Устройство для бесконтактного измерения тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистичесник

Республик (lti926601 (61) Дополнительное к авт. сянка-ву (22) Заявлено 23. 04. 80 (21) 2912526/18-21 с присоединением заявки И— (23) Приоритет (5! )М. Кл.

01 R 19/20

3Ъвударстакнный квинтет

СССР пе данам нзааретеннй н вткрытнй

Опубликовано 07 ° 05.82. Бюллетень JA 17

Дата опубликования описания 07 05 82 (53) УДК 621.317..7(088.8) Б.А.Алексеев, В.Г.Ивкин и Ю.И.Федоришин и

1 : (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

Изобретение относится к электр измерительной технике и может быть использовано в тех случаях, когда требуется гальваническое разделение цепи измеряемого тока от измерительного канала.

Известны устройства для бесконтактного измерения тока, содержащие магнитный модулятор в коробчатом экране, установленный внутри щупа, имеющего курковое устройство, которое позволяет размыкать tloBoBNHbl Mo дулятора для введения проводника с током в его окно (1j.

Такие устройства обладают невысокой точностью и быстродействием.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее магнитный модулятор, генератор возбуждения, выход которого подключен к модуляционной обмотке модулятора, реверсивный триггер, интегратор, выходной усилитель и эталонный резис" тор, причем вход реверсивного триггера подключен к сигнальной обмотке модулятора, выход через интегратор в виде RC-цепи подключен ко входу усилителя, выход которого через эталонный резистор подключен к компенсационной обмотке модулятора (2 1.

Недостатком этого устройства является низкая граничная частота измеряемого тока и связанная с этим низкая точность измерения быстро10 меняющихся токов.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и точности измерений в области высоких частот.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее магнитный модулятор на иагнитном сердечнике с входной, компенсационной, сигнальной и модуляционной обмотка" ии, генератор возбуждения, реверсив" ный триггер и интегратор, выход генератора возбуждения подключен к ио3 92660 дуля ционной обмотке, вход ре верси вНОГО тригГера - к сиГнальнОй ОбмОТке магнитного модулятора, а выход через интегратор - к компенсационной обмотке, введены второй магнитный модулятор и второй реверсивный триггер, причем модуляционная обмотка второго магнитного модулятора соединена последовательно встречно с модуляционной обмоткой первого магнитного модулятора, сигнальная обмотка второго магнитного модулятора под" ключена к входу второго реверсивного триггера„ выход второго реверсивного триггера подключен к входу ин- д тегратора, выход которого через введенный в устройство эталонный резистор подключен к последовательно соединенным компенсационным обмоткам обоих модуляторов. 26

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства. устройство содержит два магнитных модулятора 1 и 2, выполненных на магнитных сердечниках, магнитные модуля- 2 торы имеют входные 3 и 4„ компенсационные и 6, модуляционные 7 и 8 и сигнальные 9 и 10 обмотки, генератор возбуждения, два реверсивных триггера 12 и 13, выполненных на основе операционных усилителей, интегратор

14 и эталонный резистор 1 .

Устройство работает следующим образом, Сердечники магнитных модуляторов

1 и 2 перемагничиваются синусоидальным напряжением от генератора 11 возбуждения, причем их модуляционные обмотки 7 и 8 включены встречно.

На сигнальных обмотках 9 и 10 в противофазе формируются короткие разнополярные импульсы. Эти импульсы поступают на входы реверсивных триггеров 12 и 13, на выходе которых формируется переменное напряжение прямоугольной формы.

При отсутствии измеряемого тока

Зх во входных обмотках 3 и 4 интервалы между положительными и отрицательными импульсами на сигнальных обмотках 9 и 10, а, следовательно, равны длительности положительного и отрицательного полупериода выходного напряжения триггеров 12 и l3, так как эти напряжения сдвинуты по фазе на 180О, выходное напряжение интег ратора 14 равно нулю. При этом отсутствует ток в компенсационных обмот1 4 ках 5 и 6 и падение напряжения на эталонном резисторе 1g

При подаче во входные обмот ки 3 и

4 измеряемого тока дх нарушается равенство между положительными и отрицательными полупериодами выходного напряжения триггера 12 и 13, т.е. в их выходном напряжении появляется постоянная составляющая. Это напряжение интегрируется интегратором 14, и на его выходе начинает нарастать напряжение, которое вызывает протекание тока в компенсационных обмотках 4 и 6. Когда магнитный поток компенсационных обмоток полностью уравновешивает магнитный поток измеряемого тока, восстанавливается равенстso между положительными и отрицательными полупериодами выходного напряжения триггеров l2 и 13.

Постоянная составляющая в их выходном напряжении отсутствует и дальнейшее нарастание напряжения на выходе интегратора 14 прекращается.

При этом падение напряжения U < на эталонном резисторе 15 пропорционально измеряемому току, а коэффициент пропорциональности определяется соотношением числа витков входных 3 и 4 и компенсационных 5 и 6 обмоток.

Чах

"ьь = 1, х эт

К где M x MK " число витков входных и компенсационных обмоток соответственно;

К - величина эталонного резистора.

В случае полно" идентичности обоих каналов устройства (магнитных модуляторов и соответствующих реверсивных триггеров) в статическом режиме, когда суммарный магнитный поток в сердечниках модуляторов 1 и 2 равен нулю, а выходные напряжения триггеров 12 и 13 равны и сдвинуты по фазе на 180о, какие-либо пульсации в выходном напряжении отсутствуют.

Практически, в силу некоторого различия параметров отдельных элементов устройства, полной компенсации выходного напряжения триггеров

12 и 13 не происходит и на выход интегратора l4 в статическом режиме поступают короткие прямоугольные импульсы, образующиеся из-за несовпацения на длительности или фазе выходного напряжения триггеров. 8 этом

5 9 случае напряжение пульсаций на выходе интегратора составляет:

Т ил=ит2 Z Р где си — постоянная времени интегратора; и — скважность импульсов на выходе интегратора.

Из этого выражения видно, что при одинаковых постоянных времени интегратора и пассивного RC-цепи, в предлагаемом устройстве уровень пульсаций меньше в и Ку раз. На практике сравнительно легко достигается величина п=100-200 (т.е. неидентичность каналов 0,5-13) и таким образом величина пульсаций выходного напряжения по сравнению с исходным устройством значительно снижается. Это дает возможность уменьшить постоянную времени интегратора, что позволяет увеличить быстродействие устройства и повысить точность измерения в области высоких частот. Это наглядно видно из передаточной функции предлагаемого уст ройства:

kg.

"и где k — общий коэффициент передачи магнитного модулятора и реверсивного триггера.

С целью достижения максимального быстродействия постоянную времени интегратора следует выбирать исходя из следующих соотношений: при изменении измеряемого тока на величину р3х выходное напряжение интегратора по т истечении времени — изменяется на величину:

Мйх Т

Ь0 в

ЬЫХ 2rin

В то же время установится значение !

ВЗВЫВ составляет: Х . i" SbW= k

ОС

Таким ооразом, чтобы выходное напряжение интегратора достигало усТ тановившегося значения за времяпостоянная времени интегратора составляет:

kt. K T

"И 2

Дальнейшее уменьшение постоянной времени интегратора нецелесообразно, так как оно не приводит к повышению быстродействия, которое теперь огра

26601

4 ничивается только частотой возбуждения модуляторов, а лишь увеличит пульсацию выходного напряжения.

Таким образом, в предлагаемом изобретении устранен недостаток известного устройства — низкая граничная частота измеряемого тока, вызванйая большой постоянной времени RC-цепи, что содействует расширению области рабочих частот, увеличению быстродействия и повышению. точности измерений в области высоких частот.

Введение второго канала измерения, включающего магнитный модулятор и реверсивный триггер, позволяет расширить полосу рабочих частот устройства до 2-3 кГц по сравнению с указанным известным устройством, у которого она не превышает десятков герц.Быстродействие предлагаемого устройства, по сравнению с известным, повышено в

100-1 0 раз. Это существенно расширяет сферу применения устройства, которое может быть использовано в системах сбора и обработки информации в качестве унифицированного преобразователя для обработки сигналов первичных датчиков, например тензометрических, датчиков температуры, индукционных и т.п., что устраняет необходимость разработки ряда специализированных преобразователей, удешевляет разработку, изготовление и эксплуатацию системы. формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения тока, содержащее магнитный модулятор на магнитном сердечнике с входной, компенсационной, сигнальной и модуляционной обмотками, генератор возбуждения, реверсивный триггер и интегратор, выход генератора возбуждения подключен к модуляционной обмотке, вход реверсивного триггера к сигнальной обмотке магнитного модулятора, а выход через интеграторк компенсационной обмотке, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения точности измерения, в него введены второй магнитный модулятор и второй реверсивный триггер, причем модуляционная обмотка второго магнитного модулятора соединена последовательно встречно с модуляционной обмоткой ,первого магнитного модулятора, сиг.

926601

Составитель Ф. Цареградский

Редактор Ю.Середа Техред Ж. Кастелевич корректор С. Йекмар

Заказ 2978/39 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 нальная обмотка второго магнитного модулятора подключена к входу второго реверсивного триггера, выход второго реверсивного триггера подключен к входу интегратора, выход которого через введенный в устройство эталонный. резистор подключен к последовательно соединенным компенсационным обмоткам обоих. модуляторов.

Источники информации, I принятые во внимание при экспертизе

1. Андреев Ю.А., Абрамзон Г.В, Преобразователи тока для измерения без разрыва цепи. Л., "Энергия", 1979, с.97.

2. Патент Великобритании

11 14882&2, кл. G 1 V, 12.10.77.