RU2300774C1 - Measuring converter - Google Patents
Measuring converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300774C1 RU2300774C1 RU2006109049/28A RU2006109049A RU2300774C1 RU 2300774 C1 RU2300774 C1 RU 2300774C1 RU 2006109049/28 A RU2006109049/28 A RU 2006109049/28A RU 2006109049 A RU2006109049 A RU 2006109049A RU 2300774 C1 RU2300774 C1 RU 2300774C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- measuring
- current
- generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений амплитуды постоянных и переменных токов и напряжений, в том числе и несинусоидальной формы, а также во всех видах счетчиков электроэнергии и информационно-измерительных системах электроэнергетики.The invention relates to electrical engineering and can be used for precision measurements of the amplitude of direct and alternating currents and voltages, including non-sinusoidal forms, as well as in all types of electricity meters and information-measuring systems of the electric power industry.
Увеличение точности и скорости прецизионных измерений постоянных и переменных токов и напряжений, в особенности несинусоидальной формы, является одной из актуальных задач современной метрологии.Increasing the accuracy and speed of precision measurements of constant and alternating currents and voltages, especially non-sinusoidal form, is one of the urgent tasks of modern metrology.
Для этой цели в настоящее время широко используются датчики тока на основе магнитных модуляторов, представляющих собой ферромагнитный трансформатор, в котором на одну из вторичных обмоток подается опорное напряжение высокочастотного возбуждения и по изменению его параметров в измерительной обмотке судят о величине измеряемого тока, протекающего через первичную обмотку.For this purpose, current sensors based on magnetic modulators, which are a ferromagnetic transformer, are used in which the reference voltage of the high-frequency excitation is applied to one of the secondary windings and the value of the measured current flowing through the primary winding is judged by the change in its parameters in the measuring winding .
Недостатком таких датчиков является наличие паразитной модуляции по длительности, если входное воздействие преобразуется в частотно-импульсное модулированное (ЧИМ) напряжение, или по частоте, если входное воздействие преобразуется в широтно-импульсное модулированное (ШИМ) напряжение, которое приводит к ошибке измерений, что препятствует широкому внедрению таких устройств.The disadvantage of such sensors is the presence of spurious modulation in duration if the input action is converted to a pulse-frequency modulated (PFM) voltage, or in frequency if the input action is converted to a pulse-width modulated (PWM) voltage, which leads to measurement errors, which prevents widespread adoption of such devices.
В более сложных преобразователях используется многократное преобразование в следующем порядке: амплитудная модуляция (AM) входного сигнала преобразуется в ЧИМ, ЧИМ преобразуется в ШИМ, а ШИМ снова преобразуется в AM напряжение или используется для машинной обработки результатов измерений.More complex converters use multiple conversion in the following order: the amplitude modulation (AM) of the input signal is converted to PFM, the PFM is converted to PWM, and the PWM is converted to AM voltage again or used to machine the measurement results.
Наиболее близким к предлагаемому измерительному преобразователю является измерительный датчик-преобразователь тока и напряжения в частотно-модулированные импульсы напряжения [1], содержащий ферромагнитный трансформатор, в котором первичная обмотка соединена с токоограничивающим резистором, компенсационная обмотка соединена с выходом усилителя напряжения обратной связи, обмотка подмагничивания соединена с источником тока подмагничивания, обмотка возбуждения соединена с времязадающими входами генератора, выход которого является выходом датчика-преобразователя тока и напряжения, а также широтно-импульсный преобразователь, в который входит счетчик-делитель на "n", счетный вход которого соединен с выходом упомянутого генератора, а вход разрешения счета соединен с инверсным выходом асинхронного триггера, вход обнуления и установочный входы которого соединены соответственно с выходом счетчика-делителя на "n" и с выходом управляемого напряжением генератора, управляющий вход которого соединен с выходом устройства «выборка-запоминание», сигнальный вход которого соединен с выходом демодулятора, дифференциальные входы которого соединены с парафазными выходами асинхронного триггера, выходы которого и выход демодулятора являются выходами измерительного преобразователя, при этом выход демодулятора соединен с сигнальным входом выполненного регулируемым усилителя, управляющий вход которого соединен с аналоговым выходом калибратора, импульсный выход которого соединен с управляющим входом устройства «выборка-запоминание», кроме того, калибратор имеет вход для переключения внешнего источника команд или синхронизации.Closest to the proposed measuring transducer is a measuring transducer of current and voltage to frequency-modulated voltage pulses [1], containing a ferromagnetic transformer in which the primary winding is connected to a current-limiting resistor, the compensation winding is connected to the output of the feedback voltage amplifier, the magnetization winding is connected with a bias current source, the field winding is connected to the timing inputs of the generator, the output of which is the output of the current-voltage and voltage transducer, as well as a pulse-width converter, which includes a counter-divider by "n", the counting input of which is connected to the output of the mentioned generator, and the input of the resolution of the count is connected to the inverse output of the asynchronous trigger, the zeroing input and the setting the inputs of which are connected respectively to the output of the counter-divider by "n" and to the output of a voltage-controlled generator, the control input of which is connected to the output of the sample-memory device, the signal input of which is connected is connected to the output of the demodulator, the differential inputs of which are connected to the paraphase outputs of the asynchronous trigger, the outputs of which and the output of the demodulator are the outputs of the measuring transducer, while the output of the demodulator is connected to the signal input of an adjustable amplifier, the control input of which is connected to the analog output of the calibrator, the pulse output of which is connected with the control input of the device “sampling-storing”, in addition, the calibrator has an input for switching an external source of commands and whether synchronization.
Существенным недостатком такого измерительного преобразователя является многократное преобразование входных сигналов и отсутствие жесткой синхронизации работы его элементов, что приводит к усложнению его схемы и снижению точности и скорости измерений.A significant drawback of such a measuring transducer is the multiple conversion of input signals and the absence of tight synchronization of the operation of its elements, which leads to a complication of its circuit and a decrease in the accuracy and speed of measurements.
Устранить эти недостатки можно путем исключения промежуточного ЧИМ преобразования и введения жесткой синхронизации режимов работы основных элементов измерительного преобразователя.These shortcomings can be eliminated by eliminating the intermediate PFM conversion and introducing tight synchronization of the operating modes of the main elements of the measuring transducer.
Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении точности и скорости измерений токов и напряжений и жесткой синхронизации режимов работы основных элементов измерительного преобразователя и формируемого им ШИМ напряжения.The technical result of the proposed solution is to increase the accuracy and speed of measuring currents and voltages and tightly synchronize the operating modes of the main elements of the measuring transducer and the PWM voltage generated by it.
Указанный результат достигается тем, что в измерительный преобразователь, содержащий датчик-преобразователь амплитуды измеряемого тока в импульсное напряжение, выполненный на ферромагнитном трансформаторе, в котором первичная обмотка параллельно соединена с отрезком цепи измеряемого тока, обмотка подмагничивания соединена с источником тока подмагничивания, обмотка возбуждения соединена с времязадающими входами импульсного генератора, а компенсационная обмотка соединена с выходом усилителя тока отрицательной обратной связи, вход которого соединен с токовым выходом демодулятора, парафазные выходы которого являются выходами измерительного преобразователя, дополнительно введены синхронизатор, первый и второй ждущие мультивибраторы и фазовый детектор, при этом выход генератора соединен с входом синхронизатора и через первый и второй ждущие мультивибраторы соединен с соответствующими входами фазового детектора, выход которого соединен с входом демодулятора, а выходы синхронизатора соединены соответственно с входами запуска и запрета работы генератора.This result is achieved by the fact that in a measuring transducer containing a sensor-converter of the amplitude of the measured current to the pulse voltage, made on a ferromagnetic transformer, in which the primary winding is connected in parallel with a section of the measured current circuit, the magnetization winding is connected to the magnetization current source, the excitation winding is connected to timing inputs of the pulse generator, and the compensation winding is connected to the output of the negative feedback current amplifier, input which is connected to the current output of the demodulator, the paraphase outputs of which are the outputs of the measuring transducer, a synchronizer, a first and second standby multivibrators and a phase detector are additionally introduced, while the generator output is connected to the synchronizer input and connected to the corresponding inputs of the phase detector through the first and second standby multivibrators, the output of which is connected to the input of the demodulator, and the outputs of the synchronizer are connected respectively to the inputs of the start and prohibition of the generator.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что для улучшения метрологических характеристик, таких как увеличение точности и скорости измерений и обеспечения жесткой синхронизации формируемых импульсов, известный измерительный преобразователь дополнен синхронизатором, двумя ждущими мультивибраторами и фазовым детектором, а промежуточная функция ЧИМ преобразования в нем исключена, что позволило расширить динамический диапазон и повысить точность измерений постоянных и переменных токов и напряжений, в особенности несинусоидальной формы.The essence of the proposed technical solution is that to improve metrological characteristics, such as increasing the accuracy and speed of measurements and ensuring tight synchronization of the generated pulses, the known measuring transducer is supplemented with a synchronizer, two waiting multivibrators and a phase detector, and the intermediate function of the PFM conversion is excluded in it, which made it possible to expand the dynamic range and improve the accuracy of measuring constant and alternating currents and voltages, in particular and non-sinusoidal.
Сравнение предлагаемого решения с известными показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые, дополняя известные признаки, позволяют успешно реализовать поставленную цель.Comparison of the proposed solution with the known shows that it has a new set of essential features, which, complementing the known features, allow to successfully achieve the goal.
На фиг.1 приведена структурная схема измерительного преобразователя, а на фиг.2 - эпюры напряжений UA, UБ, UВ, UГ, UД и UE в основных его точках А, Б, В, Г, Д и Е.Figure 1 shows the structural diagram of the measuring transducer, and figure 2 - plot voltage U A , U B , U B , U G , U D and U E at its main points A, B, C, D, D and E .
Измерительный преобразователь содержит входные зажимы 1 и 2, ферромагнитный сердечник 3, первичную обмотку 4, обмотку подмагничивания 5, компенсационную обмотку 6, обмотку возбуждения 7, генератор 8, синхронизатор 9, два ждущих мультивибратора 10 и 11, фазовый детектор 12, демодулятор 13, усилитель тока отрицательной обратной связи 14, источник тока подмагничивания 15 и выходные зажимы 16 и 17.The measuring transducer contains
Предлагаемый измерительный преобразователь (ИП) работает следующим образом:The proposed measuring transducer (IP) works as follows:
входной ток Iвх, создаваемый в первичной обмотке 4 источником измеряемого тока через зажимы 1 и 2, создает в ферромагнитном сердечнике 3 соответствующее его величине и знаку магнитное поле, которое изменяет магнитную проницаемость ферромагнитного сердечника 4 пропорционально степени его намагничивания.the input current I in , created in the primary winding 4 by the measured current source through
Изменение магнитной проницаемости приводит к изменению величины индуктивности обмотки возбуждения 7, являющейся времязадающей цепью генератора 8, который при отсутствии синхронизатора 9, формировал бы нормированное по амплитуде ЧИМ напряжение. Но совместная работа генератора 8 и синхронизатора 9 в указанном включении позволяет избежать промежуточного ЧИМ преобразования и сразу получить на выходе генератора 8 нормированное по амплитуде ШИМ напряжение, и делается это следующим образом.A change in the magnetic permeability leads to a change in the inductance of the field winding 7, which is the timing circuit of the
Синхронизатор 9 непрерывно формирует короткие, следующие с постоянным периодом Т, импульсы напряжения UA (фиг.2, а) запуска и синхронизации генератора 8.The
Первый после запуска выходной импульс напряжения UБ (фиг.2, б) генератора 8 своим срезом (задним фронтом) запускает синхронизатор 9, который формирует импульс напряжения UB (фиг.2, в) запрета работы генератора 8, существующий до появления нового импульса запуска генератора 8, после чего процесс периодически повторяется.The first after starting the output voltage pulse U B (Fig.2, b) of the
Следовательно, генератор 8 в течение периода Т формирует только один нормированный по амплитуде импульс напряжения UБ, длительность τ которого зависит от амплитуды и знака измеряемого тока и может изменяться в интервале от 0 до значения Т.Therefore, the
Для удобства работы со знакопеременными сигналами при отсутствии измеряемого сигнала величина τ выбирается равной полупериоду, то есть τ=Т/2. При положительном значении сигнала величина τ изменяется на интервале 0≤τ≤Т/2, а при отрицательном значении сигнала величина τ изменяется на интервале Т/2≤τ≤Т.For the convenience of working with alternating signals in the absence of a measured signal, the value of τ is chosen equal to the half-period, that is, τ = T / 2. With a positive value of the signal, the value of τ changes in the
Таким образом, на выходе генератора 8 мы получили однотактную синхронную ШИМ с модуляцией по срезу формируемых импульсов напряжения UБ с периодом следования Т.Thus, at the output of the
Для повышения чувствительности и расширения динамического диапазона измеряемых токов и напряжений фронтом напряжения UБ запускается первый ждущий мультивибратор (ЖМВ) 10, а срезом импульсов напряжения UБ запускается второй ЖМВ 11.To increase the sensitivity and expand the dynamic range of the measured currents and voltages, the first standby multivibrator (HMV) 10 is started by the voltage front U B , and the second HMV 11 is started by cutting the voltage pulses U B.
Оба ЖМВ, 10 и 11, формируют нормированные по амплитуде импульсы напряжения UГ (фиг.2, г) и UД (фиг.2, д), длительность которых постоянна и по величине равна Т/2.Both LMWs, 10 and 11, form voltage amplitude pulses U G (figure 2, d) and U D (figure 2, d), normalized by amplitude, whose duration is constant and equal to T / 2 in value.
Единственное отличие напряжений UГ и UД - это сдвиг по времени (фазе) на величину, равную времени существования импульсов напряжения UБ.The only difference between the voltages U G and U D is the shift in time (phase) by an amount equal to the time of existence of the voltage pulses U B.
По совпадению фаз напряжений UГ и UД (равноценное совпадение низких и высоких потенциалов) фазовый детектор 12 формирует импульсы напряжения UE (фиг.2, е), содержащие удвоенную информацию о коэффициенте модуляции импульсов напряжения UБ.By the coincidence of the phases of the voltage U G and U D (an equal coincidence of low and high potentials), the phase detector 12 generates voltage pulses U E (Fig.2, e) containing doubled information about the modulation coefficient of voltage pulses U B.
Низкочастотная составляющая, выделенная демодулятором 13 из выходного напряжения UЕ фазового детектора 12, поступает на парафазные зажимы 16 и 17, являющиеся выходом ИП, а с токового выхода на вход усилителя тока отрицательной обратной связи (ООС) 14, выходной ток которого воздействует на компенсационную обмотку 6, формируя в ферромагнитном сердечнике 3 магнитное поле, необходимое для компенсации потерь в сердечнике 3, повышения линейности преобразования величины измеряемого тока в ШИМ напряжение, а также для ослабления влияния воздействующих на ИП дестабилизирующих факторов.The low-frequency component isolated by the demodulator 13 from the output voltage U E of the phase detector 12 is supplied to the paraphase terminals 16 and 17, which are the output of the transmitter, and from the current output to the input of the negative feedback current amplifier (OOS) 14, the output current of which acts on the compensation winding 6, forming in the
Для работы со знакопеременными входными сигналами и определения их знака производится подмагничивание ферромагнитного сердечника 3 от источника тока подмагничивания 15, выходной ток которого воздействует на обмотку подмагничивания 5.To work with alternating input signals and determine their sign, the magnetization of the
Усилитель тока 14 ООС и компенсирующая обмотка 5 превращают ИП в эффективную систему автоматического регулирования (CAP), замкнутую через результирующее магнитное поле, создаваемое токами обмоток 4, 5, 6 и 7 в ферромагнитном трансформаторе 3.The current amplifier 14 OOS and compensating winding 5 turn the PM into an effective automatic control system (CAP), closed through the resulting magnetic field created by the currents of the
Воздействие такой CAP с глубокой ООС по магнитному полю оказывает стабилизирующее действие на режим работы ИП и обеспечивает прецизионное преобразование входных аналоговых сигналов в высокочастотные ШИМ напряжения UБ и UГ (фиг.2, б и г), которые удобно использовать для машинной обработки содержащейся в них информации, прецизионного декодирования напряжения UГ и формирования на зажимах 16 и 17 низкочастотных парафазных напряжений, амплитуда которых строго пропорциональна уровню измеряемого тока или напряжения.The impact of such a CAP with a deep OOS in the magnetic field has a stabilizing effect on the operating mode of the IP and provides a precision conversion of the input analog signals to high-frequency PWM voltages U B and U G (Fig.2, b and d), which are convenient to use for machine processing contained in information, precision decoding of the voltage U G and the formation on terminals 16 and 17 of low-frequency paraphase voltages, the amplitude of which is strictly proportional to the level of the measured current or voltage.
Большая чувствительность и высокая (сотни килогерц) частота преобразования позволяют минимизировать габариты и вес ферромагнитного трансформатора 3 и ИП в целом, дают возможность подключать ИП к токопроводу параллельно, без разрыва цепи измеряемого тока.The high sensitivity and high (hundreds of kilohertz) conversion frequency make it possible to minimize the size and weight of the
Технический результат применения изобретения, помимо повышения точности и скорости измерений, расширения динамического диапазона измеряемых токов и напряжений, а также жесткой синхронизации режимов работы и формируемых ИП импульсов напряжения, заключается в улучшении технических характеристик, таких как:The technical result of the application of the invention, in addition to increasing the accuracy and speed of measurements, expanding the dynamic range of the measured currents and voltages, as well as tight synchronization of operating modes and generated voltage pulse IPs, is to improve technical characteristics, such as:
- стабилизация параметров входящих в состав ИП элементов;- stabilization of the parameters included in the composition of the IP elements;
- компенсация воздействия возмущающих факторов;- compensation for the impact of disturbing factors;
- удвоенная частота преобразования сигналов;- doubled signal conversion frequency;
- линейность амплитудной и амплитудно-частотной характеристик ИП;- linearity of the amplitude and amplitude-frequency characteristics of the PI;
- возможность измерений без разрыва цепи токопровода;- the possibility of measurements without breaking the current lead circuit;
- минимизация веса и габаритов ИП.- minimizing the weight and dimensions of the IP.
ИП с такими характеристиками позволяют реализовать на их основе автоматизированные информационно-измерительные системы любого уровня сложности.IP with such characteristics allow to realize on their basis automated information-measuring systems of any level of complexity.
Источники информацииInformation sources
1. Измерительный преобразователь. Патент РФ №2176088, МПК G01R 19/00, 19/20, 11.01.2001.1. Measuring transducer. RF patent №2176088, IPC G01R 19/00, 19/20, 01/11/2001.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109049/28A RU2300774C1 (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Measuring converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006109049/28A RU2300774C1 (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Measuring converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2300774C1 true RU2300774C1 (en) | 2007-06-10 |
Family
ID=38312595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006109049/28A RU2300774C1 (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Measuring converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2300774C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2555524C1 (en) * | 2014-03-13 | 2015-07-10 | Евгений Иванович Рожнов | Electronic current transformer |
-
2006
- 2006-03-23 RU RU2006109049/28A patent/RU2300774C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2555524C1 (en) * | 2014-03-13 | 2015-07-10 | Евгений Иванович Рожнов | Electronic current transformer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6990415B2 (en) | Evaluation circuit for a current sensor using the compensation principle, in particular for measuring direct and alternating currents, and a method for operating such a current sensor | |
US5132608A (en) | Current measuring method and apparatus therefor | |
JPS6166123A (en) | Converter of electromagnetic flowmeter | |
US4206641A (en) | Electromagnetic flow meter | |
JPS6352712B2 (en) | ||
RU2300774C1 (en) | Measuring converter | |
US4538468A (en) | Electromagnetic flowmeter | |
RU2176088C1 (en) | Instrument converter | |
JP2007093499A (en) | Flux gate type magnetic sensor | |
JP2000162294A (en) | Magnetic field sensor | |
JP2001241983A (en) | Electromagnetic flowmeter | |
JPH0450496Y2 (en) | ||
SU930138A1 (en) | Measuring dc converter | |
RU2366892C1 (en) | Linear movement transducer | |
SU1366952A1 (en) | Current instrument transducer | |
SU855569A1 (en) | Method of determining dynamic curves of ferromagnetic material reversal of magnetization | |
RU2058658C1 (en) | Device for measuring and recording load angle of synchronous machines | |
JPS5852164B2 (en) | Heikouhenchiyoushingouno Fuheikou Savenkenshiyutsusouchi | |
SU883822A1 (en) | Magnetic optical hysteriograph | |
JPS632349B2 (en) | ||
JPH10227673A (en) | Electromagnetic flowmeter converter | |
SU1228058A1 (en) | Device for measuring magnetic permeability of ferromagnetic materials | |
SU970245A1 (en) | Autocompensating meter of current density in electrolyte | |
SU1109897A1 (en) | Magnetic modulation transducer | |
RU25605U1 (en) | MAGNETIC INDUCTION TRANSMITTER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090324 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120120 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20121024 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150324 |