RU2156981C1

RU2156981C1 - Portable meter of heavy direct currents

Info

Publication number: RU2156981C1
Application number: RU99124634A
Authority: RU
Inventors: М.К. Казаков; Г.В. Джикаев
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: electric instruments. SUBSTANCE: goal of invention is achieved by introduced voltage-to-frequency converter. Analog signal, which is output by Rogovsky coil, is sent to said converter, where it is converted into frequency of pulses, which are added by means of counter. EFFECT: increased precision of measurements. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к намерениям больших постоянных токов. The invention relates to electrical engineering, in particular to the intentions of large constant currents.

Известны переносные электромагнитные измерительные преобразователи тока для измерения без разрыва электрической цепи клещеобразного типа (см. Андреев Ю. А. , Абрамзон Г.В. Преобразователи тока для измерений без разрыва цепи. -Л.: Энергия, 1979. -С. 107). Основными недостатками клещевых преобразователей являются значительные погрешности измерения (2...5%) и невысокий предел измерения (до 5 кА). Known portable electromagnetic measuring current transducers for measuring without breaking the electrical circuit of the tick-shaped type (see Andreev Yu. A., Abramzon GV Current transducers for measurements without breaking the circuit. -L .: Energy, 1979. -P. 107). The main disadvantages of tick-borne transducers are significant measurement errors (2 ... 5%) and a low measurement limit (up to 5 kA).

Наиболее близким устройством того же назначения является переносной измеритель больших постоянных токов, содержащий пояс Роговского в виде обмотки, расположенной на разъемном неферромагнитном каркасе, причем первый зажим пояса Роговского соединен с нулевой шиной; масштабный усилитель, вход которого соединен со вторым зажимом пояса Роговского; аналоговый инвертор, подсоединенный к выходу масштабного усилителя; компаратор; четыре электронных ключа, причем входы управления первого и третьего электронных ключей соединены с выходом компаратора непосредственно, а входы управления второго и четвертого электронных ключей соединены с выходом компаратора через логический инвертор; соединенные последовательно счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор; саморазмыкающуюся кнопку сброса показаний, подсоединенную к зажиму сброса информации счетчика импульсов (см. патент РФ 2131128, кл. G 01 R 19/00). Такое устройство принято за прототип. The closest device for the same purpose is a portable high constant current meter containing Rogowski belt in the form of a winding located on a detachable non-ferromagnetic frame, the first clip of the Rogowski belt connected to a zero bus; a large-scale amplifier, the input of which is connected to the second clamp of the Rogowski belt; an analog inverter connected to the output of a large-scale amplifier; Comparator four electronic keys, and the control inputs of the first and third electronic keys are directly connected to the output of the comparator, and the control inputs of the second and fourth electronic keys are connected to the output of the comparator through a logical inverter; pulse counter, decoder and digital indicator connected in series; a self-opening reset button connected to the reset terminal of the pulse counter information (see RF patent 2131128, class G 01 R 19/00). Such a device is taken as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании прототипа, относится необходимость оптимального выбора частоты дискретизации, определяемой коэффициентом деления делителя частоты импульсов, входящего в состав прототипа. При изменении времени измерения необходимо менять эту частоту, что усложняет процесс измерения тока и может привести к снижению точности измерения. Изменение времени измерения может иметь место, например, при переходе к другим пределам измерения тока. The reasons that impede the achievement of the specified technical result when using the prototype include the need for an optimal choice of sampling frequency, determined by the division ratio of the pulse frequency divider, which is part of the prototype. When changing the measurement time, it is necessary to change this frequency, which complicates the process of measuring current and can lead to a decrease in the measurement accuracy. A change in the measurement time can take place, for example, when moving to other current measurement limits.

Сущность изобретения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности работы измерителя. The invention consists in the desire to obtain a technical result, which consists in increasing the accuracy of the meter.

Технический результат, который может быть получен при этом, заключается в возможности использования измерителя в качестве образцового, что даст возможность производить поверку стационарных измерителей тока на месте эксплуатации без их демонтажа. The technical result that can be obtained in this case consists in the possibility of using the meter as an exemplary one, which will make it possible to verify stationary current meters at the place of operation without dismantling them.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном переносном измерителе больших постоянных токов, содержащем пояс Роговского в виде обмотки, расположенной на разъемном неферромагнитном каркасе, причем первый зажим пояса Роговского соединен с нулевой шиной; масштабный усилитель, вход которого соединен со вторым зажимом пояса Роговского; аналоговый инвертор, подсоединенный к выходу масштабного усилителя; компаратор; четыре электронных ключа, причем входы управления первого и третьего электронных ключей соединены с выходом компаратора непосредственно, а входы управления второго и четвертого электронных ключей соединены с выходом компаратора через логический инвертор; соединенные последовательно счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор; саморазмыкающуюся кнопку сброса показаний, подсоединенную к зажиму сброса информации счетчика импульсов, особенность заключается в том, что в устройство введен преобразователь напряжение - частота, причем его вход через первый электронный ключ соединен с выходом масштабного усилителя, а через второй электронный ключ - с выходом аналогового инвертора, выход преобразователя напряжение - частота через третий электронный ключ подключен к суммирующему входу счетчика импульсов, а через четвертый электронный ключ - к вычитающему входу счетчика импульсов, а также тем, что неинвертирующий вход компаратора соединен с выходом масштабного усилителя, а инвертирующий вход заземлен. The specified technical result is achieved by the fact that in the known portable meter of large constant currents containing the Rogowski belt in the form of a winding located on a detachable non-ferromagnetic frame, the first clamp of the Rogowski belt is connected to the zero bus; a large-scale amplifier, the input of which is connected to the second clamp of the Rogowski belt; an analog inverter connected to the output of a large-scale amplifier; Comparator four electronic keys, and the control inputs of the first and third electronic keys are directly connected to the output of the comparator, and the control inputs of the second and fourth electronic keys are connected to the output of the comparator through a logical inverter; pulse counter, decoder and digital indicator connected in series; a self-extracting reset button connected to a pulse counter information reset terminal, a feature is that a voltage-to-frequency converter is inserted into the device, and its input through the first electronic key is connected to the output of the scale amplifier, and through the second electronic key to the output of the analog inverter , the output of the voltage-frequency converter through the third electronic key is connected to the summing input of the pulse counter, and through the fourth electronic key is connected to the subtracting input of the counter pulses, as well as the fact that the non-inverting input of the comparator is connected to the output of a large-scale amplifier, and the inverting input is grounded.

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

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

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - каркас пояса Роговского. In FIG. 1 shows a diagram of a device; in FIG. 2 - frame of the Rogowski belt.

Устройство содержит обмотку 1 (пояс Роговского), намотанную равномерно на неферромагнитный разъемный каркас 1а с откидывающейся стороной 1б (фиг. 2). Один вывод обмотки 1 заземлен, а другой подсоединен к входу масштабного усилителя 2, выход которого соединен с входом аналогового инвертора 3 и с неинвертирующим входом компаратора 4, инвертирувщий вход которого заземлен. Выход масштабного усилителя 3 через первый электронный ключ 5 подсоединен к входу преобразователя напряжение - частота (ПНЧ) 6, который через второй электронный ключ 7 соединен с выходом аналогового инвертора 3. Выход компаратора 4 соединен с входом управления первого ключа 5 непосредственно, а с входом управления второго ключа 7 - через логический инвертор 8. Выход преобразователя напряжение - частота 6 через третий электронный ключ 9 подключен к суммирующему входу счетчика импульсов 10 и через четвертый электронный ключ 11 - к вычитающему входу счетчика 10. Выход компаратора 4 соединен с входом управления третьего ключа 9 непосредственно, а с входом управления четвертого ключа 11 - через логический инвертор 8. Выход счетчика 10 через дешифратор 12 соединен с цифровым индикатором 13. Положительный зажим (+) источника питания через саморазмыкающуюся кнопку 14 соединен с зажимом сброса показаний счетчика импульсов 10. The device comprises a winding 1 (Rogowski belt), wound evenly on a non-ferromagnetic detachable frame 1a with a reclining side 1b (Fig. 2). One output of winding 1 is grounded, and the other is connected to the input of a large-scale amplifier 2, the output of which is connected to the input of the analog inverter 3 and to the non-inverting input of the comparator 4, the inverting input of which is grounded. The output of the large-scale amplifier 3 through the first electronic switch 5 is connected to the input of the voltage-frequency converter (IF) 6, which through the second electronic switch 7 is connected to the output of the analog inverter 3. The output of the comparator 4 is connected directly to the control input of the first switch 5, and to the control input the second key 7 through a logical inverter 8. The output of the voltage-frequency converter 6 through the third electronic key 9 is connected to the summing input of the pulse counter 10 and through the fourth electronic key 11 to the subtracting input counter 10. The output of the comparator 4 is connected directly to the control input of the third key 9, and to the control input of the fourth key 11 through a logical inverter 8. The output of the counter 10 through a decoder 12 is connected to a digital indicator 13. The positive terminal (+) of the power supply through a self-opening button 14 is connected to the reset terminal of the pulse counter 10.

В динамике устройство работает следующим образом. In dynamics, the device operates as follows.

При замкнутом каркасе 1а пояс Роговского подносится к объекту измерения (шинам постоянного тока). Нажатием самоpазмыкающейся кнопки 14 сбрасывается возможная информация в счетчике 10. Далее производится охват шин при помощи размыкания разъемного каркаса 1а (откидывания стороны 1б) с последующим замыканием этого каркаса. Во время движения в обмотке 1 наводится ЭДС от магнитного поля измеряемого тока:
e(t) = -I[dM(t)/dt], (1)
где I - измеряемый ток; M(t) - взаимная индуктивность между токопроводом и поясом.With the frame 1a closed, the Rogowski belt is brought up to the measurement object (DC buses). By pressing the self-opening button 14, possible information is reset in the counter 10. Next, the tires are covered by opening the split frame 1a (tilting side 1b) and then closing this frame. During movement in the winding 1, the EMF from the magnetic field of the measured current is induced:
e (t) = -I [dM (t) / dt], (1)
where I is the measured current; M (t) is the mutual inductance between the current lead and the belt.

Сигнал с пояса 1 в виде ЭДС (1) поступает на вход масштабного усилителя 2, выходное напряжение u(t) которого (при положительной полярности) через первый ключ 5 поступает на вход ПНЧ 6. На выходе ПНЧ 6 частота импульсов f_k в момент времени t_k прямо пропорциональна значению напряжения u_k=u(t_k) в этот момент времени. Импульсы с выхода ПНЧ 6 через третий ключ 9 поступают на суммирующий вход счетчика 10. В процессе измерения напряжение u(t) может меняться по произвольному закону, в том числе в некоторые моменты может иметь и отрицательные значения. Знак напряжения u(t) определяется с помощью компаратора 4. При отрицательном значении этого напряжения оно инвертируется с помощью аналогового инвертора 3, а замыкаются второй 7 и четвертый 11 ключи благодаря логическому инвертору 8, поэтому импульсы с выхода ПНЧ 6 поступают на вычитающий вход счетчика 10.The signal from belt 1 in the form of an EMF (1) is fed to the input of a large-scale amplifier 2, the output voltage u (t) of which (with positive polarity) is fed through the first switch 5 to the input of the VFF 6. At the output of the VFM 6, the pulse frequency f _k at time t _{k is} directly proportional to the voltage value u _k = u (t _k ) at this point in time. The pulses from the output of the IF 6 through the third switch 9 are fed to the summing input of the counter 10. During the measurement, the voltage u (t) can change according to an arbitrary law, including some values that can also have negative values. The sign of the voltage u (t) is determined using the comparator 4. With a negative value of this voltage, it is inverted using an analog inverter 3, and the second 7 and fourth 11 switches are closed due to the logical inverter 8, so the pulses from the output of the IF 6 are fed to the subtracting input of the counter 10 .

Таким образом, операция суммирования импульсов за время измерения будет производиться вместо операции интегрирования напряжения u(t). В итоге количество импульсов n за время измерения будет нести информацию о токе:
I = K_n/M_max, (2)
где K - коэффициент пропорциональности; M_max - максимальное значение взаимной индуктивности в момент полного охвата токопровода.Thus, the operation of summing the pulses during the measurement will be performed instead of the operation of integrating the voltage u (t). As a result, the number of pulses n during the measurement will carry information about the current:
I = K _n / M _max , (2)
where K is the coefficient of proportionality; M _max - the maximum value of the mutual inductance at the moment of full coverage of the current lead.

Далее сигнал с выхода счетчика 10 через дешифратор 12 подается на индикатор 13. Next, the signal from the output of the counter 10 through the decoder 12 is fed to the indicator 13.

В предложенном устройстве нет необходимости, в отличие от прототипа, выбирать частоту выборок (частоту дискретизации) аналогового напряжения на выходе масштабного усилителя 3, что позволит повысить точность измерения тока. In the proposed device there is no need, unlike the prototype, to select the sampling frequency (sampling rate) of the analog voltage at the output of the scale amplifier 3, which will improve the accuracy of current measurement.

В качестве масштабного усилителя 2 и аналогового инвертора 3 могут быть использованы известные устройства: соответственно неинвертирующий и инвертирующий усилители, собранные на основе операционных усилителей. Преобразователь напряжение - частота 6 может быть собран по известным по литературным источникам схемам (см., например, Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -Л.: Энергоатомиздат, 1988.-С. 269-276). Known devices can be used as a large-scale amplifier 2 and analog inverter 3: non-inverting and inverting amplifiers, assembled on the basis of operational amplifiers, respectively. The voltage-frequency converter 6 can be assembled according to well-known literature schemes (see, for example, B. Gutnikov. Integrated electronics in measuring devices. -L.: Energoatomizdat, 1988.- P. 269-276).

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

Claims

A portable high constant current meter containing Rogowski coil in the form of a winding located on a detachable non-ferromagnetic frame, the first clamp of the Rogowski coil connected to the zero bus, a large-scale amplifier, the input of which is connected to the second clamp of the Rogowski coil, an analog inverter connected to the output of the scale amplifier a comparator, four electronic keys, and the control inputs of the first and third electronic keys are directly connected to the output of the comparator, and the control inputs of the second and even The grated electronic keys are connected to the output of the comparator via a logic inverter, a pulse counter, a decoder and a digital indicator connected in series, a self-opening reset button connected to a pulse counter information reset terminal, characterized in that a voltage-frequency converter is inserted into the device, and its input through the first electronic key is connected to the output of a large-scale amplifier, and through the second electronic key is connected to the output of an analog inverter, the output of the voltage converter frequency through the third electronic key is connected to the summing input of the pulse counter, and through the fourth electronic key to the subtracting input of the pulse counter, as well as the fact that the non-inverting input of the comparator is connected to the output of the scale amplifier, and the inverting input is grounded.