ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ


RU (11) 2300774 (13) C1

(51) МПК
G01R 19/00 (2006.01)
G01R 19/20 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.06.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2006109049/28 
(22) Дата подачи заявки: 2006.03.23 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.03.23 
(45) Опубликовано: 2007.06.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2176088 С1, 20.11.2001. SU 1742739 А1, 23.06.1992. SU 1265634 А1, 23.10.1986. SU 920546 А, 15.04.1982. SU 679888 А, 15.08.1979. DE 1250547 А, 21.09.1967. ЕР 0356248 А1, 28.02.1990. 
(72) Имя изобретателя: Рожнов Евгений Иванович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Рожнов Евгений Иванович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 140180, Московская обл., г. Жуковский, ул. Грищенко, 4, кв.129, Е.И.Рожнову 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Предложенное изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений амплитуды постоянных и переменных токов и напряжений, в том числе и несинусоидальной формы. Технический результат от реализации данного изобретения заключается в повышении точности и скорости измерений токов и напряжений и жесткой синхронизации режимов работы основных элементов измерительного преобразователя и формируемого им широтно-импульсного модулируемого напряжения. Предложенный измерительный преобразователь содержит датчик-преобразователь амплитуды измеряемого тока в импульсное напряжение, выполненный на ферромагнитном трансформаторе, в котором первичная обмотка параллельно соединена с отрезком цепи измеряемого тока, обмотка подмагничивания соединена с источником тока подмагничивания, обмотка возбуждения соединена с времязадающими входами импульсного генератора, а компенсационная обмотка соединена с выходом усилителя тока отрицательной обратной связи, вход которого соединен с токовым выходом демодулятора, парафазные выходы которого являются выходами измерительного преобразователя. При этом выход генератора соединен с входом синхронизатора и через первый и второй ждущие мультивибраторы соединен с соответствующими входами фазового детектора, выход которого соединен с входом демодулятора, а выходы синхронизатора соединены соответственно с входами запуска и запрета работы генератора. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений амплитуды постоянных и переменных токов и напряжений, в том числе и несинусоидальной формы, а также во всех видах счетчиков электроэнергии и информационно-измерительных системах электроэнергетики.

Увеличение точности и скорости прецизионных измерений постоянных и переменных токов и напряжений, в особенности несинусоидальной формы, является одной из актуальных задач современной метрологии.

Для этой цели в настоящее время широко используются датчики тока на основе магнитных модуляторов, представляющих собой ферромагнитный трансформатор, в котором на одну из вторичных обмоток подается опорное напряжение высокочастотного возбуждения и по изменению его параметров в измерительной обмотке судят о величине измеряемого тока, протекающего через первичную обмотку.

Недостатком таких датчиков является наличие паразитной модуляции по длительности, если входное воздействие преобразуется в частотно-импульсное модулированное (ЧИМ) напряжение, или по частоте, если входное воздействие преобразуется в широтно-импульсное модулированное (ШИМ) напряжение, которое приводит к ошибке измерений, что препятствует широкому внедрению таких устройств.

В более сложных преобразователях используется многократное преобразование в следующем порядке: амплитудная модуляция (AM) входного сигнала преобразуется в ЧИМ, ЧИМ преобразуется в ШИМ, а ШИМ снова преобразуется в AM напряжение или используется для машинной обработки результатов измерений.

Наиболее близким к предлагаемому измерительному преобразователю является измерительный датчик-преобразователь тока и напряжения в частотно-модулированные импульсы напряжения [1], содержащий ферромагнитный трансформатор, в котором первичная обмотка соединена с токоограничивающим резистором, компенсационная обмотка соединена с выходом усилителя напряжения обратной связи, обмотка подмагничивания соединена с источником тока подмагничивания, обмотка возбуждения соединена с времязадающими входами генератора, выход которого является выходом датчика-преобразователя тока и напряжения, а также широтно-импульсный преобразователь, в который входит счетчик-делитель на "n", счетный вход которого соединен с выходом упомянутого генератора, а вход разрешения счета соединен с инверсным выходом асинхронного триггера, вход обнуления и установочный входы которого соединены соответственно с выходом счетчика-делителя на "n" и с выходом управляемого напряжением генератора, управляющий вход которого соединен с выходом устройства «выборка-запоминание», сигнальный вход которого соединен с выходом демодулятора, дифференциальные входы которого соединены с парафазными выходами асинхронного триггера, выходы которого и выход демодулятора являются выходами измерительного преобразователя, при этом выход демодулятора соединен с сигнальным входом выполненного регулируемым усилителя, управляющий вход которого соединен с аналоговым выходом калибратора, импульсный выход которого соединен с управляющим входом устройства «выборка-запоминание», кроме того, калибратор имеет вход для переключения внешнего источника команд или синхронизации.

Существенным недостатком такого измерительного преобразователя является многократное преобразование входных сигналов и отсутствие жесткой синхронизации работы его элементов, что приводит к усложнению его схемы и снижению точности и скорости измерений.

Устранить эти недостатки можно путем исключения промежуточного ЧИМ преобразования и введения жесткой синхронизации режимов работы основных элементов измерительного преобразователя.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении точности и скорости измерений токов и напряжений и жесткой синхронизации режимов работы основных элементов измерительного преобразователя и формируемого им ШИМ напряжения.

Указанный результат достигается тем, что в измерительный преобразователь, содержащий датчик-преобразователь амплитуды измеряемого тока в импульсное напряжение, выполненный на ферромагнитном трансформаторе, в котором первичная обмотка параллельно соединена с отрезком цепи измеряемого тока, обмотка подмагничивания соединена с источником тока подмагничивания, обмотка возбуждения соединена с времязадающими входами импульсного генератора, а компенсационная обмотка соединена с выходом усилителя тока отрицательной обратной связи, вход которого соединен с токовым выходом демодулятора, парафазные выходы которого являются выходами измерительного преобразователя, дополнительно введены синхронизатор, первый и второй ждущие мультивибраторы и фазовый детектор, при этом выход генератора соединен с входом синхронизатора и через первый и второй ждущие мультивибраторы соединен с соответствующими входами фазового детектора, выход которого соединен с входом демодулятора, а выходы синхронизатора соединены соответственно с входами запуска и запрета работы генератора.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что для улучшения метрологических характеристик, таких как увеличение точности и скорости измерений и обеспечения жесткой синхронизации формируемых импульсов, известный измерительный преобразователь дополнен синхронизатором, двумя ждущими мультивибраторами и фазовым детектором, а промежуточная функция ЧИМ преобразования в нем исключена, что позволило расширить динамический диапазон и повысить точность измерений постоянных и переменных токов и напряжений, в особенности несинусоидальной формы.

Сравнение предлагаемого решения с известными показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые, дополняя известные признаки, позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На фиг.1 приведена структурная схема измерительного преобразователя, а на фиг.2 - эпюры напряжений U A, UБ, UВ, UГ, UД и U E в основных его точках А, Б, В, Г, Д и Е.

Измерительный преобразователь содержит входные зажимы 1 и 2, ферромагнитный сердечник 3, первичную обмотку 4, обмотку подмагничивания 5, компенсационную обмотку 6, обмотку возбуждения 7, генератор 8, синхронизатор 9, два ждущих мультивибратора 10 и 11, фазовый детектор 12, демодулятор 13, усилитель тока отрицательной обратной связи 14, источник тока подмагничивания 15 и выходные зажимы 16 и 17.

Предлагаемый измерительный преобразователь (ИП) работает следующим образом:

входной ток I вх, создаваемый в первичной обмотке 4 источником измеряемого тока через зажимы 1 и 2, создает в ферромагнитном сердечнике 3 соответствующее его величине и знаку магнитное поле, которое изменяет магнитную проницаемость ферромагнитного сердечника 4 пропорционально степени его намагничивания.

Изменение магнитной проницаемости приводит к изменению величины индуктивности обмотки возбуждения 7, являющейся времязадающей цепью генератора 8, который при отсутствии синхронизатора 9, формировал бы нормированное по амплитуде ЧИМ напряжение. Но совместная работа генератора 8 и синхронизатора 9 в указанном включении позволяет избежать промежуточного ЧИМ преобразования и сразу получить на выходе генератора 8 нормированное по амплитуде ШИМ напряжение, и делается это следующим образом.

Синхронизатор 9 непрерывно формирует короткие, следующие с постоянным периодом Т, импульсы напряжения UA (фиг.2, а) запуска и синхронизации генератора 8.

Первый после запуска выходной импульс напряжения U Б (фиг.2, б) генератора 8 своим срезом (задним фронтом) запускает синхронизатор 9, который формирует импульс напряжения UB (фиг.2, в) запрета работы генератора 8, существующий до появления нового импульса запуска генератора 8, после чего процесс периодически повторяется.

Следовательно, генератор 8 в течение периода Т формирует только один нормированный по амплитуде импульс напряжения UБ, длительность которого зависит от амплитуды и знака измеряемого тока и может изменяться в интервале от 0 до значения Т.

Для удобства работы со знакопеременными сигналами при отсутствии измеряемого сигнала величина выбирается равной полупериоду, то есть =Т/2. При положительном значении сигнала величина изменяется на интервале 0 Т/2, а при отрицательном значении сигнала величина изменяется на интервале Т/2 Т.

Таким образом, на выходе генератора 8 мы получили однотактную синхронную ШИМ с модуляцией по срезу формируемых импульсов напряжения UБ с периодом следования Т.

Для повышения чувствительности и расширения динамического диапазона измеряемых токов и напряжений фронтом напряжения U Б запускается первый ждущий мультивибратор (ЖМВ) 10, а срезом импульсов напряжения UБ запускается второй ЖМВ 11.

Оба ЖМВ, 10 и 11, формируют нормированные по амплитуде импульсы напряжения UГ (фиг.2, г) и UД (фиг.2, д), длительность которых постоянна и по величине равна Т/2.

Единственное отличие напряжений UГ и UД - это сдвиг по времени (фазе) на величину, равную времени существования импульсов напряжения UБ.

По совпадению фаз напряжений UГ и UД (равноценное совпадение низких и высоких потенциалов) фазовый детектор 12 формирует импульсы напряжения UE (фиг.2, е), содержащие удвоенную информацию о коэффициенте модуляции импульсов напряжения UБ.

Низкочастотная составляющая, выделенная демодулятором 13 из выходного напряжения UЕ фазового детектора 12, поступает на парафазные зажимы 16 и 17, являющиеся выходом ИП, а с токового выхода на вход усилителя тока отрицательной обратной связи (ООС) 14, выходной ток которого воздействует на компенсационную обмотку 6, формируя в ферромагнитном сердечнике 3 магнитное поле, необходимое для компенсации потерь в сердечнике 3, повышения линейности преобразования величины измеряемого тока в ШИМ напряжение, а также для ослабления влияния воздействующих на ИП дестабилизирующих факторов.

Для работы со знакопеременными входными сигналами и определения их знака производится подмагничивание ферромагнитного сердечника 3 от источника тока подмагничивания 15, выходной ток которого воздействует на обмотку подмагничивания 5.

Усилитель тока 14 ООС и компенсирующая обмотка 5 превращают ИП в эффективную систему автоматического регулирования (CAP), замкнутую через результирующее магнитное поле, создаваемое токами обмоток 4, 5, 6 и 7 в ферромагнитном трансформаторе 3.

Воздействие такой CAP с глубокой ООС по магнитному полю оказывает стабилизирующее действие на режим работы ИП и обеспечивает прецизионное преобразование входных аналоговых сигналов в высокочастотные ШИМ напряжения UБ и UГ (фиг.2, б и г), которые удобно использовать для машинной обработки содержащейся в них информации, прецизионного декодирования напряжения U Г и формирования на зажимах 16 и 17 низкочастотных парафазных напряжений, амплитуда которых строго пропорциональна уровню измеряемого тока или напряжения.

Большая чувствительность и высокая (сотни килогерц) частота преобразования позволяют минимизировать габариты и вес ферромагнитного трансформатора 3 и ИП в целом, дают возможность подключать ИП к токопроводу параллельно, без разрыва цепи измеряемого тока.

Технический результат применения изобретения, помимо повышения точности и скорости измерений, расширения динамического диапазона измеряемых токов и напряжений, а также жесткой синхронизации режимов работы и формируемых ИП импульсов напряжения, заключается в улучшении технических характеристик, таких как:

- стабилизация параметров входящих в состав ИП элементов;

- компенсация воздействия возмущающих факторов;

- удвоенная частота преобразования сигналов;

- линейность амплитудной и амплитудно-частотной характеристик ИП;

- возможность измерений без разрыва цепи токопровода;

- минимизация веса и габаритов ИП.

ИП с такими характеристиками позволяют реализовать на их основе автоматизированные информационно-измерительные системы любого уровня сложности.

Источники информации

1. Измерительный преобразователь. Патент РФ №2176088, МПК G01R 19/00, 19/20, 11.01.2001.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Измерительный преобразователь, содержащий датчик-преобразователь амплитуды измеряемого тока в импульсное напряжение, выполненный на ферромагнитном трансформаторе, в котором первичная обмотка параллельно соединена с отрезком цепи измеряемого тока, обмотка подмагничивания соединена с источником тока подмагничивания, обмотка возбуждения соединена с времязадающими входами импульсного генератора, а компенсационная обмотка соединена с выходом усилителя тока отрицательной обратной связи, вход которого соединен с токовым выходом демодулятора, парафазные выходы которого являются выходами измерительного преобразователя, отличающийся тем, что выход генератора соединен с входом синхронизатора и через первый и второй ждущие мультивибраторы соединен с соответствующими входами фазового детектора, выход которого соединен с входом демодулятора, а выходы синхронизатора соединены соответственно с входами запуска и запрета работы генератора.




РИСУНКИ

,





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru