Устройство для измерения постоянного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii>920546

Союз Соввтскик

Социалистичвскик

Рвслублик (61) Доволиительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04. 07. 80 (2l ) 2951543/18-21 (51)М. Кл.

С 01 à 19/20 с присоедянениеее заявки М—

3Ъеудерстеенный каинтет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 15. 04 . 82. Бюллетень,йе 14

Дата опубликования описания 17. 04.82 ав делам нзабретеннй. н открытий (53) УДК 621 ° 316. .925(088.8) 1

/" .;.

Ф

t т,-.

Львовский ордена Ленина политехничес к ий инС итум им . Ленинского комсомола (72) Авторы изобретения H.È. Грибок, Е.И. Шморгун и В.А. Яцук (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при прецизионном контроле постоянного тока бес" контактным методом.

Известно устройство для измерения постоянного тока, содержащее рабочую и дополнительную обмотки, размещенньге на магнитопроводах, вспомогательный источник тока, подключенный к допол- то нительной обмотке, конденсатор, образующий с рабочей обмоткой резонансный контур, с которым соединены генератор частоты и фазовый детектор, связанный с регистрирующим прибо ром t l ) .

Недостатки известного устройства определяются ограниченным практическим применением, охватывающим конт-< роль тока лишь в шинопроводах, -и подверженностью влиянию внешних магнитных полей.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнито:модуляционный преобразователь, выполненный на двух магнитопроводах с об" мотками возбуждения, измерительной, индикаторной и обратной связи, последовательно включенные между двумя последними обмотками .первый фильтр, усилитель переменного тока, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и блок обратной связи, задающий генератор, один из выходов которого подключен к управляющему входу фазового детектора, а другой через делитель частоты и второй фильтр соединен с обмотками возбуждения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, а выходко входу цифрового блока отсчета t21.

Недостаток укаэанного устройства заключается в невысокой точности измерения. Общая погрешность результата измерения определяется нестабильностью коэффициентов переда3 — 92 чи прямой и обратной цепей, а также влиянием внешних магнитных полей, и может достигать значительной величины. Основное средство для уменьшения погрешности от нестабильности коэффициента передачи прямой цепи состоит в применении глубокой отрицательной обратной связи. Однако увеличение глубины обратной связи снижает коэффициент преобразования измерителя тока и приводит к ухудшению динамических характеристик схемы вплоть до нарушения устойчивости (потери работоспособности).

Погрешность, вносимая цепью обратной связи, зависит от временной и температурной нестабильности отношения сопротивлений резисторов обратной связи и ее дальнейшее снижение сопояжено с технологическими трудностями. Так, для уменьшения влия ния внешних магнитных полей необходимо тщательное магнитное зкранирование. Используют двойное-или тройное экранирование. Магнитные экраны изготовляются из магнитомягких материалов, в основном из пермаллоя, технологическая обработка которого сложна. Все зто приводит к усложнению и удорожанию всей конструкции в целом.

Цель изобретения — повышение точности измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для. измерения постоянного тока, содержащее магнитомодуляционный преобразователь, выполненный на двух магнитопроводах с обмотками возбуждения, измерительный, индикаторной и обратной связи, последовательно включенные между двумя последними обмотками первый фильтр, усилитель переменного тока, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и блок обратной связи, задающий i енератор, один из выходов которого подключен к управляющему входу фазового детектора, а другой через делитель частоты и второй фильтр соединен с обмотками возбуж. дения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, циф— ровой блок отсчета, введены блок программного управления, цифровой делительный блок, вспомогательный источник тока, блок управления коммутацией, два ключа, два переключателя и два балластных резистора, 0546

4 а на магнитопроводы магнитомодуляционного преобразователя нанесены две дополнительные обмотки, причем выходы блока программного управления соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, цифрового делительного блока, цифрового блока цифрового отсчета и блока управления коммутацией, вспомогательный источник тока через первый переключатель подключен к первому балластному резистору и к одной из дополнительных обмоток, в цепи которой установлен первый ключ, другая дополнительная обмотка, в цепи которой установлен второй ключ, измерительная обмотка и второй балластный резистор соединены в звезду, одна из входных клемм устройства жестко связана со свободным выводом измерительной обмотки, а другая через второй переключатель подключена к свободному выводу второго балластного резистора и к сигнальному входу второго ключа, управляющие входы ключей и переключателей соединены с соответствующими выходами блока управле10

15 ю

25 ния коммутацией, вход цифрового

55 делительного блока подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход — ко входу цифрового блока отсчета.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Основу устройства составляет магнитомодуляционный преобразователь (ММП) 1, выполненный на двух магнитопроводах 2 и 3 с обмотками 4 и 5 возбуждения, измерительной обмоткой

6, индикаторной обмоткой 7, обмоткой 8 обратной связи и дополнительными обмотками 9 и 10. Между индикаторной обмоткой 7 и обмоткой обратной 8 связи включены последовательно фильтр 11, усилитель 12 переменного тока, фазовый детектор 13, усилитель 14 постоянного тока и блок 15 обратной связи. К выходу усилителя

14 постоянного тока подключен аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 16. фазовым детектором 13 управляет задающий генератор 17, соединенный также через делитель 18 частоты и фильтр

19 с обмотками возбуждения 4 и 5.

На выходе АЦП 16 размещен цифровой делительный блок 20, связанный с цифровым блоком 21 отсчета. В состав устройства входят также ключи

20546 б ниям первого такта. В цифровом делительном блоке 20 записывается код результата измерения второго такта.

В третьем такте блоком программного управления 30 и блоком управления коммутаций 29 размыкают ключ 22 и переводят переключатель 24 из верхнего положения в нижнее. Контроли1О руемый ток пропускают, как и ранее по обмотке 6 и балластному резистору 28, осуществляя всю указанную совокупность преобразований. В цифровой делительный блок 20 заносится результаT измерения третbего такта.

В четвертом такте блок программного управления 30 отключает АЦП 16 от цифрового делительного блока 20.

В последнем из результатов первого щ и второго тактов вычитают результат третьего, получают две разности и одну из них делят на другую. Частное от деления высвечивают в первых трех тактах следующего цикла изме35 рения как итоговый результат измерения.

Коэффициент передачи ИИП 1 можно определить как

30 м - — =l4 "Ь/ инд мну и„ гдето «ЩМ„„.Я ф.р ч йпЭДС четных чч* гармоник, наводимая в индикаторной об40 мотке 7 с количеством витков нд, S - площадь поперечного сечения магнито5 9

22 и 23„ переключатели 24 и 25, вспомогательный источник тока 26, бал" ластные резисторы 27 и 28, блок 29 управления коммутацией. Общая коор. динация работы составных элементов устройства осуществляется блоком 30 программного управления. Позициями

31 и 32 на схеме обозначены входные клеммы, к которым подключается источник контролируемого тока.

Измерение тока осуществляют периодически за четыре такта.

В первом такте сигналом с блока

30 программного управления с помощью блока 29 управления коммутацией размыкают ключ 22, замыкают ключ

23, устанавливают переключатель 24 в верхнее, а переключатель 25 - в нижнее по схеме положения. Тем самым источник 26 тока нагружают балластным резистором 27, а контролируемый ток пропускают по обмоткам ,6 и 10. От задающего генератора 17 через делитель частоты 18 и фильтр

19 подают ток . на обмотки 4 и 5.

Этим током магнитопроводы 2 и 3 дважды за период приводятся к насыщению, причем таким образом, что магнитные потоки в них имеют противоположные знаки. С помощью ИИП 1 преобразуют контролируемый ток в постоянное магнитное поле, а затемв ЭДС четных гармоник частоты тока возбуждения. Фильтром 11 выделяют вторую гармонику, усилителем

12 ее усиливают, фазовым детектором

13 преобразуют в постоянный ток, усилителем 14 этот ток снова усиливают и пропускают по обмотке 8 обратной связи. АЦП 16 преобразует выходной ток усилителя 14 в цифровой код, который записывается в цифровой делительный блок 20.

Во втором такте по команде от блока программного управления 30 опять же с помощью блока управления коммутацией 29 размыкают ключ 23, замыкают ключ 22, переключатель 25 переводят в верхнее, а переключатель 24 - в нижнее положение. Тем самым ток источника тока 26 пропус" кают по обмотке 9, а контролируемый ток - по обмотке 6 и балласт" ному резистору 28. Вновь ИИП 1 преобразует контролируемый ток в постоянное магнитное поле, а последнее"

55 в ЭДС гармоник частоты тока возбуждениФ. Дальнейшие преобразования этой ЭДС аналогичны преобразовапроводов;

Ф «Ф 10 Гн м - магнитная посО тоянная;

- дифференциальная проницаемость магнитопровода;

H - напряженность постоянного магнитного поля в магнитопроводах, создаваемая как постоянными токами, протекаю920546 щими через об" мотки ИИП 1, так и внешними магнитными полями;

Н, В - напряженность и 5 индукция поля возбуждения в магнитопроводах.

Если напряженность постоянного магнитного поля намного меньше ам- 10 плитуды напряженности поля возбуждения то, как видно из уравнения (1), коэффициент передачи К,„и не зависит от нее.

В первом такте на вход АЦП 16 по- 15 дают ток ответственно фильтра 11, усилителя 12, фазового детектора 13 и усилителя 14.

Для тока обратной связи 3pg„ спра-. ведливо следующее выражение: ос = > ос .> (3) где фюзи- коэффициент передачи блока обратной связи 15.

Подставляя значение тока 3go,< из выражения (3) в выражение (2), получаем ммп и

8+6 -К рС ммп Ки "о

ХКмю КЛ, где =("Х- "OC,< ") <)M од=

Х иьм Аоп.1) ос. "юс

Й) Н) „= К(Фи м+ - напряженность постоянного маг4iOn 4 нитного поля, создаваемая контролируемым током 3,„, протекающим че.ез об- зо мотки 6 и 10 с количеством витков Чи м и

Mba »

НЮС.>- oC< +Ocl - напряженность постоянного маг- З5 нитного поля, создаваемая тоЗюс >» nPo текающим через обмотку обратнои

-ао связи с количеством витков

"ос дН - напряженность . магнитного поля в магнитопроводах, создаваемая внешними магнйтными полями;

5аа

- длина средней магнитной линии магнитопровода;

К„ ="ф " „ "фд К - коэффициент передачи избирательного тракта;

Кфа "g< Кф >,,)> a% - коэффициент преобразования со" F»»"ньн »аоа») а" J >а>

На выходе АЦП 16 ток „преобразуется в количество импульсов N„, При этом яме а Ацп и >(Е+l3„K„„ÊÈÓ WOC ф»(ннан+»>>„а,„) ана1, у>. где К ц„п - коэффициент преобразования АЦП 16.

Количество импульсов и > записывают в цифровой делительный блок 20, Во втором такте через обмотку 9 с количеством витков ЧдюЮ g пропускают образцовый ток Зю от источника тока 26. В цифровой делительный блок

20 записывается количество импульсов

N, соответствующее

М = х

МНЛ И Au tl

<++>pC К Мфщ " и + pc ф„а„,„а, аа,„а ане), >а>

В третьем такте ток 3ю отключается от обмотки 9. Количество импульсов N, записываемое в цифровой делительный блок 20, определяется как

° К вч»а и» аида»>»»> +а»а).>»>

1Ч

>" Ос мм ич юс

В четвертом такте производят обработку результатов предыдущих тактов. При этом вычисляЮтся, разности

К -K. ° К

ММ»> И Д>»» ъ-Е., -к„„„.ки„., x акоп.

КЧ ° К„.К „Л

" "Ъ- В. Ь„-К„„„-К,„а„ ю " цщ.д.®

92.0546

10 ними обмотками первый фильтр, усилитель переменного тока, фазовый де" тектор, усилитель постоянного тока и блок обратной связи, задающий генератор, один из выходов которого подключен к управляющему входу фазового детектора, а другой через делитель частоты и второй фильтр соединен с обмотками возбуждения, аналогоцифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, цифровой блок отсчета, о 1 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок программного управления, цифровой делительный блок, вспомогательный источник тока, блок управления коммутацией, два ключа., два переключателя и два балластных резистора, а на магнитопроводы магнитомодуляционного преобразователя нанесены две дополнительные обмотки, причем. выходы блока программного управления соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, цифрового делительного блока, цифрового блока цифрового отсчета и блока управления коммутацией, вспомогательный источник тока через первый переключатель подключен к перво-. му балластному резистору и к одной иэ дополнительных обмоток, -в цепи которой установлен первый ключ, другая дополнительная обмотка, в цепи которой установлен второй ключ, измерительная обмотка и второй балластный резистор соединены в звезду, од" на из входных клемм устройства жестко связана .со свободным выводом измерительной обмотки, а другая через второй переключатель подключена к свободному выводу второго балластного резистора и к сигнальному входу второго ключа, управляющие входы ключей и переключателей соединены с соответствующими выходами блока управления коммутацией, вход цифрового делительного блока подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход - к входу цифрового блока отсчета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское, свидетельство СССР

И 512533, кл. G 01 8 19/02, 1974.

2. Беркман P.ß. и др. Магнитотранэисторные усилители постоянного напряжения.-"Измерительная техника", 1972, Ь" 4, с. 56-57.

Окончательный результат получает-.. ся в виде

1 }. 1 3 bon

Nq-M 5

Если обозначить 11х= - -, то

N -И из выражения (10)

=1х ghOn | . Их= —. "(м) 0 дол <

Именно это количество импульсов и индицируют в блоке цифрового отсчета 21..

Величины сопротивлений балластных резисторов 27 и 28 выбирают равными омическим сопротивлениям дополнительных обмоток 9 и 10 соответственно. Это обеспечивает неизменность нагрузки как для вспомогательного источника тока 26, так и

zo для источника контролируемого тока, что необходимо для стабилизации токов и для уменьшения влияния переходных процессов. С целью обеспечения безобрывной коммутации токовых цепей

25 ключи 22 и 23 имеют время срабатывания, меньшее, чем время переключения переключателей 24 и 25. Как видно из выражения 10, погрешность предложенного устройства зависит

30 от погрешности образцового тока, поО грешности отношения витков и погрешности дискретности. Погрешность образцового тока может составлять величину порядка + 5 .10 /. Погрешность отношения витков на постоянном токе соответствует величине порядка

+1 -1О <:;. Каждая погрешность дискретности может быть доведена до величины, в 5-10 раз меньшей погрешности образцового тока. Указанные погреш49 ности не коррелированы между собой.

В связи с этим результирующая среднеквадратическая погрешность измерения. постоянного тока составляет величину порядка + 5 10 4.

В предлагаемом устройстве исключена погрешность измерения от влияния внешних неизменных магнитных полей и значительно ослаблено влияние полей, медленно меняющихся.

Формула изобретения

Устройство для измерения постоян-, ного тока, содержащее магнитомодуляционный преобразователь, выполненный на двух магнитопроводах с обмотками, возбуждения, измерительной, индикаторной и обратной связи, последова" тельно включенные между двумя:послед920546

Составитель Jl. Морозов

Редактор Н. Ромжа Техред С.Миг нова Корректор С. Шекмар

Заказ 2329/ 7 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,