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, например стали или пермаллоя.

Недостатком такого датчика является сложность изготовления экрана, требующего дорогостоящей оснастки для штамповки, и невысокая степень экранирования. Кроме того, при расположении датчика вблизи проводов с большими переменными токами в сплошном магнитном материале экрана возникают существенные потери, обусловленные как вихревыми токами, так и перемагничиванием, что в целом приводит к нагреву датчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является датчик по патенту [2], в котором для повышения степени подавления внешних магнитных помех используется двойное экранирование. В этом датчике, при вертикальном расположении провода с измеряемым током, экран представляет собой два контейнера, причем меньший, охватывающий чувствительный элемент, вставлен внутрь большего, и каждый из них содержит сочлененные основание, стенку и крышку. Основания и крышки выполнены с отверстиями для проводника с измеряемым током.

Однако и в этом датчике экран при изготовлении технологически сложен, а потери от близлежащих сильноточных проводников не исключены.

Общим недостатком всех известных экранированных датчиков являются большие технологические проблемы при изготовлении экранов для устройств измерения тока в проводниках диаметром свыше одного метра: трубопроводах, валах крупногабаритных машин. Потребность в датчиках большого диаметра возрастает и в связи с повышением напряжений линий высоковольтных передач.

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются повышение технологичности изготовления экрана датчика, повышение степени экранирования, снижение потерь в экране от близлежащих проводников с током, расширение габаритного ряда датчиков.

Поставленные задачи в предлагаемом изобретении решаются за счет того, что в экранированном датчике тока, содержащем магнитопровод чувствительного элемента с обмотками, помещенном в магнитный экран, представляющий собой контейнер из сочлененных между собой стенки, основания и крышки с отверстиями, внутренней стенки, конфигурация которой соответствует контуру отверстий в основании и крышке, при этом основание, стенка, крышка и внутренняя стенка изготовлены из магнитомягкого материала и выполнены в виде витых магнитопроводов из ленты с нанокристаллической структурой.

Решение поставленных задач возможно благодаря использованию магнитомягких лент с нанокристаллической структурой, например, производства НПП ООО Гаммамет, имеющих в среднем толщину всего лишь 25 мкм. Магнитопроводы, навитые из такой ленты, обладают чрезвычайно высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями даже на повышенных частотах. Кроме того, магнитопроводы, содержащие в обозначении индекс ДС, например ГМ11ДС, после намотки и термообработки подвергаются пропитке лаком и его отвержению. При этом, в отличие от лент из пермаллоя, снижение магнитных свойств происходит незначительно. В результате, помимо превосходных магнитных свойств, эти магнитопроводы обладают достаточно высокой механической прочностью, что дает возможность использовать их при определенных условиях в качестве конструктивных элементов.

Техническим результатом использования в изобретении в качестве конструктивных элементов экрана витых магнитопроводов из ленты с нанокристаллической структурой является значительное упрощение технологии изготовления экрана, поскольку она практически не отличается от технологии изготовления основного и необходимого элемента - магнитопровода чувствительного элемента датчика. Намотка и термомагнитная обработка всех элементов датчика проводится на едином оборудовании. При этом форма и размеры экрана практически не ограничены, все определяется технологической оправкой и оборудованием, которое в настоящее время позволяет производить датчики с внутренним размером 1300 мм и выше.

Малые потери на перемагничивание ленты с нанокристаллической структурой и слоистая, как бы шихтованная структура элементов контейнера уменьшает вихревые токи и потери в экране от близлежащих сильноточных проводников. В то же время шихтованная структура экрана для составляющих магнитных полей, перпендикулярных к боковой поверхности контейнера, аналогична по действию многостеночным экранам, вследствие чего влияние внешних магнитных полей на процесс измерения тока снижается еще в большей степени.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемый экранированный датчик тока устроен следующим образом. Чувствительный элемент датчика, представляющий собой магнитопровод 1, на который намотаны первичная, вторичная и остальные обмотки, если они необходимы по принципу работы, совместно обозначенные позицией 2, заключены в магнитный экран. Магнитный экран представляет собой контейнер с замкнутым объемом, который содержит основание 3, стенку 4, крышку 5 и внутреннюю стенку 6. Основание и крышка имеют отверстие, сквозь которое пропускается первичная обмотка с измеряемым током, не показанная на чертеже для упрощения. Витком такой обмотки может быть шина, трубопровод или вал большого диаметра.

В рассматриваемом датчике все элементы контейнера - такие же витые тороидальные магнитопроводы, как и магнитопровод 1 чувствительного элемента. Сочленение перечисленных элементов контейнера может быть произведено любым доступным способом от стяжек до сварки, но предпочтительнее является склеивание эпоксидными компаундами и лаками. Фиксация положения чувствительного элемента 1 внутри контейнера экрана может быть выполнена, например, заполнением внутренней полости твердым или эластичным герметиком 7 либо другими дополнительными конструктивными элементами, что непринципиально. С целью упрощения чертежа отверстия в контейнере для вывода проводов подключения чувствительного элемента 1 также не показаны.

Для устранения короткозамкнутого витка между стенкой 4 и крышкой 5 или основанием 3 может быть введена изоляционная прокладка, не показанная на чертеже.

Все перечисленные элементы 3, 4, 5, 6 контейнера вместе с магнитопроводом 1 чувствительного элемента представляют собой витые тороидальные магнитопроводы из ленты с нанокристаллической структурой, поэтому как намотка, так и термообработка могут быть проведены на едином оборудовании по практически одинаковой технологии, что несомненно удешевляет производство. Кроме того, изготовление всех элементов датчика путем намотки позволяет достаточно просто создавать не только тороидальные датчики любого размера, но и датчики практически любой другой конфигурации: квадратные, прямоугольные, треугольные. Все определяется лишь намоточной оправкой.

В процессе работы датчика силовые линии внешнего магнитного поля помех проходят через экран, имеющий малое магнитное сопротивление, защищая тем самым магнитопровод чувствительного элемента. Магнитное сопротивление экрана может быть доведено до требуемого значения путем выбора толщины элементов контейнера, причем это не связано с существенным увеличением затрат на его изготовление.

Источники информации (Espacenet)

1. Патент WOOl 140811 (А2) - 2001-06-07, G01R15/20, SCREENED CORE CURRENT SENSOR.

2. Патент JP8262063 (A) - 1996-10-11, G01R1/18, DIRECT CURRECT SENSOR.

Экранированный датчик тока, содержащий магнитопровод чувствительного элемента с обмотками, помещенный в магнитный экран, представляющий собой контейнер из сочлененных между собой стенки, основания и крышки с отверстиями, внутренней стенки, конфигурация которой соответствует контуру отверстий в основании и крышке, при этом основание, стенка, крышка и внутренняя стенка изготовлены в виде витых магнитопроводов из ленты с нанокристаллической структурой.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения неисправности датчика температуры, используемого в устройстве формирования изображения.

Универсальный датчик постоянного тока с развязкой и низковольтным питанием // 2540941

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах космических аппаратов. Датчик содержит измерительный шунт, включенный последовательно с нагрузкой, операционный усилитель (ОУ), трансформатор, четыре перепаиваемых переключающих перемычки, интегратор, регулирующий транзистор p-n-p типа.

Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов // 2540260

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения токов в электроустановках. Способ измерения тока в проводнике с помощью герконов заключается в том, что два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника.

Измеритель вибрации // 2536097

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в контрольно-сигнальной аппаратуре для измерения вибрации. Измеритель вибрации содержит вибропреобразователь, параллельную RC-цепь, первый операционный усилитель, первый и второй резистивные делители.

Способ контроля состояния и учета времени наработки электроэнергетического оборудования и устройство для его реализации // 2534704

Изобретение относится к электроэнергетике. Согласно способу получают информацию о рабочем состоянии электроэнергетического оборудования.

Датчик тока изолированный // 2531040

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, предназначено для применения в регулируемом электроприводе, системах защиты и автоматики электрических станций и подстанций, а также других сложных электротехнических комплексов.

Способ мониторинга состояния электрической сети и энергообъекта и устройство для его реализации // 2531038

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.

Датчик постоянного тока с развязкой // 2528270

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.

Сенсорное устройство для тока подшипника с преобразователем энергии // 2526864

Изобретение относится к сенсорному устройству для монтирования на вал электрической машины с регистрирующим устройством для регистрации тока подшипника электрической машины.

Устройство для гальванического разделения сигналов // 2522913

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано, например, для контроля напряжения гальванически развязанного аккумулятора.

Способ и устройство автоматизированного контроля технического состояния электрооборудования // 2548602

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при бесконтактном контроле технического состояния электрооборудования переменного тока. Сущность предлагаемого способа и устройства автоматизированного контроля технического состояния электрооборудования состоит в представлении диагностического пространства, содержащего информационные признаки отказов электрооборудования в виде векторов цифровой последовательности, из которых формируют матрицу технического состояния. Идентификация технического состояния и места отказа в электрооборудовании осуществляется на основании анализа изменений в цифровых последовательностях сформированных матриц технического состояния. При этом предлагается контроль технического состояния электрооборудования осуществлять в два этапа: на первом этапе (анализа) формируют библиотеку эталонных описаний возможных технических состояний электрооборудования (информационных признаков отказов), и запоминают их в виде эталонных матриц технического состояния, а измеренный с датчика напряженности магнитного поля сигнал и преобразованный в матрицу технического состояния также запоминают; на втором этапе (идентификации) поэлементно сравнивают полученную матрицу технического состояния с эталонными матрицами технического состояния, идентифицируют техническое состояние электрооборудования по наибольшему числу совпадений элементов сравниваемых матриц. Технический результат заключается в повышении быстродействия и достоверности идентификации технического состояния электрооборудования. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Сетевой блок контроля качества электроснабжения // 2548618

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для контроля качества энергии. Устройство содержит трансформатор напряжения, согласователи уровня сигнала по фазам А, В и С, АЦП фаз А, В и С; регистры временного хранения, регистр хранения эталонных значений, схемы сравнения результата измерения с эталонным значением, задатчик интервалов выборки, формирователь опорного напряжения для аналого-цифровых преобразователей. Устройство также содержит канал измерения частоты, состоящий из согласователя уровня, задатчика интервалов выборки, формирователя опорного напряжения, компаратора уровня, таймер-счетчика, схемы сравнения с эталоном. Канал измерения напряжения аккумуляторной батареи состоит из компараторов уровня по нижней и верхней границе напряжения, формирователей опорного напряжения, схемы обнаружения неисправности. Также в устройстве имеется канал часов реального времени. Управляет устройством блок управления, управляющий контроллером записи в память. Данные поступают либо в электрически перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство, либо на контроллер интерфейса USB и интерфейса RS-232. Блок индикации выполнен в виде панели единичных индикаторов. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Схема для обнаружения напряжения // 2552585

Изобретение представляет схему для обнаружения напряжения. Схема содержит усилитель, который имеет инвертирующий и неинвертирующий входы и выполнен с возможностью усиления разности напряжений первого входного сигнала и второго входного сигнала. Первый входной сигал подается на неинвертирующий вход через первый входной участок, второй входной сигнал подается на инвертирующий вход через второй входной участок. Схема содержит также первую сигнальную линию, соединяющую первый входной участок с усилителем; вторую сигнальную линию, соединяющую второй входной участок с усилителем; первый конденсатор, один из концов которого соединен с первой сигнальной линией; второй конденсатор, один из концов которого соединен со второй сигнальной линией; первый фильтрующий элемент, имеющий индуктивный элемент и резистивный элемент и включенный между первым конденсатором и усилителем последовательно с первой сигнальной линией; и второй фильтрующий элемент, имеющий индуктивный элемент и резистивный элемент и включенный между вторым конденсатором и усилителем последовательно со второй сигнальной линией. Технический результат заключается в предотвращении снижения точности измерения напряжения на выходе усилителя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Электронный трансформатор тока // 2555524

Предлагаемое техническое решение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерительным преобразователям тока (ИПТ) и предназначено для прецизионного измерения широкого диапазона токов, особенно удобно для применения в высоковольтных сетях и энергосистемах. Электронный трансформатор тока (ЭТТ) содержит входной измерительный трансформатор тока 2 с первичной 3, измерительной 4 и обратной связи 5 обмотками, а также предварительный усилитель 6, фазовращатель 7, регулируемый усилитель 8, усилитель мощности 9, токоограничительный резистор 10, выходной согласующий трансформатор 11 с первичной 12 и вторичной 13 обмотками. При этом в устройство введены токозадающий резистор 14, операционный усилитель 15, эталонный усилитель 16, измерительный резистор 17 и схему сравнения 18. Техническим результатом является значительное снижение токовой и угловой погрешностей; уменьшение массы, габаритов и стоимости применяемых ИТТ; расширение диапазона измеряемых токов; инвариантность ЭТТ к изменению сопротивления нагрузки; повышение температурной и временной стабильности. 1 ил.

Реле тока // 2563959

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электронным реле тока. Реле тока содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, исполнительный элемент, четыре пороговых блока, два элемента И, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, одновибратор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, блок вычитания, сумматор, двухсторонний ограничитель, нерекурсивный фильтр, формирователь коротких импульсов, RS-триггер, два ключа, блок элементов ИЛИ. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости. 2 ил.

Способ формирования электрических сигналов, имитирующих одновременное срабатывание группы электроконтактных датчиков // 2564058

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследованиях однократных быстропротекающих физических процессов, сопровождаемых многоканальными измерениями интервалов времени между электрическими сигналами, формируемыми при замыкании электроконтактных датчиков (ЭКД) в ходе развития физического процесса. Техническим результатом изобретения является включение устройств измерения интервалов времени в число контролируемых устройств при проверке функционирования измерительных каналов перед проведением измерений, а также уменьшение продолжительности проведения проверки функционирования измерительных каналов. Технический результат достигается тем, что в способе формирования электрических сигналов, имитирующих одновременное срабатывание группы электроконтактных датчиков, заключающемся в том, что электрические сигналы получают путем кратковременного замыкания в измерительных каналах жил кабельных линий, заряженных до заданного отрицательного потенциала, с оплетками кабельных линий, соединенными с общей шиной (землей), сигналы, имитирующие срабатывание электроконтактных датчиков, формируют одновременно по всем каналам путем кратковременного замыкания двух групп проводников, одна из которых состоит из соединенных между собой жил кабельных линий измерительных каналов, заряженных отрицательным напряжением, вторая - из оплеток кабельных линий измерительных каналов, соединенных с общей шиной (землей), замыкание осуществляют с помощью электронного коммутатора с задержкой относительно сигнала, инициирующего исследуемый процесс и являющегося пусковым для устройств регистрации интервалов времени, величину задержки выбирают равной расчетному времени развития исследуемого процесса, электрические сигналы с выходов устройств формирования подают на соответствующие информационные входы устройств измерения интервалов времени и по всем измерительным каналам определяют интервал времени между пусковым сигналом и сигналами, имитирующими одновременное срабатывание электроконтактных датчиков. 3 ил.

Способ определения угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами (варианты) // 2569939

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию, установленному на электрических станциях и подстанциях в системах производства, передачи и потребления электроэнергии, и может быть использовано во всех электроустановках, использующих цифровую обработку данных. Способ определения угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами путем измерения, фиксации и оцифровки мгновенных значений a ( t j ) сигналов и b(t)=Bm·sin(ωt+φb) в одни и те же моменты времени tj=t1, t2, …, tN, где Ν - количество измерений в течение периода T, причем tj+1=tj+Δt, где Δt=T/Ν - шаг дискретизации сигнала по времени. При этом при каждом измерении сигналов a ( t ) и b(t) осуществляют отбор значений сигналов b(tj-2Δt), j=3, 4, …, Ν+2, полученных два шага дискретизации назад, вычисление и фиксацию для сигнала a ( t ) текущего значения и вычисление и фиксацию для сигнала b(t) текущего значения Sj=b(tj-2Δt)+b(tj), а значение φ a b - угла сдвига фаз между сигналами a ( t ) и b(t) определяют после измерения, фиксации и оцифровки всех N мгновенных значений по следующему математическому выражению где суммирование ведется по j=3, …, N+2, ; Sj=b(tj-2Δt)+b(tj). Технический результат заключается в упрощении способа определения сдвига фаз. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

Способ определения сопротивления контактной и рельсовой сетей железнодорожного транспорта // 2576359

Изобретение относится к линиям электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспорта, а именно к способу определения сопротивления контактной и рельсовой сетей. Способ заключается в том, что производят измерения на экспериментальном участке железной дороги значений напряжения между рельсом и «удаленной» землей, напряжения контактной сети на границах экспериментального участка и тягового тока. Одновременно снимают показания с измерительных приборов в момент прохождения электроподвижным составом поста секционирования в режиме тяги. При этом напряжение на рельсе принимают отличным от нуля и измеряют относительно «удаленной» земли. Технический результат изобретения заключается в возможности определения значений сопротивлений контактной и рельсовой сети. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения фазного напряжения, поверхностного сопротивления и тока утечки линейного подвесного изолятора воздушной линии электропередач и устройство для его осуществления // 2578726

Изобретение относится к области электротехники и информационно-измерительной, вычислительной техники. Устройство содержит микроконтроллер, радиомодем, питающий трансформатор тока, первичной обмоткой которого является прямолинейный фазный провод высоковольтной линии электропередач, который вторичной обмоткой соединен с диодным выпрямительным мостом, стабилитроном, диодом и ионистором. Для определения искомых параметров применяется два высоковольтных делителя напряжения, состоящие из общего высоковольтного плеча, в качестве которого выступает линейный подвесной изолятор воздушной линии электропередач, и из двух разных низковольтных плеч, в качестве которых могут выступать резистор, конденсатор или катушка индуктивности. При этом один конец низковольтного плеча соединен последовательно с высоковольтным плечом, а другой конец соединен с фазным проводом через быстродействующий ключ, который при подаче управляющего сигнала каждый период переключает делитель напряжения с одного низковольтного плеча на другой. Линейный подвесной изолятор соединен с заземленной арматурой высоковольтной опоры линии электропередач. Осциллограммы выходных напряжений высоковольтного делителя напряжения регистрируются блоком измерения устройства. Технический результат заключается в возможности измерения поверхностного сопротивления и тока утечки линейного подвесного изолятора в реальном времени и в любом месте воздушной линии электропередач. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения вектора гармонического сигнала // 2578742

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Способ может быть применен в средствах измерений пассивных и активных, в том числе комплексных, величин переменного тока, например, в мостах и компенсаторах переменного тока или в измерителях (анализаторах) параметров электрических цепей, а также в векторных вольтметрах и спектроанализаторах. Сущность изобретения состоит в том, что путем неравномерной частотозависимой дискретизации участвующих в измерительном процессе сигналов и эффективной обработки значений их дискретных отсчетов, реализованных с учетом их специфики, одновременно достигают и инвариантности измерительной процедуры по отношению к множеству гармонических помех с постоянной составляющей, а также к времени ее начала, и предельной простоты ее реализации путем суммирования дискретных отсчетов указанных сигналов по мере их получения при исключительно малом времени обработки измерительной информации, равном времени выполнения операции умножения или деления полученной суммы дискретных отсчетов на постоянный коэффициент, а также времени получения измерительной информации, равном половине суммы периодов сигналов помех. Технический результат изобретения заключается в обеспечении инвариантности измерения вектора гармонического сигнала по отношению к множеству гармонических помех с постоянной составляющей и моменту начала измерительной процедуры, а также ее упрощение до выполнения элементарных операций суммирования значений дискретных отсчетов суммы участвующих в измерительном процессе сигналов и одной операции умножения этой суммы на постоянный коэффициент при минимальном времени получения измерительной информации, равном половине суммы периодов сигналов гармонических помех.