SU1265628A1 - Датчик посто нного и переменного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерени м и может быть использовано дл  преобразовани  сигналов, пропорциональных посто нному и переменному току, с обеспечением гальванической разв зки. Целью изобретени   вл етс  поЁышение точности преобразовани  за счет исключени  посто нной составл ющей тока намагничивани  трансформаторов и упрощени  датчика за счет исключени  дополнительных нелинейных элементов. Датчик посто нного и переменного тока содержит трансформаторы 1 и 4 с одинаковыми коэффициентами трансформации, дифференциальные усилители 2 и. 7, резисторы 3, 5, 6, 8. В устройстве обеспечиваетс  симметричный режим автоколебаний генератора на дифференциальном усилителе 2, трансформаторе 1 и резисторах 3, 5, 6, не завис щий от выходного напр жени  датчика и первичного тока, По (Л скольку питающее обмотку трансформатора 1 напр жение симметрично, в токе намагничивани  отсутствуют посто нна  составл юща  и ошибка, обусловленна  ею. Повышаетс  точность измерени  тока в первичной цепи и исключаетс  . возможность подмагничивани  второго трансформатора посто нной составл ющей этого тока. 2 ил. ff

Description

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для преобразования сигналов, пропорциональных постоянному и переменному току, с обеспечением гальванической развязки.

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет исключения постоянной составляющей тока намагничивания трансформаторов и упрощения датчика за счет исключения дополнительных нелинейных элементов.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство (фиг.1) содержит трансформатор 1, начало вторичной обмотки которого соединено с выходом дифференциального усилителя 2 и одним выводом резистора 3, а конец - с началом вторичной обмотки трансформатора 4 и одновременно с инвертирующим входом дифференциального усилителя 2 и с одним выводом резистора 5. Второй вывод резистора 3 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 2 и с одним выводом резистора 6, второй вывод которого присоединен к общей шине, с которой также соединен второй вывод резистора 5. Конец вторичной обмотки трансформатора 4 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 7 и с одним выводом резистора 8, второй вывод которого одновременно соединен с выходом дифференциального усилителя 7, выходным зажимом датчика и входом масштабного преобразователя 9, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 7. Первичные обмотки трансформатора 1 и 4, соединенные последовательно согласно, предназначены для включения в цепь контролируемого тока.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии контролируемого тока в первичных обмотках трансформаторов 1 и 4 напряжение на выходе датчика отсутствует. При этом генератор, образованный дифференциальным усилителем 2, вторичной обмоткой трансформатора 1, резисторами 3, 5 и 6, работает в автоколебательном режиме, и .· на его выходе, образованном резистором 5, в этом режиме имеется лишь переменная составляющая напряжения, обусловленная протеканием через ре зистор 5 тока намагничивания трансформатора 1 (фиг.26), величина которого при насыщении магнитопровода трансформатора 1 достигает значения i_nop , после чего происходит переключение полярности напряжения, подводимого к вторичной обмотке трансформатора 1 с выхода дифференциального · усилителя 2. Для этой переменной составляющей напряжения, формируемой на резисторе 5, вторичная обмотка трансформатора 4 представляет собой большое сопротивление, поскольку магнитопровод его ненасыщен. Поэтому ток во вторичной обмотке трансформатора 4 практически отсутствует, и напряжение на выходе дифференциального усилителя 7 равно нулю, так как отрицательная обратная связь, осуществляемая посредством резистора 8, действует намного сильнее, чем положительная через масштабный преобразователь 9.

При протекании контролируемого постоянного или переменного тока через первичные обмотки трансформаторов'1 и 4 появляется пропорциональная ему постоянная или переменная составляющая ив цепях вторичных обмоток трансформаторов .

Для постоянной составляющей (или переменной, протекающей одновременно в первичной и вторичной обмотках) * вторичная обмотка трансформатора 4 представляет собой малое сопротивление, равное омическому (или активному) сопротивлению вторичной обмотки трансформатора 4 (если пренебречь индуктивностью рассеяния этой'обмотки, очень малой для тороидального трансформатора) , При этом ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора 4 и резистор 8, обуславливает появление на выходе дифференциального усилителя 7 напряжения, равного сумме падений напряжений на резисторе 8 и на вторичной обмотке трансформатора 4 от тока, пропорционального контролируемому первичному току. Напряжение с выхода дифференциального усилителя 7 через масштабный преобразователь 9 подается на его неинвертирующий вход, обеспечивая смещение напряжения на нем на величину, равную падению напряжения на вторичной обмотке трансформатора 4. Тем самым обеспечивается поддержание нулевого уровня среднего значения напряжения на резисторе 5. Результатом этого является симметрич1265628 ный режим автоколебаний генератора, независящий от выходного напряжения датчика (фиг.2 а и б) и величины контролируемого первичного тока.

Поскольку питающее вторичную об- 5 мотку трансформатора 1 напряжение Ц генератора симметрично, в токе намагничивания трансформатора 1 постоянная составляющая отсутствует, чем исключается возможность подмагничива-Ю ния магнитопровода трансформатора 4 постоянной составляющей и повышается точность преобразования контролируемого тока.

В то же время обеспечение симметричного режима перемагничивания магнитопровода, трансформатора 1 позволяет исключить имеющиеся в известном датчике нелинейные элементы, что до- ₂θ полнительно упрощает предлагаемый датчик.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области электроизмерений и может быть исполь зовано дл  преобразовани  сигналов, пропорциональных посто нному и переменному току, с обеспечением гальванической разв зки. Цель изобретен 1  - повышение точности преобразовани  за счет исключени  посто нной составл ющей тока намагничивани  трансформаторов и упрощени  датчика за счет исключени  дополнительных нелинейных элементов. На фиг.1 изображена блок-схема ус тройства; на фиг.2 - диаграммы, по с н ющие его работу. Устройство (фиг.1) содержит трансформатор t, начало вторичной обмотки которого соединено с выходом дифференциального усилител  2 и одним выводом резистора 3, а конец - с началом вторичной обмотки трансформатора 4 и одновременно с инвертирующим вхоДом дифференциального усилител  2 и с одним выводом резистора 5. Второй вывод резистора 3 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилител  2 и с одним выводом резистора 6, второй вывод которого присоединен к общей шине, с которой также соединен второй вывод резистора 5. Конец вторичной обмотки трансформатора 4 соединен с инвертирующим входом дифференциального усили-тел  7 и с одним выводом резистора 8, второй вывод которого одновременно соединен с выходом дифференциального усилител  7, выходным зажимом датчика и входом масштабного преобразовател  9, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилител  7 Первичные обмотки трансформатора 1 и 4, соединенные последовательно согласно , предназначены дл  включени  в цепь контролируемого тока. Устройство работает следуюдим образом . При отсутствии контролируемого тока в первичных обмотках трансформаторов 1 и 4 напр жение на выходе датчика отсутствует. При этом генератор, образованный дифференциальным усилителем 2, вторичной обмоткой трансформатора 1, резисторами 3, 5 и 6, работает в автоколебательном режиме, и . на его выходе, образованном резистором 5, в этом режиме имеетс  лишь переменна  составл юща  напр жени , обусловленна  протеканием через резистор 5 тока i,, намагничивани  тран ,сформатора 1 (фиг.26),, величина которого при насыщении магнитопровода трансформатора 1 достигает значени  inop , после чего происходит переключение пол рности напр жени , подводимого к вторичной обмотке трансформатора 1 с выхода дифференциального усилител 
2. 2. Дл  этой переменной составл ющей напр жени , формируемой на резисторе 5, вторична  обмотка трансформатора 4 представл ет собой большое сопротивление, поскольку магнитопровод его ненасыщен. Поэтому ток во вторичной обмотке трансформатора 4 практически отсутствует, и напр жение на выходе дифференциального усилител  ,7 равно нулю, так тсак отрицательна  обратна  св зь, осуществл ема  посредством резистора 8, действует намного , сильнее, чем положительна  через масштабный преобразователь 9. При протекании контролируемого посто нного или переменного тока через первичные обмотки трансформаторов1 и 4 по вл етс  пропорциональна  ему посто нна  или переменна  составл юща  и в цеп х вторичных обмоток трансформаторов . Дл  посто нной составл ющей (или переменной, протекающей одновременно в первичной и вторичной обмотках) вторична  обмотка трансформатора 4 i представл ет собой малое сопротивление , равное омическому (или активному ) сопротивлению вторичной обмотки трансформатора 4 (если пренебречь индуктивностью рассе ни  этойобмотки, очень малой дл  тороидального трансформатора ) . При этом ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора 4 и резистор 8, обуславливает по вление на выходе дифференциального усилител  7 напр жени , равного сумме падений напр жений на резисторе 8 и на вторичной обмотке трансформатора 4 от тока, пропорционального контролируемому первичному току. Напр жение с выхода дифференциального усилител  7 через масштабный преобразователь 9подаетс  на его неинвертирующий вход, обеспечива  смещение напр жени  на нем на величину, равную падению напр жени  на вторичной обмотке трансформатора 4. Тем самым обеспечиваетс  поддержание нулевого уровн  среднего значени  напр жени  на резисторе 5. Результатом этого  вл етс  симметричный режим автоколебаний генератора, независ щий от выходного напр жени  датчика (фиг.2 а и б) и величины кон тролируемого первичного тока. Поскольку питающее вторичную обмотку трансформатора 1 напр жение U генератора симметрично, в токе i намагничивани  трансформатора 1 посто нна  составл юща  отсутствует, че исключаетс  возможность подмагничива ни  магнитопровода трансформатора 4 посто нной составл ющей и повьшаетс  точность преобразовани  контролируемого тока. В то же врем  обеспечение симметричного режима перемагничивани  магнитопровода , трансформатора 1 позвол  ет исключить имеющиес  в известном датчике -нелинейные элементы, что дополнительно упрощает предлагаемый датчик, Формула изобретени  Датчик посто нного и переменного тока, содержащий два трансформатора с одинаковыми коэффициентами трансформации , первичные обмотки которых соединены последовательно согласно, два дифференциальных усилител , выхо первого из которых соединен с первым I выводом вторичной обмотки первого трансформатора и через первый резистор подключен к собственному неинвертирующему вхоДу, второй вывод вторичной обмотки первого трансформатора присоединен к первому выводу вторичной обмотки второго трансформатора, инвертирукщему входу первого дифференциального усилител  и первому выводу второго резистора, второй вывод вторичнрй обмотки второго трансформа тора соединен с первым выводом третьего резистора, и масштабный преобразователь , вход которого подключен к выходу второго дифференхщального усилител , присоединенному к выходному зажиму датчика, отличайщ и и с   тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  и упрощени , второй вывод вторичной обмот-, ки второго трансформатора подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилител , неинвертирующий вход которого присоединен к выходу масштабного преобразовател , а выход соединен с вторым выводом третьего резистора, неинвертирующий вход первого дифференциального усилител  через дополнительно введенный четвертый резистор подключен к общей шине, к которой присоединен второй вывод второго резистора.