RU2650844C1 - Цифровой преобразователь тока компенсационного типа - Google Patents
Цифровой преобразователь тока компенсационного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650844C1 RU2650844C1 RU2017118474A RU2017118474A RU2650844C1 RU 2650844 C1 RU2650844 C1 RU 2650844C1 RU 2017118474 A RU2017118474 A RU 2017118474A RU 2017118474 A RU2017118474 A RU 2017118474A RU 2650844 C1 RU2650844 C1 RU 2650844C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- amplifier
- compensation
- counter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
- G01R19/257—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with comparison of different reference values with the value of voltage or current, e.g. using step-by-step method
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Цифровой преобразователь тока компенсационного типа относится к устройствам измерения электрического тока. Измеритель содержит магнитопровод 1 с токовой 2 и компенсационной 3 катушками. В воздушном зазоре магнитопровода 1 установлены элементы Холла 4 и 5, которые по цепи питания соединены последовательно по поперечным и продольным контактам, выходы элементов Холла соединены с инструментальными усилителями 6 и 7, выходы которых соединены с вычитателем 8, выход которого соединен с формирователем счетных импульсов 9. Выходы формирователя 9 соединены со счетными входами инкрементирования и декрементирования реверсивного счетчика 10. Выходной код счетчика 10 является цифровым выходом преобразователя и подается на ЦАП 11, выход которого является аналоговым выходом преобразователя и соединен с мостовым усилителем 12 питания компенсационной катушки 3. Техническим результатом при реализации заявленного технического решения является обеспечение компенсации остаточного напряжения элементов Холла и смещения нуля инструментальных усилителей с их температурной зависимостью, обеспечивает получение цифрового кода измеряемого тока, а также обеспечивает отсутствие магнитного поля в магнитопроводе, что позволяет измерять переменные токи без нагрева магнитопровода из-за вихревых токов. 2 ил.
Description
Техническое решение относится к устройствам измерения электрического тока, в частности к цифровым преобразователям тока компенсационного типа, и может быть использовано для бесконтактного преобразования измеряемого тока в цифровой код, что может найти применение в системах автоматического управления, в устройствах заряда аккумуляторов автомобилей и мобильной техники, а также в счетчиках электрической энергии.
Известен преобразователь типа [1], Авторское свидетельство СССР 496498. Преобразователь содержит компенсационную обмотку, гальваномагнитный элемент Холла, размещенный внутри компенсационной обмотки, усилитель выходного напряжения элемента Холла, соединенный с компенсационной обмоткой, измерительный прибор протекающего в компенсационной обмотке тока. При расположении преобразователя над токоведущей шиной ее магнитное поле вызывает на выходах элемента Холла напряжение. Это напряжение после усиления и подачи на компенсационную обмотку создает магнитное поле, направленное встречно магнитному полю токоведущей шины. За счет отрицательной обратной связи магнитное поле тока в компенсационной катушке уравновешивает магнитное поле тока токоведущей шины и является мерой измеряемого тока. Недостатком преобразователя является малая чувствительность.
Известен датчик тока компенсационного типа [2], US 4939449. Датчик содержит магнитопровод, на котором намотана компенсационная обмотка, а внутри расположен токопровод, в зазоре магнитопровода установлен элемент Холла, соединенный с операционным усилителем, выход которого соединен с усилителем мощности питания компенсационной обмотки, ток в цепи питания компенсационной обмотки пропорционален протекающему по токопроводу току и измеряется миллиамперметром. Использование в датчике магнитопровода уменьшает влияние внешнего магнитного поля и повышает чувствительность датчика. Недостатком датчика является невозможность измерения малых токов, поскольку токопровод внутри магнитопровода создает достаточное магнитное поле в магнитопроводе только при больших токах, кроме того, датчик имеет погрешность тока компенсации из-за остаточного напряжения датчика Холла с его температурной зависимостью.
Известен датчик тока компенсационного типа [3], US 8698485. Датчик содержит магнитопровод, на котором намотана компенсационная обмотка, а внутри расположен токопровод, в зазоре магнитопровода установлен элемент Холла, выполненный в виде специализированной ИС с компенсацией остаточного напряжения элемента Холла и его температурной зависимости, соединенный с операционным усилителем, выход которого соединен с мостовым ШИМ усилителем мощности питания компенсационной обмотки. Усилитель мощности в этом случае работает в режиме D, который обладает лучшими энергетическими характеристиками, чем линейные усилители класса А или АВ. Последовательно с компенсационной катушкой включен нагрузочный резистор, падение напряжения на котором является выходным аналоговым сигналом датчика. Датчик позволяет измерять тысячиамперные токи при меньших потерях. Недостатками датчика являются отсутствие цифрового выхода, а также неполная компенсация магнитного поля в магнитопроводе из-за аналоговой обратной связи, поскольку для ее работы необходимо наличие смещения в цепи компенсации.
Известен датчик тока компенсационного типа [4] US 5565765, выбранный в качестве прототипа. Датчик содержит магнитопровод, на котором расположены токовая катушка и компенсационная катушка, в зазоре магнитопровода расположен элемент Холла, выходное напряжение с которого подается на инструментальный усилитель, соединенный с мостовым усилителем мощности питания секции компенсационной катушки. В середине компенсационной катушки включен нагрузочный резистор, напряжение с которого, пропорциональное измеряемому току, подается на выход датчика. Техническое решение за счет использования токовой катушки позволяет измерять малые токи, а использование мостовой схемы питания компенсационной катушки позволяет использовать однополярный источник питания. Недостатком датчика является отсутствие цифрового выхода, погрешность от смещения нуля усилителя и остаточного напряжения элемента Холла, зависящие от температуры, а также неполная компенсация магнитного поля в магнитопроводе из-за аналоговой обратной связи в цепи компенсации, что приводит к наличию вихревых токов и нагреву магнитопровода с увеличением амплитуды и частоты измеряемого тока.
Задачей технического решения является компенсация смещения нуля усилителя и остаточного напряжения датчика Холла, а также их температурной погрешности, обеспечение цифрового выхода датчика тока и устранение вихревых токов в магнитопроводе.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в цифровом преобразователе тока компенсационного типа, содержащем магнитопровод, на котором расположены токовая катушка и компенсационная катушка, в зазоре которого установлен элемент Холла, выход которого соединен со входами инструментального усилителя, выход инструментального усилителя соединен с мостовым усилителем питания компенсационной катушки, предусмотрены следующие отличия: введены дополнительный элемент Холла со своим инструментальным усилителем и вычитатель, по цепи питания элементы Холла соединены последовательно по продольным и поперечным контактам, а соответствующие выходы элементов Холла соединены с инструментальными усилителями, выходы инструментальных усилителей соединены с вычитателем, также в преобразователь дополнительно введены формирователь счетных импульсов, реверсивный счетчик, ЦАП, нормирующий усилитель и блок цифрового интерфейса, вход формирователя соединен с выходом вычитателя, выходы формирователя соединены со входами инкрементирования и декрементирования реверсивного счетчика, шина выходного кода счетчика соединена с ЦАП и с блоком цифрового интерфейса, выход ЦАП соединен с мостовым усилителем питания компенсационной катушки и с нормирующим усилителем аналогового выхода преобразователя.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого цифрового преобразователя тока компенсационного типа и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно, в предложенном техническом решении вычитатель дает разностное напряжение, в котором устранено смещение нуля инструментальных усилителей и остаточное напряжение элементов Холла, а формирователь счетных импульсов, реверсивный счетчик и ЦАП образуют следящую цифровую обратную связь формирования компенсационного тока, которая работает при нулевом магнитном поле в магнитопроводе, что исключает его намагничивание и вихревые токи в нем.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 содержит схему цифрового преобразователя тока компенсационного типа, фиг. 2 - схему варианта исполнения формирователя счетных импульсов.
Фиг. 1 содержит:
1 - магнитопровод;
2 - токопроводник;
3 - компенсационную катушку;
4, 5 - элементы Холла;
6, 7 - инструментальные усилители;
8 - вычитатель;
9 - формирователь счетных импульсов;
10 - реверсивный счетчик;
11 - ЦАП;
12 - мостовой усилитель;
13 - нормирующий усилитель аналогового выхода преобразователя;
14 - блок цифрового интерфейса преобразователя.
Измеряемый ток подается на токопровод 2, проходящий через магнитопровод 1 или выполненный в виде катушки. На магнитопроводе 1 также расположена компенсационная катушка 3. Магнитопровод 1 выполнен с зазором, в котором установлены элементы Холла 4 и 5.
Элементы Холла 4 и 5 по цепи питания соединены последовательно перекрестно. Соответствующие холловские выводы элементов Холла 4, 5 соединены с инструментальными усилителями 6, 7, выходы которых соединены с вычитателем 8.
Выход вычитателя 8 соединен с формирователем счетных импульсов 9. Выходы формирователя 9 соединены со счетными входами инкремента и декремента реверсивного счетчика 10. Выходной код счетчика 10 подается на ЦАП 11, выход которого соединен с мостовым усилителем 12 питания компенсационной катушки 3, а также с нормирующим усилителем 13. Выход счетчика 10 также соединен с блоком цифрового интерфейса 14.
Согласно [5] выходное напряжение элемента Холла кроме холловского напряжения Ux от магнитного поля содержит остаточное напряжение Uo. При этом остаточное напряжение элемента Холла велико и существенно зависит от температуры, кроме этого в инструментальном усилителе его выходное напряжение содержит смещение нуля усилителя Uc, что в совокупности приводит к некорректной компенсации магнитного потока в магнитопроводе.
Выходное напряжение элемента Холла 4 на выходе усилителя 6 определяется формулой
Выходное напряжение элемента Холла 5 на выходе усилителя 7 определяется формулой
Выходное напряжение вычитателя 8 определяется формулой
Таким образом, разностное напряжение ΔU вычитателя 8 зависит только от удвоенного холловского напряжения Ux, в котором исключено остаточное напряжение Uo и смещение нуля усилителя Uc.
Разностное напряжение ΔU подается на формирователь счетных импульсов 9 реверсивного счетчика 10. Выход счетчика 10 управляет цифро-аналоговым преобразователем 11, выход которого поступает на мостовой усилитель 12, подающий ток в компенсационную катушку.
Таким образом, предложенное решение образует следящий АЦП тока, в котором в качестве разностного элемента, формирующего сигнал рассогласования, выступают магнитные поля токовой и компенсационной катушек и элементы Холла.
За счет обратной связи на компенсационной катушке поддерживается такой ток, который удерживает разностное магнитное поле токовой и компенсационной катушек близкое к нулю. В отличие от аналоговой обратной связи, для которой необходимо наличие смещения магнитного поля, в предложенном техническом решении разностное поле токовой катушки и компенсационной катушки определяется ценой младшего разряда ЦАП.
Для преобразования сигнала ошибки в код счетчика используется формирователь счетных импульсов 9. Вариант схемы приведен на фиг. 2.
Формирователь счетных импульсов 9 содержит компараторы 15 и 16, на которые подается разностное напряжение ΔU и половина порогового напряжения l/2Uth.
Выходы компараторов 15, 16 соединены с мультивибраторами 17, 18 и 19, 20 соответственно, которые содержат в обратной связи элементов 18, 19 транспортную задержку сигнала из элементов 21, 22.
При превышении разностного напряжения ΔU половины порогового напряжения l/2Uth срабатывает соответствующий компаратор, сигнал с которого запускает мультивибратор, на выходе которого формируется счетный импульс длительностью, определяемой элементами задержки. Счетный импульс поступает на реверсивный счетчик 10.
В предложенном техническом решении код счетчика 10 пропорционален компенсационному току. Следовательно, код счетчика является выходным цифровым кодом преобразователя тока, а вся предложенная система представляет собой цифровой следящий преобразователь тока.
Техническое решение обеспечивает компенсацию остаточного напряжения элементов Холла и смещения нуля инструментальных усилителей с их температурной зависимостью, обеспечивает получение цифрового кода измеряемого тока, а также поддерживает практически нулевое магнитное поле в токопроводе, что исключает вихревые токи в магнитопроводе и его нагрев при измерении переменного тока.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 496498;
2. Патент США 4939449;
3. Патент США 8698485;
4. Патент США 5565765 – прототип;
5. А.А. Голубев, В.К. Игнатьев. Цифровой нанотеслометр, Изв. Вузов. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, №1, с. 49-54.
Claims (1)
- Цифровой преобразователь тока компенсационного типа, содержащий магнитопровод, на котором расположены токовая катушка и компенсационная катушка, в зазоре которого установлен элемент Холла, выход которого соединен со входами инструментального усилителя, выход инструментального усилителя соединен с мостовым усилителем питания компенсационной катушки, отличающийся тем, что введен дополнительный элемент Холла со своим инструментальным усилителем и вычитатель, по цепи питания элементы Холла соединены последовательно по продольным и поперечным контактам, а соответствующие выходы элементов Холла соединены с инструментальными усилителями, выходы которых соединены с вычитателем, также в преобразователь дополнительно введены формирователь счетных импульсов, реверсивный счетчик, ЦАП, нормирующий усилитель и блок цифрового интерфейса, вход формирователя соединен с выходом вычитателя, выходы формирователя соединены со входами инкрементирования и декрементирования реверсивного счетчика, шина выходного кода счетчика соединена с ЦАП и с блоком цифрового интерфейса, выход ЦАП соединен с мостовым усилителем питания компенсационной катушки и с нормирующим усилителем аналогового выхода преобразователя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118474A RU2650844C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Цифровой преобразователь тока компенсационного типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118474A RU2650844C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Цифровой преобразователь тока компенсационного типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2650844C1 true RU2650844C1 (ru) | 2018-04-17 |
Family
ID=61976510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017118474A RU2650844C1 (ru) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | Цифровой преобразователь тока компенсационного типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2650844C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU496498A1 (ru) * | 1973-07-27 | 1975-12-25 | Ташкентский Политехнический Институт | Преобразователь посто нного тока компенсационного типа |
SU930138A1 (ru) * | 1980-07-01 | 1982-05-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Релестроения "Вниир" | Измерительный преобразователь посто нного тока |
WO2011153581A1 (en) * | 2010-06-07 | 2011-12-15 | Ampcontrol Pty Ltd | Method for detection of leakage or fault currents from equipment in an electrical power system |
CN202305636U (zh) * | 2011-10-17 | 2012-07-04 | 南京中旭电子科技有限公司 | 一种高过载型霍尔电流传感器 |
-
2017
- 2017-05-29 RU RU2017118474A patent/RU2650844C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU496498A1 (ru) * | 1973-07-27 | 1975-12-25 | Ташкентский Политехнический Институт | Преобразователь посто нного тока компенсационного типа |
SU930138A1 (ru) * | 1980-07-01 | 1982-05-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Релестроения "Вниир" | Измерительный преобразователь посто нного тока |
WO2011153581A1 (en) * | 2010-06-07 | 2011-12-15 | Ampcontrol Pty Ltd | Method for detection of leakage or fault currents from equipment in an electrical power system |
CN202305636U (zh) * | 2011-10-17 | 2012-07-04 | 南京中旭电子科技有限公司 | 一种高过载型霍尔电流传感器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Статья: "Датчик тока компенсационного типа", Ж. "Силовая элементная база", номер 3, 2014. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2504794C2 (ru) | Цифровой усилитель с управлением с использованием прямой и обратной связи | |
CN107102187B (zh) | 一种用于交直流大电流测量的零磁通磁通门电流传感器 | |
EP3680628A1 (en) | Magnetic flowmeter assembly with zero-flow measurement capability | |
CN110763902B (zh) | 一种高精度任意波形电磁式电流互感器及测量方法 | |
JP2009210406A (ja) | 電流センサ及び電力量計 | |
Dewi et al. | Design and development of DC high current sensor using Hall-Effect method | |
KR20170090468A (ko) | 전류 검출 장치 | |
CN105793675A (zh) | 用于操作磁感应测量系统的方法 | |
JP6166319B2 (ja) | 非接触型直流電流センサ及び該非接触型直流電流センサを用いてなる直流電流計測システム | |
CN100365419C (zh) | 直流电流非接触测量方法 | |
EP3105602B1 (en) | Sensor and method for electric current measurement | |
JP6106909B2 (ja) | 電流センサ | |
RU2650844C1 (ru) | Цифровой преобразователь тока компенсационного типа | |
KR20130028460A (ko) | 션트 저항을 이용한 3상 전력 시스템의 전력량계 | |
CN101696985A (zh) | 一种检测直流电流的方法及装置和系统 | |
RU2664880C1 (ru) | Следящий преобразователь тока компенсационного типа | |
JP6014544B2 (ja) | 磁界検出装置の検査用回路及びその検査方法 | |
Shede et al. | Leakage current sensing techniques | |
CN104897944A (zh) | 一种测量50a以上直流电流的方法 | |
US3739274A (en) | Direct current measuring system | |
EP3255445B1 (en) | Magneto-impedance (mi) magnetic sensor | |
CN101813723A (zh) | 一种非接触式测量直流电流的方法 | |
Zhang et al. | A new approach for solving the false balance of a closed-loop fluxgate current transducer | |
KR200283971Y1 (ko) | 전류 측정 장치 | |
Istrate et al. | Fictive power source for calibrations in railway systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200530 |