RU2515176C2 - Device for current measurement - Google Patents

Device for current measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2515176C2
RU2515176C2 RU2012127149/28A RU2012127149A RU2515176C2 RU 2515176 C2 RU2515176 C2 RU 2515176C2 RU 2012127149/28 A RU2012127149/28 A RU 2012127149/28A RU 2012127149 A RU2012127149 A RU 2012127149A RU 2515176 C2 RU2515176 C2 RU 2515176C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inner cylinder
current
frequency
tap
chain
Prior art date
Application number
RU2012127149/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012127149A (en
Inventor
Виктор Николаевич Пономарев
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс")
Открытое акционерное общество "Институт "Энергосетьпроект"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс"), Открытое акционерное общество "Институт "Энергосетьпроект", Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) filed Critical Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс")
Priority to RU2012127149/28A priority Critical patent/RU2515176C2/en
Publication of RU2012127149A publication Critical patent/RU2012127149A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2515176C2 publication Critical patent/RU2515176C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to electric measurement equipment and is designed to measure alternating currents of high level and to determine the moment of current transition over zero value in high-current circuits of industrial frequency networks. In the device for current measurement, comprising two coaxially arranged metal cylinders, connected at one end with the help of flanges, and at the other end having each their shunt, a high-frequency slot fixed on the flange of one of cylinders, with a coaxially arranged central electrode and at least one current tap located in the space between the inner and outer cylinders and connected by one end to the inner cylinder in the beginning of its working part, and by the other one - via a hole in the wall of the inner cylinder and an integrating RC-chain with a central electrode of the high-frequency slot, there is at least one additional resistor, connected between the outlet of the central electrode of the high-frequency slot and the body of the inner cylinder serially with the capacitor of the RC-chain, and values of lengths of the current tap and the working part of the inner cylinder are selected in accordance with the following ratio: l H = 0.5 ± 0.3,
Figure 00000020
where l - tap length; H - length of the working part of the inner cylinder. The current tap may be made in the form of a tube wit a longitudinal cut covering the inner cylinder. The capacitor of the RC-chain and the additional resistor may be installed in an electronic amplifying unit connected to the device with the help of a high-frequency cable. The RC-chain and the additional resistor may be installed in an electronic amplifying unit connected to the device with the help of a high-frequency cable.
EFFECT: higher accuracy of measurements due to reduction of unevenness of amplitude-frequency characteristic of a device, and also reduction of phase shift between voltage induced on a tap and current flowing in a device.
4 dwg, 4 cl

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения переменных токов высокого уровня и определения момента перехода тока через нулевое значение в сильноточных цепях сетей промышленной частоты.The invention relates to electrical engineering and is intended for measuring alternating currents of a high level and determining the moment of transition of a current through a zero value in high-current circuits of industrial frequency networks.

Известен коаксиальный шунт, содержащий два коаксиально расположенных цилиндра, внешний из которых выполнен в виде токопдвода к закрепленному на его днище внутреннему, служащему калиброванным сопротивлением, внутренний цилиндр выполнен разрезанным на четыре одинаковых элемента, два из которых выполнены из материала с малым, а остальные - из материала с высоким удельным сопротивлением, соединенных между собой и включенных в мостовую схему, омические сопротивления противоположных и индуктивности всех плеч которой равны между собой [1].Known coaxial shunt containing two coaxially arranged cylinders, the outer of which is made in the form of current supply to the internal fixed on its bottom, which serves as calibrated resistance, the inner cylinder is made into four identical elements, two of which are made of material with a small, and the rest of material with high resistivity, interconnected and included in the bridge circuit, the ohmic resistance of the opposite and the inductance of all shoulders of which are equal to each other [1].

Недостатком данного шунта является динамическая погрешность, связанная с проявлением скин-эффекта в элементах внутреннего цилиндра, а также зависимость достигаемого эффекта (расширение частотного диапазона измерения импульсных токов) от точности изготовления элементов шунта.The disadvantage of this shunt is the dynamic error associated with the manifestation of the skin effect in the elements of the inner cylinder, as well as the dependence of the achieved effect (expanding the frequency range of measurement of pulsed currents) on the accuracy of manufacturing of the shunt elements.

Известно устройство для измерения тока, содержащее два металлических коаксиальных цилиндра, которые на одном торце соединены между собой с помощью фланца. На противоположном торце каждый из цилиндров имеет свой токоподвод. Внутренний цилиндр выполнен из материала с большим внутренним сопротивлением. Падение напряжения на внутреннем цилиндре подводится к осциллографу при помощи отпайки, расположенной на оси цилиндров и соединенной с центральным электродом ВЧ-разъема, закрепленного на фланце [2].A device for measuring current is known, comprising two metal coaxial cylinders that are connected at one end by a flange. At the opposite end, each of the cylinders has its own current supply. The inner cylinder is made of a material with high internal resistance. The voltage drop across the inner cylinder is brought to the oscilloscope using a solder located on the axis of the cylinders and connected to the central electrode of the RF connector mounted on the flange [2].

Недостатком этого устройства является динамическая погрешность. Из-за скин-эффекта во внутреннем цилиндре переходная характеристика имеет вид апериодической кривой, время нарастания которой пропорционально квадрату толщины стенки внутреннего цилиндра. Это время, согласно [3], выражается такThe disadvantage of this device is the dynamic error. Due to the skin effect in the inner cylinder, the transition characteristic has the form of an aperiodic curve, the rise time of which is proportional to the square of the wall thickness of the inner cylinder. This time, according to [3], is expressed as

Figure 00000001
Figure 00000001

где τ - время нарастания переходной характеристики устройства;where τ is the rise time of the transient response of the device;

µ - магнитная проницаемость материала цилиндра;µ is the magnetic permeability of the cylinder material;

d - толщина стенки цилиндра;d is the cylinder wall thickness;

ρ - удельное сопротивление материала цилиндра.ρ is the specific resistance of the cylinder material.

Для цилиндра из нержавеющей стали, например, толщиной 3 мм, что обеспечивает термостойкость устройства при протекании тока в 100 кА в течение 0.2 сек, время нарастания составляет 3,6·10-6 сек. При таком времени запаздывания даже при точной отработке электронной схемой нуля тока значение тока в эти моменты будет во много раз превышать допустимый уровень, диктуемый требованиями, накладываемыми на переключающие устройства.For a stainless steel cylinder, for example, 3 mm thick, which ensures thermal stability of the device when a current of 100 kA flows for 0.2 sec, the rise time is 3.6 · 10 -6 sec. At such a delay time, even if the electronic circuit finishes zero current, the current value at these times will be many times higher than the permissible level dictated by the requirements imposed on switching devices.

Наиболее близким аналогом является устройство для измерения тока, содержащее два коаксиально расположенных металлических цилиндра, высокочастотный разъем и токовую отпайку. Причем цилиндры соединены между собой на одном торце с помощью фланца, а на другом торце имеют каждый свой токоподвод, один конец отпайки соединен с внутренним цилиндром, а другой конец с центральным электродом ВЧ-разъема, расположенного на фланце. Отпайка расположена в пространстве между внутренним и внешним цилиндрами и через отверстие в боковой поверхности внутреннего цилиндра соединена с центральным электродом ВЧ-разъема через интегрирующую RC-цепочку, обеспечивающую преобразование напряжения наводимого на отпайке в сигнал, пропорциональный измеряемому току [4].The closest analogue is a device for measuring current, containing two coaxial metal cylinders, a high-frequency connector and a current tap. Moreover, the cylinders are interconnected at one end using a flange, and at the other end they have their own current supply, one end of the tap is connected to the inner cylinder, and the other end to the central electrode of the RF connector located on the flange. The soldering is located in the space between the inner and outer cylinders and is connected through a hole in the side surface of the inner cylinder to the central electrode of the RF connector via an integrating RC circuit, which converts the voltage induced on the solder into a signal proportional to the measured current [4].

Недостатком этого устройства является неравномерность амплитудно-частотной характеристики устройства, а также наличие значительного сдвига фазы между напряжением, наводимым на отпайке и током, протекающим по устройству.The disadvantage of this device is the unevenness of the amplitude-frequency characteristics of the device, as well as the presence of a significant phase shift between the voltage induced on the tap and the current flowing through the device.

Задачей изобретения является уменьшение неравномерности амплитудно-частотной характеристики устройства, а также уменьшение сдвига фазы между напряжением, наводимым на отпайке и током, протекающим по устройству.The objective of the invention is to reduce the unevenness of the amplitude-frequency characteristics of the device, as well as reducing the phase shift between the voltage induced on the tap and the current flowing through the device.

Техническим результатом является уменьшение времени реакции устройства на изменение измеряемого тока.The technical result is to reduce the response time of the device to a change in the measured current.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения тока, содержащее два коаксиально расположенных металлических цилиндра, соединенных на одном торце с помощью фланцев, а на другом торце имеющих каждый свой токоподвод, высокочастотный разъем, закрепленный на фланце одного из цилиндров, с коаксиально расположенным центральным электродом и по крайней мере одну токовую отпайку, расположенную в пространстве между внутренним и внешним цилиндрами и соединенную одним концом с внутренним цилиндром в начале его рабочей части, а другим - через отверстие в стенке внутреннего цилиндра и интегрирующую RC-цепочку с центральным электродом высокочастотного разъема, введен, по крайней мере, один дополнительный резистор, включенный между выводом центрального электрода высокочастотного разъема и корпусом внутреннего цилиндра последовательно с конденсатором RC-цепочки, а величины длин токовой отпайки и рабочей части внутреннего цилиндра выбраны в соответствии с соотношением:The problem is solved in that in a device for measuring current, containing two coaxially arranged metal cylinders connected at one end with flanges, and at the other end having their own current supply, a high-frequency connector, mounted on the flange of one of the cylinders, with a coaxially located central electrode and at least one current tap located in the space between the inner and outer cylinders and connected at one end to the inner cylinder at the beginning of its working part, etc. at least one additional resistor is inserted through the hole in the wall of the inner cylinder and the integrating RC circuit with the central electrode of the high-frequency connector, connected between the output of the central electrode of the high-frequency connector and the body of the inner cylinder in series with the capacitor of the RC chain, and the lengths soldering and working parts of the inner cylinder are selected in accordance with the ratio:

Figure 00000002
Figure 00000002

где l - длина отпайки;where l is the length of the tap;

Н - длина рабочей части внутреннего цилиндра.H is the length of the working part of the inner cylinder.

Токовая отпайка может быть выполнена в виде трубки с продольным разрезом, охватывающей внутренний цилиндр.The current tap can be made in the form of a tube with a longitudinal section covering the inner cylinder.

Конденсатор RC-цепочки и дополнительный резистор могут быть установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля.The capacitor of the RC chain and an additional resistor can be installed in an electronic amplifier block connected to the device using a high-frequency cable.

RC-цепочка и дополнительный резистор могут быть установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля.The RC circuit and an additional resistor can be installed in an electronic amplifier unit connected to the device using a high-frequency cable.

Введение в устройство для измерения тока дополнительного резистора, включенного между выводом центрального электрода высокочастотного разъема и корпусом внутреннего цилиндра последовательно с конденсатором RC-цепочки, позволяет уменьшить влияние собственной индуктивности измерительной цепи на результат измерения, что приводит к уменьшению времени реакции устройства на изменение измеряемого тока.The introduction of an additional resistor in the device for measuring current, connected between the output of the central electrode of the high-frequency connector and the inner cylinder body in series with the capacitor of the RC circuit, can reduce the influence of the inductance of the measuring circuit on the measurement result, which reduces the response time of the device to a change in the measured current.

Выбор длины отпайки, равной половине длины рабочей части внутреннего цилиндра, позволяет снизить неравномерность амплитудно-частотной характеристики в области частот 104÷105 Гц. Это происходит из-за того, что при l=0.5 H напряжения, возникающие во внешней цепи за счет электрических полей на внешней и внутренней поверхности внутреннего цилиндра, действуя противофазно, то есть одно опережает номинальное значение, а другое от него отстает, при l=0.5 H максимально компенсируют недостатки друг друга и их сумма мало отличается от номинального значения.The choice of the tap length equal to half the length of the working part of the inner cylinder, allows to reduce the unevenness of the amplitude-frequency characteristics in the frequency range 10 4 ÷ 10 5 Hz. This is due to the fact that at l = 0.5 H, the stresses arising in the external circuit due to electric fields on the outer and inner surfaces of the inner cylinder act in antiphase, that is, one is ahead of the nominal value, and the other is behind it, with l = 0.5 H maximally compensate for each other's shortcomings and their sum differs little from the nominal value.

Расположение конденсатора RC-цепочки и дополнительного резистора, а также RC-цепочки и дополнительного резистора в отдельном блоке обеспечивает более свободный доступ к элементам при их настройке.The location of the capacitor of the RC chain and the additional resistor, as well as the RC chain and the additional resistor in a separate unit provides more free access to the elements when they are configured.

На фиг.1 изображено устройство для определения тока.Figure 1 shows a device for determining current.

На фиг.2 изображено сечение А-А устройства для определения тока с выполнением токовой отпайки в виде трубки с продольным разрезом.Figure 2 shows a section aa of the device for determining the current with the implementation of the current soldering in the form of a tube with a longitudinal section.

На фиг.3 изображен вид амплитудно-частотной характеристики устройства для определения тока при различных условиях.Figure 3 shows a view of the amplitude-frequency characteristics of a device for determining current under various conditions.

На фиг.4 изображена фазо-частотная зависимость выходного сигнала устройства для определения тока.Figure 4 shows the phase-frequency dependence of the output signal of the device for determining current.

Устройство для измерения тока содержит два коаксиально расположенных металлических цилиндра 1 и 2, соединенных на одном торце с помощью фланцев 3 и 4 (фиг.1). Металлические цилиндры 1 и 2 на другом торце имеют каждый свой токоподвод 5 и 6. На внешней плоскости фланца 4 внутреннего цилиндра 2 закреплен высокочастотный разъем 7, с коаксиально расположенным центральным электродом 8. По крайней мере одна токовая отпайка 9 расположена в пространстве между внутренним 2 и внешним 1 цилиндрами и соединена одним концом с внутренним цилиндром 2 вверху в начале его рабочей части, а другим - через отверстие 10 в стенке внутреннего цилиндра 2 и интегрирующую RC-цепочку (резистор 11 и конденсатор 12) с центральным электродом 8 высокочастотного разъема 7. В устройство введен, по крайней мере, один дополнительный резистор 13, включенный между выводом центрального электрода 8 высокочастотного разъема 7 и корпусом внутреннего цилиндра 2 последовательно с конденсатором RC-цепочки 12, а величины длин токовой отпайки 9 - (l) и рабочей части внутреннего цилиндра 2 - (H) выбраны в соответствии с соотношением:The device for measuring current contains two coaxially arranged metal cylinders 1 and 2, connected at one end using flanges 3 and 4 (Fig. 1). Metal cylinders 1 and 2 at each other end have their own current supply 5 and 6. On the outer plane of the flange 4 of the inner cylinder 2, a high-frequency connector 7 is fixed, with the central electrode 8 coaxially located. At least one current tap 9 is located in the space between the inner 2 and external 1 cylinders and is connected at one end to the inner cylinder 2 at the top at the beginning of its working part, and to the other through an opening 10 in the wall of the inner cylinder 2 and an integrating RC circuit (resistor 11 and capacitor 12) with a central electric odom 8 of the high-frequency connector 7. At least one additional resistor 13 is inserted into the device, connected between the output of the central electrode 8 of the high-frequency connector 7 and the housing of the inner cylinder 2 in series with the capacitor of the RC chain 12, and the lengths of the current tap 9 - (l ) and the working part of the inner cylinder 2 - (H) are selected in accordance with the ratio:

Figure 00000003
Figure 00000003

где l - длина отпайки;where l is the length of the tap;

H - длина рабочей части внутреннего цилиндра.H is the length of the working part of the inner cylinder.

Токовая отпайка 9 выполнена в виде трубки 14 с продольным разрезом 15, охватывающей внутренний цилиндр 2 (фиг.2).The current tap 9 is made in the form of a tube 14 with a longitudinal section 15, covering the inner cylinder 2 (figure 2).

Для уменьшения влияния внешнего магнитного поля устройство содержит две идентичные параллельно включенные отпайки 9 и 16 расположенные симметрично относительно оси внутреннего цилиндра 2.To reduce the influence of an external magnetic field, the device contains two identical parallel-connected tap 9 and 16 located symmetrically relative to the axis of the inner cylinder 2.

Все элементы отпаек 9 и 16 изолированы от цилиндров 1 и 2 на всем протяжении от места их соединения с внутренним цилиндром до высокочастотного разъема 7. Внутренний цилиндр 2, являющийся калиброванным сопротивлением, выполнен достаточно толстостенным из хорошо проводящего немагнитного материала, например нержавеющей стали.All elements of the seals 9 and 16 are isolated from the cylinders 1 and 2 all the way from the place of their connection with the inner cylinder to the high-frequency connector 7. The inner cylinder 2, which is a calibrated resistance, is made sufficiently thick-walled of a well-conducting non-magnetic material, for example stainless steel.

В реальной конструкции устройства на внутренней плоскости фланца 4 расположена круглая диэлектрическая плата 17 с тремя круговыми проводящими дорожками. Между первой и второй дорожками припаяны параллельно соединенные конденсаторы 12, 18, образующие конденсатор интегрирующей RC-цепочки, а между второй и третьей, соединенной с корпусом внутреннего цилиндра 2 дорожками, припаяны параллельно соединенные резисторы 13, 19, образующие дополнительный резистор. Одни выводы конденсаторов 12, 18 соединены с центральным электродом 8 высокочастотного разъема 7, а другие - с выводами резисторов 13, 19, вторые выводы которых соединены с корпусом внутреннего цилиндра 2.In the actual design of the device on the inner plane of the flange 4 is a circular dielectric board 17 with three circular conductive paths. Between the first and second tracks, parallel-connected capacitors 12, 18 are formed, which form the capacitor of the integrating RC circuit, and between the second and third tracks connected to the body of the internal cylinder 2, parallel-connected resistors 13, 19 are formed, forming an additional resistor. Some terminals of the capacitors 12, 18 are connected to the central electrode 8 of the high-frequency connector 7, while others are connected to the terminals of the resistors 13, 19, the second terminals of which are connected to the housing of the inner cylinder 2.

Увеличение числа конденсаторов интегрирующей цепочки и дополнительных резисторов позволяет уменьшить влияние их собственной индуктивности на результаты измерения.An increase in the number of capacitors of the integrating circuit and additional resistors makes it possible to reduce the influence of their own inductance on the measurement results.

В одном из вариантов исполнения устройства плата 17 с конденсаторами 12, 18 и дополнительными резисторами 13, 19 установлена, например, в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля.In one embodiment of the device, a board 17 with capacitors 12, 18 and additional resistors 13, 19 is installed, for example, in an electronic amplifier unit connected to the device using a high-frequency cable.

В другом варианте, кроме платы 17 с конденсаторами 12, 18 и дополнительными резисторами 13, 19, из устройства в электронный усилительный блок вынесен и интегрирующий резистор 11.In another embodiment, in addition to the board 17 with capacitors 12, 18 and additional resistors 13, 19, an integrating resistor 11 is also transferred from the device to the electronic amplifier block.

Эти варианты исполнения обеспечивают более свободный доступ к плате 17 при ее настройке.These options provide easier access to the board 17 when setting it up.

Для измерения тока устройство токоподводами 5, 6 включается в разрыв одной из шин токовой цепи. Направление тока I в устройстве показано на чертеже стрелками. Элементарная теория, объясняющая работу этого устройства, сводится к уравнениюTo measure current, the device with current leads 5, 6 is included in the gap of one of the buses of the current circuit. The direction of current I in the device is shown in the drawing by arrows. The elementary theory explaining the operation of this device is reduced to the equation

Figure 00000004
Figure 00000004

В левой части записана ЭДС, возникающая на участке расположения отпайки, справа - распределение этой ЭДС между разными элементами измерительной цепи, включающей токовую отпайку 9, соединительные провода 20, 21, резистор RC-цепочки 11, конденсатор RC-цепочки 12 и дополнительный резистор 13.On the left side, the EMF that appears at the tap location is recorded, on the right is the distribution of this EMF between different elements of the measuring circuit, including the current tap 9, connecting wires 20, 21, the resistor of the RC chain 11, the capacitor of the RC chain 12 and the additional resistor 13.

Величины, входящие в правую часть, обозначают:The values included in the right side indicate:

R - сопротивление рабочей части внутреннего цилиндра 2 с учетом скин-эффекта;R is the resistance of the working part of the inner cylinder 2, taking into account the skin effect;

Figure 00000005
- коэффициент взаимоиндукции отпайки 9;
Figure 00000005
- the mutual induction coefficient of the tap 9;

µ - относительная магнитная проницаемость среды между цилиндрами 1 и 2;µ is the relative magnetic permeability of the medium between cylinders 1 and 2;

l - длина отпайки 9;l is the length of the tap 9;

h - ширина зазора между внешней частью отпайки 9 и внутренним цилиндром 2;h is the width of the gap between the outer part of the tap 9 and the inner cylinder 2;

a - внешний радиус внутреннего цилиндра 2;a is the outer radius of the inner cylinder 2;

i - ток в измерительной цепи;i is the current in the measuring circuit;

r1 - сопротивление интегрирующего резистора 11;r 1 is the resistance of the integrating resistor 11;

r2 - сопротивление дополнительного резистора 13 в участке измерительной цепи: центральный электрод 8 высокочастотного разъема 7, интегрирующий конденсатор 12, контакт конденсатора 12 с корпусом внутреннего цилиндра 2;r 2 is the resistance of the additional resistor 13 in the measuring circuit: the central electrode 8 of the high-frequency connector 7, the integrating capacitor 12, the contact of the capacitor 12 with the housing of the inner cylinder 2;

L - индуктивность измерительной цепи;L is the inductance of the measuring circuit;

С - емкость интегрирующего конденсатора 12;C is the capacity of the integrating capacitor 12;

q - заряд интегрирующего конденсатора 12.q is the charge of the integrating capacitor 12.

Учитывая, что

Figure 00000006
, уравнение (1) может быть записано в виде:Given that
Figure 00000006
, equation (1) can be written as:

Figure 00000007
Figure 00000007

Оптимальным режимом работы устройства с точки зрения точности воспроизведения формы тока является условие:The optimal mode of operation of the device in terms of accuracy of reproduction of the current shape is the condition:

Figure 00000008
Figure 00000008

Выполняя его, уравнение (2) может быть представлено в виде:Performing it, equation (2) can be represented as:

Figure 00000009
Figure 00000009

где обозначено

Figure 00000010
,
Figure 00000011
.where indicated
Figure 00000010
,
Figure 00000011
.

Выражения F1 и F2 отличаются только тем, что в F1 входит r0 - сопротивление рабочей части внутреннего цилиндра 2 на постоянном токе, а в F2 - R - сопротивление рабочей части внутреннего цилиндра 2 с учетом скин-эффекта.The expressions F 1 and F 2 differ only in that r 1 includes r 0 - resistance of the working part of the inner cylinder 2 at constant current, and F 2 - R - resistance of the working part of the inner cylinder 2 taking into account the skin effect.

Чтобы нагляднее представить свойства такого устройства для измерения тока, уравнение (4) проанализируем в частотном варианте, вводя круговую частоту ω и полагая, что все переменные величины изменяются по гармоническому закону, то есть пропорциональны e-jωt.To better visualize the properties of such a device for measuring current, we will analyze equation (4) in the frequency variant by introducing the circular frequency ω and assuming that all the variables vary in harmonic law, that is, are proportional to e- jωt .

В этом случае имеем

Figure 00000012
In this case, we have
Figure 00000012

Отсюда следует, что при ϖ·T>>1 F1→0. При ϖ·T<<1 F2→0. Но так как на низких частотах скин-эффект играет незначительную роль (R≈r0), то и здесь F2≈F1. Следовательно, при соблюдении условия (3) по крайней мере на низких и на высоких частотах, напряжение на выходе высокочастотного разъема пропорционально току, то естьIt follows that as ϖ · T >> 1 F 1 → 0. When ϖ · T << 1 F 2 → 0. But since the skin effect plays an insignificant role (R≈r 0 ) at low frequencies, F 2 ≈F 1 here too. Therefore, subject to condition (3), at least at low and high frequencies, the voltage at the output of the high-frequency connector is proportional to the current, i.e.

Figure 00000013
Figure 00000013

Это равенство нарушается в окрестности частоты

Figure 00000014
. Здесь наблюдается отклонение выходного напряжения от значений I·r0.This equality is violated in the vicinity of the frequency
Figure 00000014
. Here, the deviation of the output voltage from the values of I · r 0 is observed.

Определить величину этих отклонений в рамках этого анализа невозможно. Для этого решалась электродинамическая задача на основе уравнений Максвелла. Были получены соотношения, позволяющие определить для заданной частоты распределение по толщине внутреннего цилиндра плотности тока и, следовательно, напряженности электрического поля. Это позволило рассчитать величину выходного напряжения в зависимости от частоты. Численные расчеты были проведены на компьютере с применением программы Mathcad.It is impossible to determine the magnitude of these deviations within the framework of this analysis. For this, the electrodynamic problem was solved on the basis of Maxwell's equations. Relations have been obtained that make it possible to determine for a given frequency the distribution over the thickness of the inner cylinder of the current density and, therefore, the electric field strength. This allowed us to calculate the value of the output voltage depending on the frequency. Numerical calculations were performed on a computer using the Mathcad program.

Результаты расчета выходного напряжения с учетом скин-эффекта для цилиндра из нержавеющей стали диаметром 50 мм и толщиной стенки 3 мм представлены на фиг.3 и 4. В расчете принято: М=1.5·10-9 Гн, r0=1.7·10-4 Ом.The results of calculating the output voltage, taking into account the skin effect for a stainless steel cylinder with a diameter of 50 mm and a wall thickness of 3 mm, are presented in FIGS. 3 and 4. The calculation takes: M = 1.5 · 10 -9 H, r 0 = 1.7 · 10 - 4 ohms.

На представленном на фиг.3 виде амплитудно-частотной характеристики кривые 1 получены для случая, когда длина токовой отпайки 9 равняется длине всей рабочей части внутреннего цилиндра 2 (l=H), кривые 2 - для случая, когда l=0.8 H, кривые 3 - для случая l=0.5 H, кривые 4 - для случая l=0.2 H, кривые 5 - для случая l=0.In the form of the amplitude-frequency characteristic shown in Fig. 3, curves 1 are obtained for the case when the length of the current soldering 9 is equal to the length of the entire working part of the inner cylinder 2 (l = H), curves 2 - for the case when l = 0.8 H, curves 3 - for the case l = 0.5 H, curves 4 - for the case l = 0.2 H, curves 5 - for the case l = 0.

На фиг.3а представлен результат расчета без учета резистора r2, на фиг.36 - с учетом этого резистора, величина сопротивления которого выбрана по условию (3) при принятой в расчете индуктивности L=1·10-6 Гн. Видно, что при l=0.5 H неравномерность частотной характеристики минимальна. Она снижается до 10 процентов. Применение резистора r2 расширяет полосу воспроизводимых частот в высокочастотной области.On figa presents the calculation result without taking into account the resistor r 2 , Fig.36 - taking into account this resistor, the resistance value of which is selected according to condition (3) with the accepted inductance calculation L = 1 · 10 -6 GN. It can be seen that for l = 0.5 H, the non-uniformity of the frequency response is minimal. It is reduced to 10 percent. The use of the resistor r 2 extends the frequency band in the high frequency region.

На представленной на фиг.4 фазо-частотной зависимости выходного сигнала устройства также наблюдается аналогичный эффект: наименьший сдвиг фазы имеет место при l=0.5 H. Особенно явно это выражается при небольших частотах. Например, при частоте 50 Гц фаза (в радианах) имеет следующие величины: 9×10-3-(1); -9×10-3-(5); 7×10-7-(3).The phase-frequency dependence of the output signal of the device shown in Fig. 4 also shows a similar effect: the smallest phase shift occurs at l = 0.5 H. This is especially pronounced at low frequencies. For example, at a frequency of 50 Hz, the phase (in radians) has the following values: 9 × 10 -3 - (1); -9 × 10 -3 - (5); 7 × 10 -7 - (3).

Вариант l=0.5 H выбирается в том случае, когда необходимо сформировать выходной сигнал наиболее точно воспроизводящий форму тока. Если важно обеспечить опережение фазы, отношение

Figure 00000015
должно быть больше 0.5; наоборот, для запаздывания фазы, отношение
Figure 00000016
должно быть меньше 0.5.The variant l = 0.5 H is selected in the case when it is necessary to form the output signal that most accurately reproduces the shape of the current. If it is important to ensure phase advance, the ratio
Figure 00000015
must be greater than 0.5; conversely, for phase lag, the ratio
Figure 00000016
must be less than 0.5.

Условие l=0.5 H реализовано на практике в устройстве, толщина стенки внутреннего цилиндра которого изготовлены из немагнитной нержавеющей стали, составляет 3 мм, а длина рабочей части 10 см. Устройство сохраняет свою работоспособность при протекании тока 100 кА в течение 0.2 с.The condition l = 0.5 H is implemented in practice in a device whose wall thickness of the inner cylinder is made of non-magnetic stainless steel is 3 mm and the length of the working part is 10 cm. The device remains operational when a current of 100 kA flows for 0.2 s.

Выбор длины отпайки, равной половине длины рабочей части внутреннего цилиндра, позволяет снизить неравномерность амплитудно-частотной характеристики в области частот 104÷105 Гц.The choice of the tap length equal to half the length of the working part of the inner cylinder, allows to reduce the unevenness of the amplitude-frequency characteristics in the frequency range 10 4 ÷ 10 5 Hz.

Введение в устройство для измерения тока дополнительного резистора, включенного между выводом центрального электрода высокочастотного разъема и корпусом внутреннего цилиндра последовательно с конденсатором RC-цепочки, позволяет уменьшить влияние собственной индуктивности измерительной цепи на результат измерения, что приводит к уменьшению времени реакции устройства на изменение измеряемого тока.The introduction of an additional resistor in the device for measuring current, connected between the output of the central electrode of the high-frequency connector and the inner cylinder body in series with the capacitor of the RC circuit, can reduce the influence of the inductance of the measuring circuit on the measurement result, which reduces the response time of the device to a change in the measured current.

Расположение конденсатора RC-цепочки и дополнительного резистора, а также RC-цепочки и дополнительного резистора в отдельном блоке обеспечивает более свободный доступ к элементам при их настройке.The location of the capacitor of the RC chain and the additional resistor, as well as the RC chain and the additional resistor in a separate unit provides more free access to the elements when they are configured.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №813267, G01R 19/04, 1981.1. USSR Copyright Certificate No. 813267, G01R 19/04, 1981.

2. Шваб А., Измерения на высоком напряжении. Пер. с нем. М., «Энергия», 1973, с.140.2. Schwab A., Measurements at high voltage. Per. with him. M., "Energy", 1973, p.140.

3. Шваб А., Измерения на высоком напряжении. Пер. с нем. М., «Энергия», 1973, с.143.3. Schwab A., Measurements at high voltage. Per. with him. M., "Energy", 1973, p.143.

4. Патент РФ №2216746, G01R 19/00, 2003.4. RF patent No. 2216746, G01R 19/00, 2003.

Claims (4)

1. Устройство для измерения тока, содержащее два коаксиально расположенных металлических цилиндра, соединенных на одном торце с помощью фланцев, а на другом торце имеющих каждый свой токоподвод, высокочастотный разъем, закрепленный на фланце одного из цилиндров, с коаксиально расположенным центральным электродом и по крайней мере одну токовую отпайку, расположенную в пространстве между внутренним и внешним цилиндрами и соединенную одним концом с внутренним цилиндром в начале его рабочей части, а другим - через отверстие в стенке внутреннего цилиндра, и интегрирующую RC-цепочку с центральным электродом высокочастотного разъема, отличающееся тем, что в устройство введен, по крайней мере, один дополнительный резистор, включенный между выводом центрального электрода высокочастотного разъема и корпусом внутреннего цилиндра последовательно с конденсатором RC-цепочки, а величины длин токовой отпайки и рабочей части внутреннего цилиндра выбраны в соответствии с соотношением:
Figure 00000017

где l - длина отпайки;
H - длина рабочей части внутреннего цилиндра.
1. A device for measuring current, comprising two coaxially arranged metal cylinders connected at one end by means of flanges, and at the other end having their own current supply, a high-frequency connector, mounted on the flange of one of the cylinders, with a central electrode coaxially located and at least one current tap located in the space between the inner and outer cylinders and connected at one end to the inner cylinder at the beginning of its working part, and the other through a hole in the inner wall cylinder, and an integrating RC circuit with a central electrode of the high-frequency connector, characterized in that at least one additional resistor is inserted into the device, connected between the output of the central electrode of the high-frequency connector and the body of the inner cylinder in series with the capacitor of the RC chain, and the quantities the lengths of the current tap and the working part of the inner cylinder are selected in accordance with the ratio:
Figure 00000017

where l is the length of the tap;
H is the length of the working part of the inner cylinder.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токовая отпайка выполнена в виде трубки с продольным разрезом, охватывающей внутренний цилиндр.2. The device according to claim 1, characterized in that the current tap is made in the form of a tube with a longitudinal section covering the inner cylinder. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конденсатор RC-цепочки и дополнительный резистор установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля.3. The device according to claim 1, characterized in that the capacitor of the RC chain and an additional resistor are installed in an electronic amplifier unit connected to the device using a high-frequency cable. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что RC-цепочка и дополнительный резистор установлены в электронном усилительном блоке, соединенном с устройством с помощью высокочастотного кабеля. 4. The device according to claim 1, characterized in that the RC circuit and an additional resistor are installed in an electronic amplifier unit connected to the device using a high-frequency cable.
RU2012127149/28A 2012-06-29 2012-06-29 Device for current measurement RU2515176C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012127149/28A RU2515176C2 (en) 2012-06-29 2012-06-29 Device for current measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012127149/28A RU2515176C2 (en) 2012-06-29 2012-06-29 Device for current measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012127149A RU2012127149A (en) 2014-01-10
RU2515176C2 true RU2515176C2 (en) 2014-05-10

Family

ID=49884098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012127149/28A RU2515176C2 (en) 2012-06-29 2012-06-29 Device for current measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2515176C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU813267A1 (en) * 1975-03-17 1981-03-15 Предприятие П/Я Р-6324 Coaxial shunt
SU868598A1 (en) * 1980-01-21 1981-09-30 Предприятие П/Я А-7904 High-voltage measuring pulse voltage divider
RU2216746C2 (en) * 2001-11-14 2003-11-20 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Эра" Device measuring current

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU813267A1 (en) * 1975-03-17 1981-03-15 Предприятие П/Я Р-6324 Coaxial shunt
SU868598A1 (en) * 1980-01-21 1981-09-30 Предприятие П/Я А-7904 High-voltage measuring pulse voltage divider
RU2216746C2 (en) * 2001-11-14 2003-11-20 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Эра" Device measuring current

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012127149A (en) 2014-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6218194B2 (en) Power measuring device and sensor element
US8508212B2 (en) Calibration of non-contact current sensors
US5659251A (en) Electromagnetic inductive probe
US8493059B2 (en) Shunt sensor and shunt sensor assembly
KR20160003684A (en) Measuring resistor and corresponding measuring method
Kaczmarek et al. Reference voltage divider designed to operate with oscilloscope to enable determination of ratio error and phase displacement frequency characteristics of MV voltage transformers
CN104237832B (en) A kind of calibration method and device of complex impedance standard
US9664720B2 (en) Device for the contactless determination of an electrical potential of an object, current probe, and method
JP4652236B2 (en) Ground resistance measuring device
MD3897G2 (en) Process for measuring the section of an insulated wire in the casting process
CN113341193A (en) Broadband alternating current shunt balanced type bridge measuring device and measuring method
RU2515176C2 (en) Device for current measurement
CN105372498B (en) Current divider impedance parameter for transient current measure determines method
US3283242A (en) Impedance meter having signal leveling apparatus
CN106154013B (en) A kind of compound Rogowski coil integrating resistor and its manufacturing method
WO2015133212A1 (en) Voltage measuring apparatus and voltage measuring method
CN102809699B (en) Dynamic measurement method for distributed capacitance of electrode concerned in measurement of conductivity of solution
JP2003121478A (en) Voltage detection circuit for current detecting resistor
CN108333416B (en) Device for precisely measuring high-frequency micro-current
RU2645900C2 (en) Measurement of the homogeneous temperature of coil by increasing resistance of the wire
EP3527995B1 (en) Shunt resistor and measurement system
JP2003121481A (en) Device and method for measuring inductance of current sensing low resistor
JP7364434B2 (en) Zero adjustment correction method and impedance measurement method
Metwally Measurement of high pulsed currents through plates by novel linear side-looking coils
Willihnganz A bridge for measuring storage battery resistance

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191230