RU2024025C1

RU2024025C1 - Pulse current contactless measurement device

Info

Publication number: RU2024025C1
Authority: RU
Inventors: Р.М. Сабиров; А.В. Смирнов; В.Ф. Горняков
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Титан"
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has electromagnetic transducer, signal pre-processing unit, electronic switch, resistor, comparator, reference voltage source, electronic integrator with resistor at d.c. amplifier input and capacitor in feedback circuit, electric isolation unit, delay unit, RS flip-flop, input synchronization terminal. Electromagnetic transducer has two isolated outputs; control input of electronic switch has two insulated leads; signal pre-processing unit is essentially differential amplifier with relevant ties. EFFECT: enlarged functional capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения периодической последовательности импульсных токов с помощью бесконтактных электромагнитных датчиков (поясов Роговского). Задача неискаженного воспроизведения импульсов тока периодической последовательности постоянно возникает при измерении, настройке и анализе режимов работы импульсных СВЧ-приборов по цепям питания электродов. Параметры импульсов тока, такие как амплитуда, длительность, скважность, изменяются при этом в широких пределах. Общим для импульсов тока является то, что они однополярны, имеют форму, близкую к прямоугольной, а значение тока в паузе равно нулю. The invention relates to measuring technique and can be used to measure a periodic sequence of pulse currents using non-contact electromagnetic sensors (Rogowski belts). The problem of undistorted reproduction of current pulses of a periodic sequence constantly arises when measuring, tuning and analyzing the operating modes of pulsed microwave devices along the electrode power supply circuits. Parameters of current pulses, such as amplitude, duration, duty cycle, vary widely. Common to current pulses is that they are unipolar, have a shape close to rectangular, and the current value in the pause is zero.

Известно устройство для бесконтактного измерения импульсных токов, содержащее электромагнитный датчик, электронный интегратор с двумя конденсаторами в цепи обратной связи усилителя постоянного тока и резистором на входе усилителя, два электронных ключа, компаратор и источник стабилизированного напряжения. Его недостатками являются низкая помехозащищенность и низкая точность измерений параметров импульсов тока периодической последовательности. A device for non-contact measurement of pulsed currents containing an electromagnetic sensor, an electronic integrator with two capacitors in the feedback circuit of a DC amplifier and a resistor at the input of the amplifier, two electronic keys, a comparator and a stabilized voltage source. Its disadvantages are low noise immunity and low accuracy of measurement of parameters of current pulses of a periodic sequence.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для бесконтактного измерения амплитуды импульсных сигналов, содержащее электромагнитный преобразователь, блок предварительной обработки сигналов, электронный ключ, резистор, компаратор, источник опорного напряжения, электронный интегратор с резистором на входе усилителя постоянного тока и конденсатором в цепи обратной связи, при этом электромагнитный преобразователь изолировано установлен на токонесущей шине, включаемой в исследуемую цепь. The closest in technical essence to the claimed device is a device for non-contact measurement of the amplitude of pulse signals, selected as a prototype, comprising an electromagnetic converter, a signal preprocessing unit, an electronic switch, a resistor, a comparator, a reference voltage source, an electronic integrator with a resistor at the input of a DC amplifier and a capacitor in the feedback circuit, while the electromagnetic converter is isolated on the current-carrying bus, incl. tea in the target circuit.

Недостатками известного устройства являются низкая помехозащищенность и низкая точность измерений параметров импульсов тока периодической последовательности. Низкая помехозащищенность обусловлена отсутствием мер защиты от воздействия на вход устройства синфазных помех по общей шине. Низкая точность измерений обусловлена пребыванием интегратора в постоянно включенном состоянии (режим накопления) как во время действия измеряемых импульсов тока, так и в паузах между ними. Отсутствие возможности периодического обновления состояния интегратора путем его сброса перед каждым импульсом тока и отсутствие возможности фиксации исходного нулевого уровня интегратора в паузе приводит к накоплению ошибки в выходном сигнале интегратора, обусловленной интегрированием паразитных напряжений помех, шумов, напряжения смещения усилителя постоянного тока интегратора и т.п. The disadvantages of the known device are low noise immunity and low accuracy of measurement of parameters of current pulses of a periodic sequence. Low noise immunity due to the lack of protection against exposure to the input device common-mode interference on a common bus. Low accuracy of measurements is due to the integrator being in a constantly on state (accumulation mode) both during the action of the measured current pulses and in the pauses between them. The inability to periodically update the state of the integrator by resetting it before each current pulse and the inability to fix the initial zero level of the integrator in a pause leads to the accumulation of errors in the output signal of the integrator due to the integration of spurious interference voltages, noise, bias voltage of the integrator DC amplifier, etc. .

Дополнительность точность измерений в известном устройстве снижается из-за примененного простого однополюсного (относительно общей шины) способа управления электронным ключом, при котором с размыканием ключа имеет место просачивание части перепада управляющего импульсного сигнала из цепи управления электронным ключом в коммутируемую цепь, т.е. на выход устройства, обусловленного наличием емкостной связи управляющего электрода ключа с его контактными выводами. Эта составляющая погрешности, называемая ошибкой управления, суммируется с выходным сигналом устройства и искажает амплитуду и форму воспроизводимых импульсов. Additionality, the accuracy of measurements in the known device is reduced due to the simple single-pole (relative to the common bus) method of controlling the electronic key, in which, with the opening of the key, part of the difference in the control pulse signal from the electronic key control circuit to the switched circuit seeps, i.e. to the output of the device, due to the presence of capacitive coupling of the control electrode of the key with its contact pins. This component of the error, called the control error, is added to the output signal of the device and distorts the amplitude and shape of the reproduced pulses.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности и точности измерений за счет подавления синфазных помех, включения интегратора только на время импульса тока, устранения просачивания управляющих импульсов электронного ключа на выход интегратора, фиксации начального нулевого уровня интегратора в паузе между измеряемыми импульсами, компенсации остаточного напряжения открытого электронного ключа. The aim of the invention is to increase the noise immunity and accuracy of measurements by suppressing common mode noise, turning on the integrator only for the duration of the current pulse, eliminating the leakage of control pulses of the electronic key to the output of the integrator, fixing the initial zero level of the integrator in the pause between the measured pulses, compensating for the residual voltage of the open electronic key.

Цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения импульсных токов, содержащее электромагнитный преобразователь, блок предварительной обработки сигналов, электронный ключ, резистор, компаратор, источник опорного напряжения, электронный интегратор с резистором на входе усилителя постоянного тока и конденсатором в цепи обратной связи, выход которого является выходом устройства, при этом выход электромагнитного преобразователя подключен к входу блока предварительной обработки сигналов, выход которого подключен к входу электронного интегратора, выход источника опорного напряжения подключен к первому входу компаратора, введены блок гальванической развязки, блок задержки, RS-триггер, входная клемма синхронизации, причем электромагнитный преобразователь выполнен с двумя изолированными выводами, управляющий вход электронного ключа выполнен с двумя изолированными вводами, а блок предварительной обработки сигналов выполнен в виде разностного усилителя, входы которого подключены к выводам электромагнитного преобразователя, зашунтированным резистором, а выход соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен к входу блока задержки, выход которого соединен с R-входом RS-триггера, а S-вход которого подключен к входу синхронизации, инверсный выход RS-триггера соединен с входом блока гальванической развязки, выходы которого соединены с управляющими входами электронного ключа, контактные выводы которого подключены к выводам конденсатора в цепи обратной связи интегратора; блок гальванической развязки выполнен содержащим генератор тактовых импульсов, D-триггер, два элемента 2И-НЕ, разностный усилитель, разделительный импульсный трансформатор и двухполупериодный выпрямительный блок, выходы которого являются выходами блока гальванической развязки, а входы выпрямительного блока соединены с выводами вторичной обмотки разделительного трансформатора, первичная обмотка которого одним выводом соединена с общей шиной, а другим выводом - с выходом разностного усилителя, входы которого подключены к выходам первого и второго элементов 2И-НЕ, первые входы которых объединены и являются входом блока гальванической развязки, второй вход первого элемента 2И-НЕ подключен к прямому выходу D-триггера, а второй вход второго элемента 2И-НЕ подключен к инверсному выходу D-триггера и одновременно к его D-входу, а С-вход D-триггера соединен с выходом генератора тактовых импульсов; электронный ключ выполнен содержащим два последовательно и встречно включенных биполярных транзистора и четыре резистора, причем эмиттеры транзисторов подключены к выходам электронного ключа, базы транзисторов подключены к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых объединены, коллекторы транзисторов объединены и подключены к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, а управляющие входы электронного ключа зашунтированы четвертым резистором и подключены одним входом к общей точке первого и второго резисторов, а другим входом - к коллекторам транзисторов. The goal is achieved in that in a device for non-contact measurement of pulsed currents containing an electromagnetic converter, a signal preprocessing unit, an electronic switch, a resistor, a comparator, a reference voltage source, an electronic integrator with a resistor at the input of a DC amplifier and a capacitor in the feedback circuit, output which is the output of the device, while the output of the electromagnetic converter is connected to the input of the signal preprocessing unit, the output of which is connected to the input to the electronic integrator, the output of the reference voltage source is connected to the first input of the comparator, a galvanic isolation unit, a delay unit, an RS-trigger, a synchronization input terminal are introduced, and the electromagnetic converter is made with two isolated conclusions, the control input of the electronic key is made with two isolated inputs, and the signal preprocessing unit is made in the form of a differential amplifier, the inputs of which are connected to the terminals of the electromagnetic converter, shunted resistor m, and the output is connected to the second input of the comparator, the output of which is connected to the input of the delay unit, the output of which is connected to the R-input of the RS-trigger, and the S-input of which is connected to the synchronization input, the inverse output of the RS-trigger is connected to the input of the galvanic isolation unit the outputs of which are connected to the control inputs of the electronic key, the contact terminals of which are connected to the terminals of the capacitor in the feedback circuit of the integrator; the galvanic isolation block is made up of a clock pulse generator, a D-trigger, two 2I-NOT elements, a differential amplifier, a pulse isolation transformer and a half-wave rectifier block, the outputs of which are the outputs of the galvanic isolation block, and the inputs of the rectifier block are connected to the terminals of the secondary winding of the isolation transformer, the primary winding of which is connected to a common bus with one output, and with the output of a differential amplifier, the inputs of which are connected to the outputs of the first one of the second and second 2I-NOT elements, the first inputs of which are combined and are the input of the galvanic isolation unit, the second input of the first 2I-NOT element is connected to the direct output of the D-trigger, and the second input of the second 2I-NOT element is connected to the inverse output of the D-trigger and simultaneously to its D-input, and the C-input of the D-trigger is connected to the output of the clock; the electronic key is made up of two bipolar transistors and four resistors connected in series and counterclockwise, the emitter of transistors connected to the outputs of the electronic key, the base of the transistors connected to the first terminals of the first and second resistors, the second terminals of which are combined, the collectors of the transistors are combined and connected to the first terminal of the third resistor , the second output of which is connected to a common bus, and the control inputs of the electronic key are shunted by the fourth resistor and connected by one input to common point of the first and second resistors, and the other input to the collectors of transistors.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и связей - блока задержки, RS-триггера и блока гальванической развязки, в состав которого входят генератор тактовых импульсов, D-триггер, два элемента 2И-НЕ, разностный усилитель, импульсный трансформатор и выпрямительный блок, а в состав электронного ключа входят два биполярных транзистора и четыре резистора. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is characterized by the presence of new blocks and connections - a delay block, RS-trigger and galvanic isolation block, which includes a clock pulse generator, D-trigger, two 2I-NOT elements, a differential amplifier, a pulse transformer and a rectifier unit, and the electronic key includes two bipolar transistors and four resistors.

В качестве новых связей отметим существенные - связи RS-триггера с входом синхронизации, выхода разностного усилителя с входом компаратора, двухпроводные связи между блоками: преобразователя и разностного усилителя, электронного ключа и блока гальванической развязки. As new connections, we note significant ones - the RS-trigger connection with the synchronization input, the difference amplifier output with the comparator input, two-wire connections between the units: the converter and the differential amplifier, an electronic key and a galvanic isolation unit.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими известными техническими решениями показывает, что блок задержки, RS-триггер, D-триггер, элементы 2И-НЕ, разностный усилитель, генератор тактовых импульсов, импульсный трансформатор и выпрямительный блок, биполярные транзисторы, резисторы известны. Comparison of the proposed solution with other well-known technical solutions shows that the delay unit, RS-trigger, D-trigger, 2I-NOT elements, a differential amplifier, a clock, a pulse transformer and a rectifier, bipolar transistors, resistors are known.

Однако при их введении в указанные связи с остальными элементами в заявляемое устройство для бесконтактного измерения импульсных токов оно проявляет новые свойства, что приводит к повышению помехозащищенности и точности измерений. However, when they are introduced into the indicated connections with other elements in the inventive device for non-contact measurement of pulse currents, it exhibits new properties, which leads to increased noise immunity and accuracy of measurements.

Выполнением электромагнитного преобразователя с двумя изолированными выводами и блока предварительной обработки сигналов в виде разностного усилителя достигается подавление синфазных помех в измеряемом сигнале. Одновременно применены схема подключения и режим работы электронного ключа, при которых интегратор включается только на время импульса тока, чем обеспечивается обнуление - фиксация начального нулевого уровня интегратора в паузе между импульсами, приводящая одновременно к повышению помехозащищенности и точности измерения токов. By performing an electromagnetic converter with two isolated leads and a signal preprocessing unit in the form of a differential amplifier, common-mode interference can be suppressed in the measured signal. At the same time, the connection circuit and the electronic key operation mode were applied, in which the integrator is turned on only for the duration of the current pulse, which ensures zeroing - fixing the initial zero level of the integrator in the pause between pulses, which simultaneously leads to increased noise immunity and accuracy of current measurement.

Применением гальванической развязки (посредством разделительного импульсного трансформатора) и двухполюсного (не связанного через общую шину) управления электронным ключом достигнуто устранение просачивания управляющих импульсов электронного ключа на выход устройства (в прототипе просачивающаяся на выход устройства часть сигналов управления суммируется с выходным сигналом, снижая точность измерений). The use of galvanic isolation (by means of an isolation pulse transformer) and bipolar (not connected via a common bus) electronic key control eliminated the leakage of control pulses of the electronic key to the device output (in the prototype, some control signals leaking to the device output are summed with the output signal, reducing the accuracy of measurements) .

Электронный ключ выполнен состоящим из двух встречно и последовательно включенных биполярных транзисторов, чем обеспечивается компенсация остаточного напряжения транзисторов ключа, когда последний находится во включенном состоянии. The electronic switch is made up of two counter-current and series-connected bipolar transistors, which ensures compensation of the residual voltage of the transistors of the switch when the latter is in the on state.

Введением входа синхронизации обеспечена возможность обнуления интегратора перед приходом рабочего импульса тока, а введением связи между выходом разностного усилителя и входом компаратора обеспечено упрощение устройства за счет устранения дифференциатора (по сравнению с прототипом). By introducing the synchronization input, it is possible to reset the integrator before the arrival of a working current pulse, and by introducing the connection between the output of the difference amplifier and the comparator input, the device is simplified by eliminating the differentiator (compared to the prototype).

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для бесконтактного измерения импульсных токов; на фиг. 2 - функциональная схема блока гальванической развязки устройства; на фиг. 3 - принципиальная схема электронного ключа устройства; на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов в различных точках устройства, где а - импульсы тока в исследуемой цепи; б - выходное напряжение разностного усилителя; в - импульсы на R-входе RS-триггера; г - импульсы синхронизации; д - импульсы инверсного выхода RS-триггера; е - импульсы генератора тактовых импульсов; ж, з - импульсы на прямом и обратном выходах D-триггера; и - импульсное напряжение на выходе импульсного трансформатора; к - управляющие сигналы на входе электронного ключа. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for non-contact measurement of pulse currents; in FIG. 2 is a functional block diagram of the galvanic isolation of the device; in FIG. 3 is a schematic diagram of an electronic key of a device; in FIG. 4 - time diagrams of signals at various points of the device, where a are current pulses in the circuit under study; b - the output voltage of the differential amplifier; in - pulses at the R-input of the RS-trigger; g - synchronization pulses; d - pulses of the inverse output of the RS-trigger; e - pulses of the clock generator; g, s - pulses on the forward and reverse outputs of the D-trigger; and - pulse voltage at the output of the pulse transformer; to - control signals at the input of the electronic key.

Устройство для бесконтактного измерения импульсных токов (фиг. 1) содержит электромагнитный преобразователь 1, разностный усилитель 2, резистор 3, электронный интегратор 4 с резистором 5 на входе усилителя 6 постоянного тока и конденсатором 7 в цепи обратной связи, компаратор 8, источник 9 опорного напряжения, блок 10 задержки, RS-триггер 11, блок 12 гальванической развязки, электронный ключ 13, входную клемму 14 синхронизации. A device for non-contact measurement of pulsed currents (Fig. 1) contains an electromagnetic converter 1, a differential amplifier 2, a resistor 3, an electronic integrator 4 with a resistor 5 at the input of a DC amplifier 6 and a capacitor 7 in the feedback circuit, a comparator 8, a reference voltage source 9 , delay unit 10, RS-trigger 11, galvanic isolation unit 12, electronic key 13, synchronization input terminal 14.

Блок 12 гальванической развязки (фиг. 2) содержит генератор 15 тактовых импульсов, D-триггер 16, элементы 2И-НЕ 17 и 18, разностный усилитель 19, разделительный импульсный трансформатор 20, двухполупериодный выпрямительный блок 21. Block 12 galvanic isolation (Fig. 2) contains a clock generator 15, a D-trigger 16, elements 2I-NOT 17 and 18, a differential amplifier 19, a pulse isolation transformer 20, a half-wave rectifier block 21.

Электронный ключ 13 (фиг. 3) содержит биполярные транзисторы 22 и 23, резисторы 24-27. The electronic key 13 (Fig. 3) contains bipolar transistors 22 and 23, resistors 24-27.

Устройство работает следующим образом. Однополярные импульсы тока исследуемой цепи (фиг. 4а) воспринимаются электромагнитным преобразователем 1 и преобразуются в напряжение сложной формы, определяемое характеристиками и режимом работы преобразователя 1. The device operates as follows. Unipolar current pulses of the circuit under study (Fig. 4a) are perceived by the electromagnetic transducer 1 and converted to a complex voltage, determined by the characteristics and operating mode of the transducer 1.

В предложенном устройстве применен электромагнитный преобразователь с дифференцирующим режимом работы, в котором напряжение на выходе электромагнитного преобразователя 1 пропорционально производной измеряемого тока (в связи с чем возникает необходимость последующего интегрирования сигнала). The proposed device uses an electromagnetic converter with a differentiating mode of operation, in which the voltage at the output of the electromagnetic converter 1 is proportional to the derivative of the measured current (in connection with which there is a need for subsequent signal integration).

Выбором величины резистора 3 обеспечен критический режим работы преобразователя 1 (на границе колебательного и апериодического режимов), при котором обеспечиваются наименьшие искажения воспроизводимого сигнала (наиболее широкая полоса рабочих частот преобразователя). The choice of the value of the resistor 3 provides the critical mode of operation of the converter 1 (at the boundary of the oscillatory and aperiodic modes), which ensures the least distortion of the reproduced signal (the widest operating frequency band of the converter).

Для подавления синфазных помех электромагнитный преобразователь 1 выполнен с двумя изолированными выводами, подключенными к входам разностного усилителя 2, выходные импульсы которого показаны на фиг. 4б. Эти импульсы поступают на вход электронного интегратора 4, выходное напряжение которого пропорционально амплитуде тока исследуемой цепи и повторяет его форму. Выход электронного интегратора 4 является выходом устройства. To suppress common-mode interference, the electromagnetic converter 1 is made with two insulated terminals connected to the inputs of the difference amplifier 2, the output pulses of which are shown in FIG. 4b. These pulses are fed to the input of an electronic integrator 4, the output voltage of which is proportional to the current amplitude of the circuit under study and repeats its shape. The output of the electronic integrator 4 is the output of the device.

Одновременно выходные импульсы разностного усилителя 2 подаются на вход компаратора 8, который формирует короткие импульсы положительной полярности (при определенной полярности, например положительной, импульсов на входе устройства), совпадающие по времени со спадом измеряемого импульса тока. Эти импульсы задерживаются блоком 10 задержки на время, превышающее длительность переходного процесса в электромагнитном преобразователе 1, на спаде измеряемого импульса и поступают на R-вход RS-триггера 11 (фиг. 4в), устанавливая его по инверсному выходу в единичное состояние. At the same time, the output pulses of the differential amplifier 2 are fed to the input of the comparator 8, which generates short pulses of positive polarity (for a certain polarity, for example positive, pulses at the input of the device), coinciding in time with the decay of the measured current pulse. These pulses are delayed by the delay unit 10 for a time longer than the duration of the transient in the electromagnetic converter 1, at the decay of the measured pulse and fed to the R-input of the RS flip-flop 11 (Fig. 4c), setting it to the inverse state in a single state.

Сигнал по инверсному выходу RS-триггера 11 управляет работой блока 12 гальванической развязки, управляющие сигналы которого вызывают замыкание электронного ключа 13, шунтирующего выводы конденсатора 7 электронного интегратора 4. Это приводит к отключению интегратора 4 и фиксации нулевого уровня на его выходе, которое сохраняется до прихода очередного импульса синхронизации, подаваемого на вход 14 и поступающего на S-вход RS-триггера 11. The signal at the inverse output of the RS flip-flop 11 controls the operation of the galvanic isolation unit 12, the control signals of which cause the electronic key 13 to be closed, bypassing the terminals of the capacitor 7 of the electronic integrator 4. This leads to the shutdown of the integrator 4 and fixing the zero level at its output, which remains until the output the next synchronization pulse supplied to input 14 and fed to the S-input of the RS-trigger 11.

Импульс синхронизации должен приходить раньше очередного импульса измеряемого тока (фиг. 4г). The synchronization pulse must arrive before the next pulse of the measured current (Fig. 4d).

Импульс синхронизации устанавливает RS-триггер 11 по его инверсному выходу в нулевое состояние (фиг. 4д), запрещая работу блока 12 гальванической развязки, что приводит к отключению управляющего сигнала, размыканию электронного ключа 13 и включению интегратора 4 на время действия очередного импульса тока. The synchronization pulse sets the RS-trigger 11 on its inverse output to the zero state (Fig. 4e), prohibiting the operation of the galvanic isolation unit 12, which leads to the disconnection of the control signal, the opening of the electronic key 13 and the inclusion of the integrator 4 for the duration of the next current pulse.

Блок 12 гальванической развязки (фиг. 2) позволяет гальванически разделить цепи, коммутируемые электронным ключом 13, и цепи, управляющие работой ключа при двухполюсном (не связанном через общую шину) управлении ключом при одновременном сохранении быстродействия управляющей цепи, что устраняет просачивание управляющих импульсов электронного ключа на выход интегратора. Block 12 galvanic isolation (Fig. 2) allows you to galvanically separate the circuit switched electronic key 13, and the circuit that controls the key when bipolar (not connected via a common bus) key control while maintaining the speed of the control circuit, which eliminates the leakage of control pulses of the electronic key to the output of the integrator.

Работа блока 12 гальванической развязки происходит следующим образом. Генератор 15 тактовых импульсов вырабатывает импульсы с частотой, значительно превышающей частоту следования измеряемых импульсов тока (фиг. 4е). Импульсы генератора 15 поступают на С-вход D-триггера 16, выполняющего функции делителя частоты на два, для чего инверсный выход D-триггера соединен с его D-входом. The operation of the block 12 galvanic isolation is as follows. The generator 15 clock pulses generates pulses with a frequency significantly higher than the repetition rate of the measured current pulses (Fig. 4E). The pulses of the generator 15 are fed to the C-input of the D-flip-flop 16, which acts as a frequency divider by two, for which the inverse output of the D-flip-flop is connected to its D-input.

Импульсы с прямого и обратного выходов D-триггера 16 поступают на вторые входы элементов 2И-НЕ 17 и 18 (фиг. 4ж, з). Первые входы элементов 2И-НЕ объединены и являются входом блока 12 гальванической развязки, на который подается импульс RS-триггера 11, запрещающий работу блока 12 гальванической развязки на время действия импульса тока и блокирующий прохождение импульсов D-триггера 16 на выходы элементов 2И-НЕ 17 и 18. При отсутствии сигнала блокировки разностный усилитель 19 из разнополярных выходных импульсов элементов 2И-НЕ 17 и 18 формирует на обмотках трансформатора 20 импульсное напряжение в форме меандра (фиг. 4и), которое после его выпрямления блоком 21 (фиг. 4к) поступает на управляющие входы электронного ключа 13. The pulses from the direct and reverse outputs of the D-trigger 16 are fed to the second inputs of the elements 2I-NOT 17 and 18 (Fig. 4g, h). The first inputs of the 2I-NOT elements are combined and are the input of the galvanic isolation unit 12, to which an RS-trigger 11 pulse is supplied, which prohibits the operation of the galvanic isolation unit 12 for the duration of the current pulse and blocks the passage of D-trigger 16 pulses to the outputs of the 2I-NOT 17 elements and 18. In the absence of a blocking signal, the differential amplifier 19 from the bipolar output pulses of elements 2I-NOT 17 and 18 generates a pulse voltage in the form of a meander on the windings of the transformer 20 (Fig. 4i), which after rectification by block 21 (Fig. 4k) arrives at the control inputs of the electronic key 13.

Электронный ключ 13 (фиг. 3) позволяет компенсировать остаточное напряжение открытых транзисторов ключа за счет последовательно-встречного включения двух одинаковых транзисторов с общим управляющим напряжением, образующих в этом случае один ключ с симметричными характеристиками относительно коммутируемого напряжения. The electronic switch 13 (Fig. 3) allows you to compensate for the residual voltage of the open transistors of the switch due to the series-on switching of two identical transistors with a common control voltage, forming in this case one switch with symmetrical characteristics with respect to the switched voltage.

Управляющий сигнал подается между объединенными коллекторами и базами транзисторов 22, 23 и одновременно открывает оба транзистора. Остаточное напряжение на транзисторах 22, 23 уменьшено до незначительной величины регулировкой величины резисторов 24, 25. The control signal is supplied between the combined collectors and the bases of transistors 22, 23 and simultaneously opens both transistors. The residual voltage on the transistors 22, 23 is reduced to an insignificant amount by adjusting the value of the resistors 24, 25.

Технико-экономический эффект предлагаемого устройства состоит в повышении помехозащищенности и точности измерений за счет подавления синфазных помех, за счет фиксации начального нулевого уровня интегратора в паузе, за счет того, что интегрируется не всякий собираемый электромагнитным преобразователем заряд, а лишь заряд, обусловленный измеряемым током, за счет устранения просачивания управляющих импульсов электронного ключа на выход интегратора, а также за счет компенсации остаточного напряжения электронного ключа. The technical and economic effect of the proposed device is to increase the noise immunity and accuracy of measurements by suppressing common mode noise, by fixing the initial zero level of the integrator in a pause, due to the fact that not every charge collected by the electromagnetic converter is integrated, but only the charge due to the measured current, by eliminating the leakage of control pulses of the electronic key to the output of the integrator, as well as by compensating for the residual voltage of the electronic key.

В предложенном устройстве достигнуто существенное повышение точности при измерениях импульсных токов периодической последовательности однополярных импульсов, в том числе для низких значений скважности, за счет обеспечения весьма малого по сравнению с прототипом значения времени восстановления начального нулевого уровня интегратора путем быстрого разряда интегрирующего конденсатора и за счет устранения паразитного эффекта накопления ошибки, обусловленного в прототипе, длительным, непрерывным интегрированием паразитных напряжений помех, шумов, напряжения смещения усилителя постоянного тока интегратора и т.п. In the proposed device, a significant increase in accuracy was achieved when measuring pulsed currents of a periodic sequence of unipolar pulses, including for low duty cycle values, by providing a very small compared to the prototype value of the recovery time of the initial zero level of the integrator by quickly discharging the integrating capacitor and by eliminating spurious the effect of the accumulation of errors due to the prototype, a long, continuous integration of parasitic strains th interference noise amplifier DC offset voltage of the integrator, etc.

Claims

DEVICE FOR NON-CONTACT PULSE CURRENT MEASUREMENTS, comprising an electromagnetic converter, a signal preprocessing unit and an electronic integrator with a resistor at the input of a DC amplifier and a capacitor in the feedback circuit, the output of which is connected to the output of the device, an electronic switch, a resistor, a comparator, a reference source voltage, the output of which is connected to the first input of the comparator, characterized in that, in order to increase noise immunity, a block of isolation block, delay unit, RS-trigger, synchronization input terminal, the electromagnetic converter made with two isolated leads, the signal preprocessing unit - in the form of a differential amplifier, the inputs of which are shunted by a resistor, and the output is connected to the second input of the comparator, the output of which is connected to the input of the delay unit, the output of which is connected to the R-input of the RS-trigger, the S-input of which is connected to the input terminal of synchronization, and the inverse output is connected to the input of the galvanic isolation unit, d the output of which is connected respectively to the control inputs of the electronic key, the contact leads of which are connected to the terminals of the capacitor in the feedback circuit of the integrator, the galvanic isolation unit contains a clock generator, a D-trigger, two elements 2I - NOT, a differential amplifier, an isolation pulse transformer and a half-wave rectifier unit, the outputs of which are connected to the outputs of the unit, and the inputs - with the terminals of the secondary winding of the isolation transformer, the primary winding of which is one pin the house is connected to a common bus, and the other output - to the output of a differential amplifier, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second elements 2I - NOT, the first inputs of which are combined and connected to the input of the unit, the second input of the first element 2I - is NOT connected to direct output D -trigger, and the second input of the second element 2I is NOT connected to the D-input and the inverse output of the D-trigger, the C-input of which is connected to the output of the clock, and the electronic key contains two bipolar transistors and four resistors, and the emitters of the transistors Connected respectively to the outputs of the electronic key, the base of transistors, respectively, to the first terminals of the first and second resistors, the second terminals of which are combined, the collectors of the transistors are combined and connected to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the common bus, and the control inputs of the electronic key are shunted by the fourth resistor and are connected respectively to the common terminals of the first and second resistors and the first terminal of the third resistor.