устройство для измерения тока

Формула изобретения

Устройство для измерения тока, содержащее трансформатор, выпрямитель, операционный усилитель, первый и второй резисторы, причем вторичная обмотка трансформатора подключена к входам выпрямителя, выходы которого соединены с цепями питания операционного усилителя, первый вывод первого резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и выходом операционного усилителя, отличающееся тем, что введены генератор импульсов с парафазными выходами, подключенными к первичной обмотке трансформатора, измерительный прибор, подключенный между нулевым выводом генератора и средним выводом первичной обмотки трансформатора, первый и второй конденсаторы, первые обкладки которых подключены к выходам выпрямителя, а вторые обкладки подключены к общему проводу, подсоединенному к среднему выводу вторичной обмотки трансформатора, выход операционного усилителя соединен с общей точкой соединения первого и второго резисторов, второй вывод второго резистора соединен с общим проводом, при этом входом устройства является первый вывод первого резистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянного и переменного тока.

Известно устройство для измерения тока, содержащее трансформатор, операционный усилитель, резисторы, диоды и конденсаторы [1]

Известное устройство пригодно только для измерения постоянного тока. Другим недостатком устройства является низкая точность при измерении малых величин токов.

Наиболее близким по техническому решению является устройство, содержащее трансформатор тока, выпрямитель, первый и второй стабилитроны, первый, второй и третий резисторы и операционный усилитель [2]

Известное устройство пригодно только для измерения больших значений переменного тока. Недостатками устройства являются невозможность измерения постоянного тока и малых значений токов.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей за счет измерения как переменного, так и постоянного токов и повышения точности измерения малых значений токов.

В устройство, содержащее трансформатор тока, вторичная обмотка которого подключена к выпрямителю, соединенного выходами с цепями питания операционного усилителя, первый резистор соединенный первым выводом с инвертирующим входом операционного усилителя и вторым выводом с первым выводом второго резистора, вместо трансформатора тока введен трансформатор напряжения, первичная и вторичная обмотки которого имеют средние выводы, причем средний вывод вторичной обмотки соединен с общим проводом, а также дополнительно введены первый и второй конденсаторы, первые обкладки которых подключены соответственно к первому и второму выходу выпрямителя, а вторые обкладки подключены к общему проводу, к которому также подключен вторым выводом второй резистор, первый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, генератор импульсов с парафазными выходами соединенными с первичной обмоткой трансформатора напряжения, измерительный прибор, подключенный между общим проводом генератора и средним выводом первичной обмотки трансформатора, при этом входом устройства является первый вывод первого резистора.

Блок-схема устройства приведена на чертеже.

Устройство содержит генератор импульсов 1, общий провод которого соединен с первым зажимом измерительного прибора 2, трансформатор напряжения 3, первичная обмотка которого подключена к парафазным выходам генератора 1, а средний вывод ко второму зажиму измерительный прибор 2, выпрямитель 4, подключенный входами ко вторичной обмотке трансформатора 3, средний вывод которой соединен с общим проводом, конденсаторы 5 и 6, подключенные первыми обкладками к выходам выпрямителя 4, а вторыми обкладками к общему проводу, операционный усилитель 7, цепи питания которого подключены к выходу выпрямителя 4, первый резистор 8, первый вывод которого является входом устройства и соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7, а второй вывод подключен к выходу операционного усилителя 7, второй резистор 9, подключенный между выходом операционного усилителя и общим проводом.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 формирует парафазные последовательности импульсов, которые подаются на первичную обмотку трансформатора 3 и трансформируются в его вторичную обмотку. Импульсы со вторичной обмотки трансформатора 3 подаются на выпрямитель 4. Постоянные напряжения, получающиеся после фильтрации на конденсаторах 5 и 6 напряжения с выхода выпрямителя 4, подаются на цепи питания операционного усилителя 7. Измеряемый ток I_x преобразуется в схеме на операционном усилителе 7 в напряжение на нагрузке, образованной резистором 9,

U_н I_xR₁.

Ток через резистор 9 равен

I_н I_xR₁/R_н.

Следовательно, величина тока I_н пропорциональна измеряемому току I_x. А ток, протекающий через измерительный прибор, равен току, потребляемому схемой на усилителе 7. Следовательно, ток через измерительный прибор прямопропорционален измеряемому току I_x.

Устройство для измерения тока было реализовано на базе микромощного операционного усилителя, для увеличения нагрузочной способности которого нагрузка R_н подключалась через транзисторный усилитель мощности. Трансформатор реализован на ферритовом кольцевом магнитопроводе марки M2000 HM. Экспериментальные исследования схемы проводились при напряжении питания операционного усилителя 15 В и частоте работы генератора от 20 до 60 кГц. Как следует из экспериментальных результатов погрешность при измерении постоянного тока в диапазоне от 0 до 250 мкА не превышает 0,4% При измерении переменных токов I_x в частотном диапазоне от 20 Гц до 10 кГц не превышает 0,8% Предложенный способ измерения тока был использован для измерения токов утечки при испытаниях изделий на электрическую прочность.