RU84128U1

RU84128U1 - AMMETER

Info

Publication number: RU84128U1
Application number: RU2009105532/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Соломонович Дубилер; Юрий Сергеевич Мальцев; Виктор Дмитриевич Шевченко
Original assignee: Юрий Соломонович Дубилер; Юрий Сергеевич Мальцев; Виктор Дмитриевич Шевченко
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2009-06-27

Abstract

1. Амперметр, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого служит входом амперметра, выпрямитель, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, а также измерительный прибор постоянного тока, имеющий вход измерения тока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, он снабжен переключателем, преобразователем тока в напряжение, причем измерительный прибор дополнительно снабжен входом измерения напряжения, выход выпрямителя подключен к входу переключателя, первый выход переключателя соединен с входом измерения тока измерительного прибора, второй выход переключателя соединен с входом измерения напряжения измерительного прибора, преобразователь тока в напряжение включен между входом измерения напряжения и общей клеммой измерительного прибора. ! 2. Амперметр по п.1, отличающийся тем, что измерительный прибор выполнен в виде миллиамперметра постоянного тока, вход которого служит входом измерения тока измерительного прибора, а между входами измерения тока и напряжения включен резистор. ! 3. Амперметр по п.1, отличающийся тем, что переключатель выполнен в виде кнопки, контакты которой включены между входом и первым выходом переключателя, и порогового устройства, включенного между входом и вторым выходом переключателя. ! 4. Амперметр по п.1, отличающийся тем, что преобразователь тока в напряжение выполнен в виде резистора, включенного между клеммами преобразователя, и управляемого напряжением нелинейного сопротивления, включенного параллельно резистору.1. Ammeter containing a current transformer, the primary winding of which serves as the input of the ammeter, a rectifier, the input of which is connected to the secondary winding of the current transformer, as well as a direct current measuring device having a current measurement input, characterized in that, in order to expand the measuring range, it equipped with a switch, a current to voltage converter, and the measuring device is additionally equipped with a voltage measurement input, the rectifier output is connected to the switch input, the first output of the switch is connected inen with the current measuring input of the measuring device, the second output of the switch is connected to the voltage measuring input of the measuring device, the current to voltage converter is connected between the voltage measuring input and the common terminal of the measuring device. ! 2. The ammeter according to claim 1, characterized in that the measuring device is made in the form of a direct current milliammeter, the input of which serves as an input for measuring the current of the measuring device, and a resistor is connected between the current and voltage measuring inputs. ! 3. The ammeter according to claim 1, characterized in that the switch is made in the form of a button, the contacts of which are connected between the input and the first output of the switch, and a threshold device connected between the input and the second output of the switch. ! 4. The ammeter according to claim 1, characterized in that the current to voltage converter is made in the form of a resistor connected between the terminals of the converter and a voltage-controlled non-linear resistance connected in parallel with the resistor.

Description

Настоящая полезная модель относится к электроизмерительной техники, в частности, к амперметрам переменного тока, основанным на преобразовании измеряемого электрического сигнала переменного тока в постоянный ток с последующим измерением постоянного тока.This utility model relates to electrical measuring equipment, in particular, to alternating current ammeters based on the conversion of the measured electrical signal of alternating current into direct current with subsequent measurement of direct current.

Известны амперметры переменного тока, основанные на преобразовании переменного тока в постоянный с последующим измерением постоянного тока. Такие приборы содержат выпрямитель, выполненный на полупроводниковых диодах, на выходе выпрямителя включен амперметр (миллиамперметр) постоянного тока, например, магнитоэлектрической системы, (см. Волгин Л.И., Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем, М. "Советское Радио", 1971, стр.136-137, рис.3.1). В таких приборах измеряемый сигнал переменного тока, поступающий на вход амперметра, преобразуется с помощью выпрямителя в постоянный ток, который затем измеряется амперметром (миллиамперметром) постоянного тока.Known ammeters of alternating current based on the conversion of alternating current to direct with subsequent measurement of direct current. Such devices contain a rectifier made on semiconductor diodes, a rectifier ammeter (milliammeter) of a direct current, for example, a magnetoelectric system, is included at the output of the rectifier (see Volgin LI, Linear electrical converters for measuring instruments and systems, M. "Soviet Radio" , 1971, pp. 136-137, Fig. 3.1). In such devices, the measured AC signal supplied to the input of the ammeter is converted using a rectifier into direct current, which is then measured by an ammeter (milliammeter) of direct current.

Недостатки упомянутых выше приборов состоят в узком динамическом диапазоне измеряемых сигналов, который ограничен в сторону малых значений нелинейной характеристикой выпрямительных диодов, а в сторону больших сигналов - ограниченным диапазоном измерения миллиамперметра постоянного тока.The disadvantages of the above-mentioned devices are the narrow dynamic range of the measured signals, which is limited in the direction of small values by the nonlinear characteristic of the rectifier diodes, and in the direction of large signals in the limited measurement range of the direct current milliammeter.

Известны также амперметры переменного тока, в которых для расширения динамического диапазона измеряемых сигналов применяют выпрямитель, выполненный на основе операционного усилителя. При этом выпрямитель включают в цепь обратной связи усилителя, чем и обеспечивается расширение динамического диапазона в сторону малых сигналов (см. Авторское свидетельство СССР №1201992, Бюллетень изобретений №48, 30.12.85).Alternating current ammeters are also known, in which a rectifier made on the basis of an operational amplifier is used to expand the dynamic range of the measured signals. In this case, the rectifier is included in the amplifier feedback loop, which ensures the expansion of the dynamic range in the direction of small signals (see USSR Copyright Certificate No. 1201992, Bulletin of Inventions No. 48, 12/30/85).

Такое техническое решение не решает задачи расширения динамического диапазона измеряемых сигналов в сторону больших сигналов, так как усилитель при больших сигналах заходит в область насыщения и, кроме того, такой амперметр нуждается во внешнем источнике питания для усилителя, что часто неприемлемо для щитовых приборов.This technical solution does not solve the problem of expanding the dynamic range of the measured signals in the direction of large signals, since the amplifier at large signals enters the saturation region and, in addition, such an ammeter needs an external power source for the amplifier, which is often unacceptable for panel devices.

Наиболее близким к заявленному является амперметр, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого служит входом амперметра, а вторичная присоединена ко входу выпрямителя. Выход выпрямителя подключен к измерительному прибору постоянного тока - амперметру или миллиамперметру со стрелочным указателем, см. Арутюнов В.О., Электрические измерительные приборы и измерения, Госэнергоиздат, 1958 г., стр.162-163, рис.8-8,в.Closest to the claimed one is an ammeter containing a current transformer, the primary winding of which serves as the input of the ammeter, and the secondary is connected to the input of the rectifier. The rectifier output is connected to a direct current measuring device - an ammeter or milliammeter with a pointer, see Arutyunov V.O., Electrical Measuring Instruments and Measurements, Gosenergoizdat, 1958, pp. 162-163, Fig. 8-8, c.

Преимущества таких приборов состоят в том, что они позволяют измерять в номинальном режиме большие токи, а также обеспечивают электрическую изоляцию между первичной цепью, в которой протекает значительный ток и имеется опасное электрическое напряжение, от вторичных цепей.The advantages of such devices are that they allow high currents to be measured in nominal mode, and also provide electrical isolation between the primary circuit, in which significant current flows and there is a dangerous electrical voltage, from secondary circuits.

Недостатки таких приборов проявляются при измерении пусковых токов электрических машин. В этих условиях прибор должен достаточно точно измерять ток в установившемся режиме и, в тоже время, обеспечивать измерение всплеска тока в момент включения машины. В таком приборе шкала должна быть расширена в начале диапазона измерения и сжата в конце диапазона измерения.The disadvantages of such devices are manifested in the measurement of inrush currents of electrical machines. Under these conditions, the device should accurately measure the current in the steady state and, at the same time, provide a measurement of the current surge at the moment of turning on the machine. In such a device, the scale should be expanded at the beginning of the measuring range and compressed at the end of the measuring range.

Диапазон измерения прототипа в сторону малых сигналов ограничен разрешающей способностью миллиамперметра (ценой деления). Реально на шкале щитового прибора можно разместитиь 50-100 делений, поэтому разрешающая способность прибора равна 1:100=0.01 от максимального измеряемого тока.The measuring range of the prototype in the direction of small signals is limited by the resolution of the milliammeter (division value). Actually, it is possible to place 50-100 divisions on the scale of the panel instrument, so the resolution of the instrument is 1: 100 = 0.01 of the maximum measured current.

Динамический диапазон прототипа в сторону больших сигналов The dynamic range of the prototype towards large signals

ограничен диапазоном измерения измерительного прибора постоянного тока, т.е. максимальные показания могут соответствовать 100 делениям шкалы.limited by the measuring range of the DC meter, i.e. maximum readings can correspond to 100 divisions of a scale.

Целью настоящего технического решения является расширение динамического диапазона измеряемых сигналов.The purpose of this technical solution is to expand the dynamic range of the measured signals.

Поставленная цель достигается тем, что амперметр, содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого служит входом амперметра, а вторичная подключена к входу выпрямителя, а также содержащий измерительный прибор постоянного тока, имеющий вход измерения тока, дополнительно снабжен переключателем и преобразователем тока в напряжение. Выход выпрямителя подключен ко входу переключателя, первый выход переключателя соединен со входом измерения тока измерительного прибора.This goal is achieved in that the ammeter containing a current transformer, the primary winding of which serves as the input of the ammeter, and the secondary is connected to the input of the rectifier, and also containing a direct current measuring device having a current measurement input, is additionally equipped with a switch and a current to voltage converter. The rectifier output is connected to the switch input, the first switch output is connected to the current measurement input of the measuring device.

Измерительный прибор дополнительно снабжен входом измерения напряжения, который подключен ко второму выходу переключателя. Преобразователь тока в напряжение включен между входом измерения напряжения измерительного прибора и его общей шиной.The measuring device is additionally equipped with a voltage measurement input, which is connected to the second output of the switch. A current to voltage converter is connected between the voltage measurement input of the measuring device and its common bus.

В предложенном амперметре измерительный прибор выполнен в виде амперметра (миллиамперметра) постоянного тока, вход которого служит входом измерения тока, а между входами измерения тока и напряжения включен резистор.In the proposed ammeter, the measuring device is made in the form of an ammeter (milliammeter) of direct current, the input of which serves as an input for measuring current, and a resistor is connected between the inputs for measuring current and voltage.

В предложенном амперметре переключатель выполнен в виде кнопки, контакты которой включены между входом и первым выходом переключателя, а также порогового устройства, включенного между входом и вторым выходом переключателя.In the proposed ammeter, the switch is made in the form of a button, the contacts of which are connected between the input and the first output of the switch, as well as a threshold device connected between the input and the second output of the switch.

В предложенном амперметре преобразователь тока в напряжение может быть выполнен в виде резистора, включенного между клеммами преобразователя, и управляемого напряжением нелинейного сопротивления, включенного параллельно резистору.In the proposed ammeter, the current-to-voltage converter can be made in the form of a resistor connected between the terminals of the converter and a voltage-controlled non-linear resistance connected in parallel with the resistor.

Предложенное выполнение амперметра позволяет расширить The proposed implementation of the ammeter allows you to expand

динамический диапазон измерения в сторону малых значений сигналов за счет того, что при замыкании контактов кнопки переключателя миллиамперметр постоянного тока подключается непосредственно к выходу выпрямителя. При этом коэффициент передачи измерительного тракта - трансформатор тока, выпрямитель, миллиамперметр может быть установлен так, что при входом сигнале, равном, например, 10% от максимального измеряемого сигнала, стрелка (указатель) миллиамперметра отклоняется до конечного значения шкалы прибора. При этом появляется возможность создания так называемой "растянутой" шкалы, когда измеряемый сигнал, равный всего 10% от максимального, обеспечивает отклонение стрелки на всю шкалу. Этим и обеспечивается расширение диапазона измеряемых сигналов в сторону малый сигналов.dynamic range of measurement in the direction of small signal values due to the fact that when the contacts of the switch button are closed, the DC milliammeter is connected directly to the output of the rectifier. In this case, the transmission coefficient of the measuring path - current transformer, rectifier, milliammeter can be set so that when the signal input is equal to, for example, 10% of the maximum measured signal, the arrow (pointer) of the milliammeter deviates to the final value of the scale of the device. At the same time, it becomes possible to create a so-called “stretched” scale, when the measured signal, equal to only 10% of the maximum, provides the deflection of the arrow on the entire scale. This ensures the expansion of the range of measured signals in the direction of small signals.

При разомкнутом контакте кнопки переключателя измеряемый сигнал с выхода выпрямителя поступает на преобразователь тока в напряжение и на вход измерения напряжения измерительного прибора.When the switch button is open, the measured signal from the output of the rectifier is fed to the current to voltage converter and to the voltage measurement input of the measuring device.

В этом режиме коэффициент передачи измерительного тракта - трансформатор тока, выпрямитель, преобразователь тока в напряжение, измеритель напряжения может быть установлен так, что при максимальном измеряемом токе стрелка (указатель) измерительного прибора также отклоняется до конечного значения шкалы, при этом вторая шкала градуируется до значений 100% измеряемого сигнала. Этим обеспечивается расширение диапазона измеряемых сигналов в сторону больших значений.In this mode, the transmission path of the measuring path — a current transformer, a rectifier, a current to voltage converter, and a voltage meter can be set so that at the maximum measured current the arrow (pointer) of the measuring device also deviates to the final scale value, while the second scale is graduated to values 100% of the measured signal. This ensures the expansion of the range of measured signals in the direction of large values.

Кроме того, при выполнении преобразователя тока в напряжение в виде резистора, параллельно которому подключено управляемое напряжением нелинейное сопротивление, возникает возможность дополнительно расширить диапазон измеряемых сигналов в сторону больших значений, за счет создания на шкале измерительного прибора дополнительного нелинейного участка, позволяющего отсчитывать In addition, when performing a current-to-voltage converter in the form of a resistor, in parallel with which a voltage-controlled non-linear resistance is connected, it becomes possible to further expand the range of measured signals towards large values, by creating an additional non-linear section on the scale of the measuring device that

показания амперметра при значениях, превышающих 100% номинального сигнала, например, до 500%.ammeter readings at values exceeding 100% of the nominal signal, for example, up to 500%.

На фиг.1 показана схема предложенного амперметра, на фиг.2 - возможный вариант исполнения преобразователя тока в напряжение, входящего в состав амперметра.Figure 1 shows a diagram of the proposed ammeter, figure 2 is a possible embodiment of a current to voltage Converter, which is part of the ammeter.

Амперметр содержит трансформатора тока 1 (см. фиг.1), выпрямитель 2, переключатель 3, измерительный прибор 4, преобразователь 5 тока в напряжение.The ammeter contains a current transformer 1 (see FIG. 1), a rectifier 2, a switch 3, a measuring device 4, a current to voltage converter 5.

Первичная обмотка трансформатора тока 1 служит входом амперметра, вторичная обмотка трансформатора тока 1 соединена с входом выпрямителя 2, выход которого подключен к входу переключателя 3. Первый выход 6 переключателя 3 соединен с токовым входом 8 измерительного прибора 4. Второй выход 7 переключателя 3 соединен с входом 9 измерения напряжения измерительного прибора 4. Вход 10 измерительного прибора 4 служит общим входом (общей клеммой) для входов 8 и 9 измерительного прибора 4 и соединен с общей шиной амперметра.The primary winding of current transformer 1 serves as the input of the ammeter, the secondary winding of current transformer 1 is connected to the input of rectifier 2, the output of which is connected to the input of switch 3. The first output 6 of switch 3 is connected to current input 8 of measuring device 4. The second output 7 of switch 3 is connected to input 9, measuring the voltage of the measuring device 4. Input 10 of the measuring device 4 serves as a common input (common terminal) for inputs 8 and 9 of the measuring device 4 and is connected to a common ammeter bus.

Трансформатор тока 1 представляет собой стандартный измерительный трансформатор тока с двумя обмотками. Первичная обмотка трансформатора тока служит входом трансформатора, а вторичная обмотка - его выходом.Current transformer 1 is a standard measuring current transformer with two windings. The primary winding of the current transformer serves as the input of the transformer, and the secondary winding serves as its output.

Трансформатор тока 1 может быть выполнен также в виде тороидального трансформатора с одной вторичной обмоткой. В этом случае проводник (шина), в котором необходимо измерить ток, пропускается в отверстие тороидального трансформатора и, таким образом, этот проводник выполняет функции первичной обмотки трансформатора тока.The current transformer 1 can also be made in the form of a toroidal transformer with one secondary winding. In this case, the conductor (bus), in which it is necessary to measure the current, is passed into the hole of the toroidal transformer and, thus, this conductor performs the functions of the primary winding of the current transformer.

Выпрямитель 2 может быть выполнен по одной из стандартных схем, например, в виде мостового выпрямителя, собранного на полупроводниковых Rectifier 2 can be made according to one of the standard schemes, for example, in the form of a bridge rectifier assembled on semiconductor

диодах. Одна из диагоналей мостового выпрямителя 2 служит входом выпрямителя, вторая - его выходом.diodes. One of the diagonals of the bridge rectifier 2 serves as the input of the rectifier, the second as its output.

Переключатель 3 содержит кнопку (тумблер), контакт 13 которой включен между входом переключателя 3 и его выходом 6, а также пороговое устройство 14, включенное между входом переключателя 3 и его выходом 7.The switch 3 contains a button (toggle switch), the contact 13 of which is connected between the input of the switch 3 and its output 6, as well as a threshold device 14 connected between the input of the switch 3 and its output 7.

Пороговое устройство 14 может быть выполнено в виде последовательно включенных в прямом направлении полупроводниковых диодов, число диодов определяет порог срабатывания порогового устройства. Кроме того, пороговое устройство 14 может быть выполнено в виде стабилитрона, напряжение пробоя (стабилизации) которого определяет порог срабатывания устройства.The threshold device 14 can be made in the form of semiconductor diodes connected in series in the forward direction, the number of diodes determines the threshold of the threshold device. In addition, the threshold device 14 can be made in the form of a zener diode, the breakdown voltage (stabilization) of which determines the threshold of the device.

Измерительный прибор 4 представляет собой прибор постоянного тока, имеющий два входа. Токовый вход (клеммы 8 и 10) предназначен для измерения тока, клеммы 9 и 10 служат входом измерения напряжения.The measuring device 4 is a direct current device having two inputs. The current input (terminals 8 and 10) is used to measure current; terminals 9 and 10 serve as voltage measurement input.

В качестве измерительного прибора 4 может быть использован стандартный ампервольтметр магнитоэлектрической системы. В частности, измерительный прибор 4 может быть выполнен в виде миллиамперметра 15 постоянного тока, входы которого соединены соответственно с клеммами 8 и 10 измерительного прибора, а между клеммами 8 и 9 включен резистор 16. В качестве миллиамперметра 15 может быть использован миллиамперметр магнитоэлектрической системы, изменение чувствительности которого может выполняться, например, размагничиванием магнитной системы. Для изменения чувствительности измерительного прибора по напряжению резистор 16 может быть выполнен регулируемым.As a measuring device 4, a standard ampervoltmeter of the magnetoelectric system can be used. In particular, the measuring device 4 can be made in the form of a direct current milliammeter 15, the inputs of which are connected respectively to the terminals 8 and 10 of the measuring device, and a resistor 16 is connected between terminals 8 and 9. A milliammeter of the magnetoelectric system can be used as a milliammeter 15, change sensitivity of which can be performed, for example, by demagnetization of a magnetic system. To change the sensitivity of the measuring device by voltage, the resistor 16 can be made adjustable.

Преобразователь 5 тока в напряжение может быть выполнен в виде резистора 17, включенного между клеммами 11 и 12 преобразователя 5. Для изменения коэффициента передачи преобразователя 5 резистор 17 может быть выполнен регулируемым.The current-to-voltage converter 5 can be made in the form of a resistor 17 connected between the terminals 11 and 12 of the converter 5. To change the transfer coefficient of the converter 5, the resistor 17 can be made adjustable.

Преобразователь 5 может быть выполнен также согласно фиг.2. В этом варианте исполнения он содержит резистор 17, подключенный к клеммам 11 и 12, и управляемое напряжением нелинейное сопротивление 18, включенное параллельно резистору 17.The Converter 5 can also be made according to figure 2. In this embodiment, it comprises a resistor 17 connected to terminals 11 and 12, and a voltage-controlled non-linear resistance 18 connected in parallel with resistor 17.

Управляемое напряжением нелинейное сопротивление 18 содержит транзистор 19, эмиттер которого соединен с клеммой 12, а коллектор через резистор 20 подключен к клемме 11. Между коллектором транзистора и его базой включен стабилитрон 21, а между базой транзистора 19 и его эмиттером включен резистор 22.The voltage-controlled non-linear resistance 18 contains a transistor 19, the emitter of which is connected to terminal 12, and the collector through a resistor 20 is connected to terminal 11. A zener diode 21 is connected between the collector of the transistor and its base, and a resistor 22 is connected between the base of the transistor 19 and its emitter.

Управляемое напряжением нелинейное сопротивление может быть выполнено также в виде последовательно включенных резистора и стабилитрона.Non-linear resistance controlled by voltage can also be made in the form of a series-connected resistor and a zener diode.

Амперметр работает следующим образом. Измеряемый сигнал переменного тока поступает на первичную обмотку трансформатора тока 1 (см. фиг.1). Вторичный ток трансформатора тока выпрямляется выпрямителем 2. Если контакт 13 переключателя 3 разомкнут, то выпрямленный ток от выпрямителя 2 через пороговое устройство 14 переключателя 3 поступает на клемму 11 преобразователя 5, где проходит через резистор 17 на клемму 12 (общая шина). Падение напряжения на резисторе 17 является выходным напряжением преобразователя 5. Это напряжение поступает на вход 9 измерения напряжения измерительного прибора 4, который и индицирует результат измерения с учетом коэффициентов передачи трансформатора тока 1, преобразователя 5 и номинального значения сопротивления резистора 16 измерительного прибора 5.Ammeter works as follows. The measured AC signal is fed to the primary winding of current transformer 1 (see figure 1). The secondary current of the current transformer is rectified by rectifier 2. If terminal 13 of switch 3 is open, then the rectified current from rectifier 2 through threshold device 14 of switch 3 is fed to terminal 11 of converter 5, where it passes through resistor 17 to terminal 12 (common bus). The voltage drop across the resistor 17 is the output voltage of the transducer 5. This voltage is supplied to the voltage measurement input 9 of the measuring device 4, which indicates the measurement result taking into account the transmission coefficients of the current transformer 1, transducer 5 and the nominal resistance value of the resistor 16 of the measuring device 5.

Если оператор замкнет контакт 13 переключателя 3, то выпрямленный ток от выпрямителя 2 через замкнутый контакт 13 и выход 6 переключателя 3 поступает на токовый вход 8 измерительного прибора 4. При этом миллиамперметр 15 индицирует результат измерения с учетом If the operator closes the contact 13 of the switch 3, then the rectified current from the rectifier 2 through the closed contact 13 and the output 6 of the switch 3 is fed to the current input 8 of the measuring device 4. In this case, the milliammeter 15 indicates the measurement result taking into account

коэффициента передачи трансформатора тока 1 и выбранного тока полного отклонения миллиамперметра 15the transmission coefficient of the current transformer 1 and the selected current total deviation milliammeter 15

Порог срабатывания порогового устройства 14 переключателя 3 выбирается выше, чем падение напряжения на миллиамперметре 15. Поэтому при замкнутом контакте 13 пороговое устройство 14 разрывает цепь между входом переключателя 3 и его выходом 7, т.е. вход 9 измерительного прибора 4 оказывается отключенным от выхода выпрямителя 2.The threshold of the threshold device 14 of the switch 3 is selected higher than the voltage drop at the milliammeter 15. Therefore, when the contact 13 is closed, the threshold device 14 breaks the circuit between the input of the switch 3 and its output 7, i.e. the input 9 of the measuring device 4 is disconnected from the output of the rectifier 2.

Выбором номинальных значений резистора 17 в преобразователе 5, резистора 16 в измерительном приборе 4, а также номинального тока полного отклонения миллиамперметра 15 измерительного прибора 4 можно установить определенное соотношение между показаниями амперметра при двух положениях контакта 13 переключателя 3. Например, при измерении тока 5 А можно установить коэффициент передачи так, что при разомкнутом положении контакта 13 отклонение указателя миллиамперметра 15 будет равно конечному значению диапазона измерения миллиамперметра, при этом соответствующая шкала этого миллиамперметра будет отградуирована на ток 5 А.By selecting the nominal values of the resistor 17 in the transducer 5, the resistor 16 in the measuring device 4, as well as the rated current of the total deviation of the milliammeter 15 of the measuring device 4, a certain relationship can be established between the readings of the ammeter at two positions of terminal 13 of switch 3. For example, when measuring a current of 5 A, set the transfer coefficient so that when the contact 13 is open, the deviation of the pointer of the milliammeter 15 will be equal to the final value of the measuring range of the milliammeter, corresponding to this range will milliamp current is calibrated at 5 A.

При замкнутом контакте 13 можно установить коэффициент передачи так, что полное отклонение указателя миллиамперметра 15 будет при значении измеряемого тока 0.5 А. При этом другая шкала миллиамперметра 15 будет отградуирована на ток 0.5 А.With the closed contact 13, you can set the transfer coefficient so that the total deviation of the pointer of the milliammeter 15 will be at a measured current value of 0.5 A. In this case, the other scale of the milliammeter 15 will be calibrated to a current of 0.5 A.

При выполнении амперметра согласно фиг.1 ифиг.2 он работает следующим образом.When performing the ammeter according to figure 1 ifig.2 it works as follows.

При замкнутом контакте 13 переключателя 3 амперметр работает так, как описано выше при рассмотрении варианта исполнения по фиг.1.With the closed contact 13 of the switch 3, the ammeter operates as described above when considering the embodiment of figure 1.

При разомкнутом контакте 13 переключателя 3 амперметр работает так же, как и в варианте исполнения согласно фиг.1 до тех пор, пока измеряемый ток не превысит номинального значения, например 5 А.With the open contact 13 of the switch 3, the ammeter operates in the same way as in the embodiment according to figure 1 until the measured current does not exceed the nominal value, for example 5 A.

При настройке амперметра номинальное значение резистора 17 преобразователя 5 выбирается так, чтобы при номинальном измеряемом токе (например, 5 А) падение напряжения на этом резисторе было равно напряжению пробоя стабилитрона 21 преобразователя 5 (см. фиг.2). При увеличении измеряемого тока свыше 5 А, напряжение на резисторе 15 превышает порог пробоя стабилитрона 21, который начинает пропускать часть тока через резистор 20 в базовую цепь транзистора 19. Транзистор 19 начинает открываться, вследствие чего резистор 17 шунтируется резистором 20 и сопротивлением перехода коллектор-эмиттер транзистора 19. Чем больше измеряемый ток превышает номинальное значение 5 А, тем больше шунтирующее действие этой цепи. Так как элементы 19 и 21 преобразователя 5 имеют нелинейную вольтамперную характеристику, то отклонение указателя миллиамперметра 15 при измерении токов в диапазоне от нуля до номинального значения (5 А) происходит по линейному закону, а при измерении токов свыше номинального значение - по нелинейному закону, при этом соответствующая шкала миллиамперметра 15 выполняется в виде двух участков. Один участок (рабочий) в виде линейной шкалы, второй участок (перегрузочный) в виде нелинейной шкалы. Выбором номинальных значений резисторов 17, 20 преобразователя 5, а также выбором порогового напряжения стабилитрона 21 можно регулировать начало нелинейного участка на шкале, а также величину (протяженность) этого участка на шкале. Обычно на практике для перегрузочных приборов выбирается коэффициент перегрузки 5, т.е. при номинальном токе 5 А конечная отметка перегрузочной части шкалы прибора соответствует 25 А.When setting the ammeter, the nominal value of the resistor 17 of the transducer 5 is selected so that at the rated measured current (for example, 5 A), the voltage drop across this resistor is equal to the breakdown voltage of the zener diode 21 of the transducer 5 (see Fig. 2). When the measured current increases above 5 A, the voltage across the resistor 15 exceeds the breakdown threshold of the zener diode 21, which begins to pass part of the current through the resistor 20 to the base circuit of the transistor 19. The transistor 19 begins to open, as a result of which the resistor 17 is shunted by the resistor 20 and the collector-emitter junction resistance transistor 19. The larger the measured current exceeds the rated value of 5 A, the greater the shunt action of this circuit. Since the elements 19 and 21 of the converter 5 have a non-linear current-voltage characteristic, the deviation of the milliammeter indicator 15 when measuring currents in the range from zero to a nominal value (5 A) occurs according to a linear law, and when measuring currents above a nominal value, according to a non-linear law, when this corresponding scale milliammeter 15 is made in the form of two sections. One section (working) in the form of a linear scale, the second section (reloading) in the form of a nonlinear scale. The choice of the nominal values of the resistors 17, 20 of the converter 5, as well as the choice of the threshold voltage of the zener diode 21, you can adjust the beginning of the nonlinear section on the scale, as well as the magnitude (length) of this section on the scale. Typically, in practice, for overload devices, an overload factor of 5 is selected, i.e. at a rated current of 5 A, the end mark of the overload part of the scale of the device corresponds to 25 A.

В остальном работа амперметра при выполнении его согласно фиг.1 и фиг.2 не отличается от его работы в исполнении согласно фиг.1.The rest of the work of the ammeter when performing it according to figure 1 and figure 2 does not differ from its work in the execution according to figure 1.

Преимущества заявленного амперметра связаны с тем, что в нем реализовано разделение трактов измерения токов в области малых значений и в области больших значений. При измерении малых значений токов замкнут контакт 13 переключателя 3, при этом измеряемый ток после выпрямителя поступает непосредственно на вход миллиамперметра 15. Выбором параметров миллиамперметра 15 можно изменять значение измеряемого тока, вызывающего максимальное отклонение указателя миллиамперметра 15.The advantages of the claimed ammeter are related to the fact that it implements the separation of current measurement paths in the region of small values and in the region of large values. When measuring small currents, the contact 13 of switch 3 is closed, while the measured current after the rectifier goes directly to the input of milliammeter 15. By choosing the parameters of milliammeter 15, you can change the value of the measured current, causing the maximum deviation of the pointer of milliammeter 15.

При измерении в области больших токов измеряемый ток после выпрямителя преобразуется в напряжение, которое затем измеряется измерительным прибором постоянного тока (вольтметром). Изменением номинального сопротивления резистора 16, а также изменением коэффициента передачи преобразователя 5 тока в напряжение, можно изменять значение измеряемого тока, вызывающего максимальное отклонение указателя миллиамперметра 15.When measuring in the region of high currents, the measured current after the rectifier is converted to voltage, which is then measured by a direct current measuring device (voltmeter). By changing the nominal resistance of the resistor 16, as well as by changing the transfer coefficient of the current-to-voltage converter 5, it is possible to change the value of the measured current, causing the maximum deviation of the milliammeter pointer 15.

При измерении малых токов, когда измеряемый ток от выпрямителя поступает непосредственно на вход миллиамперметра, пороговое устройство 14 разрывает цепь между выходом выпрямителя и входом преобразователя 5 и исключает тем самым влияние тракта измерения больших токов на результат измерения.When measuring small currents, when the measured current from the rectifier goes directly to the input of a milliammeter, the threshold device 14 breaks the circuit between the output of the rectifier and the input of the transducer 5 and thereby eliminates the influence of the path of measuring high currents on the measurement result.

При измерении больших токов контакт 13 переключателя 3 разомкнут, т.е. исключено влияние тракта измерения малых токов на результат измерения.When measuring high currents, contact 13 of switch 3 is open, i.e. the influence of the low current measurement path on the measurement result is excluded.

Введение в преобразователь 5 управляемого напряжением нелинейного сопротивления 18 (см. фиг.2), дополнительно расширяет область измерения токов в сторону больших значений за счет шунтирующего действия этого нелинейного сопротивления относительно резистора 17.The introduction of a voltage-controlled non-linear resistance 18 into the transducer 5 (see FIG. 2) further expands the current measurement region towards higher values due to the shunting action of this non-linear resistance relative to the resistor 17.

На практике был реализован амперметр с числом делений шкалы 100, In practice, an ammeter with a number of divisions of a scale of 100 was implemented,

с пределом измерения 5 А, с перегрузочной частью шкалы от 5 до 50 А, с растянутой частью шкалы 0-1 А.with a measurement limit of 5 A, with the overload part of the scale from 5 to 50 A, with a stretched part of the scale 0-1 A.

Если амперметр, выполненный по схеме прототипа, измеряет ток в диапазоне 0-5 А и имеет число делений шкалы 100, то,следовательно, диапазон измерения прототипа составляет 0.05 А - 5 А.If the ammeter, made according to the prototype circuit, measures the current in the range of 0-5 A and has a number of divisions of the scale 100, then, therefore, the measurement range of the prototype is 0.05 A - 5 A.

Предложенный амперметр измеряет по шкале 1 А в диапазоне от 0.01 А до 1 А, по шкале 5 А от 0.05 до 5 А и по перегрузочной шкале от 5 до 50 А, т.е. диапазон измерения составляет 0.01-50 А в сравнении с 0.05-5 А у прототипа.The proposed ammeter measures on a scale of 1 A in the range from 0.01 A to 1 A, on a scale of 5 A from 0.05 to 5 A, and on a load scale from 5 to 50 A, i.e. the measurement range is 0.01-50 A in comparison with 0.05-5 A of the prototype.

Погрешность измерения прототипа составляет 1% от 5 А или 0.05 А, т.е. при измерении сигнала 1 А погрешность измерения прототипа составит (0.05:1)×100%=5%, а при измерении сигнала 0.1 А погрешность составит (0.05:0.1)×100%=50%.The measurement error of the prototype is 1% of 5 A or 0.05 A, i.e. when measuring a signal of 1 A, the error of measurement of the prototype will be (0.05: 1) × 100% = 5%, and when measuring a signal of 0.1 A, the error will be (0.05: 0.1) × 100% = 50%.

У заявленного амперметра погрешность измерения составляет 1% как на шкале 5 А, так и на шкале 1 А (благодаря растянутому начальному участку шкалы), т.е. погрешность измерения составит при измерении сигнала 5 А - 1% или 0.05 А, сигнала 1 А - 1% или 0.01 А, сигнала 0.1 А - (0.01:0.1)×100%=10%.The claimed ammeter has a measurement error of 1% both on the 5 A scale and on the 1 A scale (due to the stretched initial portion of the scale), i.e. when measuring a signal 5 A - 1% or 0.05 A, a signal 1 A - 1% or 0.01 A, a signal 0.1 A - (0.01: 0.1) × 100% = 10%.

Таким образом, заявленный амперметр обеспечивает расширение диапазона измеряемых токов с одновременным увеличением точности измерения.Thus, the claimed ammeter provides an extension of the range of measured currents while increasing the accuracy of the measurement.

Предложенное выполнение переключателя 3 обеспечивает надежную и безопасную эксплуатацию амперметра. Известно, что при эксплуатации амперметров с трансформатором тока во входной цепи, в особенности при измерении больших токов в первичной обмотке трансформатора (десятки килоампер), вторичная обмотка трансформатора должна быть постоянно подключена к нагрузке (к измерительному прибору). Даже кратковременный разрыв вторичной цепи трансформатора тока может привести к возникновению значительных бросков напряжения, вызывающих пробой изоляции трансформатора. В предложенном The proposed implementation of the switch 3 provides reliable and safe operation of the ammeter. It is known that when operating ammeters with a current transformer in the input circuit, especially when measuring high currents in the primary winding of the transformer (tens of kiloamperes), the secondary winding of the transformer must be constantly connected to the load (to the measuring device). Even a short-term rupture of the secondary circuit of a current transformer can lead to significant voltage surges, causing a breakdown of the insulation of the transformer. In the proposed

выполнении переключателя при коммутации контакта 13 не происходит разрыва цепи вторичной обмотки трансформатора тока (при замкнутом контакте 13 трансформатор тока 1 нагружен на миллиамперметр 15, при разомкнутом контакте 13 - на резистор 17 преобразователя 5). Этим и обеспечивается безопасность эксплуатации амперметра.the execution of the switch when switching contact 13 does not break the circuit of the secondary winding of the current transformer (with closed contact 13, current transformer 1 is loaded on milliammeter 15, with open contact 13 on resistor 17 of converter 5). This ensures the safety of the operation of the ammeter.

Дополнительное преимущество предложенного амперметра состоит в том, что контакт 13 переключателя 3 находится в токовой цепи, поэтому переходное сопротивление контакта, а также сопротивления проводников, соединяющих контакт 13 с другими элементами схемы амперметра, не вносят погрешности в результат измерения. Благодаря этому, контакт 13 (кнопка) может быть вынесен за пределы амперметра на достаточно большое расстояние (например, на пульт оператора).An additional advantage of the proposed ammeter is that the contact 13 of the switch 3 is in the current circuit, therefore, the transition resistance of the contact, as well as the resistance of the conductors connecting the contact 13 with other elements of the ammeter circuit, does not introduce errors into the measurement result. Due to this, the contact 13 (button) can be moved outside the ammeter at a sufficiently large distance (for example, on the operator’s console).

Claims

1. Ammeter containing a current transformer, the primary winding of which serves as the input of the ammeter, a rectifier, the input of which is connected to the secondary winding of the current transformer, as well as a direct current measuring device having a current measurement input, characterized in that, in order to expand the measuring range, it equipped with a switch, a current to voltage converter, and the measuring device is additionally equipped with a voltage measurement input, the rectifier output is connected to the switch input, the first output of the switch is connected inen with the current measuring input of the measuring device, the second output of the switch is connected to the voltage measuring input of the measuring device, the current to voltage converter is connected between the voltage measuring input and the common terminal of the measuring device.

2. The ammeter according to claim 1, characterized in that the measuring device is made in the form of a direct current milliammeter, the input of which serves as an input for measuring the current of the measuring device, and a resistor is connected between the current and voltage measuring inputs.

3. The ammeter according to claim 1, characterized in that the switch is made in the form of a button, the contacts of which are connected between the input and the first output of the switch, and a threshold device connected between the input and the second output of the switch.

4. The ammeter according to claim 1, characterized in that the current to voltage converter is made in the form of a resistor connected between the terminals of the converter and a voltage-controlled non-linear resistance connected in parallel with the resistor.