RU2166765C1

RU2166765C1 - Gear measuring current of package of buses

Info

Publication number: RU2166765C1
Application number: RU99126031A
Authority: RU
Inventors: М.К. Казаков; Л.И. Хисамова
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-05-10

Abstract

FIELD: electric measurement technology, measurement of heavy direct currents. SUBSTANCE: gear is fitted with transducer of variable component of current in the form of current transformer whose output signal is employed to compensate for signal of variable component of measured current in output voltage of Hall generator. Transducer of variable component of current is placed between ground bus and input of current-to-voltage converter. Voltage follower and summing amplifier are parts of each measurement element of magnetic induction. EFFECT: increased functional accuracy of gear. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерению больших постоянных токов пакета шин. The invention relates to the field of electrical measurements, in particular to the measurement of large constant currents of the tire package.

Известны измерительные преобразователи, предназначенные для измерения постоянных токов (см. Писаревский Э.А. Электрические измерения и приборы. - М.: Энергия, 1970). Known measuring transducers designed to measure direct currents (see Pisarevsky EA Electrical measurements and devices. - M .: Energy, 1970).

Основными недостатками известных решений являются низкая точность измерения и низкий предел измеряемых токов. The main disadvantages of the known solutions are low accuracy and low limit of the measured currents.

Известно также устройство для измерения постоянных токов (см. Меерович Э. А. , Андриевская Л.И. Измерение больших постоянных токов с использование датчиков Холла. - Электричество, 1967, N 9, с. 49-55), содержащее магнитопровод, охватывающий шины с измеряемым током, датчики Холла, расположенные в зазорах магнитопровода, усилитель и размагничивающие обмотки. A device for measuring constant currents is also known (see Meerovich E. A., Andrievskaya LI. Measurement of large constant currents using Hall sensors. - Electricity, 1967, No. 9, pp. 49-55), containing a magnetic circuit covering the tires with measured current, Hall sensors located in the gaps of the magnetic circuit, amplifier and demagnetizing windings.

Недостатком этого аналога является снижение точности измерения из-за влияния полей рассеяния вследствие большой протяженности магнитопровода, что приводит к неравномерности намагничивания магнитопровода. The disadvantage of this analogue is the decrease in measurement accuracy due to the influence of scattering fields due to the large length of the magnetic circuit, which leads to uneven magnetization of the magnetic circuit.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения тока пакета шин (см. патент 1713364, Россия), содержащее немагнитную рамку, охватывающую систему шин с измеряемым током, на которой на равных промежутках размещены n измерительных элементов магнитной индукции, каждый из которых содержит концентратор магнитного поля в виде магнитопровода, в одном зазоре которого, расположенном в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции, создаваемой измеряемым током, размещен датчик Холла, один вывод которого соединен с земляной шиной, формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения; генератор пилообразного напряжения, подключенный через намагничивающую обмотку и резистор к земляной шине, причем точка соединения намагничивающей обмотки и резистора подключена ко второму входу устройства выборки-хранения, выход которого является выходом измерительного элемента магнитной индукции, причем все выходы измерительных элементов магнитной индукции соединены с входами сумматора, выход которого является выходом всего устройства. The closest in technical essence to the claimed invention is a device for measuring the current of a tire package (see patent 1713364, Russia), selected as a prototype, comprising a non-magnetic frame covering a bus system with a measured current, on which n measuring elements of magnetic induction are placed at equal intervals , each of which contains a magnetic field concentrator in the form of a magnetic circuit, in one gap of which is located in a plane perpendicular to the lines of magnetic induction created by the measured current ohm, there is a Hall sensor, one output of which is connected to the ground bus, a pulse shaper, the output of which is connected to the first input of the sample-storage device; a sawtooth voltage generator connected through a magnetizing winding and a resistor to the ground bus, and the connection point of the magnetizing winding and the resistor is connected to the second input of the sample-storage device, the output of which is the output of the magnetic induction measuring element, and all the outputs of the magnetic induction measuring elements are connected to the inputs of the adder whose output is the output of the entire device.

Недостатком прототипа является наличие погрешности в случае наличия пульсаций измеряемого тока, которые возникают после выпрямления приложенного к цепи напряжения. Погрешность имеет место из-за того, что прототип реагирует на различные значения потока от измеряемого тока (точки 1 и 2 на фиг. 1) при соседних импульсах пилообразного компенсирующего тока, протекающего по намагничивающей обмотке. Эту погрешность можно устранить, если устройство будет реагировать на среднее значение потока φ_0ср.
Сущность изобретения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности работы устройства.The disadvantage of the prototype is the presence of an error in the case of ripples of the measured current that occur after rectification of the voltage applied to the circuit. The error occurs due to the fact that the prototype reacts to different values of the flux from the measured current (points 1 and 2 in Fig. 1) with adjacent pulses of a sawtooth compensating current flowing through the magnetizing winding. This error can be eliminated if the device will respond to the average value of the flow φ _{0 av} .
The invention consists in the desire to obtain a technical result, which consists in increasing the accuracy of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для измерения тока пакета шин особенность заключается в том, что в него введены повторитель напряжения и суммирующий усилитель на основе операционных усилителей, которые входят в состав каждого измерительного элемента магнитной индукции, а также датчик переменной составляющей тока в виде трансформатора тока и преобразователь ток-напряжение на основе операционного усилителя, причем второй вывод датчика Холла соединен через повторитель напряжения с одним из входов суммирующего усилителя, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, датчик переменной составляющей тока включен между земляной шиной и входом преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен с другим входом суммирующего усилителя, а также с соответствующими входами суммирующих усилителей других (n-1) измерительных элементов магнитной индукции. The specified technical result is achieved by the fact that in the known device for measuring the current of the bus package, the peculiarity lies in the fact that a voltage follower and a summing amplifier based on operational amplifiers, which are part of each magnetic induction measuring element, as well as a variable current component sensor, are introduced into it. in the form of a current transformer and a current-voltage converter based on an operational amplifier, and the second output of the Hall sensor is connected through a voltage follower to one of the The input of the summing amplifier, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, the variable current component sensor is connected between the ground bus and the input of the current-voltage converter, the output of which is connected to the other input of the summing amplifier, as well as to the corresponding inputs of the summing amplifiers of other (n-1) measuring elements of magnetic induction.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна". The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to all the features of the claimed invention, and the determination from the list of analogues of the prototype made it possible to identify a set of distinctive features that are perceived by the applicant as the technical result of the claimed device set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed from the prior art determined by the applicant. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На чертежах представлено: фиг. 1 - поясняет возникновение погрешности при пульсациях измеряемого тока; на фиг. 2 - схема размещения измерительных элементов; на фиг. 3 - функциональная схема измерительного элемента; на фиг. 4 - пример выполнения устройства выборки-хранения; на фиг. 5 - датчик переменной составляющей тока. The drawings show: FIG. 1 - explains the occurrence of an error in the ripple of the measured current; in FIG. 2 - layout of the measuring elements; in FIG. 3 is a functional diagram of a measuring element; in FIG. 4 - an example of the implementation of the device fetch-storage; in FIG. 5 - sensor variable current component.

Устройство содержит измерительные элементы магнитной индукции 1, размещенные на немагнитной рамке 2 и образующие контур интегрирования, охватывающий пакет шин 3 (фиг. 2). The device contains measuring elements of magnetic induction 1, placed on a non-magnetic frame 2 and forming an integration loop covering the tire package 3 (Fig. 2).

Функциональная схема измерительного элемента магнитной индукции (ИЭМИ) (фиг. 3) содержит магнитопровод 4 с датчиком Холла 5 в зазоре, расположенном в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции. Генератор пилообразного напряжения 6 через намагничивающую обмотку 7 и резистор 8 соединен с земляной шиной. Общая точка намагничивающей обмотки 7 и резистора 8 соединена со вторым входом устройства выборки-хранения (УВХ) 9. Выход формирователя импульсов 10 соединен с первым входом УВХ 9. Один вывод датчика Холла 5 заземлен, а другой через повторитель напряжения 11 соединен с одним из входов суммирующего усилителя 12, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов 10. Датчик переменной составляющей тока 13, выполненный в виде трансформатора тока с одной вторичной обмоткой, намотанной на ферромагнитном сердечнике (фиг. 5), через преобразователь ток-напряжение 14 соединен с другим входом суммирующего усилителя 12. Выход УВХ 9, являющийся выходом ИЭМИ, подается на вход сумматора 15. На другие входы сумматора поступают сигналы от других ИЭМИ. Functional diagram of the measuring element of magnetic induction (IEMI) (Fig. 3) contains a magnetic circuit 4 with a Hall sensor 5 in a gap located in a plane perpendicular to the lines of magnetic induction. The sawtooth voltage generator 6 through the magnetizing winding 7 and the resistor 8 is connected to the ground bus. The common point of the magnetizing winding 7 and the resistor 8 is connected to the second input of the sampling-storage device (UVX) 9. The output of the pulse shaper 10 is connected to the first input of the UVX 9. One output of the Hall sensor 5 is grounded, and the other through a voltage follower 11 is connected to one of the inputs a summing amplifier 12, the output of which is connected to the input of the pulse shaper 10. A variable current component sensor 13, made in the form of a current transformer with one secondary winding wound on a ferromagnetic core (Fig. 5), through a converter current-to-voltage 14 is connected to another input of summing amplifier 12. The output SHA 9 being IEMR output is input to an adder 15. The other input of the adder receives signals from other IEMR.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Измеряемый ток I пакета шин 3 (фиг. 2) определяется по закону полного тока выражением:

где B_t - тангенциальная составляющая магнитной индукции в точках k размещения измерительных элементов; n - число измерительных элементов; K - постоянный коэффициент пропорциональности, обусловленный тем, что магнитная индукция измеряется лишь в некоторых точках вокруг шин.The measured current I of the bus package 3 (Fig. 2) is determined by the law of the total current by the expression:

where B _t is the tangential component of magnetic induction at points k of the placement of the measuring elements; n is the number of measuring elements; K is a constant coefficient of proportionality, due to the fact that magnetic induction is measured only at some points around the tires.

Измерительные элементы (фиг. 3) работают следующим образом. The measuring elements (Fig. 3) work as follows.

Для концентрации магнитного потока в точках измерения служит магнитопровод 4. Переменный ток генератора 6, протекая по обмотке 7, создает в магнитопроводе 4 магнитный поток φ_p (фиг. 1). Этот поток в течение одного полупериода направлен в части магнитопровода с датчиком Холла навстречу потоку φ₀ (фиг. 1), который пропорционален измеряемому току. При равенстве этих потоков
φ_p = φ₀, (2)
что фиксируется с помощью датчика Холла 5, формирователь импульсов 10 генерирует короткий импульс, подаваемый на вход управления (вход 2) УВХ 9, которое запоминает значение U_R падения напряжения на резисторе 8, подаваемого на вход 1 УВХ 9, которое пропорционально току обмотки 7, который в свою очередь пропорционален потоку φ_p. Таким образом, при условии (2) напряжение U_R пропорционально потоку φ₀, а следовательно, измеряемому току.For magnetic flux concentration at the measurement points, a magnetic circuit 4 is used. The alternating current of the generator 6, flowing through the winding 7, creates a magnetic flux φ _p in the magnetic circuit 4 (Fig. 1). This flux during one half-cycle is directed in the part of the magnetic circuit with the Hall sensor towards the flux φ ₀ (Fig. 1), which is proportional to the measured current. With the equality of these flows
φ _p = φ ₀ , (2)
which is detected using the Hall sensor 5, the pulse shaper 10 generates a short pulse supplied to the control input (input 2) of the IWC 9, which stores the value U _R of the voltage drop across the resistor 8 supplied to the input 1 of the IWC 9, which is proportional to the current of the winding 7, which in turn is proportional to the flow φ _p . Thus, under condition (2), the voltage U _{R is} proportional to the flux φ ₀ and, therefore, to the measured current.

Но при наличии пульсаций тока возникает погрешность измерения из-за того, что при соседних импульсах компенсирующего потока компенсация может происходить при разных значениях потока φ₀ (фиг. 1), что выражается в колебаниях выходного сигнала устройства. Для устранения этой погрешности на рамке 2 (фиг. 1) размещается датчик переменной составляющей тока 13, подключенный к преобразователю ток-напряжение 14. На его входных зажимах напряжение равно нулю, поэтому датчик 13 работает в режиме короткого замыкания, т. е. в режиме трансформатора тока. На выходе датчика индуктируется переменная составляющая тока, пропорциональная переменной составляющей измеряемого тока. Напряжения с выхода преобразователя 14 и повторителя 11 (оно также содержит составляющую, пропорциональную переменной составляющей измеряемого тока, благодаря выходному напряжению датчика Холла 5) подаются на суммирующий усилитель 12. Полярность этих напряжений выбирается такой, что на выходе суммирующего усилителя 12 происходит компенсация переменной составляющей, что также достигается соответствующим выбором коэффициентов передачи суммирующего усилителя. С выхода преобразователя 14 напряжение подается на суммирующие усилители других ИЭМИ. В итоге устройство реагирует на среднее значение потока φ_0ср (фиг. 1), что повышает точность измерения тока.But in the presence of current ripples, a measurement error arises due to the fact that with adjacent pulses of the compensating stream, compensation can occur at different values of the flux φ ₀ (Fig. 1), which is expressed in fluctuations in the output signal of the device. To eliminate this error, frame 2 (Fig. 1) contains a variable current component sensor 13 connected to a current-voltage converter 14. At its input terminals, the voltage is zero, therefore, sensor 13 operates in a short circuit mode, i.e., in a mode current transformer. At the output of the sensor, an alternating current component is induced, proportional to the variable component of the measured current. The voltages from the output of the transducer 14 and the follower 11 (it also contains a component proportional to the variable component of the measured current, due to the output voltage of the Hall sensor 5) are supplied to the summing amplifier 12. The polarity of these voltages is selected such that the compensation of the variable component occurs at the output of the summing amplifier 12, which is also achieved by appropriate selection of the gain of the summing amplifier. From the output of the Converter 14, the voltage is supplied to the summing amplifiers of other IEMI. As a result, the device responds to the average value of the flux φ _{0 cp} (Fig. 1), which increases the accuracy of current measurement.

Устройство выборки-хранения 9 может быть выполнено по схеме, которая приведена на фиг. 4 и работает следующим образом. При приходе кратковременного управляющего импульса с формирователя 10 на первый вход Вх.1 устройства 9 ключ Кл открывается, и напряжение с резистора 8, подаваемое на второй вход Вх.2 устройства 9, запоминается на конденсаторе C. Это напряжение подается на повторитель П, выход которого является выходом устройства 9. The sampling-storage device 9 can be performed according to the scheme shown in FIG. 4 and works as follows. When a short-term control pulse arrives from the shaper 10 at the first input of input 1 of device 9, the key Cl opens and the voltage from resistor 8 supplied to the second input of input 2 of device 9 is stored on capacitor C. This voltage is supplied to repeater P, the output of which is the output of device 9.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". Thus, the above information indicates that the tool embodying the claimed invention in its implementation is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A device for measuring the current of a busbar package, comprising a non-magnetic frame covering a busbar system with a measured current, on which n measuring elements of magnetic induction are placed at equal intervals, each of which contains a magnetic field concentrator in the form of a magnetic circuit, in one gap of which is located in a plane, perpendicular to the lines of magnetic induction created by the measured current, there is a Hall sensor, one output of which is connected to the ground bus, a pulse shaper, the output of which is connected to the first the progress of the sampling-storage device; a sawtooth voltage generator connected through a magnetizing winding and a resistor to the ground bus, and the connection point of the magnetizing winding and the resistor is connected to the second input of the sample-storage device, the output of which is the output of the magnetic induction measuring element, and all the outputs of the magnetic induction measuring elements are connected to the inputs of the adder , the output of which is the output of the entire device, characterized in that a voltage follower and a summing amplifier are introduced into the device based on operational amplifiers, which are part of each measuring element of magnetic induction, as well as a variable current component sensor in the form of a current transformer with one secondary winding wound on a ferromagnetic core, and a current-voltage converter based on the operational amplifier, the second output of the Hall sensor being connected through a voltage follower with one of the inputs of the summing amplifier, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, the sensor of the alternating current component is switched on I am waiting for the ground bus and the input of the current-voltage converter, the output of which is connected to the other input of the summing amplifier, as well as to the corresponding inputs of the summing amplifiers of the other n-1 magnetic induction measuring elements, and the transfer coefficient of the summing amplifier is selected so that variable compensation occurs at its input component of the voltage supplied to its input.