измеритель наведенных токов
Классы МПК: | G01R19/22 путем преобразования переменного тока в постоянный |
Автор(ы): | Хайретдинов М.Ж. |
Патентообладатель(и): | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно- исследовательский институт технической физики |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-07-01 публикация патента:
20.03.1997 |
Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для построения встроенных устройств контроля наведенных токов в цепях электрических систем и приборов для определения электромагнитной стойкости к воздействию высокочастотных электромагнитных полей, грозовых разрядов и т.п. Сущность изобретения: измеритель наведенных токов содержит блок записи (1), включающий в себя термопреобразователь (2), запоминающие магнитные сердечники (3, 6), на которых размещены обмотки записи (4, 7), обмотки считывания (5, 8), резистор (9), блок считывания (10), включающий в себя генератор одиночных импульсов (11), транзисторы (12, 13), резисторы (14, 15), пороговые устройства (16, 17), ключ (18), измеритель временных интервалов (19) с соответствующими связями между ними. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Измеритель наведенных токов, содержащий термопреобразователь, входные выводы которого являются входом устройства, первый запоминающий магнитный сердечник, на котором размещены первые обмотки записи и считывания, блок считывания, отличающийся тем, что в него введены второй запоминающий магнитный сердечник с вторыми обмотками записи и считывания, резистор, выходные выводы термопреобразователя соединены с первой обмоткой записи, а вторая обмотка записи зашунтирована резистором, первые выводы обмоток считывания соединены между собой и подключены к первому входу блока считывания, а вторые выводы обмоток считывания подключены к второму и третьему входам блока считывания соответственно, причем каждый сердечник имеет три отверстия, первое отверстие выполнено перпендикулярно второму и третьему отверстиям и расположено между ними, в первом отверстии размещена обмотка записи, во втором и третьем отверстиях обмотка считывания. 2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что блок считывания содержит генератор одиночных импульсов, первый и второй транзисторы, первый и второй резисторы, первое и второе пороговые устройства, ключ и измеритель временных интервалов, вход которого соединен с выходом ключа, выход генератора одиночных импульсов соединен с базами транзисторов, эмиттеры которых через резисторы соединены с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения и через первое и второе пороговое устройство с первым и вторым входами ключа соответственно, при этом первый вход блока считывания соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а коллекторы транзисторов соединены с вторым и третьим входами блока считывания соответственно.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения встроенных устройств контроля наведенных токов в цепях электрических систем и приборов для определения электромагнитной стойкости к воздействию высокочастотных электромагнитных полей, грозовых разрядов и т.п. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измерения наведенных токов [1] содержащее термопреобразователь, входные зажимы которого соединены с входом устройства, запоминающий элемент, элемент задержки, источник постоянного тока, причем запоминающий элемент и элемент задержки выполнены каждый в виде тороидального сердечника из ферромагнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, положительный и отрицательный полюса источника постоянного тока соответственно подключены к концу и началу вторичной обмотки элемента задержки, выводы первичной и вторичной обмоток запоминающего элемента соответственно присоединены к считывающему входу и выходу устройства, первичные обмотки элемента задержки и запоминающего элемента соединены последовательно-согласно, причем конец первичной обмотки элемента задержки подключен к положительному зажиму термопреобразователя, а начало первичной обмотки запоминающего элемента соединено с его отрицательным выходным зажимом. В известном устройстве при считывании не требуется отключение запоминающего элемента от термопары. Однако введение элемента задержки в цепь обмотки снижает чувствительность устройство за счет активного сопротивления обмотки элемента задержки. Кроме того, имеется ряд недостатков, присущих этому устройству, а именновлияние явления так называемой магнитной аномалии на результат измерения, заключающегося в том, что после установки потока в сердечнике наблюдается медленное изменение его до 2-3% это прямым образом вносит погрешность в результат измерения, время, в течение которого изменяется поток, составляет от нескольких минут до 20.30 [2, 3]
влияние ударов, вибрации на результат измерения. Магнитные сплавы весьма чувствительны к механическим напряжениям, которые возникают при ударах и вибрациях. Причем чем выше магнитные свойства материала, тем сильнее сказывается воздействие механических напряжений. Например, для сердечников из магнитного сплава 50НП, амортизированных селиконовой смазкой, после воздействия ударов с ускорением 50 g и вибраций 10g изменение магнитной индукции Br и коэрцитивной силы He составили 4% [3] Литературные данные об изменении характеристик при воздействии ударных нагрузок на сплавы 79НМ, 80НХС отсутствуют. Сплавы 79НМ, 80НХС, как имеющие наименьшее значение He, используются для измерения тока термопары термопреобразователя. Однако известно, что чем ниже He, тем выше чувствительность к удару. Сплавы 79НМ, 80НХС имеют He в 10 раз меньше He слава 50НП. Исследования показали, что погрешность от удара с ускорением 1000 g для сплавов 79НМ, 80НХС может достичь 10.15%
В прототипе при считывании термопара термопреобразователя не шунтирует обмотку записи запоминающего элемента за счет введения в цепь записи элемента задержки. Однако при записи информации блок считывания должен отключаться от обмотки записи, т.к. в противном случае сигнал термопары будет шунтироваться в какой-то степени подключенным блоком считывания. Необходимость многократного отключения и подключения блока считывания усложняет и увеличивает время градуирования. На практике эта операция производится с помощью электрических разъемов. Следует заметить, что использование тумблеров и контактов реле для подключения и отключения блока считывания не допустимо, поскольку контакты тумблеров и реле при коммутации генерируют ЭДС, которая вносит погрешность в результат градуировки. В известных устройствах магнитные элементы начинают намагничиваться от сигнала напряжением 0,3 мВ. Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание измерителя токов с повышенной достоверностью измерений, технический же результат выразится в устранении трансформаторной связи между обмотками записи и считывания, а также упрощении градирования измерителя наведенных токов. Это достигается тем, что в измеритель наведенных токов, содержащий термопреобразователь, входные выводы которого являются входом устройства, первый запоминающий магнитный сердечник, на котором размещены первые обмотки записи и считывания, блок считывания, согласно изобретению введены второй запоминающий магнитный сердечник с вторыми обмотками записи и считывания, резистор, выходные выводы термопреобразователя соединены с первой обмоткой записи, а вторая обмотка записи зашунтирована резистором, первые выводы обмоток считывания соединены между собой и подключены к первому входу блока считывания, а вторые выводы обмоток считывания подключены к второму и третьему входам блока считывания соответственно, причем каждый сердечник имеет три отверстия, первое отверстие выполнено перпендикулярно второму и третьему отверстиям и расположено между ними, в первом отверстии размещена обмотка записи, во втором и третьем отверстиях обмотка считывания. Кроме того, блок считывания содержит генератор одиночных импульсов, первый и второй транзисторы, первый и второй резисторы, первое и второе пороговые устройства, ключ и измеритель временных интервалов, вход которого соединен с выходом ключа, выход генератора одиночных импульсов соединен с базами транзисторов, эмиттеры которых через резисторы соединены с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения и через первое и второе пороговое устройство с первым и вторым входами ключа соответственно, при этом первый вход блока считывания соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а коллекторы транзисторов соединены с вторым и третьим входами блока считывания соответственно. Сопоставительный анализ признаков изобретения с признаками прототипа показывает, что заявляемый измеритель наведенных токов отличается наличием новых блоков и соответствующих новых связей между ними, а также особым выполнением запоминающего элемента, что дает основание считать его соответствующим критерию "новизна". На фиг. 1 представлена схема измерителя наведенных токов; на фиг. 2 - участок магнитного сердечника; на фиг. 3 характеристика магнитного материала сердечника; на фиг. 4 временные диаграммы, поясняющие принцип работы измерителя. Измеритель (фиг. 1) содержит блок записи 1, включающий термопреобразователь 2, первый запоминающий магнитный сердечник 3, на котором размещены первая обмотка записи 4 и первая обмотка считывания 5, второй запоминающий магнитный сердечник 6, на котором имеются вторая обмотка записи 7 и вторая обмотка считывания 8, резистор 9, блок считывания 10, включающий генератор одиночных импульсов 11, первый и второй транзисторы 12 и 13, резисторы 14, 15, первое пороговое устройство 16, второе пороговое устройство 17, ключ 18 и измеритель временных интервалов 19. Сердечники 3 и 6 выполнены из магнитного материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Обмотки записи 4, 7 размещены в отверстиях, расположенных перпендикулярно второму и третьему отверстиям, в которых размещены обмотки считывания 5, 8. Измеритель наведенных токов работает следующим образом. В режиме записи блок записи 1 отключают от блока считывания 10 и входные клеммы 20, 21 блока записи подключают к исследуемой электрической цепи. В исходном состоянии при отсутствии в исследуемой цепи наведенных токов сердечник 3 находится в состоянии остаточного насыщения
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075753/2075753-2t.gif)
где Hт напряженность поля трогания, при котором начинается необратимое намагничивание сердечника 3;
l средняя длина силовой линии сердечника относительно первого отверстия;
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075042/969.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075016/964.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075016/964.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075016/964.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075016/964.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075016/964.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075753/2075753-3t.gif)
где
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075042/969.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
DFm изменение потока, обусловленное обратимыми процессами после насыщения сердечников 3, 6 (фиг. 3);
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075035/948.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075016/964.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075006/183.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075042/969.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075042/969.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075753/9524.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075094/8734.gif)
возможность записи наведенных сигналов при подключенном блоке считывания, что позволяет упростить и сократить время на градуировку за счет исключения многократных отстыковок и подстыковок разъемов, а также расширить функциональные возможности устройства благодаря возможности считывания с заданной частотой и по полученным результатам считывания получить в дискретном виде характер изменения наведенного сигнала во времени;
уменьшение погрешностей, вызванных магнитной аномалией, ударами и вибрацией, в 7 раз за счет введения идентичного компенсирующего сердечника и получения разностного импульса считывания, что позволяет устранить изменение потока
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075014/916.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075728/934.gif)
![измеритель наведенных токов, патент № 2075753](/images/patents/397/2075035/948.gif)
уменьшение погрешности считывания от изменения источника постоянного напряжения U блок считывания, т.к. изменение U в равной мере изменяет время считывания с каждого сердечника, а разностный сигнал считывания при этом не изменится (см. выражение (2)). Таким образом, предлагаемое устройство за счет введения второго, идентичного первому, магнитного сердечника и выполнения сердечников с взаимно перпендикулярным расположением обмоток записи и считывания, а также введения двухканального блока считывания, обеспечивающего получение разностного импульса считывания с сердечников, позволяет по сравнению с прототипом проводить измерения с большей достоверностью. Предлагаемое устройство упрощает и сокращает процесс градуировки, а также путем постоянного опроса считывания состояния магнитного элемента позволяет получить информацию о характере наведенного сигнала во времени за счет записи информации при подключенном блоке.
Класс G01R19/22 путем преобразования переменного тока в постоянный