RU216935U1

RU216935U1 - Устройство для измерений силы электрического тока

Info

Publication number: RU216935U1
Application number: RU2022126770U
Authority: RU
Inventors: Георгий Иосифович Волович; Александр Георгиевич Волович
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Челэнергоприбор"
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-03-10

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может найти применение для измерений силы электрического тока в электрических цепях и установках.

Технический результат полезной модели - повышение точности измерения силы тока и снижение трудоемкости эксплуатации устройства для измерений силы электрического тока, состоящего из измерительного блока, включающего цепь нормализации аналогового сигнала, аналого-цифрового преобразователя и цифрового вычислительного устройства, а также сменного датчика тока, присоединяемого к измерительному блоку через разъем.

Этот результат достигается тем, что в состав датчика тока включают энергонезависимое постоянное запоминающее устройство, в которое записываются параметры коррекции результатов измерения, определенные для данного датчика тока с использованием эталонных средств измерений, и эти параметры используются при расчете силы измеряемого электрического тока цифровым вычислительным устройством. 1 ил.

Description

Область техники

Уровень техники

Для измерений силы электрического тока без разрыва контролируемой цепи обычно применяют измерительные приборы, включающие измерительный блок и подключаемый к нему с помощью разъема датчик тока, выполненный на основе электромагнитного трансформатора или датчика Холла, в том числе с разъемным магнитопроводом (так называемые токоизмерительные клещи). Датчик тока содержит масштабный преобразователь тока в пропорциональное значение тока, обычно меньшей величины или в пропорциональное значение напряжения. Измерительный блок может содержать цепи нормализации аналогового сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровое вычислительное устройство (ЦВУ), выполненное на основе, например, микроконтроллера. Для повышения точности измерений измерительные приборы с ЦВУ во время производства проходят программную юстировку, при которой происходит измерение данным прибором силы эталонного тока и вычисляется поправочный коэффициент, который затем записывается в энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) ЦВУ и в дальнейшем используется при обработке результатов измерений. Такая методика описана, в частности, в патенте US 11327139B2.

Для расширения диапазона измерений тока к измерительному блоку могут подключаться через разъем токоизмерительные клещи с разными пределами измерений. Токоизмерительные клещи в силу их конструктивных особенностей обладают сравнительно невысокой точностью, поэтому для повышения точности измерений силы тока каждые клещи индивидуально настраиваются совместно с конкретным измерительным блоком для обеспечения установленной точности. Так, в частности, делается на предприятии, изготавливающем эталонные средства измерений, ООО «НПП Марс-Энерго», https://www.mars-energo.ru/home/pribory-kontrolya-kachestva-i-ucheta-elektroenergii/tokovyie-kleshhi1.html. В этом случае, замена клещей, вышедших из строя, на исправные должна производиться на предприятии-изготовителе измерительного блока с соответствующей его программной юстировкой, что неудобно. Кроме того, для трехфазных измерителей тока, каждый измерительный канал (каждая фаза) настраивается на свои клещи и их соединение не со своей фазой измерительного блока приводит к снижению точности измерений.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является устройство измерений тока по патенту CN105388356A (Китай). Это устройство содержит в своем составе датчик тока, цепи нормализации аналогового сигнала, АЦП, процессор и накопитель данных, причем АЦП, процессор и накопитель данных могут быть объединены в одной микросхеме. Процессор вычисляет измеренное значение тока по формуле:

Y=(k⋅X - b),

где X - текущее значение измеряемой величины, Y - текущее значение цифрового кода после пересчета, k и b - параметры компенсации погрешностей коэффициента передачи и постоянного смещения сигнала датчика, которые хранятся в накопителе данных. Недостатком известного устройства является увеличение погрешности измерения устройства при замене датчика тока на другой, аналогичный или имеющий другой предел измерения.

Раскрытие существа полезной модели

Технический результат полезной модели - повышение точности измерения силы тока и снижение трудоемкости эксплуатации устройства.

Предметом полезной модели, обеспечивающим получение указанного результата, является энергонезависимое ПЗУ, включенное в состав датчика тока и связанное через разъем с ЦВУ устройства.

Осуществление полезной модели

Структуру устройства иллюстрирует фиг. 1.

Датчик тока 1, содержащий масштабный преобразователь тока 3 и ПЗУ 4, присоединен к измерительному блоку 2 через разъем 5. Измерительный блок 2 содержит цепь нормализации аналогового сигнала 6, АЦП 7 и ЦВУ 8, причем цепь нормализации аналогового сигнала 6 подключена входом через разъем 5 к масштабному преобразователю 3, а выходом - к аналоговому входу АЦП 7, цифровой выход которого подключен к ЦВУ 8. ПЗУ 4 через разъем 5 также связано с ЦВУ 8.

Заявленное устройство работает следующим образом.

После изготовления, в процессе наладки и юстировки на вход измерительного блока 2 через разъем 5 подаются сигналы Х от источника эталонного тока или напряжения (калибратора), амплитуд, соответствующих пределам входного диапазона измерительного блока 2. ЦВУ 8 принимает соответствующий выходной цифровой код АЦП 7 и преобразует его в выходную величину (цифровой код), соответствующую измеренному значению сигнала калибратора в вольтах или амперах, и поступающую на вход ЦВУ 8. Эта величина (обозначим ее Y) может быть записана в виде соотношения

причем a- мультипликативная составляющая погрешности измерительного блока, a b - аддитивная.

При подаче на вход измерительного блока 2 сигнала Х₀ равного нулю, из уравнения (1) можно определить постоянное смещение устройства: b=Y₀. При подаче от калибратора сигнала X_m, соответствующего пределу измерения устройства, можно вычислить мультипликативную составляющую, используя уравнение (1),

a=(Y_m - Y₀)/X_m,

где Y_m - показания устройства при Х=X_m.

Определим параметры коррекции, множитель k и слагаемое с, такие, что

Подставим Y, найденное из (1) в (2). Получим

При

уравнение (3) обращается в тождество.

При использовании формулы (2) с числами k и с, найденными из (4), для расчета в ЦВУ 8 результата измерения, получим точный результат измерения. Эти числа записываются в энергонезависимое ПЗУ ЦВУ 8.

Присоединив датчик тока 1 через разъем 5 к измерительному блоку 2, пропустим через него эталонное значение тока I от калибратора. На выходе масштабного преобразователя тока 3 появится сигнал

причем d - мультипликативная составляющая погрешности датчика тока 1, g - аддитивная, а m - номинальный коэффициент передачи масштабного преобразователя тока 3.

При силе токе I₀ равной нулю, из уравнения (5) можно определить постоянное смещение схемы g=X₀. При подаче от калибратора тока I_m, соответствующего пределу измерения датчика тока 1, можно вычислить мультипликативную составляющую погрешности, используя уравнение (5),

d=(X_m - X₀)/m⋅I_m,

где X_m - сигнал на выходе датчика тока при I=I_m.

Определим параметры коррекции, множитель k_T и слагаемое e, такие, что

Подставим X, найденное из (5) в (6). Получим

При

уравнение (7) обращается в тождество.

Вычисленные в ЦВУ 8 значения k_T и e, а также m - номинальный коэффициент передачи масштабного преобразователя тока 3, ЦВУ 8 записывает через разъем 5 в энергонезависимую ПЗУ 4 датчика тока 1. Сюда же может быть записана информация о роде тока (переменный или постоянный), для измерения которого предназначен данный датчик тока.

После включения питания устройства ЦВУ 8 считывает из ПЗУ 4 датчика тока значения k_T, e и m и в дальнейшем использует их для расчета значений измеряемого тока.

При проведении измерений силы тока предлагаемым устройством ЦВУ 8 преобразует цифровой код Y, поступающий на его вход по формуле

При замене датчика тока на другой (также прошедший предварительную юстировку, описанную выше) ЦВУ 8 при включении аналогично считывает данные k_T, e и m из ПЗУ 4 нового датчика тока и поэтому точность измерений не ухудшается.

Claims

Устройство для измерений силы электрического тока, включающее датчик тока, содержащий масштабный преобразователь тока и энергонезависимое постоянное запоминающее устройство, при этом датчик тока выполнен с возможностью подключения через разъем к измерительному блоку, содержащему цепь нормализации аналогового сигнала, аналого-цифровой преобразователь и цифровое вычислительное устройство.