RU2230329C1

RU2230329C1 - Instrument d c converter

Info

Publication number: RU2230329C1
Application number: RU2003108705/28A
Authority: RU
Inventors: М.К. Казаков (RU); М.К. Казаков; Е.И. Маслова (RU); Е.И. Маслова; С.Ю. Сазонов (RU); С.Ю. Сазонов
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-06-10

Abstract

FIELD: electric measurements. SUBSTANCE: instrument D C converter includes magnetic circuit enveloping current lead with measured current. Magnetic circuit has narrow gap where Hall generator is positioned. Magnetic circuit carries winding of negative feedback. Current terminals of Hall generator are connected to source of current of rectangular form. Power amplifier of converter incorporates alternating voltage amplifier, rectifier and direct current amplifier connected in series. Constant voltage gain factor of above-mentioned alternating voltage amplifier is equal to zero. Constant voltage gain factor of above-mentioned current amplifier is equal to one. Bias voltage of mentioned amplifier does not affect operation of converter. EFFECT: decreased additive error. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям постоянных токов в электроэнергетике.The invention relates to the field of electrical measurements, in particular to measurements of direct currents in the electric power industry.

Известны устройства для измерения постоянного тока (см. Писаревский Э.А. Электрические измерения и приборы. М.: Энергия, 1970). Основными недостатками известных устройств являются низкая точность измерения и низкий предел измеряемых токов.Known devices for measuring direct current (see Pisarevsky E.A. Electrical Measurements and Instruments. M .: Energy, 1970). The main disadvantages of the known devices are low accuracy and low limit of the measured currents.

Известен также преобразователь тока (см. а.с. №851272, кл. G 01 R 19/00), который содержит магнитопровод с обмоткой, импульсный генератор, индикатор размагничивания магнитопровода, включающий индикаторную обмотку, устройство выборки-хранения и датчик импульсного тока. Работа устройства основана на размагничивании магнитопровода в моменты равенства магнитодвижущих сил от измеряемого и компенсирующего токов, что сопровождается формированием импульса с помощью индикатора размагничивания. В остальное время магнитопровод находится в состоянии насыщения. Но при этом взаимная индуктивность между токопроводом и индикаторной обмоткой не равна нулю и в последней наводится некоторое напряжение. Это может привести к неправильной работе устройства, что выражается в увеличении погрешностей измерения тока.A current converter is also known (see AS No. 851272, class G 01 R 19/00), which contains a magnetic circuit with a winding, a pulse generator, a demagnetization indicator of the magnetic circuit, including an indicator winding, a sample-storage device and a pulse current sensor. The operation of the device is based on the demagnetization of the magnetic circuit at the moments of equality of the magnetomotive forces from the measured and compensating currents, which is accompanied by the formation of a pulse using the demagnetization indicator. The rest of the time the magnetic circuit is in a state of saturation. But at the same time, the mutual inductance between the current lead and the indicator winding is not equal to zero and some voltage is induced in the latter. This can lead to improper operation of the device, which is reflected in an increase in current measurement errors.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь тока, который может использоваться для измерения постоянного тока, содержащий магнитопровод с узким зазором для размещения в нем датчика Холла, усилитель мощности, обмотку отрицательной обратной связи (см. патент 2154320, Россия), принятый в качестве прототипа.Closest to the proposed one is a current converter that can be used to measure direct current, containing a magnetic circuit with a narrow gap to accommodate a Hall sensor in it, a power amplifier, a negative feedback winding (see patent 2154320, Russia), adopted as a prototype.

Недостатком прототипа является наличие погрешности преобразования постоянного тока (аддитивная погрешность) вследствие влияния напряжения смещения усилителя, поскольку он должен иметь большой коэффициент усиления для необходимости обеспечения глубокой отрицательной связи.The disadvantage of the prototype is the presence of an error in the conversion of direct current (additive error) due to the influence of the bias voltage of the amplifier, since it must have a large gain to ensure deep negative coupling.

Сущность решения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности измерения постоянного тока за счет снижения аддитивной погрешности.The essence of the solution lies in the desire to obtain a technical result, which consists in increasing the accuracy of measuring direct current by reducing the additive error.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном измерительном преобразователе постоянного тока, содержащем магнитопровод, охватывающий токопровод с измеряемым током, причем магнитопровод имеет узкий зазор, в котором расположен датчик Холла; усилитель мощности, причем его вход соединен с одним из выходных зажимов датчика Холла, а другой выходной зажим последнего соединен с земляной шиной; обмотку отрицательной обратной связи, включенную между выходом усилителя и нагрузкой, другой вывод которой подсоединен к земляной шине, особенность заключается в том, что усилитель мощности содержит последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, выпрямитель и усилитель тока, а токовые зажимы датчика Холла присоединены к источнику тока прямоугольной формы.The specified technical result is achieved by the fact that in the known measuring transducer of direct current containing a magnetic circuit, covering the current conductor with the measured current, the magnetic circuit has a narrow gap in which the Hall sensor is located; a power amplifier, and its input connected to one of the output terminals of the Hall sensor, and the other output terminal of the latter connected to the ground bus; the negative feedback winding connected between the amplifier output and the load, the other output of which is connected to the ground bus, the feature is that the power amplifier contains a series-connected AC voltage amplifier, a rectifier and a current amplifier, and the current clamps of the Hall sensor are connected to a rectangular current source forms.

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 решении, 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 analogs of the prototype made it possible to identify a combination of distinctive features that are significant for the applicant as seen in the claimed solution 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 способа. 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 method 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 чертеже представлена схема устройства. Оно содержит магнитопровод 1, охватывающий токопровод 2, с узким зазором, в котором находится датчик Холла 3; источник тока прямоугольной формы 4; обмотку отрицательной обратной связи (ООС) 5; усилитель мощности 6, который включает в себя усилитель переменного напряжения 7, выпрямитель 8 и усилитель тока 9; нагрузку 10.The drawing shows a diagram of the device. It contains a magnetic core 1, covering the current lead 2, with a narrow gap in which there is a Hall sensor 3; rectangular current source 4; negative feedback winding (OOS) 5; a power amplifier 6, which includes an AC voltage amplifier 7, a rectifier 8, and a current amplifier 9; load 10.

Устройство работает следующим образом. Магнитопроводом 1 охватывается токопровод 2 с измеряемым током I. В нем создается магнитный поток, пронизывающий датчик Холла 3, на выходных зажимах которого имеется напряжениеThe device operates as follows. The magnetic circuit 1 encompasses a current conducting circuit 2 with a measured current I. A magnetic flux is created in it, piercing the Hall sensor 3, at the output terminals of which there is voltage

U₃=k_BUB₁, (1)U ₃ = k _BU B ₁ , (1)

где B₁ - магнитная индукция в магнитопроводе 1, k_BU - коэффициент пропорциональности. Поскольку датчик Холла 3 питается током прямоугольной формы от источника 4, то напряжение (1) имеет также прямоугольную форму. Это напряжение подается на усилитель мощности 6, а конкретно - на усилитель переменного напряжения 7, имеющий большой коэффициент усиления (по переменному напряжению), равный К₇.where B ₁ is the magnetic induction in the magnetic circuit 1, k _BU is the proportionality coefficient. Since the Hall sensor 3 is powered by a rectangular current from source 4, the voltage (1) also has a rectangular shape. This voltage is supplied to a power amplifier 6, and specifically to an AC amplifier 7 having a large gain (AC voltage) equal to K ₇ .

Коэффициент усиления по постоянному напряжению усилителя 7 равен нулю, благодаря чему напряжение смещения этого усилителя практически не оказывает влияния на работу устройства.The constant voltage gain of the amplifier 7 is zero, due to which the bias voltage of this amplifier practically does not affect the operation of the device.

Выпрямитель 8 преобразует выходное напряжение усилителя 7 в постоянное напряжение, что может быть достигнуто при использования двухполупериодной схемы выпрямления на основе диодов. Усилитель тока 9 обеспечивает необходимое значение тока I_вых для питания обмотки ООС 5, причем его коэффициент усиления по постоянному напряжению может быть выбран равным единице, поэтому смещения его нулевого уровня не происходит.The rectifier 8 converts the output voltage of the amplifier 7 into a constant voltage, which can be achieved using a two-half-wave rectification circuit based on diodes. The current amplifier 9 provides the necessary value of the current I _o for supplying the winding of the OOS 5, moreover, its constant voltage gain can be chosen equal to unity, therefore, its zero level does not shift.

Нетрудно показать, что при K₇ → ∞It is easy to show that as K ₇ → ∞

где W₅ - количество витков обмотки 5. Выражение (2) записано при условии, что токопровод 2 имеет один виток.where W ₅ is the number of turns of the winding 5. Expression (2) is written under the condition that the current lead 2 has one turn.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, заключающегося в повышении точности измерения постоянного тока, поскольку благодаря усилению переменного напряжения отсутствует смещение нулевого уровня усилителя 6 (т.е. аддитивная погрешность преобразования).Thus, the above information indicates that the tool embodying the claimed invention in its implementation is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant, which consists in improving the accuracy of measuring direct current, since due to the amplification of the alternating voltage there is no zero level offset of amplifier 6 (i.e. additive conversion error).

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.Therefore, the claimed invention meets the condition of “industrial applicability”.

Claims

A DC / DC transducer comprising a magnetic circuit that encloses a current path with a measured current, the magnetic circuit having a narrow gap in which the Hall sensor is located, a power amplifier, its input connected to one of the output terminals of the Hall sensor, and the other output terminal of the latter connected to the ground bus , a negative feedback winding connected between the output of the amplifier and the load, the other output of which is connected to the ground bus, characterized in that the power amplifier contains The separately connected AC amplifier, rectifier and current amplifier, and the current clamps of the Hall sensor are connected to a rectangular current source.