Устройство для бесконтактного измерения токов

 

Изобретение относится к бесконтактному измерению постоянных токов, в частности токов, протекающих в крупногабаритных проводниках, например блуждающих токов в трубопроводе и т.п. Целью изобретения является повьщ1ение точности измерений. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены кольцевой концентратор 1, в зазоре которого расположен гальваномагнитнь1й элемент 2, операционный блок 5 и катушка обратной связи 18. Кроме того, устройство содержит источник постоянно.го тока 3, усилитель 4, регистратор 6, модулятор 7 и модулирующую обмотку 8, размещенную в концентраторе 1. Операционный блок 5 содержит цифроаналоговый преобразователь 15 и вычислительный блок 16. Выполнение концентратора с сечением прямоугольной формы, переходящим вблизи зазора в круглую с уменьшением размера наружного диаметра, улучшает технологичность его изготовления. Это обеспечивает глубокое насьщение концентратора поперечным магнитным полем и его продольную магнитную проницаемость, близкую к единице. 5 3.п. ф-лы, 4 ил. с S6 сл .1 t с со 4 О5 СЛ

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

9465 А1 (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. Г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3922226/24-2 ) 3922229/24-2 ) (22) 03.07.85 (46) 23.09.87. Бюл. 9 35 (72) А.А.Федоров, В.А.Танхилевич и Д.А.Федоров (53) 621,31 7.44 (088. 8) (56) Разин Г.И., Щелкин А.П. Бесконтактные измерения электрических токов. — M. Атомиэдат, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 256850, кл. G 01 R 33/06, 968. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ (57) Изобретение относится к бесконтактному измерению постоянных токов, в частности токов, протекающих в крупногабаритных проводниках, например блуждающих токов в трубопроводе и т.п. Целью изобретения является повьппение точности измерений. Для достижения поставленной цели в уст(5))4 G О1 R 33/06 // G 01 R 19/00 ройство дополнительно введены кольцевой концентратор 1, в зазоре которого расположен гальваномагнитный элемент 2, операционный блок 5 и катушка обратной связи 18. Кроме того, устройство содержит источник постоянного тока 3, усилитель 4, регистратор 6, модулятор 7 и модулирующую обмотку 8, размещенную в концентраторе 1. Операционный блок 5 содержит цифроаналоговый преобразователь 15 и вычислительный блок 16. Выполнение концентратора с сечением прямоугольной формы, переходящим вблизи зазора в круглую с уменьшением размера наружного диаметра, улучшает технологичность его из готовления. Это обеспечивает глубокое насьпцение концентратора поперечным магнитным полем и его продольную магнитную проницаемость, близкую к единице.

5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1339465

Изобретение относится к бесконтактному измерению постоянных токов, в частности токов, протекающих в крупногабаритных проводниках, например блуждающих токов в трубопроводах и др.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг.1 представлена функциональная структурная схема устройства; на фиг.2 — то же, с компенсирующей катушкой; на фиг.3 — концентратор с модулирующей обмоткой; на фиг.4— разрез А-А на фиг.1.

Устройство для .бесконтактного измерения тока содержит кольцевой концентратор 1, в зазоре которого расположен гальваномагнитный элемент 2, токовые электроды которого (в случае использования датчика Холла) соединвны с источником 3 постоянного тока, а выход через усилитель 4 — с входом операционного блока 5, выход которого соединен с входом регистратора 6. Первый выход модулятора 7 соединен с модулирующей обмоткой 8, размещенной в концентраторе 1, а второй — с синхровходом операционного блока 5.

Операционный блок 5 (фиг.1) содержит первый 9,- второй 10 и третий

11 ключи, управляющие входы которых соединены с синхровходом операционного блока 5, первый блок 12 памяти, вход которого соединен с первым выходом ключа 9, а выход — через ключ

10 с первым входом разностного блока

l3, выход. которого через ключ 11 со— единен с входом второго блока 14 памяти, а второй вход — с вторым выходом ключа 9, вход которого соединен с входом операционного блока

5. Выход блока 14 является выходом операционного блока 5.

Операционный блок 5 (фиг.2) может также содержать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15 и вычислительный блок 16, тактовые входы которых соединены с синхровходом операционного блока 5, вход которого соединен с входом АЦП 15, а выход — с выходом вычислительного блока 16, вход которого соединен с выходом АЦП 15.

Устройство для бесконтактного измерения тока содержит дополнительно блок 17 согласования и катушку 18 обратной связи, вход которой соединен с выходом блока 17, вход которо5

?0

7t

40 1 5

55 го соединен с выходом операционного блока 5 (фиг. 2), Г>лок 17 согласования можно выполнить в виде цифроаналогового преобразователя (ЦАП) .

Концентратор 1 выполнен с прямоугольным сечением по всей длине, кроме областей около зазора 19, имеющих круглое сечение, диаметр которого уменьшается по иере приближения к торцам зазора 19 (фиг.3).

Устройство для бесконтактного измерения тока, проходящего через окно концентратора, работает следующии образом.

При включении устройства с модулятором 7 на обмотку 8 поступает ток, приводящий к магнитному насыщению концентратора l. Вследствие глубокого насыщения концентратора 1 поперечным магнитным полем происходит снижение его продольной магнитной проницаемости до величины, приближающейся к единице, т.е. практически к прерыванию индукции в зазоре, создаваемой концентратором в зазоре, и воздействующей на гальваномагнитный элемент 2. В этом состоянии исходный сигнал гальваномагнитного элемента

2, прошедший через усилитель 4 и синхронно переброшенный модулятором

7 ключ 9, фиксируется блоком 12 памяти (фиг.1).

При снижении тока модулятора 7 до нулевого уровня воздействие поля модуляционной обмотки 8 прекращается, магнитная проницаемость концентратора 1 восстанавливается и соот- ветственно восстанавливается индукция в зазоре концентратора, пропорциональная измеряемому току, магнитной проницаемости концентратора и другим постоянно действующим факторам.

Элемент 2 вырабатывает ЭДС, про— порциональную индукции в зазоре концентратора, которая, пройдя через усилитель 4, синхронно переключенный модулятором 7 ключ 9, поступает на вход разностного блока 13. Одновременно синхросигналами с модулятора 7 происходит включение ключей 10 и 11, Разностный блок 13 вычитает из поступившего сигнала зафиксированный ранее сигнал нулевого уровня и через ключ 11 передает его на вход регистратора 6 через блок 14 памяти, после чего цикл повторяется. В операционном блоке 5 периодически фикси1339465

40

50

55 руется и вычитается из поступившего сигнала исходный нулевой уровень, т.е. постоянно компенсируется дрейф нуля, что обеспечивает увеличение

5 точности измерений.

Во втором варианте выполнения блока 5 (фиг.2) с выхода усилителя

4 поступивший аналоговый сигнал преобразуется АЦП 15 в соответствующий цифровой код, который фиксируется в выделенных для него оперативных ячейках памяти дрейфа нуля в вычислительном блоке 16.

При снижении тока на первом выходе модулятора 7 и соответственно в обмотке 8 до нулевого уровня воздей— ствие насьш1ающего поля прекращается и магнитная проницаемость концентратора 1 переходит в нормальное сос— тояние, соответствующее магнитной проницаемости концентратора 1 и другим постоянно действующим факторам.

Усилитель 4 вырабатывает ЭДС, пропорциональную индукции в зазоре 25 концентратора 1, которая вместе с существующим сдвигом нуля, пройдя через усилитель 4, поступает на вход

АЦП 15. Выработанный им код передается в выделенную для оперативного хра- 30 нения память измеренного сигнала вычислительного блока 16.

По синхроимпульсам с модулятора 7 производится в соответствии с заложенной программой обработка поступившей в оперативную память информации, а именно вычитание из поступившего и зафиксированного сигналов измерения — фактический уровень сдвига нуля. Скорректированный сигнал изме— реннбго тока фиксируется выделенной для этого оперативной памятью и с нее передается на вход регистрато— ра 6.

Описанный цикл каждый раз повто— ряется в течение всего периода измерения в соответствии с выбранной скважностью импульсов модулятора 7.

При работе с катушкой 18 обратной связи выходной сигнал с операционного блока 5, поступив в блок 17 согласования, преобразуется в сигнал тока, который, пройдя через обмотки

18 катушки обратной связи, создает пропорциональное ему магнитное поле, встречное полю измеряемого тока. В результате взаимодействия этих полей предотвращается возможность перехода продольной магнитной проницаемости концентратора 1 в нелинейную область, что и обеспечивает расширение динамического диапазона устройства.

Выполнение концентратора сечением прямоугольной формы, переходящим вблизи зазора в круглую с уменьшени— ем размера наружного диаметра, улуч— шает технологичность его изготовления. При этом сохраняются свойства, обеспечивающие глубокое насыщение концентратора поперечным магнитным полем и его продольную магнитную проницаемость, близкую к единице.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для бесконтактного измерения токов, содержащее гальва— номагнитный элемент, выход которого соединен с входом усилителя, модулирующую обмотку, которая подключена к первому выходу модулятора и размещена в кольцевом концентраторе, в зазоре которого размещен гальваномагнитный элемент, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, в него введен операционный блок, вход которого соединен с выхо— дом усилителя, вход синхронизации с вторым выходом модулятора, а выход — с входом регистратора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что операционный блок содержит первый и второй блоки памяти, разностный блок и первый, второй и третий ключи, управляющие входы которых соединены с входом синхронизации операционного блока, причем вход первого ключа соединен с входом операционного блока, первый выход — с входом первого блока памяти, второй выход — с первым входом разностного блока, второй вход которого соединен через второй ключ с выходом первог блока памяти, а выход — через третий ключ с входом второго блока памяти, выход которого соединен с выходом операционного блока.

3. Устройство по п.1, о т л ч а ю щ е е с я тем, что операционный блок содержит аналого-цифровой преобразователь и вычислительный блок, тактовые входы которых соединены с входом синхронизации операционного блока, причем вход аналогоцифрового преобразователя соединен с входом операционного блока, выход5. Устройство по пп.1 и 4, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что блок согласования выполнен в виде цифроаналогового преобразователя °

6. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что кольцевой концентратор выполнен с прямоугольным сечением по всей длине, кроме

1п областей около зазора, имеющих круглое сечение, диаметр которого уменьшается по мере приближения к торцам зазора.

5 1 339465 с входом вычг.лительного блока, выход которого соединен с выходом операционного блока °

4. Устройство по и.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, в него введена катушка обратной связи и блок согласования, вход которого соединен с выходом операционного блока, а выход — с катушкой обратной связи, которая навита вокруг кольцевого концентратора.

)339465

Составитель Е.Аносова

Техред Л.Олийнык Корректор А. Зимокосов

Редактор Н.Рогулич

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4215/34

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4