RU2777878C1

RU2777878C1 - Method for calibrating a measuring current converter

Info

Publication number: RU2777878C1
Application number: RU2021104611A
Authority: RU
Inventors: Штефан ШУБЕРТ
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2022-08-11

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to a method for calibrating a corresponding measuring current converter (12) with a measuring current converter (12) for measuring electric current along a conducting path (14), wherein the measuring current converter (12) has a magnetic field-sensitive element (18) for converting the magnetic field resulting from the flow of current along the conducting path (14) to at least one physical quantity, as well as a measuring apparatus (24) for measuring said physical quantity. It is provided that the apparatus (10) for measuring current conversion also has a coil system (26) for simulating the magnetic field resulting from the flow of current along the conductive path (14), including at least one coil (28).

EFFECT: increase in the security of calibration of the measuring current converter.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение касается устройства измерительного преобразования тока, имеющего измерительный преобразователь тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, при этом измерительный преобразователь тока имеет чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, по меньшей мере в одну физическую величину, а также измерительное устройство для измерения этой физической величины.The invention relates to a current measuring device having a current measuring transducer for measuring electric current along a conductive track, wherein the current measuring transducer has a magnetic field sensitive element for converting the magnetic field resulting from the current flow along the conductive track into at least one physical quantity, as well as a measuring device for measuring this physical quantity.

Изобретение касается также способа калибровки измерительного преобразователя тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, который имеет чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, в некоторую физическую величину, а также соответствующего компьютерного программного продукта для осуществления этого способа.The invention also relates to a method for calibrating a current measuring transducer for measuring electric current along a conductive track, which has a magnetic field sensing element for converting the magnetic field resulting from the current flow along the conductive track into a certain physical value, as well as a corresponding computer software product for implementing this method.

Устройство измерительного преобразования тока вышеназванного вида в виде магнитооптического измерительного преобразователя тока известно из публикации US 3 605 013 A. Чувствительным к магнитному полю элементом служит там световодная катушка, которая преобразует магнитное поле, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, в изменение состояния поляризации лазерного света, который проходит через световодную катушку. Измерительным устройством служит система анализатора и детектора. Устройство измерительного преобразования тока, которое работает на основе очень похожего принципа измерения, показывается в публикации DE 25 48 278 A1.A device for measuring current conversion of the above type in the form of a magneto-optical measuring current transducer is known from the publication US 3 605 013 A. The magnetic field-sensitive element there is a light guide coil, which converts the magnetic field resulting from the current flow along the conductive track into a change in the state of polarization of laser light which passes through the light guide coil. The measuring device is an analyzer and detector system. A current measuring device which operates on a very similar measuring principle is shown in DE 25 48 278 A1.

В противоположность индуктивным преобразователям тока по принципу трансформатора (называемым далее традиционными преобразователями тока), у которых подлежащий определению электрический ток вдоль токопроводящей дорожки получается из измеренного тока на вторичной стороне и отношения чисел витков между первичной и вторичной стороной, нетрадиционные преобразователи тока, такие как, например, упомянутые ранее магнитооптические преобразователи тока, нормальным образом должны калиброваться.In contrast to inductive current converters according to the transformer principle (hereinafter referred to as conventional current converters), in which the electric current to be determined along the current path is obtained from the measured current on the secondary side and the ratio of the number of turns between the primary and secondary side, unconventional current converters such as, for example, , the previously mentioned magneto-optical current converters, should be calibrated in the normal way.

Задачей изобретения является предложить меры для простой и надежной калибровки измерительного преобразователя тока.The object of the invention is to propose measures for a simple and reliable calibration of a current transducer.

Решение задачи осуществляется с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.The solution of the problem is carried out using the features of independent claims. Preferred embodiments are indicated in the dependent claims.

У предлагаемого изобретением устройства измерительного преобразования тока, имеющего измерительный преобразователь тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, который осдержит чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, по меньшей мере в одну физическую величину, а также измерительное устройство для измерения этой физической величины, предусмотрено, что это устройство измерительного преобразования тока имеет также катушечную систему для симуляции магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, которая включает в себя по меньшей мере одну катушку.In the current measuring device according to the invention, having a current measuring transducer for measuring electric current along the conductive track, which contains a magnetic field sensitive element for converting the magnetic field resulting from the current flow along the conductive track into at least one physical quantity, and also a measuring device for measuring this physical quantity, it is provided that this current measuring device also has a coil system for simulating a magnetic field resulting from the current flow along a current-carrying track, which includes at least one coil.

Для калибровки измерительного преобразователя тока устройства измерительного преобразования тока посредством катушечной системы, имеющейся в устройстве измерительного преобразования тока, может генерироваться магнитное поле, которое представляет собой эквивалент магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки. То есть нужные для калибровки компоненты уже имеются в устройстве измерительного преобразования тока, так что для калибровки не должна специально создаваться никакая конструкция. Кроме того, имеющиеся здесь компоненты используют для калибровки отношения чисел витков (число витков в проводящей дорожке к числу витков у группы катушек катушечной системы) по принципу трансформатора.In order to calibrate the current measuring transducer of the current measuring converting device, a magnetic field can be generated by means of the coil system present in the current measuring converting device, which is the equivalent of the magnetic field resulting from the current flow along the conductive track. That is, the components required for calibration are already present in the current measurement converter, so that no special construction needs to be created for calibration. In addition, the components available here are used to calibrate the ratio of the number of turns (the number of turns in the conductive track to the number of turns in the group of coils of the coil system) according to the principle of the transformer.

В частности, предусмотрено, что расположение внутри устройства и ориентация катушечной системы относительно чувствительного к магнитному полю элемента являются жестко задаваемыми или жестко заданными.In particular, it is provided that the location within the device and the orientation of the coil system relative to the magnetic field sensitive element are fixed or fixed.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что чувствительный к магнитному полю элемент имеет форму катушки или кольца или рамки. Такая форма нужна, в частности, для шинного преобразователя.According to one of the preferred embodiments of the invention, it is provided that the magnetic field sensitive element has the form of a coil or a ring or a frame. This form is needed, in particular, for a bus converter.

По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения катушка или по меньшей мере одна из катушек по меньшей мере на отдельных участках окружает чувствительный к магнитному полю элемент. При форме чувствительного к магнитному полю элемента в виде катушки или кольца или рамки термин «участок» относится к периметрическим участкам формы катушки или кольца или рамки.According to another preferred embodiment of the invention, the coil or at least one of the coils surrounds the magnetic field sensitive element in at least separate areas. When the shape of the magnetic field sensing element is in the form of a coil or a ring or a frame, the term "region" refers to the perimetric regions of the shape of the coil or ring or frame.

По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что чувствительный к магнитному полю элемент является оптически активным элементом и/или намагничиваемым элементом.According to another preferred embodiment of the invention, it is provided that the magnetic field sensitive element is an optically active element and/or a magnetizable element.

Предпочтительно предусмотрено, что указанная по меньшей мере одна физическая величина представляет собойPreferably, it is provided that said at least one physical quantity is

- состояние оптически активного элемента в отношении величины, описывающей какое-либо оптическое свойство, и/или- the state of an optically active element with respect to a quantity describing some optical property, and/or

- состояние намагничиваемого элемента в отношении величины, описывающей какое-либо магнитное свойство.- the state of the magnetized element in relation to a quantity describing some magnetic property.

В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, что устройство измерительного преобразования тока имеет генератор тока для снабжения током указанной по меньшей мере одной катушки для симуляции магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки.In another preferred embodiment, it is provided that the current measurement device has a current generator for supplying current to said at least one coil to simulate a magnetic field resulting from current flow along the conductive track.

Наконец, в отношении устройства измерительного преобразования тока предпочтительно предусмотрено, что оно имеет устройство управления и/или регулирования для осуществления процесса калибровки для калибровки измерительного преобразователя тока. Это устройство, как правило, соединено по сигнальной технологии с измерительным устройством и генератором тока. Предпочтительно устройство управления и/или регулирования представляет собой компьютерное устройство управления и/или регулирования.Finally, it is preferably provided with respect to the current measuring transducer device that it has a control and/or regulation device for carrying out a calibration process for calibrating the current measuring transducer. This device, as a rule, is connected by signal technology with a measuring device and a current generator. Preferably, the control and/or regulation device is a computer control and/or regulation device.

В одном из предлагаемых изобретением способов калибровки измерительного преобразователя тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, который имеет чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, в некоторую физическую величину, предусмотрено, что для калибровки измерительного преобразователя тока посредством катушечной системы, включающей в себя по меньшей мере одну катушку, симулируется магнитное поле, являющееся результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки.In one of the methods proposed by the invention for calibrating a current transducer for measuring electric current along a conductive track, which has a magnetic field sensitive element for converting the magnetic field resulting from the current flow along the conductive track into a certain physical value, it is provided that for calibrating the measuring the current converter by means of a coil system including at least one coil, a magnetic field is simulated, which is the result of current flow along the conductive track.

В частности, предусмотрено, что измерительный преобразователь тока является частью вышеназванного устройства измерительного преобразования тока, и катушечная система этого устройства измерительного преобразования тока используется для симуляции магнитного поля.In particular, it is provided that the current measuring transducer is a part of the current measuring transducer device mentioned above, and the coil system of this current measuring transducer device is used to simulate the magnetic field.

У предлагаемого изобретением компьютерного программного продукта предусмотрено, что он включает в себя части программы, которые, загруженные в процессор компьютерного устройства управления и/или регулирования, предназначены для осуществления вышеназванного способа.The computer software product according to the invention is provided to include program parts which, when loaded into the processor of the computer control and/or regulation device, are intended for carrying out the above-mentioned method.

Далее схематично показаны на чертежах и подробнее описываются ниже примеры осуществления изобретения. При этом показано: Further schematically shown in the drawings and described in more detail below, examples of the invention. This shows:

фиг.1: система из токопроводящей дорожки и устройства измерительного преобразования тока по одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, иfigure 1: a system of a conductive track and a device for measuring current conversion according to one of the preferred embodiments of the invention, and

фиг.2: части устройства измерительного преобразования тока по другому предпочтительному варианту осуществления изобретения.2: parts of a current measuring device according to another preferred embodiment of the invention.

На фиг.1 показано устройство 10 измерительного преобразования тока, центральным компонентом которого является собственно измерительный преобразователь 12 тока для измерения электрического тока вдоль токопроводящей дорожки 14. Эта токопроводящая дорожка 14 образуется, например, вдоль электрического провода 16. Измерительный преобразователь 12 тока имеет чувствительный к магнитному полю элемент 18 для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки 14, по меньшей мере в одну другую физическую величину. Этот чувствительный к магнитному полю элемент 18 представляет собой ферромагнитный намагничиваемый элемент 20, который имеет форму кольца или, соответственно, рамки, через которую проведен электрический провод 16. Намагничиваемый элемент 20 выполнен в виде своего рода кольцевого сердечника 22, а показанный здесь измерительный преобразователь 12 тока представляет собой так называемый шинный преобразователь для по существу прямолинейно проходящей токопроводящей дорожки 14. Но альтернативно токопроводящая дорожка 14 могла бы также проходить в области измерения иначе, например, изогнуто в форме катушки.1 shows a current measuring device 10, the central component of which is the actual current measuring transducer 12 for measuring electric current along a current path 14. This conductive path 14 is formed, for example, along an electric wire 16. The current measuring transducer 12 has a magnetically sensitive field element 18 for converting the magnetic field resulting from the flow of current along the conductive track 14, at least one other physical value. This magnetic field sensing element 18 is a ferromagnetic magnetizable element 20, which is in the form of a ring or frame, respectively, through which the electric wire 16 is passed. is a so-called bus converter for a substantially rectilinear conductor track 14. However, alternatively, the conductor track 14 could also extend differently in the measurement area, for example bent in the form of a coil.

Измерительный преобразователь 12 тока имеет также установленное на чувствительном к магнитному полю элементе 18 измерительное устройство 24 для измерения физической величины, предоставляемой чувствительным к магнитному полю элементом 18. В показанном здесь примере измерительное устройство 24 представляет собой сенсор магнитного поля, который расположен в зазоре в кольцевом или рамочном ферромагнитном намагничиваемом элементе 20 и выполнен в виде сенсора Холла. Такой сенсор магнитного поля измеряет в качестве физической величины плотность B магнитного потока. Альтернативными видами сенсоров магнитного поля являются зонды Ферстера и XMR-сенсоры, то есть магниторезистивные сенсоры, такие как GMR- (англ. giant magnetoresistance, гигантского магнитосопротивления), AMR- (англ. anisotropic magnetoresistance, анизотропного магнитосопротивления) или CMR- (англ. colossal magnetoresistance, колоссального сопротивления) сенсор.The current measuring transducer 12 also has a measuring device 24 mounted on the magnetic field sensitive element 18 for measuring the physical quantity provided by the magnetic field sensitive element 18. In the example shown here, the measuring device 24 is a magnetic field sensor that is located in a gap in the annular or frame ferromagnetic magnetizable element 20 and is made in the form of a Hall sensor. Such a magnetic field sensor measures the magnetic flux density B as a physical quantity. Alternative types of magnetic field sensors are Foerster probes and XMR sensors, that is, magnetoresistive sensors such as GMR- (eng. giant magnetoresistance, giant magnetoresistance), AMR- (eng. anisotropic magnetoresistance, anisotropic magnetoresistance) or CMR- (eng. colossal magnetoresistance, colossal resistance) sensor.

Наряду с этими компонентами измерительного преобразователя 12 тока устройство 10 измерительного преобразования тока имеет также катушечную систему 26, имеющую одну или несколько катушек 28. В показанном здесь примере фиг.1 это только одна единственная катушка 28. Эта катушка окружает некоторый периметрический участок кольцевого или рамочного ферромагнитного намагничиваемого элемента 20, который образует по отношению к катушке 28 сердечник катушки, точнее говоря, кольцевой сердечник 22. Посредством катушечной системы 26 можно симулировать магнитное поле, являющееся результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки 14, и вместе с тем простым образом достаточно точно калибровать измерительный преобразователь тока. И здесь отношение между током текущим через катушку 28, и симулируемым электрическим током, вдоль токопроводящей дорожки 14 (при числе витков N=1), получается непосредственно из числа витков катушки 28.In addition to these components of the current measuring transducer 12, the current measuring device 10 also has a coil system 26 having one or more coils 28. In the example of FIG. magnetizable element 20, which forms, in relation to the coil 28, the core of the coil, more precisely, the annular core 22. By means of the coil system 26, it is possible to simulate the magnetic field resulting from the flow of current along the conductive track 14, and at the same time, in a simple way, it is quite accurate to calibrate the measuring transducer current. And here the ratio between the current flowing through the coil 28, and the simulated electric current, along the conductive track 14 (with the number of turns N=1), is obtained directly from the number of turns of the coil 28.

Катушечная система 26 имеет также (не показанные здесь) разъемы для подключения генератора 30 тока для снабжения током указанной по меньшей мере одной катушки 28. Альтернативно или дополнительно устройство 10 измерительного преобразования тока сразу одновременно имеет этот генератор тока. Кроме того, устройство 10 измерительного преобразования тока имеет также еще устройство 32 управления и/или регулирования для осуществления процесса калибровки для калибровки измерительного преобразователя 12 тока. Это устройство, как правило, соединено по сигнальной технологии с измерительным устройством 24 и генератором 30 тока. Предпочтительно устройство 32 управления и/или регулирования представляет собой компьютерное устройство управления и/или регулирования.The coil system 26 also has (not shown here) connectors for connecting a current generator 30 for supplying current to said at least one coil 28. Alternatively or additionally, the current measuring device 10 simultaneously has this current generator. In addition, the current measuring transducer 10 also has a control and/or regulation device 32 for carrying out a calibration process for calibrating the current measuring transducer 12. This device, as a rule, is connected by signal technology to the measuring device 24 and the current generator 30. Preferably, the control and/or regulation device 32 is a computer control and/or regulation device.

Получается следующий принцип действия.It turns out the following principle of action.

Для калибровки измерительного преобразователя 12 тока устройства 10 измерительного преобразования тока посредством жестко инсталлированной в устройстве 10 измерительного преобразования тока катушечной системы симулируется магнитное поле, являющееся результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки 14.To calibrate the current measuring transducer 12 of the current measuring converting device 10, a coil system is simulated by means of a coil system rigidly installed in the current measuring converting device 10, which is the result of current flow along the current-carrying track 14.

Получаются следующие преимущества.The following benefits are obtained.

Нужные для калибровки компоненты уже имеются в устройстве 10 измерительного преобразования тока, так что для калибровки не должна создаваться никакая конструкция. Кроме того, имеющиеся здесь компоненты используют отношение чисел витков (число витков проводника к числу витков совокупности катушек катушечной системы) по принципу трансформатора.The components needed for calibration are already present in the current measurement converter 10, so that no construction needs to be created for calibration. In addition, the components available here use the ratio of the number of turns (the number of turns of the conductor to the number of turns of the coil system of the coil system) according to the principle of the transformer.

Другими словами: для нетрадиционных измерительных преобразователей 12 тока, которые не работают по принципу трансформатора, как индуктивные измерительные преобразователи тока, и поэтому должны калиброваться, теперь при калибровании используются преимущества принципа трансформатора.In other words: for non-traditional current transducers 12, which do not operate on the transformer principle like inductive current transducers and therefore must be calibrated, the advantages of the transformer principle are now used in calibration.

На фиг.2 показан один из альтернативных вариантов осуществления устройства 10 измерительного преобразования тока. Измерительный преобразователь 12 тока этого устройства 10 измерительного преобразования тока представляет собой магнитооптический измерительный преобразователь тока, похожий на магнитооптический измерительный преобразователь тока из уже упомянутой публикации US 3 605 013 A.Figure 2 shows one of the alternative embodiments of the device 10 measuring current conversion. The current transducer 12 of this current transducer 10 is a magneto-optical current transducer, similar to the magneto-optical current transducer of the already mentioned publication US 3 605 013 A.

Чувствительный к магнитному полю элемент 18 представляет собой оптически активный элемент 34, который выполнен в форме кольцевого элемента 36. Лежащий в основе эффект представляет собой, например, эффект Фарадея, а результирующая величина - вращение плоскости поляризации или другое измеряемое изменение свойства поляризации. Через оптический вход 38 свет, имеющий известные свойства поляризации, вводится в кольцевой элемент 36 и после этого через оптический выход 40 выводится из кольцевого элемента 36 и вводится в выполненное в виде анализатора поляризации измерительное устройство 24.The magnetic field sensitive element 18 is an optically active element 34 which is in the form of an annular element 36. The underlying effect is, for example, the Faraday effect and the resulting value is a rotation of the polarization plane or other measurable change in the polarization property. Through the optical input 38, light having known polarization properties is introduced into the ring element 36 and then through the optical output 40 is output from the ring element 36 and is introduced into the measuring device 24 made in the form of a polarization analyzer.

Катушечная система 26 показанного на фиг.2 варианта осуществления имеет несколько катушек 28. При этом варианте осуществления измерительного преобразователя 12 тока это необходимо, чтобы генерировать достаточное изменение свойства поляризации света (например, вращения плоскости поляризации).The coil system 26 of the embodiment shown in FIG. 2 has multiple coils 28. In this embodiment of the current transducer 12, this is necessary to generate a sufficient change in the polarization property of the light (eg, rotation of the polarization plane).

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙLIST OF REFERENCES

10 Устройство измерительного преобразования тока10 Current measuring device

12 Измерительный преобразователь тока12 Current transducer

14 токопроводящая дорожка14 conductive track

16 Электрический провод16 Electric wire

18 Чувствительный к магнитному полю элемент18 Magnetic field sensitive element

20 Намагничиваемый элемент20 Magnetizable element

22 Кольцевой сердечник22 Ring core

24 Измерительное устройство24 Measuring device

26 Катушечная система26 Coil system

28 Катушка28 Coil

30 Генератор тока30 Current generator

32 Устройство управления и/или регулирования32 Control and/or regulation device

34 Оптически активный элемент34 Optically active element

36 Кольцевой элемент36 Ring element

38 Оптический вход38 Optical input

40 Оптический выход40 Optical output

Claims

1. A method for calibrating a current measuring transducer (12) for measuring electric current along a conductive track (14) in a current measuring converting device (10), comprising

a measuring transducer (12) having a magnetic field sensitive element (18) in the form of an optically active element (34) for converting the magnetic field resulting from the current flow along the conductive track (14) into a physical quantity,

measuring device (24) for measuring said physical quantity and

coil system (26), which includes at least one coil (28),

in which, in order to calibrate the current measuring transducer (12), a magnetic field is simulated by means of the coil system (26), which is the result of current flow along the current-carrying track (14).

2. The method according to claim 1, wherein

location inside the device (10) and orientation of the coil system (26) relative to the magnetic field sensitive element (18).

3. The method according to claim 1 or 2, in which

the magnetic field sensitive element (18) has the form of a coil, or a ring, or a frame.

4. The method according to any one of claims 1-3,

in which the coil (28) or at least one of the coils (28) surrounds the magnetic field sensitive element (18) at least in some areas.

5. The method according to any one of claims 1-4,

wherein the magnetic field sensitive element (18) is an optically active element (34) and a magnetizable element (20).

6. The method according to any one of claims 1-5,

in which, by means of a current generator (30), said at least one coil (28) is supplied with current to simulate a magnetic field resulting from the current flow along the conductive track (14).

7. The method according to any one of claims 1-6,

wherein the control and/or regulation device (32) carries out a calibration process to calibrate the current measuring transducer (12).