RU179457U1

RU179457U1 - AMMETER

Info

Publication number: RU179457U1
Application number: RU2017142455U
Authority: RU
Inventors: Герман Викторович Гофман; Юрий Сергеевич Мальцев; Виктор Дмитриевич Шевченко
Original assignee: Герман Викторович Гофман; Юрий Сергеевич Мальцев; Виктор Дмитриевич Шевченко
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2018-05-15

Abstract

Полезная модель относится к области измерения электрических величин, в частности к амперметрам, предназначенным для измерения силы переменного тока, питание электронных схем которых осуществляется от источника измеряемого тока.Амперметр переменного тока содержит схему измерения, схему отображения, вход которой подключен к выходу схемы измерения, схему источника питания, выход которой соединен с шинами питания схемы отображения, трансформатор тока, вторичная обмотка которого подключена к входу схемы источника питания.Амперметр отличается тем, что он содержит дополнительный трансформатор тока, вторичная обмотка которого соединена с входом схемы измерения, первичные обмотки трансформатора тока и дополнительного трансформатора тока соединены последовательно и служат входом амперметра, причем схема измерения выполнена в виде преобразователя силы переменного тока в напряжение постоянного тока.Технический результат, получаемый при реализации заявленного технического решения, заключается в снижении мощности, потребляемой амперметром от источника измеряемого тока.3 ил.The utility model relates to the field of measuring electrical quantities, in particular, to ammeters designed to measure AC current, the electronic circuits of which are supplied from the source of the measured current. The AC ammeter contains a measurement circuit, a display circuit, the input of which is connected to the output of the measurement circuit, circuit a power source, the output of which is connected to the power buses of the display circuit, a current transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the power supply circuit. It consists in the fact that it contains an additional current transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the measurement circuit, the primary windings of the current transformer and the additional current transformer are connected in series and serve as the input of the ammeter, moreover, the measurement circuit is made in the form of an AC current to DC voltage converter. the result obtained by the implementation of the claimed technical solution is to reduce the power consumed by the ammeter from the source of the measured current.3 silt.

Description

Полезная модель относится к области измерения электрических величин, в частности к амперметрам, предназначенным для измерения силы переменного тока.The utility model relates to the field of measuring electrical quantities, in particular, to ammeters designed to measure AC current.

Широко распространены подобного рода амперметры, например, электромагнитной системы, содержащие подвижный измерительный механизм со стрелочным указателем и шкалой, по которой производится отсчет значения измеряемого тока, см. например, Арутюнов В.О. Расчет и конструирование электроизмерительных приборов, Госэнергоиздат, М-Л, 1956, с. 389-398, рис. 9-5.Ammeters of this kind are widespread, for example, of an electromagnetic system, containing a movable measuring mechanism with an arrow pointer and a scale by which the value of the measured current is counted, see, for example, Arutyunov V.O. Calculation and design of electrical meters, Gosenergoizdat, ML, 1956, p. 389-398, fig. 9-5.

Подвижный измерительный механизм в этом аналоге выполняет ту же функцию, что и схема измерения в предложенной полезной модели, а стрелочный указатель со шкалой выполняет функцию схемы отображения в заявленном амперметре.A movable measuring mechanism in this analogue performs the same function as the measuring circuit in the proposed utility model, and a pointer with a scale performs the function of a display circuit in the claimed ammeter.

Достоинства таких приборов состоят в простоте конструкции и дешевизне, а также в том, что такие приборы приводятся в действие непосредственно измеряемым током и не требуют внешнего источника питания.The advantages of such devices are the simplicity of design and low cost, as well as the fact that such devices are driven directly by measured current and do not require an external power source.

Недостатки такого рода приборов состоят в том, что они имеют низкую точность измерения тока, длительная эволюция аналоговых (стрелочных) приборов позволила достичь точности измерения применительно к щитовым (панельным) приборам порядка 1.5%.The disadvantages of this kind of devices are that they have low accuracy in measuring current; the long evolution of analog (pointer) devices has allowed to achieve measurement accuracy with respect to panel (panel) devices of about 1.5%.

Дальнейшее повышение точности измерения было достигнуто применением электронных приборов с цифровым отсчетом, для которых обычной точностью являются значения (0.5-0.05) %. Такие цифровые амперметры содержат на входе измерительный преобразователь переменного тока в напряжение постоянного тока, которое поступает на вход аналого-цифрового преобразователя и отображается на цифровом индикаторе, см. патент США №4157501, кл. G01R 15/12, G01R 19/22, опубликован 5.06.1979 г.A further increase in the measurement accuracy was achieved by the use of electronic devices with digital readout, for which values (0.5-0.05)% are usual accuracy. Such digital ammeters contain an input measuring transducer of alternating current to direct current voltage, which is fed to the input of an analog-to-digital converter and displayed on a digital indicator, see US patent No. 4157501, class. G01R 15/12, G01R 19/22, published June 5, 1979

Этот аналог, как и заявленный амперметр, содержит измерительный преобразователь и схему отображения, включающую в себя аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор (дисплей).This analogue, like the claimed ammeter, contains a measuring transducer and a display circuit including an analog-to-digital converter and a digital indicator (display).

Достоинства таких приборов состоят как в высокой точности измерения, так и в повышенной дальности отсчета показаний за счет применения цифровых индикаторов с соответствующими размерами цифр (знаков).The advantages of such devices are both high measurement accuracy and an increased reading range due to the use of digital indicators with the corresponding sizes of numbers (characters).

Недостатки таких приборов связаны с тем, что для их нормального функционирования необходим внешний источник питания в виде электрической сети переменного тока, или необходим источник питания постоянного тока (аккумулятор или батарея). Эти недостатки приводят не только к увеличению габаритов приборов и к их удорожанию, но главный недостаток состоит в том, что для надежной работы приборов необходимо обеспечить бесперебойное электропитание приборов. Поэтому на электростанциях, на электросетевых предприятиях создаются источники оперативного питания, представляющие собой сложные электротехнические устройства, обеспечивающие надежное бесперебойное энергоснабжение контрольно-измерительной аппаратуры и аппаратуры автоматики. Требования к источникам оперативного питания включают в себя такие специфические нормы как устойчивость к провалам и перерывам питающего напряжения, к выбросам напряжения, а также устойчивость к воздействию различного рода электромагнитных помех.The disadvantages of such devices are related to the fact that for their normal operation an external power source is needed in the form of an alternating current electric network, or a direct current power source (battery or battery) is required. These shortcomings not only lead to an increase in the dimensions of the devices and to their cost, but the main disadvantage is that for reliable operation of the devices it is necessary to ensure uninterrupted power supply to the devices. Therefore, at power plants and electric grid enterprises, operational power sources are created, which are complex electrical devices that provide reliable uninterrupted power supply to instrumentation and automation equipment. The requirements for operational power sources include such specific standards as resistance to dips and interruptions in the supply voltage, to voltage surges, as well as resistance to various kinds of electromagnetic interference.

Все это приводит к существенному удорожанию контрольно-измерительной аппаратуры и, тем самым, ограничивает возможности по замене стрелочных приборов на более точные и с большими функциональными возможностями электронные приборы, которым требуется оперативное питание.All this leads to a significant increase in the cost of instrumentation and, thereby, limits the ability to replace the pointer devices with more accurate and with great functionality electronic devices that require operational power.

Наиболее близким аналогом к заявленному является амперметр переменного тока, питание электронных схем которого производится от источника измеряемого тока (self-powered - самопитаемый амперметр), см. патент США №4422039, кл. G01R 19/22, опубликован 20.12.1983 г.The closest analogue to the claimed one is an ammeter of alternating current, the power of electronic circuits of which is produced from a measured current source (self-powered - a self-feeding ammeter), see US patent No. 4422039, cl. G01R 19/22, published December 20, 1983

Ближайший аналог содержит измерительный резистор, предназначенный для преобразования измеряемого тока в напряжение переменного тока, схему измерения, реагирующую на напряжение переменного тока на измерительном резисторе и формирующую на выходе напряжение постоянного тока, пропорциональное величине измеряемого переменного тока, а также схему отображения, реагирующую на упомянутое напряжение постоянного тока и визуально отображающую (индицирующую) значение измеряемого переменного тока.The closest analogue contains a measuring resistor designed to convert the measured current to alternating current voltage, a measuring circuit that responds to alternating current voltage at the measuring resistor and generates a DC voltage proportional to the measured alternating current, as well as a display circuit that responds to the voltage direct current and visually displaying (indicating) the value of the measured alternating current.

Кроме того, аналог содержит трансформатор тока, первичная обмотка которого через измерительный резистор соединена с входом амперметра, а также схему источника питания, вход которой соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока, на выходе схемы источника питания формируется стабилизированное напряжение постоянного тока, которое используется для питания схемы измерения и схемы отображения.In addition, the analogue contains a current transformer, the primary winding of which is connected to the input of the ammeter through a measuring resistor, as well as a power supply circuit, the input of which is connected to the secondary winding of the current transformer, and a stabilized DC voltage is generated at the output of the power supply circuit, which is used to power the circuit measurements and display schemes.

Ближайший аналог содержит общие признаки с заявленным амперметром -наличие схемы измерения, схемы источника питания, схемы отображения, трансформатора тока, вторичная обмотка которого подключена к входу схемы источника питания, выход источника питания соединен с шинами питания схемы отображения, выход схемы измерения подключен к входу схемы отображения.The closest analogue contains common features with the declared ammeter - the presence of a measurement circuit, a power supply circuit, a display circuit, a current transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the power supply circuit, the output of the power source is connected to the power buses of the display circuit, the output of the measurement circuit is connected to the circuit input display.

Признаки аналога, не совпадающие с заявленным амперметром.Signs of an analogue that do not coincide with the declared ammeter.

Схема измерения выполнена в виде преобразователя напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока и содержит последовательно соединенные усилитель, выпрямитель и сглаживающий фильтр, выход которого служит выходом схемы измерения. Вход усилителя служит входом схемы измерения и подключен к измерительному резистору, который через первичную обмотку трансформатора тока подключен к источнику измеряемого сигнала. Выход схемы источника питания соединен с цепями питания схемы измерения.The measurement circuit is made in the form of an AC voltage to DC voltage converter and contains a series-connected amplifier, a rectifier, and a smoothing filter, the output of which serves as the output of the measurement circuit. The input of the amplifier serves as the input to the measurement circuit and is connected to a measuring resistor, which is connected to the source of the measured signal through the primary winding of the current transformer. The output of the power supply circuit is connected to the power circuits of the measurement circuit.

Амперметр (аналог) работает следующим образом.Ammeter (analog) works as follows.

Измеряемый переменный ток поступает на последовательно соединенные измерительный резистор и первичную обмотку трансформатора тока. Измеряемый ток, протекающий по измерительному резистору, преобразуется измерительным резистором в напряжение переменного тока. Это напряжение переменного тока поступает на вход схемы измерения, усиливается усилителем, выпрямляется выпрямителем, сглаживается сглаживающим фильтром, далее в виде напряжения постоянного тока, пропорционального значению измеряемого переменного тока, поступает на вход схемы отображения, где преобразуется в цифровой код и отображается в виде цифрового значения на дисплее. Схема измерения в аналоге выполнена в виде преобразователя напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.The measured alternating current enters the series-connected measuring resistor and the primary winding of the current transformer. The measured current flowing through the measuring resistor is converted by the measuring resistor into AC voltage. This AC voltage is supplied to the input of the measurement circuit, amplified by an amplifier, rectified by a rectifier, smoothed by a smoothing filter, then in the form of a DC voltage proportional to the measured AC current, it is fed to the input of the display circuit, where it is converted into a digital code and displayed as a digital value on the display. The measurement circuit in the analogue is made in the form of an AC voltage to DC voltage converter.

Одновременно измеряемый переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора тока, с вторичной обмотки которого сигнал переменного тока поступает на вход схемы источника питания, где выпрямляется выпрямителем. Выпрямленный постоянный ток заряжает конденсатор, напряжение с которого через регулятор напряжения поступает на выход схемы источника питания и далее на цепи питания схемы измерения и цепи питания схемы отображения.At the same time, the measured alternating current is supplied to the primary winding of the current transformer, from the secondary winding of which the AC signal is fed to the input of the power supply circuit, where it is rectified. The rectified direct current charges the capacitor, the voltage from which is supplied through the voltage regulator to the output of the power supply circuit and then to the power circuit of the measurement circuit and the power circuit of the display circuit.

Таким образом, обеспечивается питание электронных элементов амперметра от источника измеряемого сигнала.Thus, the power supply of the electronic elements of the ammeter from the source of the measured signal is provided.

Недостатки ближайшего аналога состоят в следующем.The disadvantages of the closest analogue are as follows.

Применение измерительного резистора для преобразования силы измеряемого переменного тока в напряжение переменного тока, с последующим усилением сигнала, снимаемого с указанного резистора, увеличивает мощность, потребляемую от измеряемого сигнала. Это связано с тем, что на измерительном резисторе рассеивается некоторая мощность, и усилитель, необходимый для усиления сигнала, снимаемого с измерительного резистора, также потребляет некоторую мощность от источника питания.The use of a measuring resistor to convert the measured AC current to AC voltage, followed by amplification of the signal taken from the specified resistor, increases the power consumed from the measured signal. This is due to the fact that some power is dissipated on the measuring resistor, and the amplifier needed to amplify the signal taken from the measuring resistor also consumes some power from the power source.

Недостатки аналога наиболее полно проявляются при необходимости создания амперметра, измеряющие значительные по величине токи - 100 и более ампер. Так как мощность, рассеиваемая на измерительном резисторе, пропорциональна квадрату протекающего через него тока, то увеличение тока, приводит к разогреву измерительного резистора. Это, в свою очередь, вызывает необходимость в увеличении размеров измерительного резистора и заставляет принимать меры по отводу тепла из корпуса прибора. В конечном счете, увеличиваются габариты прибора, усложняется его конструкция и стоимость прибора.The disadvantages of the analogue are most fully manifested when it is necessary to create an ammeter, measuring significant currents of 100 amperes or more. Since the power dissipated on the measuring resistor is proportional to the square of the current flowing through it, an increase in current leads to the heating of the measuring resistor. This, in turn, necessitates an increase in the size of the measuring resistor and makes it necessary to take measures to remove heat from the body of the device. Ultimately, the dimensions of the device increase, its design and the cost of the device become more complicated.

Целью настоящей полезной модели является снижение мощности, потребляемой амперметром от измеряемого сигнала.The purpose of this utility model is to reduce the power consumed by the ammeter from the measured signal.

Поставленная цель достигается в полезной модели тем, что амперметр переменного тока, включающий в себя схему измерения, схему отображения, вход которой соединен с выходом схемы измерения, схему источника питания, выход которой соединен с шинами питания схемы отображения, а также трансформатор тока, вторичная обмотка которого подключена к входу схемы источника питания, дополнительно снабжен вторым трансформатором тока, вторичная обмотка которого соединена с входом схемы измерения, первичные обмотки первого и второго трансформаторов тока соединены последовательно и служат входом амперметры, причем схема измерения выполнена в виде преобразователя силы переменного тока в напряжение постоянного тока.The goal is achieved in a utility model by the fact that an alternating current ammeter, including a measurement circuit, a display circuit, the input of which is connected to the output of the measurement circuit, a power source circuit, the output of which is connected to the power buses of the display circuit, as well as a current transformer, a secondary winding which is connected to the input of the power supply circuit, is additionally equipped with a second current transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the measurement circuit, the primary windings of the first and second transformers and connected in series and are input ammeters, wherein the measurement circuit is designed as a converter AC power into a DC voltage.

Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков полезной модели, является снижение мощности, потребляемой амперметром от источника измеряемого сигнала. Сущность полезной модели поясняется чертежами.The technical result achieved by the given set of features of a utility model is to reduce the power consumed by the ammeter from the source of the measured signal. The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана схема предложенного амперметра.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed ammeter.

На фиг. 2 приведен возможный вариант выполнения схемы измерения амперметра.In FIG. Figure 2 shows a possible embodiment of an ammeter measurement circuit.

На фиг. 3 показан другой возможный вариант выполнения схемы измерения амперметра.In FIG. 3 shows another possible embodiment of an ammeter measurement circuit.

Предложенный амперметр содержит трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2 (см. фиг. 1), первичные обмотки которых включены последовательно и служат входом 3 амперметра. Кроме того, амперметр включает в себя схему измерения 4, схему отображения 5, схему источника питания 6.The proposed ammeter contains current transformers TT1 and TT2 (see Fig. 1), the primary windings of which are connected in series and serve as input 3 of the ammeter. In addition, the ammeter includes a measurement circuit 4, a display circuit 5, a power supply circuit 6.

Вторичная обмотка трансформатора тока ТТ1 соединена с входом схемы измерения 4, выход которой подключены к измерительному входу схемы отображения 5.The secondary winding of the current transformer TT1 is connected to the input of the measurement circuit 4, the output of which is connected to the measuring input of the display circuit 5.

Вторичная обмотка трансформатора тока ТТ2 подключена к входу схемы источника питания 6, выход схемы источника питания 6 соединен с соответствующими шинами питания схемы отображения 5.The secondary winding of the current transformer TT2 is connected to the input of the power supply circuit 6, the output of the power supply circuit 6 is connected to the corresponding power buses of the display circuit 5.

Схема измерения 4, в отличие от схемы измерения в аналоге, выполняет функцию преобразования силы переменного тока в напряжение постоянного тока (в аналоге схема измерения выполняет функцию преобразования напряжения переменного тока в напряжении е постоянного тока).Measurement circuit 4, in contrast to the measurement circuit in the analogue, performs the function of converting AC current to DC voltage (in analogue, the measurement circuit performs the function of converting AC voltage to DC voltage e).

Схема отображения 5, как и в аналоге, выполняет функцию преобразования напряжения постоянного тока, поступающего с выхода схемы измерения, в цифровой код, значение которого отображается на дисплее, входящем в состав схемы отображения.The display circuit 5, as in the analogue, performs the function of converting the DC voltage from the output of the measurement circuit into a digital code, the value of which is displayed on the display, which is part of the display circuit.

Схема источника питания 6, также как и в аналоге, представляет собой преобразователь силы переменного тока, поступающего с вторичной обмотки трансформатора тока ТТ2, в стабилизированное напряжение постоянного тока. Полученное напряжение постоянного тока используется для питания схемы отображения 5.The power supply circuit 6, as well as in the analogue, is a converter of the AC power coming from the secondary winding of the TT2 current transformer into a stabilized DC voltage. The resulting DC voltage is used to power the display circuit 5.

В качестве трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 могут быть использованы стандартные измерительные трансформаторы тока (ТТ), выполненные на тороидальных сердечниках из аморфных сплавов, например, могут быть использованы ТТ типов Т05АС, Т03-120 и др.As current transformers TT1 and TT2, standard measuring current transformers (CT) made on toroidal cores made of amorphous alloys can be used, for example, TT types T05AC, T03-120, etc. can be used.

Схема измерения 4, выполняющая функцию преобразования силы переменного тока в напряжение постоянного тока, может быть выполнена согласно фиг. 2.Measurement circuit 4, which performs the function of converting AC power to DC voltage, can be performed according to FIG. 2.

В этом варианте исполнения схема измерения содержит двухполупериодный выпрямитель 7 мостового типа на полупроводниковых диодах. Одна диагональ моста служит входом схемы измерения 7, вторая диагональ моста служит выходом выпрямителя 7 и нагружена на конденсатор 8, выполняющий функцию преобразования силы постоянного (выпрямленного) тока в напряжение постоянного тока. Выводы конденсатора 8 служат выходом схемы измерения 4.In this embodiment, the measurement circuit comprises a half-wave rectifier 7 of a bridge type on semiconductor diodes. One diagonal of the bridge serves as the input of the measuring circuit 7, the second diagonal of the bridge serves as the output of the rectifier 7 and is loaded on the capacitor 8, which performs the function of converting the force of a direct (rectified) current into a DC voltage. The findings of the capacitor 8 serve as the output of the measurement circuit 4.

Регулируемый резистор 9 включен параллельно конденсатору 8 и служит для масштабного преобразования выходного напряжения схемы измерения 4. (для целей калибровки амперметра).An adjustable resistor 9 is connected in parallel with the capacitor 8 and is used for large-scale conversion of the output voltage of the measuring circuit 4. (for the purpose of calibrating the ammeter).

Другой возможный вариант выполнения схемы измерения 4 показан на фиг. 3 В этом варианте исполнения схема измерения 4 содержит однополупериодный выпрямитель на диоде 10, который нагружен на конденсатор 11, параллельно которому включен регулируемый резистор 12.Another possible embodiment of measurement circuit 4 is shown in FIG. 3 In this embodiment, measurement circuit 4 comprises a half-wave rectifier on diode 10, which is loaded on capacitor 11, in parallel with which an adjustable resistor 12 is connected.

Кроме того, схема измерения 4 содержит второй однополупериодный выпрямитель 13, нагруженный на конденсатор 14, параллельно которому включен регулируемый резистор 15.In addition, the measurement circuit 4 comprises a second half-wave rectifier 13 loaded on a capacitor 14, in parallel with which an adjustable resistor 15 is connected.

Входы выпрямителей 10 и 13 соединены между собой и служат одним их входных выводов схемы измерения 4. Шина 16 объединяет выводы конденсаторов 11,14 и резисторов 12,15 и служит вторым входным выводом схемы измерения 4 и общей шиной схемы измерения.The inputs of the rectifiers 10 and 13 are interconnected and serve as one of the input terminals of the measurement circuit 4. Bus 16 combines the outputs of the capacitors 11.14 and resistors 12.15 and serves as the second input terminal of the measurement circuit 4 and a common bus of the measurement circuit.

Общая точка соединения диода 10 и конденсатора 11 служит одним из выходных выводов схемы измерения 4, а общая точка соединения диода 13 и конденсатора 14 служит вторым выходным выводом схемы измерения 4.The common connection point of the diode 10 and the capacitor 11 serves as one of the output terminals of the measurement circuit 4, and the common connection point of the diode 13 and the capacitor 14 serves as the second output terminal of the measurement circuit 4.

Отличия выпрямителей 10 и 13 состоят в том, что они выполнены разнополярными, если диод 10 подключен к входному выводу схемы измерения 4 положительным электродом (анодом), то диод 13 подключен к этому же выводу отрицательным электродом (катодом).The differences between the rectifiers 10 and 13 are that they are made of different polarity, if the diode 10 is connected to the input output of the measurement circuit 4 by a positive electrode (anode), then the diode 13 is connected to the same output by a negative electrode (cathode).

По существу, элементы 10,11,12 выполняют функцию преобразования силы переменного тока в напряжение постоянного тока положительной полярности, а элементы 13,14,15 выполняют функцию преобразования силы переменного тока в напряжение постоянного тока отрицательной полярности, а шина 16 выполняет функцию общей шины схемы измерения 4, относительно которой формируются разнополярные напряжения постоянного тока.Essentially, the elements 10,11,12 perform the function of converting the AC current into a DC voltage of positive polarity, and the elements 13,14,15 perform the function of converting the AC current into a DC voltage of negative polarity, and the bus 16 performs the function of a common circuit bus measurement 4, relative to which bipolar DC voltages are formed.

Возможны и другие варианты исполнения схемы измерения 4 по известным схемам, важно лишь то, чтобы схема измерения выполняла функцию преобразования силы переменного тока в напряжение постоянного тока.There are other possible versions of the measurement circuit 4 according to known schemes, it is only important that the measurement circuit performs the function of converting the AC power to DC voltage.

Схема отображения 5, также как и в аналоге, содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выполненный в виде стандартной микросхемы, например ICL7136, включенной по схеме, рекомендуемой изготовителем микросхемы. Измерительный вход АЦП служит входом схемы отображения, выводы питания микросхемы служат шинами питания схемы отображения, а цифровые выходы АЦП соединены с дисплеем. Предпочтительно в качестве дисплея использовать жидкокристаллический индикатор (ЖК-индикатор), например, стандартный индикатор типа EDS 816, включенный по схеме, рекомендуемой изготовителем индикатора.The display circuit 5, as well as in the analogue, contains an analog-to-digital converter (ADC) made in the form of a standard microcircuit, for example, ICL7136, included in the circuit recommended by the manufacturer of the microcircuit. The ADC measuring input serves as the input to the display circuit, the microcircuit's power leads serve as the power supply lines of the display circuit, and the digital outputs of the ADC are connected to the display. It is preferable to use a liquid crystal indicator (LCD) as a display, for example, a standard indicator of the type EDS 816, turned on according to the scheme recommended by the manufacturer of the indicator.

В схеме отображения 5 могут быть использованы микросхемы АЦП других типов (ICL7106, max 7129 и др.), в качестве дисплея возможно использование не только цифровых индикаторов, но и символьных индикаторов, отображающих значения выходного кода АЦП как в виде цифровых показаний, так и в виде линейной шкалы. Для этих целей можно применить, например, символьный дисплей типа LCD 1602.Other types of ADC microcircuits (ICL7106, max 7129, etc.) can be used in display circuit 5; not only digital indicators can be used as a display, but also symbolic indicators that display the values of the ADC output code both in the form of digital readings and in a linear scale. For these purposes, you can apply, for example, a character display type LCD 1602.

Схема источника питания 6 может быть выполнена, как и в аналоге, в виде выпрямителя тока, нагруженного на конденсатор, напряжение постоянного тока на котором через стабилизатор напряжения поступает на выход схемы источника питания.The power supply circuit 6 can be performed, as in the analogue, in the form of a current rectifier loaded on a capacitor, the DC voltage on which through a voltage stabilizer is supplied to the output of the power supply circuit.

Амперметр работает следующим образом (см. фиг. 1)Ammeter works as follows (see Fig. 1)

Измеряемый сигнал в виде силы переменного тока поступает на вход 3 амперметра и далее протекает по последовательно соединенным первичным обмоткам трансформаторов ТТ1 и ТТ2. Сигнал в виде силы переменного тока с вторичной обмотки ТТ1 поступает на вход схемы измерения 4, которая формирует на выходе напряжение постоянного тока, пропорциональное силе измеряемого переменного тока на входе амперметра. Это напряжение приложено к входу схемы отображения 5. Далее это напряжение постоянного тока поступает на измерительные входы АЦП, входящего в состав схемы отображения 5, преобразуется в цифровой код, значение которого отображается на дисплее, подключенном к выходу АЦП.The measured signal in the form of AC current is fed to the input of 3 ammeters and then flows through the primary windings of transformers TT1 and TT2 connected in series. The signal in the form of an AC current from the secondary winding of TT1 is fed to the input of measurement circuit 4, which generates a DC voltage at the output proportional to the strength of the measured alternating current at the input of the ammeter. This voltage is applied to the input of the display circuit 5. Next, this DC voltage is supplied to the measuring inputs of the ADC, which is part of the display circuit 5, is converted into a digital code, the value of which is displayed on the display connected to the output of the ADC.

Одновременно сигнал в виде силы переменного тока с вторичной обмотки ТТ2 поступает на вход схемы источника питания 6, где выпрямляется и преобразуется в стабилизированное напряжение постоянного тока на выходе схемы источника питания, которое поступает на шины питания схемы отображения 6.At the same time, a signal in the form of an AC current from the secondary winding of TT2 is fed to the input of the power supply circuit 6, where it is rectified and converted to a stabilized DC voltage at the output of the power supply circuit, which is fed to the supply bus of the display circuit 6.

Работа схемы отображения 5 и схемы источника питания 6 по существу не отличается от работы этих же блоков в аналоге.The operation of the display circuit 5 and the circuit of the power supply 6 essentially does not differ from the operation of the same blocks in the analogue.

Работа амперметра в случае выполнения схемы измерения в варианте исполнения согласно фиг. 2 происходит следующим образом.The operation of the ammeter in the case of a measurement circuit in the embodiment according to FIG. 2 occurs as follows.

Измеряемый сигнал в виде силы переменного тока, поступающий вход 3 амперметра (см. фиг. 1 и фиг. 2), протекает по первичным обмоткам ТТ1 и ТТ2. Масштабированный сигнал силы переменного тока с вторичной обмотки ТТ1 поступает на вход схемы измерения 4, далее этот сигнал выпрямляется мостовым выпрямителем 7 и преобразуется в напряжение постоянного тока конденсатором 8, подключенным к выходу выпрямителя 7. Напряжение постоянного тока на конденсаторе 8 регулируется резистором 9 так, чтобы величина этого напряжения была пропорциональна значению измеряемого сигнала на входе 3 амперметра с учетом коэффициента трансформации трансформатора тока ТТ1.The measured signal in the form of AC power, the input 3 of the ammeter (see Fig. 1 and Fig. 2) flows through the primary windings TT1 and TT2. The scaled AC signal from the secondary winding TT1 is fed to the input of measurement circuit 4, then this signal is rectified by a bridge rectifier 7 and converted into a DC voltage by a capacitor 8 connected to the output of the rectifier 7. The DC voltage on the capacitor 8 is regulated by a resistor 9 so that the magnitude of this voltage was proportional to the value of the measured signal at the input of 3 ammeter taking into account the transformation coefficient of the current transformer TT1.

Далее это напряжение поступает на вход схемы отображения 5, затем на измерительный вход АЦП схемы отображения 5 и отображается (индицируется) на дисплее.Further, this voltage is supplied to the input of the display circuit 5, then to the measuring input of the ADC of the display circuit 5 and is displayed (indicated) on the display.

В варианте выполнения схемы измерения 4 в соответствие с фиг. 3 амперметр работает следующим образом.In an embodiment of measurement circuit 4 in accordance with FIG. 3 ammeter works as follows.

Измеряемый сигнал в виде силы переменного тока поступает на вход 3 амперметра (см. фиг. 1 и фиг. 3), далее протекает по первичным обмоткам ТТ1 и ТТ2. Масштабированный сигнал силы переменного с вторичной обмотки ТТ1 поступает на вход схемы измерения 4, преобразуется выпрямителем 10, конденсатором 11 и резистором 12 в напряжение постоянного тока положительной полярности (относительно общей шины 16) на одном из выходных выводов схемы измерения 4.The measured signal in the form of AC current is fed to the input 3 of the ammeter (see Fig. 1 and Fig. 3), then flows through the primary windings TT1 and TT2. The scaled signal of the AC force from the secondary winding of TT1 is fed to the input of measurement circuit 4, converted by a rectifier 10, capacitor 11, and resistor 12 into a DC voltage of positive polarity (relative to common bus 16) at one of the output terminals of measurement circuit 4.

Этот же сигнал преобразуется выпрямителем 13, конденсатором 14, резистором 15, в напряжение постоянного тока отрицательной полярности относительно общей шины 16, и далее поступает на второй выходной вывод схемы измерения 4.The same signal is converted by a rectifier 13, a capacitor 14, a resistor 15, into a DC voltage of negative polarity relative to the common bus 16, and then goes to the second output terminal of the measurement circuit 4.

Полученные разнополярные сигналы постоянного напряжения поступают на входы схемы отображения 5 и далее на измерительные входы АЦП схемы отображения, и индицируются на дисплее.The received bipolar DC voltage signals are fed to the inputs of the display circuit 5 and then to the measuring inputs of the ADC of the display circuit, and are displayed on the display.

Стандартные микросхемы АЦП (ICL7136 ,ICL7106, max7129 и др.) характеризуются тем, что в зависимости от соединения их внешних выводов согласно рекомендациям изготовителя, обладают свойством преобразования сигналов в виде напряжения постоянного тока одной полярности либо могут работать с двухполярными относительно общей шины сигналами. Это свойство стандартных микросхем АЦП и использовано в амперметре при выполнении схемы измерения 4 согласно фиг. 2 или фиг. 3.Standard ADC microcircuits (ICL7136, ICL7106, max7129, etc.) are characterized by the fact that depending on the connection of their external terminals according to the manufacturer's recommendations, they have the property of converting signals in the form of a DC voltage of the same polarity or can work with bipolar signals relative to the common bus. This is a property of standard ADC microcircuits and is used in the ammeter when performing measurement circuit 4 according to FIG. 2 or FIG. 3.

Относительно вариантов выполнения схемы измерения необходимо отметить, что эта схема может быть выполнена в других вариантах. Она может быть снабжена на выходе сглаживающим однозвенным или многозвенным RC-фильтром, регулируемый резистор на выходе схемы измерения может быть перенесен в состав схемы отображения, так как функция изменения масштаба может выполняться изменением коэффициента преобразования АЦП, и т.д.Regarding the options for implementing the measurement scheme, it should be noted that this scheme can be performed in other variants. It can be equipped with an output smoothing single-link or multi-link RC filter, an adjustable resistor at the output of the measurement circuit can be transferred to the display circuit, since the zoom function can be performed by changing the ADC conversion coefficient, etc.

С точки зрения реализации заявленного амперметра важно лишь то, что схема измерения должна выполнять функцию преобразования силы переменного тока в напряжение постоянного тока.From the point of view of implementing the claimed ammeter, it is only important that the measurement circuit should perform the function of converting the AC current to DC voltage.

Наиболее полно недостатки аналога проявляются в тех случаях, когда необходимо измерять значительные по величине токи (100 и более ампер). Как известно, величина мощности, выделяемой на измерительном резисторе, пропорциональна квадрату силы тока (I), умноженному на сопротивление (R) резистора (I² R). Поэтому увеличение измеряемого тока при использовании аналога приводит к значительному увеличению мощности, выделяемой на измерительном резисторе, что вызывает разогрев резистора и приводит к усложнению конструкции амперметра в связи с необходимостью увеличения размеров измерительного резистора, а также с необходимостью применения различного рода радиаторов для отвода тепла из корпуса прибора.The flaws of the analogue are most fully manifested in those cases when it is necessary to measure significant currents (100 amperes or more). As you know, the amount of power allocated to the measuring resistor is proportional to the square of the current strength (I) times the resistance (R) of the resistor (I ² R). Therefore, an increase in the measured current when using an analog leads to a significant increase in the power allocated to the measuring resistor, which causes the resistor to heat up and complicates the design of the ammeter due to the need to increase the size of the measuring resistor, as well as the need to use various kinds of radiators to remove heat from the case instrument.

Попытки снижения мощности, выделяемой на измерительном резисторе, путем уменьшения номинального сопротивления резистора и, соответственно, путем уменьшения падения напряжения на этом резисторе, во-первых, малоэффективны из-за квадратичной зависимости между значением измеряемого тока и выделяемой мощностью на измерительном резисторе, во-вторых, приводят к необходимости пропорционального увеличения коэффициента усиления усилителя в схеме измерения, что отрицательно сказывается на помехоустойчивости аналога, так как усилитель одинаково усиливает как полезный сигнал, так паразитные сигналы, вызванные внешними электромагнитными помехами, воздействующими на схему измерения.Attempts to reduce the power allocated to the measuring resistor by reducing the nominal resistance of the resistor and, accordingly, by reducing the voltage drop across this resistor, firstly, are ineffective due to the quadratic relationship between the measured current and the allocated power on the measuring resistor, secondly , lead to the need for a proportional increase in the gain of the amplifier in the measurement circuit, which negatively affects the noise immunity of the analog, since the amplifier is the same Ovo amplifies both the useful signal and spurious signals caused by external electromagnetic interference affecting the measurement circuit.

Таким образом, возможности снижения мощности потребления у аналога весьма ограничены.Thus, the possibilities of reducing the power consumption of the analogue are very limited.

В предложенном амперметре измеряемый сигнал приложен только к первичным обмоткам ТТ. В цепи измеряемого сигнала, в отличие от аналога, нет измерительных резисторов, предназначенных для преобразования измеряемого тока в напряжение, поэтому мощность потребления от источника сигнала ниже в сравнении с аналогом.In the proposed ammeter, the measured signal is applied only to the primary windings of the CT. In the circuit of the measured signal, unlike the analog, there are no measuring resistors designed to convert the measured current to voltage, therefore, the power consumption from the signal source is lower in comparison with the analog.

Мощность, потребляемая трансформатором тока от измеряемого сигнала (по первичной цепи ТТ), как известно, зависит от мощности, потребляемой нагрузкой вторичной обмотки ТТ и от коэффициента полезного действия (КПД) используемого трансформатора. Современные трансформаторы тока, выполненные на тороидальных магнитопроводах из нанокристаллических сплавов, характеризуются весьма малыми потерями и высоким КПД (более 90%).The power consumed by the current transformer from the measured signal (along the primary circuit of the CT), as you know, depends on the power consumed by the load of the secondary winding of the CT and the efficiency (efficiency) of the transformer used. Modern current transformers made on toroidal magnetic cores of nanocrystalline alloys are characterized by very low losses and high efficiency (more than 90%).

По изложенным причинам, мощность, потребляемая предложенным амперметром от источника измеряемого тока, практически зависит только от величины мощности, потребляемой схемой измерения от вторичной цепи ТТ, и от КПД измерительного трансформатора. При необходимости измерять большие токи (100 и более ампер) нужно только правильно выбрать измерительный ТТ на соответствующий первичный (измеряемый) ток с соответствующим коэффициентом трансформации тока. При этом амперметры, изготовленные на различные диапазоны измерения силы тока, будут иметь практически одинаковую мощность потребления от измеряемого сигнала.For the stated reasons, the power consumed by the proposed ammeter from the source of the measured current, practically depends only on the magnitude of the power consumed by the measurement circuit from the secondary circuit of the CT, and from the efficiency of the measuring transformer. If it is necessary to measure large currents (100 or more amperes), you only need to correctly select the measuring CT for the corresponding primary (measured) current with the corresponding current transformation ratio. In this case, ammeters made for different ranges of current measurement will have almost the same power consumption from the measured signal.

В предложенном амперметре, в отличие от аналога, в составе схемы измерения нет усилителя, и нет связи между выходом источника питания и схемой измерения. Это дополнительно снижает мощность, потребляемую от источника питания, который в свою очередь, подключен к цепи измеряемого сигнала.In the proposed ammeter, in contrast to the analogue, there is no amplifier in the measurement circuit and there is no connection between the output of the power source and the measurement circuit. This further reduces the power consumed from the power source, which, in turn, is connected to the circuit of the measured signal.

Экспериментально определенное значения потребляемой мощности для аналога с пределом измерения 100 А, с измерительным резистором сопротивлением 0.001 Ом равно 10 Вт.The experimentally determined value of power consumption for an analog with a measurement limit of 100 A, with a measuring resistor with a resistance of 0.001 Ohms, is 10 watts.

Для предложенного амперметра с таким же пределом измерения 100 А, с ТТ типа Т03-120 потребляемая мощность равна 0.4 Вт, т.е. заявленный амперметр потребляет от источника сигнала мощность в 25 раз меньшую в сравнении с аналогом.For the proposed ammeter with the same measuring range of 100 A, with CT type T03-120, the power consumption is 0.4 W, i.e. The claimed ammeter consumes 25 times less power from the signal source in comparison with the analogue.

Таким образом, заявленный амперметр решает задачу снижения потребляемой мощности от источника измеряемого сигнала без усложнения конструкции прибора.Thus, the claimed ammeter solves the problem of reducing power consumption from the source of the measured signal without complicating the design of the device.

Claims

An alternating current ammeter containing a measuring circuit, a display circuit, the input of which is connected to the output of the measuring circuit, a power source circuit whose output is connected to the power buses of the display circuit, a current transformer whose secondary winding is connected to the input of the power supply circuit, characterized in that it contains an additional current transformer, the secondary winding of which is connected to the input of the measurement circuit, the primary windings of the current transformer and the additional current transformer are connected in series and RAT input ammeter, wherein the measurement circuit is designed as a converter AC power into a DC voltage.