ITRM930652A1

ITRM930652A1 - MICROAMPEROMETER FOR INSTANTANEOUS DETECTION AND MEASUREMENT OF PRECISION WITHOUT CONTACT OF THE LEAKAGE CURRENTS OF BIOMEDICAL EQUIPMENT.

Info

Publication number: ITRM930652A1
Application number: IT000652A
Authority: IT
Inventors: Francesco Paolo Branca; Paolo Cappa; Prete Zaccaria Del; Franco Marinozzi
Original assignee: Francesco Paolo Branca; Paolo Cappa; Prete Zaccaria Del; Franco Marinozzi
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1995-03-27
Also published as: IT1261993B; ITRM930652A0

Description

MICROAMPEROMETRO PER LA RILEVAZIONE ISTANTANEA E LA MICROAMPEROMETER FOR INSTANTANEOUS DETECTION AND THE

MISURA DI PRECISIONE SENZA CONTATTO DELLE CORRENTI DI CONTACTLESS PRECISION MEASUREMENT OF CURRENTS OF

DISPERSIONE DI APPARECCHIA TURE BIOMEDICHE DISPERSION OF BIOMEDICAL EQUIPMENT

1) Breve riassunto a fini informativi. 1) Brief summary for information purposes.

Lo scopo dell'invenzione ed il campo di applicazione sono costituiti principalmente dal rilevamento e dalla misura delle correnti di dispersione (o di fuga) delle apparecchiature biomedicali. Tali dispositivi sono oggi sempre presenti nelle camere operatorie e in quelle di terapia intensiva degli ospedali e in generale dei luoghi di ricovero e cura, costituendo gli strumenti indispensabili al lavoro del personale medico. The purpose of the invention and the field of application consist mainly of the detection and measurement of the leakage (or leakage) currents of biomedical equipment. These devices are now always present in the operating rooms and in the intensive care rooms of hospitals and in general in hospitalization and care places, constituting the indispensable tools for the work of medical staff.

Le correnti di fuga di una macchina biomedica, o di un apparecchio elettromeccanico in genere, consistono in un flusso di cariche elettriche che si instaura per accoppiamento capacitivo, quindi senza contatto galvanico, tra la circuiteria interna elettronica o elettromeccanica in tensione e il telaio o la cassa esterna. The leakage currents of a biomedical machine, or of an electromechanical device in general, consist of a flow of electrical charges that is established by capacitive coupling, therefore without galvanic contact, between the internal electronic or electromechanical circuitry under voltage and the chassis or the external case.

Nonostante l'alta qualit? generalmente riscontrabile nel progetto e nella realizzazione delle apparecchiature biomedicali (come richiesto anche dalla normativa vigente), tale flusso di cariche si instaura sempre, seguendo le leggi fisiche relative alle capacit? distribuite (V=Q/C) e la legge di Ohm per correnti alternate (I=jcoCV); le correnti di fuga risultanti possono variare da pochi ?? a diverse centinaia di ??. In condizioni di funzionamento normale delle macchine, dette correnti confluiscono sul conduttore di terra da dove vengono drenate, prima verso il nodo equipotenziale e di qui al pozzetto di dispersione dell'impianto di messa a terra dei locali. Dal momento che nella maggior parte dei casi le macchine biomedicali, nell'espletare il loro servizio, sono fisicamente in contatto con il paziente, nell'eventualit? di cattivo funzionamento o interruzione del collegamento di terra, possono crearsi condizioni di rischio e in taluni casi di pericolo letale per il paziente stesso. Despite the high quality? generally found in the design and construction of biomedical equipment (as also required by current legislation), this flow of charges is always established, following the physical laws relating to the capacity? distributed (V = Q / C) and Ohm's law for alternating currents (I = jcoCV); the resulting leakage currents can vary from a few ?? to several hundred ??. In normal operating conditions of the machines, these currents flow into the earth conductor from where they are drained, first towards the equipotential node and from there to the leakage well of the grounding system of the premises. Since in most cases the biomedical machines, in carrying out their service, are physically in contact with the patient, in the eventuality? malfunctioning or interruption of the earth connection, can create conditions of risk and in some cases of lethal danger for the patient.

L'invenzione, chiamata da qui in avanti "rivelatore/misuratore", consente di riconoscere in circa O.ls un'interruzione nel flusso delle correnti di dispersione sul cavo di terra, immediatamente a valle della presa di alimentazione dell'impianto fisso dei locali e, in caso di normale funzionamento, di misurarne l'intensit? entro un campo che varia da 1????8 a 500pARMS circa. Esso quindi consente di rilevare e misurare con una sensibilit? di circa lOnAj^s correnti alternate di frequenze comprese tra 50Hz e 10kHz, essendo correnti di frequenze superiori ritenute non pi? pericolose nel campo di intensit? suddetto; queste ultime quindi vengono filtrate elettronicamente dal segnale rilevato. Tale operazione viene eseguita per mezzo di un sensore toroidale ad induzione elettromagnetica capace di rilevare il campo magnetico di "Biot e Savart" generato in prossimit? del conduttore di terra dalle correnti di dispersione che transitano in esso senza alcuna inserzione sul cavo di terra (che deve avere secondo le norme una resistenza R minore di 0.15? fino al nodo equipotenziale e quindi non pu? essere interrotto neppure per operare l'inserimento di uno strumento di misura quale un comune amperometro). The invention, hereinafter referred to as "detector / meter", makes it possible to recognize in approximately O.ls an interruption in the flow of leakage currents on the earth cable, immediately downstream of the power supply socket of the fixed installation of the premises and, in case of normal operation, to measure the intensity? within a range ranging from 1 ???? 8 to about 500pARMS. It therefore allows you to detect and measure with a sensitivity? of about lOnAj ^ s alternating currents of frequencies between 50Hz and 10kHz, being currents of higher frequencies considered no more? dangerous in the field of intensity? aforementioned; the latter are then electronically filtered by the detected signal. This operation is performed by means of an electromagnetic induction toroidal sensor capable of detecting the magnetic field of "Biot and Savart" generated in the vicinity? of the earth conductor from the leakage currents that pass through it without any insertion on the earth cable (which according to the standards must have a resistance R less than 0.15? up to the equipotential node and therefore cannot be interrupted even to operate the insertion of a measuring instrument such as a common ammeter).

Il sensore risulta costituito da un nucleo ferromagnetico opportunamente dimensionato e avvolto, interfacciato ad una scheda elettronica di manipolazione del segnale, a sua volta progettata in modo tale da risultare parte integrante per il corretto funzionamento del dispositivo di rilevamento e misura. In uscita il dispositivo presenta una tensione continua, linearmente proporzionale al valore efficace della corrente alternata di fuga che in ogni istante scorre nel cavo di terra della presa d'alimentazione sotto controllo. The sensor consists of a suitably sized and wound ferromagnetic core, interfaced with an electronic signal manipulation card, which in turn is designed in such a way as to be an integral part for the correct operation of the detection and measurement device. At the output, the device has a direct voltage, linearly proportional to the effective value of the alternating leakage current which flows in every instant in the earth cable of the power socket under control.

2) Cenno sommario sull'intima essenza dell'invenzione ed esposizione dello stato della tecnica. 2) Brief outline of the intimate essence of the invention and presentation of the state of the art.

La realizzazione del rivelatore/misuratore ? ispirata al principio di funzionamento delle pinze amperometriche. Come ? noto tali dispositivi sono costituiti da una pinza di materiale ferromagnetico di forma toroidale, avvolta con un certo numero di spire; questa, attraverso la parziale apertura del toro (a "pinza" appunto) viene portata a circondare il conduttore di cui si vuole misurare la corrente alternata. Tuttavia le pinze amperometriche vengono correntemente utilizzate per la misura di correnti alternate di media ed alta intensit?, infatti il loro campo di misura si estende mediamente da circa un Ampere a qualche centinaio di Ampere, con sensibilit? dell'ordine dei 100mA, mentre le correnti di dispersione presenti sui conduttori di terra degli apparecchi biomedicali sono di ben 6 ordini di grandezza inferiori. The realization of the detector / meter? inspired by the working principle of current clamps. How ? such devices are known to consist of a toroidal-shaped pincer made of ferromagnetic material, wound with a certain number of turns; this, through the partial opening of the torus (a "clamp" in fact) is brought to surround the conductor whose alternating current is to be measured. However the amperometric clamps are currently used for the measurement of alternating currents of medium and high intensity, in fact their measurement range extends on average from about one Ampere to a few hundred Ampere, with sensitivity? of the order of 100mA, while the leakage currents present on the earth conductors of biomedical devices are 6 orders of magnitude lower.

Correnti cos? piccole di solito possono essere misurate con l'inserimento in serie sul conduttore di un milliamperometro, ma per quanto concerne le apparecchiature biomediche, in sala operatoria e nelle stanze di terapia intensiva, ci? non ? consentito (anche) dalle norme in vigore, ovvero non ? lecito inserire sul cavo di terra alcun dispositivo che possa alterarne la resistenza elettrica. Currents cos? small usually can be measured with the insertion in series on the conductor of a milliammeter, but as regards the biomedical equipment, in the operating room and in the intensive care rooms, there? Not ? allowed (also) by the regulations in force, or not? It is permissible to insert any device on the earth cable that could alter its electrical resistance.

Il sensore del rivelatore/misuratore ? quindi costituito da un nucleo toroidale chiuso ad elevatissima permeabilit? magnetica sul quale ? avvolto un singolo strato di spire (vedi seguito). Considerando ad esempio lo schema di Fig. 1, nel foro del nucleo (1) viene inserito il cavo di terra (2), prima di essere connesso dietro alla presa di corrente (3) dell'impianto di distribuzione dell?energia elettrica ai locali. Il nucleo risulta cio? alloggiato subito dietro la presa dell'impianto fisso, ad es. dentro le tipiche "barre" (4) con le prese di servizio delle sale operatorie o delle camere di terapia intensiva. Il segnale elettrico ? quindi trattato dalla scheda elettronica di manipolazione (5). In tal modo non ? necessaria alcuna modifica agli apparecchi e ai cavi di alimentazione normalmente in uso negli ospedali, n? alcuna operazione supplementare da parte dei tecnici ospedalieri durante la preparazione dei locali. La linea del conduttore di terra quindi non viene interrotta mentre la sua impedenza risulta modificata nella misura in cui il cavo stesso ? assimilato al ravvolgimento primario di un T A pressoch? ideale. Quanto detto risulta in virt? delle particolari caratteristiche del nucleo ferromagnetico e deH'accoppiamento fra ravvolgimento secondario e l'ampli fi cat ore operazionale d'ingresso. In tali condizioni si dimostra che l'aumento di impedenza sul cavo ? dell'ordine di / N2, dove ? ? la resistenza elettrica dell'avvolgimento ed N il numero di spire di quest'ultimo; il suddetto aumento di impedenza ? in definitiva pari a pochi mQ. The detector / meter sensor? therefore constituted by a closed toroidal core with very high permeability? magnetic on which? wound a single layer of turns (see below). Considering for example the diagram in Fig. 1, the earth cable (2) is inserted into the hole in the core (1), before being connected behind the socket (3) of the electrical energy distribution system to the premises. . The core is what? housed immediately behind the socket of the fixed implant, eg. inside the typical "bars" (4) with the service sockets of the operating theaters or intensive care rooms. The electrical signal? then treated by the electronic handling board (5). Thus does not? necessary any modification to the appliances and power cables normally used in hospitals, n? no additional operations by hospital technicians during the preparation of the premises. The earth conductor line is therefore not interrupted while its impedance is modified to the extent that the cable itself? assimilated to the primary winding of a T A almost? ideal. What has been said results in virtue? of the particular characteristics of the ferromagnetic core and of the coupling between the secondary winding and the input operational amplifier. Under these conditions it is shown that the increase in impedance on the cable? of the order of / N2, where? ? the electrical resistance of the winding and N the number of turns of the latter; the aforementioned impedance increase? ultimately equal to a few square meters.

Alle elevate sensibilit? ottenute dal misuratore (risoluzioni anche di lOnA) si affianca una rapida risposta del rivelatore nel caso di un'eventuale improvvisa interruzione del collegamento di terra degli apparecchi monitorati (tempi di circa O.ls). Il dispositivo prevede infatti una particolare commutazione elettronica sull'unico terminale bipolare di uscita, capace di operare agevolmente entro gli intervalli di tempo suddetti. Il rivelatore delle correnti di fuga dispone di una soglia d'intervento regolabile a partire da ???^. La rapidit? di intervento pu? consentire sia una veloce disabilitazione dell?apparecchiatura biomedicale con collegamento di terra in avaria, o anche solamente l?attivazione tempestiva di un segnale di allarme. To the high sensitivities? obtained by the meter (resolutions also of lOnA) is accompanied by a rapid response of the detector in the event of a sudden interruption of the earth connection of the monitored devices (times of approximately O.ls). In fact, the device provides for a particular electronic switching on the single bipolar output terminal, capable of operating easily within the aforementioned time intervals. The leakage current detector has an adjustable trip threshold starting from ??? ^. The speed intervention can? allow both a quick disabling of the biomedical equipment with a faulty earth connection, or even just the timely activation of an alarm signal.

Non risulta ai sottoscritti essere in commercio alcun dispositivo, con caratteristiche simili, capace di eseguire il monitoraggio (controllo e misura) in tempo reale delle micro-correnti alternate di dispersione degli apparecchi biomedicali. Attualmente il controllo dell'integrit? delle linee di terra, sia dell?impianto fisso che dei singoli apparecchi biomedicali, pu? essere fatto solo periodicamente comportando l'impegno costante di elettricisti e tecnici biomedici specializzati. The undersigned is not aware of any device on the market, with similar characteristics, capable of carrying out real-time monitoring (control and measurement) of the micro-alternating currents of dispersion of biomedical devices. Currently the integrity check? of the earth lines, both of the fixed system and of the individual biomedical devices, can? be done only periodically involving the constant commitment of specialized electricians and biomedical technicians.

3) Descrizione dettagliata. 3) Detailed description.

Le finalit? che si intendono raggiungere con la presente invenzione sono il rilevamento in tempo reale e la misura delle piccole correnti di dispersione delle macchine biomedicali. Tali operazioni, quando le macchine di diagnosi o terapia, nell?ambito del loro funzionamento, sono in contatto con il paziente, richiedono un dispositivo con specifiche tecniche molto severe, alcune delle quali apparivano fino ad oggi tecnicamente inconciliabili. The purposes? which the present invention intends to achieve are the real-time detection and measurement of the small leakage currents of biomedical machines. These operations, when the diagnostic or therapy machines, within the scope of their operation, are in contact with the patient, require a device with very strict technical specifications, some of which until now appeared to be technically irreconcilable.

Il campo dei valori della corrente di dispersione presente sui cavi di terra per apparecchiature di buona classe si estende da ???^ a 500????5 potendo raggiungere valori maggiori di ImA, dipendentemente dal tipo e dalla qualit? della macchina sotto controllo. Tali correnti sono alternate con frequenza fondamentale pari alla frequenza di rete (50/60Hz) e con armoniche superiori di ampiezza apprezzabile fino a qualche migliaio di Hz. La perturbazione indotta sul campo di misura dallo strumento deve essere irrilevante, ci? affinch? la presenza del rivelatore/misuratore non provochi essa stessa situazioni pericolose per il paziente collegato alla macchina. Come gi? detto, non ? ammesso per legge interrompere il conduttore di terra ed inserire un milliamperometro che in ogni caso altererebbe la resistenza elettrica complessiva della linea. Un improvvisa interruzione del cavo di terra deve essere rivelata in una frazione di secondo per consentire l'eventuale interruzione dell'alimentazione della macchina biomedica in avaria o anche solo per attivare un segnale di allarme. The range of values of the leakage current present on the earth cables for equipment of good class extends from ??? ^ to 500 ???? 5 being able to reach values greater than ImA, depending on the type and quality. of the machine under control. These currents are alternating with a fundamental frequency equal to the mains frequency (50 / 60Hz) and with higher harmonics of appreciable amplitude up to a few thousand Hz. The perturbation induced on the measuring field by the instrument must be irrelevant. so that? the presence of the detector / meter does not itself cause dangerous situations for the patient connected to the machine. How already? said, don't you? it is permitted by law to interrupt the earth conductor and insert a milliammeter which in any case would alter the overall electrical resistance of the line. A sudden interruption of the ground cable must be detected in a fraction of a second to allow the possible interruption of the power supply of the biomedical machine in failure or even just to activate an alarm signal.

Per soddisfare tali specifiche l'invenzione di cui si parla consente, in condizioni di guasto, di rilevare un'interruzione delle correnti di fuga entro 0.2s, in condizioni normali, di misurarne il valore nel campo compreso tra ???^ e 500????5 con un errore minore dello 0.1% sul valore in ingresso, aumentando l?impedenza del cavo di terra solo di pochi mO. Il dispositivo si compone essenzialmente di 2 parti: In order to satisfy these specifications, the mentioned invention allows, under fault conditions, to detect an interruption of the leakage currents within 0.2s, under normal conditions, to measure its value in the range between ??? ^ and 500? ??? 5 with an error of less than 0.1% on the input value, increasing the impedance of the ground cable only by a few mO. The device essentially consists of 2 parts:

1. Il trasduttore ad induzione magnetica. 1. The magnetic induction transducer.

2. La scheda elettronica di manipolazione del segnale. 2. The electronic signal manipulation card.

Il trasduttore ? costituito da un nucleo toroidale chiuso di diametro medio dm= 20mm, realizzato in materiale ferromagnetico all'80% di Ni e formato con una striscia dello spessore di O.lmm arrotolata in circa 50 strati. Il nucleo cos? fatto deve garantire una permeabilit? magnetica iniziale ?? =150.000. Esso ? immerso in un grasso al silicone, dentro una custodia toroidale di materiale plastico di dimensioni appena superiori a quelle del nucleo stesso. Nuclei cos? costituiti sono reperibili in commercio. The transducer? consisting of a closed toroidal core with an average diameter dm = 20mm, made of ferromagnetic material with 80% Ni and formed with a strip with a thickness of 0.lmm rolled up in about 50 layers. The core so? fact must guarantee a permeability? magnetic initial ?? = 150,000. It ? dipped in a silicone grease, inside a toroidal case of plastic material slightly larger than the core itself. Nuclei cos? constituted are commercially available.

Sulla custodia sono avvolte circa 300 spire di filo di rame smaltato del diametro di O.lmm, in modo da formare un singolo strato, senza zone dove il filo si sovrapponga a se stesso. Tale accorgimento ? importante per minimizzare i disturbi autoindotti tra i fili. About 300 turns of enameled copper wire with a diameter of 0.lmm are wound on the case, so as to form a single layer, without areas where the wire overlaps itself. Such a trick? important to minimize self-induced disturbances between the wires.

Il trasduttore cosi assemblato viene racchiuso in uno schermo, realizzato con foglio d'alluminio, per ridurre l'influenza dei disturbi elettrici esterni. Per ottimizzare l?effetto dello schermo, il foglio d'alluminio deve essere connesso al terminale di massa dell'avvolgimento. Il collegamento fra gli avvolgimenti del nucleo e la scheda elettronica di manipolazione del segnale viene eseguito mediante cavetto unipolare schermato, la cui calza viene connessa con lo schermo di alluminio del trasduttore. Schermo, calza e terminale di massa dell'avvolgimento suddetto risultano in tal modo posti allo stesso potenziale. Il conduttore di terra, del quale si vogliono controllare le correnti di dispersione, viene ovviamente fatto passare entro il foro del toroide. Il segnale alternato, generato ai capi dell?avvolgimento, sar? cos? proporzionale al campo magnetico di "Biot e Savart" creato proprio dalle correnti di fuga (vedi Fig. 1). The transducer thus assembled is enclosed in a screen, made of aluminum foil, to reduce the influence of external electrical disturbances. To optimize the effect of the screen, the aluminum foil must be connected to the ground terminal of the winding. The connection between the windings of the core and the electronic signal manipulation card is carried out by means of a single-pole shielded cable, the braiding of which is connected to the aluminum shield of the transducer. Shield, braid and ground terminal of the aforesaid winding are thus placed at the same potential. The earth conductor, whose leakage currents are to be checked, is obviously made to pass through the hole in the toroid. The alternating signal, generated at the ends of the winding, will be? cos? proportional to the magnetic field of "Biot and Savart" created by the leakage currents (see Fig. 1).

Come ? indicato nello schema di Fig. 2, il segnale proveniente dal nucleo toroidale (1), proporzionale alla corrente ID che si vuole controllare e che fluisce nel conduttore di terra (2), ? disponibile all?uscita del cavetto unipolare schermato (6). Questo viene direttamente connesso agli ingressi di un amplificatore operazionale (7) a basso rumore. Nella figura ID rappresenta la corrente primaria del TA; N ? il numero di spire del secondario, pertanto Is = ID/ N costituisce la corrente secondaria; ? il resistore di controreazione dell?amplificatore operazionale; in tal modo la tensione di uscita ? pari a V0 = Is = / N. How ? indicated in the diagram of Fig. 2, the signal coming from the toroidal core (1), proportional to the current ID to be controlled and flowing in the earth conductor (2),? available at the output of the shielded unipolar cable (6). This is directly connected to the inputs of a low noise operational amplifier (7). In figure ID represents the primary current of the CT; N? the number of turns of the secondary, therefore Is = ID / N constitutes the secondary current; ? the feedback resistor of the operational amplifier; so the output voltage? equal to V0 = Is = / N.

Lo stadio costituito dall'insieme nucleo-amplificatore operazionale esegue quindi una prima amplificazione del segnale e linearizza automaticamente la risposta globale del sensore. Nelle condizioni di progetto esposte, il funzionamento del nucleo toroidale pu? essere schematizzato essenzialmente come trasformatore di corrente (TA) mentre l?amplificatore operazionale funziona come convertitore corrente-tensione. The stage constituted by the nucleus-operational amplifier assembly then performs a first amplification of the signal and automatically linearizes the global response of the sensor. Under the design conditions shown, the functioning of the toroidal core can? essentially be schematized as a current transformer (TA) while the operational amplifier works as a current-voltage converter.

Il grafico dell'errore di linearit? percentuale, riportato in Fig. 3, evidenzia come in tali condizioni l'ampiezza della tensione di uscita dallo stadio ? proporzionale a quella della corrente di fuga in ingresso al sensore, con un errore di linearit? massimo pari allo 0.2% circa. Il grafico della risposta in frequenza riportata in Fig. 4 mostra invece l'indipendenza del guadagno dalla frequenza, entro la banda progettata. The graph of the linearity error? percentage, shown in Fig. 3, shows how in these conditions the amplitude of the output voltage from the stage? proportional to that of the leakage current entering the sensor, with a linearity error? maximum of about 0.2%. The graph of the frequency response shown in Fig. 4 instead shows the independence of the gain from the frequency, within the designed band.

In questa configurazione, un segnale sinusoidale a 50Hz proveniente dal trasduttore viene amplificato automaticamente di circa 40 V/A. Per portare l'amplificazione totale a livelli soddisfacenti per le manipolazioni successive, un secondo amplificatore operazionale, in serie al primo, provvede ad un ulteriore guadagno sul segnale in tensione. Si ? scelta un'amplificazione totale pari a circa 10.000 V/A. La Fig. 5 riporta uno schema a blocchi completo del sensore a nucleo ferromagnetico e della scheda di manipolazione. In this configuration, a 50Hz sinusoidal signal from the transducer is automatically amplified by approximately 40 V / A. To bring the total amplification to satisfactory levels for subsequent manipulations, a second operational amplifier, in series with the first, provides a further gain on the voltage signal. Yup ? a total amplification of approximately 10,000 V / A was chosen. Fig. 5 shows a complete block diagram of the ferromagnetic core sensor and the manipulation board.

Dai dati disponibili ? risultato che la pericolosit? delle correnti alternate, qualora attraversino il corpo umano, diminuisce notevolmente al crescere della frequenza, pertanto dopo gli stadi di amplificazione ? predisposto sulla scheda un filtro passa-basso a doppio polo di Butterworth. All?uscita del filtro il segnale di tensione ? limitato entro una banda con frequenza di taglio inferiore di circa 5Hz e superiore di circa 10kHz. Questo filtraggio permette inoltre di ridurre notevolmente l'influenza del rumore alle alte frequenze e le derive del segnale a bassa frequenza. From the available data? result that the danger? of alternating currents, if they pass through the human body, decrease considerably as the frequency increases, therefore after the amplification stages? a Butterworth double pole low pass filter is fitted on the board. At the output of the filter, the voltage signal? limited within a band with a lower cut-off frequency of about 5Hz and a higher cut-off frequency of about 10kHz. This filtering also makes it possible to considerably reduce the influence of high frequency noise and low frequency signal drift.

Lo stadio successivo al filtro estrae il valore efficace dal segnale alternato amplificato e filtrato. Esso ? costituito da un convertitore integrato "TRUE RMS-TO-DC" commerciale. La rete composta dagli elementi passivi (R e C) ad esso collegati ? dimensionata in modo tale da rendere la risposta del convertitore quanto pi? rapida possibile entro un limite di errore sul valore efficace estratto pari a circa lo 0.1%. La tensione continua cos? ottenuta costituisce il segnale di uscita dalla scheda, utilizzabile per la misura del valore efficace della corrente di fuga. The next stage after the filter extracts the RMS value from the amplified and filtered alternating signal. It ? consisting of an integrated commercial "TRUE RMS-TO-DC" converter. The network composed of the passive elements (R and C) connected to it? sized in such a way as to make the response of the converter as much as more? as fast as possible within an error limit on the extracted rms value equal to about 0.1%. The tension continues cos? obtained constitutes the output signal from the board, which can be used to measure the effective value of the leakage current.

Con le precisioni richieste al circuito di estrazione del vero valore efficace (errore minore dello 0.1%), la risposta ad un eventuale improvvisa interruzione della corrente di fuga risulta ritardata a causa dell'elevata costante di tempo della rete RC collegata all'integrato (da circa ls per correnti di ???^ fino a 3-4 secondi per correnti di lOO-SOOp Aj^s). Al fine di velocizzare la risposta, sulla scheda ? previsto un circuito parallelo di controllo della tensione alternata in uscita dallo stadio di amplificazione e filtraggio. Nel caso di interruzione del flusso di corrente di fuga, esso provvede a diminuire in modo repentino la costante di tempo del circuito RC connesso all'integrato di estrazione del valore efficace. With the accuracies required of the true RMS value extraction circuit (error less than 0.1%), the response to any sudden interruption of the leakage current is delayed due to the high time constant of the RC network connected to the integrated circuit (from about ls for currents of ??? ^ up to 3-4 seconds for currents of 100-SOOp Aj ^ s). In order to speed up the response, on the card? a parallel circuit for controlling the alternating voltage output from the amplification and filtering stage is provided. In the event of an interruption of the leakage current flow, it rapidly decreases the time constant of the RC circuit connected to the integrated extracting the effective value.

Per eseguire questa operazione, nel circuito parallelo, il segnale alternato viene raddrizzato e filtrato con una rete RC passa-basso la cui costante di tempo ? la minima necessaria per mantenere in ogni istante e per ogni intensit? delle correnti di fuga appartenenti al campo di misura, la tensione raddrizzata superiore ad un livello prefissato. Tale livello rappresenta la soglia di un comparatore il cui ingresso ? proprio la tensione raddrizzata e filtrata con costante di tempo piccola rispetto a quella relativa aH?integrato che fornisce il vero valore efficace. Con questa disposizione circuitale, nel caso di passaggio a zero della corrente di fuga rilevata, e cio? di interruzione del cavo di terra sotto controllo, i tempi di risposta del dispositivo non sono pi? quelli che valgono durante la misura di un valore qualsiasi diverso da zero, ma sono quelli determinati dalla nuova costante di tempo, e cio? inferiori di circa dieci volte ai precedenti (circa 20ms per ?=1????5 e circa 100ms per I=100pARMS). Inoltre, in tal modo, i terminali sui quali prelevare il segnale di interruzione delle correnti di fuga sono gli stessi sui quali si preleva il segnale di misura cos? che, per ambedue le operazioni, pu? essere connesso un semplice voltmetro di adeguate prestazioni. To do this, in the parallel circuit, the alternating signal is rectified and filtered with a low-pass RC network whose time constant? the minimum necessary to maintain in every moment and for every intensity? of the leakage currents belonging to the measuring range, the rectified voltage higher than a predetermined level. This level represents the threshold of a comparator whose input? it is precisely the voltage rectified and filtered with a small time constant compared to that relating to the integrated H which provides the true RMS value. With this circuit arrangement, in the case of zero crossing of the detected leakage current, that is? of interruption of the earth cable under control, the response times of the device are no longer? those that hold during the measurement of any value other than zero, but are those determined by the new time constant, and that is? about ten times lower than the previous ones (about 20ms for? = 1 ???? 5 and about 100ms for I = 100pARMS). Furthermore, in this way, the terminals on which the leakage current interruption signal is taken are the same on which the measurement signal cos? that, for both operations, can? a simple voltmeter with adequate performance must be connected.

Claims

- CLAIMS 1) Microammeter with ferromagnetic toroidal core sensor, essentially functioning as a current transformer (TA) in virt? of the direct connection of the secondary winding of the core to the input of a low noise operational amplifier functioning as a current-voltage converter and such as to allow the measurement of currents at 50Hz with a minimum value of lpARMS and with sensitivity? by 10nARMS.

2) Microammeter according to claim 1) for which the linearization of the graduation curve is automatically realized in input current - output voltage (I-V) within the measuring range, in virtue of? optimal adaptation between the electromagnetic characteristics of the sensor and the circuit configuration adopted for the operational amplifier.

3) Microammeter according to the preceding claims for which the linearization of the frequency response is automatically realized within a passband that can be configured in advance.

4) Microammeter according to the preceding claims for which the measurement of the effective values and the instantaneous detection of any sudden current interruptions are carried out at the same time by means of an electronic circuit for manipulating the alternating signal with two parallel channels, one dedicated to the extraction of the true RMS value and the other reserved for detecting sudden interruptions in the passage of current, so as to make a connection feasible with suitable power supply interception devices and / or organs responsible for activating alarm signals.

5) Microammeter according to the preceding claims for which the current detector circuit acts on the terminal stage of the parallel circuit for extracting the effective value, making both information available on a single pair of terminals.