Способ бесконтактного измерения поверхностного тока и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению поверхностных токов на цилиндрических и других сложных по форме поверхностях из немагнитных проводящих материалов. Технический результат - повышение уровня полезного сигнала, снимаемого с элемента Холла, и увеличение площади фрагмента с поверхностным током, контролируемым измерителем. Измеритель поверхностного тока содержит сенсорный модуль с элементом Холла, усилитель, вход которого подключен к выходу элемента Холла, а выход - к индикатору, два концентратора магнитного поля. Заостренные части концентраторов расположены рядом с чувствительной зоной элемента Холла и направлены на нее и навстречу друг другу. Концентраторы магнитного поля выполнены из листового гибкого материала, обеспечивающего плотное прилегание их к поверхности фрагмента с поверхностным током сложной формы, причем геометрические размеры концентраторов магнитного поля соизмеримы с геометрическими размерами контролируемого фрагмента с поверхностным током и значительно превышают геометрические размеры элемента Холла. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к измерению поверхностных токов на цилиндрических и других сложных по форме поверхностях из немагнитных проводящих материалов.

Известен измеритель тока, содержащий датчик тока в виде резистивного шунта, включенного последовательно с цепью, по которой протекает измеряемый ток, и измерительную схему, подключенную к резистивному шунту (Интегральный измеритель тока (микросхема) МАХ471 компании Maxim-Dallas. Журнал «Электронные компоненты», №9, 2005 г., стр. 59-63).

Недостатком данного измерителя является гальваническая связь датчика тока и измерительной схемы с цепью, по которой протекает измеряемый ток, а также относительно большая мощность, рассеиваемая на резистивном шунте.

Частично указанные недостатки отсутствуют в измерителе тока ACS713 компании Allegro. Интегральная схема ACS713 имеет встроенный проводник, подключенный к внешним выводам микросхемы и расположенный рядом с элементом Холла. Элемент Холла подключен к входу предусилителя, коэффициент передачи которого определяет диапазон измеряемых токов, подводимых к элементу Холла через встроенный проводник (Микросхема ACS713 Allegro, Allegro MicroSystems, Inc. U.S.A. www.allegromicro.com). Описание подобного измерителя приводится также в патенте РФ №2465609, G01R 15/2, 2011 г. В данных измерителях предусилитель гальванически не связан с встроенным в микросхему проводником, однако подведение измеряемого тока через контакты микросхемы к встроенному проводнику ограничивает области ее применения.

Указанные недостатки отсутствуют в выбранном в качестве прототипа датчике тока с выходом по напряжению, содержащем сенсорный модуль с элементом Холла, два миниатюрных концентратора, направляющих магнитное поле, создаваемое измеряемым током, на чувствительную зону элемента Холла, и предусилитель, подключенный к выходу элемента Холла, (90 кГц IMC-Hall® Current Sensor, CSA-1VG, www.melexis.com). Выходное напряжение этого датчика прямо пропорционально измеряемому току. Нулевое значение тока соответствует половинной величине напряжения питания. При измерении датчик устанавливается над контролируемым проводником с током без электрического контакта с ним. При протекании измеряемого постоянного тока по проводнику вокруг него создается постоянное магнитное поле, которое воздействует на чувствительную зону элемента Холла. На выходе усилителя вырабатывается приращение сигнала ΔU, прямо пропорциональное величине магнитного поля, а следовательно, и измеряемому току в проводнике. При отсутствии тока в проводнике на элемент Холла не воздействует магнитное поле, и усилитель вырабатывает исходное напряжение смещения, равное половине напряжения питания Uo=E/2. В зависимости от направления, в котором протекает измеряемый ток, оно складывается или вычитается с постоянным смещением Uo, которое индицируется вольтметром. Микросхема CSA-1V размещена в корпусе SO-8, имеющем размеры 4×5 мм.

Недостатком данного устройства является низкий уровень полезного сигнала и небольшая контролируемая площадь, по которой протекает измеряемый ток.

Ожидаемый технический эффект предлагаемого изобретения заключается в повышении уровня полезного сигнала, снимаемого с элемента Холла, и увеличении площади фрагмента с поверхностным током, контролируемым измерителем.

Поставленная задача решается тем, что в измерителе поверхностного тока, содержащем сенсорный модуль с элементом Холла, усилитель, вход которого подключен к выходу элемента Холла, а выход - к индикатору, два концентратора магнитного поля, заостренные части которых расположены рядом с чувствительной зоной элемента Холла и направлены на нее и навстречу друг другу, концентраторы магнитного поля выполнены из листового гибкого материала, обеспечивающего плотное прилегание их к поверхности фрагмента с поверхностным током сложной формы, причем геометрические размеры концентраторов магнитного поля соизмеримы с геометрическими размерами контролируемого фрагмента с поверхностным током и значительно превышают геометрические размеры элемента Холла.

Функциональная схема предлагаемого бесконтактного измерителя поверхностных токов приведена на чертеже, на котором показан пример выполнения сенсорного модуля 1 измерителя поверхностных токов с элементом Холла и расположения его на контролируемом фрагменте 6 объекта цилиндрической формы (трубы).

Измеритель поверхностного тока содержит сенсорный модуль 1, который включает в себя элемент Холла 2 и два концентратора магнитного поля 3.1 и 3.2, установленные так, что заостренные части концентраторов магнитного поля 3.1, 3.2 расположены рядом с чувствительной зоной элемента Холла 2 и направлены на нее и навстречу друг другу. Выход элемента Холла 2 подключен к входу усилителя 4, выход которого подключен к индикатору 5. Геометрические размеры концентраторов магнитного поля 3.1 и 3.2 соизмеримы с геометрическими размерами контролируемого фрагмента с поверхностным током 6 и значительно превышают геометрические размеры элемента Холла 2. При этом концентраторы магнитного поля 3.1 и 3.2 выполнены из гибкого листового ферромагнитного материала (например, листового пермаллоя или ферромагнитной резины).

Контролируемыми объектами могут быть трубопроводы, выполненные из проводящих немагнитных материалов, таких как латунь, бронза, нержавеющая сталь и т.д.

При отсутствии поверхностного тока на контролируемом фрагменте 6 на элемент Холла 2 не воздействует магнитное поле, поэтому на выходе усилителя 4 вырабатывается исходный уровень напряжения смещения, равный половине напряжения питания U4=E/2. Это напряжение регистрируется индикатором 5.

При протекании поверхностного тока J=j⋅Δs, по контролируемому фрагменту 6 (где Δs - поперечное сечение контролируемого фрагмента 6, j - плотность тока) вокруг него создается магнитное поле Н, силовые линии которого концентрируются острыми выступами концентраторов магнитного поля 3.1, 3.2 на чувствительной зоне элемента Холла 2, который генерирует на своем выходе холловское напряжение U2, прямо пропорциональное величине магнитного поля Н, а следовательно, и измеряемому поверхностному току J. После усиления усилителем 4 оно регистрируется индикатором 5.

Площадь измерения предлагаемого устройства определяется площадью ΔSкмп, охватываемой концентраторами магнитного поля 3.1, 3.2, и, как видно из схемы устройства (фиг. 1), по сравнению с прототипом увеличивается не менее чем в ΔSкмп/ΔSэх раз, где ΔSэх - площадь датчика с элементом Холла.

Элементы 3.1 и 3.2 концентратора магнитного поля 3 могут быть выполнены из листового гибкого пермаллоя, трансформаторного железа, ферромагнитной резины или другого подходящего гибкого магнитомягкого ферромагнетика с большой магнитной проницаемостью μ.

Измеритель поверхностного тока, содержащий сенсорный модуль с элементом Холла, усилитель, вход которого подключен к выходу элемента Холла, а выход - к индикатору, два концентратора магнитного поля, заостренные части которых расположены рядом с чувствительной зоной элемента Холла и направлены на нее и навстречу друг другу, отличающийся тем, что концентраторы магнитного поля выполнены из листового гибкого материала, обеспечивающего плотное прилегание их к поверхности фрагмента с поверхностным током сложной формы, причем геометрические размеры концентраторов магнитного поля соизмеримы с геометрическими размерами контролируемого фрагмента с поверхностным током и значительно превышают геометрические размеры элемента Холла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к датчикам тока и напряжения. Предложен оптико-электронный датчик тока и напряжения, в котором имеется первичный преобразователь, кодирующий блок, канал связи между стороной высокого напряжения и потенциалом земли, приемный блок и блок питания в виде канала передачи энергии со стороны потенциала земли, состоящий из батареи светоизлучателей, силовых оптических каналов, батареи фотоприемников и стабилизатора напряжения.

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений, в том числе в однопроводных линиях переменного высокого напряжения и в жидких средах.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и предназначено для вычисления и индикации усредненных значений потерь мощности, напряжения сети и тока нагрузки, а также может найти применение в качестве регистратора этих величин за длительный период.

Изобретение относится к области электромеханики. Устройство для измерения намагничивающего тока трансформатора с переменным коэффициентом трансформации, работающего под нагрузкой, состоящее из шунтов, включенных в цепи первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Изобретение относится к метрологии. Датчик размещен в корпусе из изолирующего материала, ширина которого равна ширине защитного устройства, а высота позволяет устанавливать датчик в стандартную реечную монтажную панель.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия. Технический результат - повышение точности контроля токораспределения.

Изобретение относится к области электрорадиоизмерений и может быть использовано при построении цифровых измерителей среднеквадратического, средневыпрямленного и амплитудного значений синусоидальных сигналов.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к приборам для измерения токов и может быть использовано для контроля и определения формы тока, протекающего в цепях высоковольтных линий передачи.

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.

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.

Изобретение относится к способу синхрофазорного измерения для использования в устройстве измерения фазоров (PMU) Р-класса. Упомянутый способ измерения основывают на математической модели динамического фазора. Конструируют цифровой фильтр низких частот для коэффициентов фазора, объединенный с DFT. Этот фильтр устраняет утечку спектра, вызванную входными сигналами динамического фазора, причем после устранения утечки спектра могут провести измерения исходного фазора. Динамический фазор аппроксимируют с использованием ряда Тейлора второго порядка. Исследуют линейную зависимость между ошибками измерения, вызванными усредняющим эффектом DFT, и коэффициентами ряда Тейлора второго порядка. Затем используют упомянутую линейную зависимость для компенсации исходных ошибок измерения в динамических условиях. Техническим результатом при реализации заявленного способа измерения является возможность точного и быстрого измерения фазора как в статических, так и в динамических условиях. Точность упомянутого способа измерения не только удовлетворяет техническим требованиям соответствующих стандартов, но и на порядок превышает требования этих стандартов. 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 7 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для прецизионного измерения широкого диапазона токов. Технический результат: повышение устойчивости работы электронного трансформатора тока при воздействии электромагнитных полей и других дестабилизирующих факторов, а также улучшение его метрологических характеристик. Сущность: предварительный усилитель выполнен в виде первого и второго измерительных усилителей, входы регулировки усиления которых, соединены с установочными резисторами. Один из выходов второй обмотки измерительного трансформатора тока подключен соответственно к входам инвертирующего первого и неинвертирующего второго измерительных усилителей и через последовательно связанные первую обмотку симметрирующего трансформатора и согласующего резистора с выходом первого измерительного усилителя. Второй выход второй обмотки измерительного трансформатора тока подключен к входам неинвертирующего первого и инвертирующего второго измерительных усилителей и через последовательно связанные вторую обмотку симметрирующего трансформатора и согласующего резистора с выходом второго измерительного усилителя. Выходы измерительных усилителей соединены с соответствующими дифференциальными входами блока обработки сигналов, парафазные выходы которого являются выходами устройства. 1 ил.

Изобретение относится к космической технике. Датчик для исследования потоков метеороидных и техногенных частиц в космическом пространстве выполнен в форме куба, все грани которого являются составными детекторами, состоящими из внешних и внутренних чувствительных элементов, внешние чувствительные элементы изготовлены из тонкой пленки, на которую нанесено множество ячеек с токопроводящими дорожками, а внутренние чувствительные элементы - из объемно поляризованной пленки PVDF. Корпус датчика выполнен в виде каркаса из нанокомпозиционного материала, на одной из плоскостей установлено крепление для связи с космическим аппаратом посредством выносной штанги с проходящими по ней гибкими информационными шлейфами. На каркас установлены рамки с составными детекторами. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность комплексной пространственной регистрации метеороидных и техногенных частиц, определения их параметров. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к способам высокоточной (менее 1 мс) синхронизации измерений в интеллектуальных электронных устройствах, векторных регистраторах, объединяющих устройствах, оптических трансформаторах напряжения, интеллектуальных счетчиках электроэнергии и других измерительных устройствах, присоединенных к общей электрической сети и имеющих канал измерения напряжения в точке присоединения к сети, внутренние часы, электронные или микропроцессорные вычислительные устройства, реализующие алгоритм синхронизации и возможность двухстороннего обмена информацией с интегрирующими их системами верхнего уровня или между собой. Технический результат предлагаемого способа синхронизации заключается в повышении точности, надежности и защищенности систем синхронизации, отсутствии эмиссии дополнительных высших гармоник. Сущность способа синхронизации измерений в электрических сетях по частоте и фазе напряжения электрической сети заключается в синхронизации времени внутренних часов подчиненных измерительных устройств (ИУ) с часами главного ИУ на основе формируемых ими кодовых последовательностей значений измеряемых частот сигнала напряжения электрической сети для каждого его периода на заданном интервале времени. Величина рассинхронизации часов определяется по максимальному значению коэффициента корреляции сравниваемых графиков частот. Повышение точности синхронизации достигается учетом расчетного значения сдвига фазовых углов напряжения и систематической нестабильности кварцевых тактовых генераторов подчиненных ИУ. 4 ил., 3 табл.

Измеритель содержит источник света и установленные последовательно многомодовое оптическое волокно, первый поляризатор, активный элемент ячейки Фарадея, второй поляризатор, плоскость пропускания которого составляет угол ±45° с плоскостью поляризации первого, собирающую линзу, второе многомодовое оптическое волокно и фотоприемник, а также линейный усилитель сигнала фотоприемника, блок преобразования сигналов и индикатор результатов измерения. Активный элемент ячейки Фарадея выполнен в виде четырехугольной призмы высотой h, одна пара боковых граней которой имеет ширину не менее диаметра D коллимированного пучка света, а противоположные боковые грани имеют ширину не менее 3D, первое основание призмы, на которое падает свет, полировано, и на его поверхности в центре нанесено зеркальное покрытие в виде прямоугольной полоски шириной D, другое основание призмы разделено на три равные прямоугольные зоны, по обе стороны от центральной прямоугольной зоны содержит две полированные поверхности с зеркальными покрытиями, составляющие с плоскостью центрально зоны углы γ = arctg(0,5D/h). Технический результат – уменьшение искажений состояния поляризации света, повышение чувствительности и точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области электрических измерений, в частности к высокоточным устройствам измерения постоянного и переменного напряжения на основе резистивных делителей. Способ измерения высокого напряжения с помощью резистивного делителя заключается в измерении значений напряжения на выходе низковольтного плеча делителя при периодической калиброванной вариации сопротивления его высоковольтного плеча. При этом выполняется формирование первого и второго наборов дискретных измеренных значений напряжения соответственно при первом значении сопротивления высоковольтного плеча на нечетных периодах вариации и при втором значении сопротивления высоковольтного плеча на четных периодах вариации. Далее производится формирование первого и второго наборов дискретных значений для всех нечетных и четных периодов вариации путем добавления к сформированным первому и второму наборам измеренных значений дискретных значений, вычисленных методом интерполяции соответственно при первом значении сопротивления высоковольтного плеча на четных периодах вариации и при втором значении сопротивления высоковольтного плеча на нечетных периодах вариации. На основании сформированных наборов дискретных значений напряжения рассчитывается набор дискретных значений высоковольтного сопротивления, после чего производится вычисление расчетного значения высоковольтного сопротивления путем интегрирования полученного набора дискретных значений сопротивлений с отбрасыванием аномальных значений. Определение значения высокого напряжения выполняют по расчетным формулам соответственно для нечетных и четных периодов вариации с учетом измеренных значений напряжений на выходе делителя, значений калиброванных сопротивлений и расчетного значения высоковольтного сопротивления. Для реализации способа предлагается устройство измерения высокого напряжения. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения высокого напряжения резистивным делителем за счет исключения влияния изменения значения высокого напряжения в процессе измерений, возможности измерения мгновенных значений напряжения и уменьшении воздействия температурных и других медленно меняющихся процессов, в том числе старения, на точностные характеристики делителя. Кроме того, обеспечивается возможность использования в конструкции высоковольтного плеча делителя резисторов с большими температурными коэффициентами сопротивления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к области электрических измерений, и может быть использовано в качестве измерительного средства высокого напряжения на высоковольтных линиях электропередач. Измерительная колонна оптического трансформатора напряжения содержит цилиндрический изолятор, в полости которого размещен чувствительный элемент в виде кристалла. Кристалл имеет форму стержня, выполненного из кварцевого стекла, и установлен продольно в полости изолятора посредством удерживающих кристалл, а также электрически контактирующих с ним электрических модулей. Первый из модулей содержит первую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на первой торцевой крышке изолятора, а со стороны второй концевой части, содержащей первый многопластинчатый контакт, с первой концевой частью кристалла. Второй электрический модуль содержит вторую полую деталь, имеющую форму трубки, закрепленную со стороны первой концевой части на второй торцевой крышке изолятора посредством второго многопластинчатого контакта, обеспечивающего электрическое соединение между ними, а со стороны второй концевой части со второй концевой частью кристалла посредством третьего многопластинчатого контакта. Полость вокруг кристалла заполнена компрессионным электроизоляционным гелем, электрическая прочность которого превышает электрическую прочность воздушной среды, а полимерные микросферы заполнены инертным газом. Техническим результатом является повышение точности измерений и линейности их преобразования. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к измерениям параметров электросетей, в частности к определению фазоров напряжения и тока в электрической сети среднего напряжения точным образом без необходимости в усложненных датчиках, и к определению и мониторингу мощности, развиваемой каждым из проводников, с использованием средств, обычно имеющихся в электрических сетях среднего напряжения. Раскрыты способ и соответствующее устройство для мониторинга параметров электрической сети среднего напряжения, включая определение силы тока, напряжения и мощности каждой фазы для электрической сети среднего напряжения. Текущие параметры электрической сети среднего напряжения, то есть фазоры тока и напряжения, а также мощности, определяются на основе измерений, выполненных датчиками (12, 14, 16), обычно установленными в электрической сети (5, 7) на уровне трансформатора (8). Конкретно определение фазора напряжения на каждом проводнике электрической сети (5) среднего напряжения выполняется с помощью амплитуды, выведенной из измеренной в электрической сети (7) низкого напряжения, и фазового угла, измеренного в электрической сети (5) среднего напряжения. Составления пар между фазорами тока среднего напряжения, углом, измеренным на среднем напряжении и выведенной амплитудой низкого напряжения выполняются с помощью сравнения с коэффициентом мощности cos ϕ электрической сети. Технический результат заключается в обеспечении приемлемой точности измерений мощности без применения усложненных датчиков за счет измерений трехфазных напряжений и мощностей в подстанциях MV/LV с особенностью обращения к информации о напряжениях, измеренных на стороне LV. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при построении устройств для бесконтактного измерения мгновенных значений токов в симметричном трехжильном кабеле без металлических покровов с круглыми жилами. В предлагаемом способе определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов, включающем измерение напряженности магнитного поля над жилой кабеля, вычисление мгновенного значения тока в жиле, измерения проводятся тремя однокомпонентными датчиками напряженности магнитного поля, расположенными на расстоянии d над жилами кабеля перпендикулярно радиусу и трассе кабеля, а вычисление мгновенных значений токов в каждой жиле осуществляется по формулам: ; ; ;где Н1, Н2, Н3 - напряженности магнитного поля, измеряемые с помощью однокомпонентных датчиков; ; ;r1 - расстояние от центра жилы до поверхности кабеля; r2 - расстояние между центрами жил трехжильного кабеля; d - расстояние от поверхности кабеля до оси датчика. Техническим результатом является обеспечение возможности определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов при расположении датчиков на расстоянии от кабеля. 1 ил.

Использование – в области электротехники. Технический результат – снижение потерь и повышение надежности контактора. Настоящее изобретение относится к способу 60 в блоке 12 управления для замыкания контактора 1. Блок 12 управления выполнен с возможностью обеспечения перемещения между замкнутым положением и разомкнутым положением за счет возбуждения катушки 6 электромагнитной схемы. Способ 60 содержит подачу 61 напряжения на катушку 6; определение 62, в течение первого периода времени, тока, протекающего через катушку 6, и напряжения на катушке 6 и оценку на этом основании параметров модели для модели, предсказывающей поведение тока, протекающего через катушку 6, как если бы контактор 1 оставался в разомкнутом положении, и измерение 63, после окончания первого периода времени, тока, протекающего через катушку 6, и определение 64 разности между, с одной стороны, измеренным током и, с другой стороны, предсказанным током модели, и повторение измерения 63 и определения 64 до тех пор, пока не будет обнаружено изменение состояния с разомкнутого положения на замкнутое положение с помощью разности токов. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению поверхностных токов на цилиндрических и других сложных по форме поверхностях из немагнитных проводящих материалов. Технический результат - повышение уровня полезного сигнала, снимаемого с элемента Холла, и увеличение площади фрагмента с поверхностным током, контролируемым измерителем. Измеритель поверхностного тока содержит сенсорный модуль с элементом Холла, усилитель, вход которого подключен к выходу элемента Холла, а выход - к индикатору, два концентратора магнитного поля. Заостренные части концентраторов расположены рядом с чувствительной зоной элемента Холла и направлены на нее и навстречу друг другу. Концентраторы магнитного поля выполнены из листового гибкого материала, обеспечивающего плотное прилегание их к поверхности фрагмента с поверхностным током сложной формы, причем геометрические размеры концентраторов магнитного поля соизмеримы с геометрическими размерами контролируемого фрагмента с поверхностным током и значительно превышают геометрические размеры элемента Холла. 1 ил.

Наверх