SU741172A1 - Преобразователь медленно измен ющихс электрических сигналов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к информа- ционно-иэмерительной технике и автома тике и предназначено дл  точного преобразовани  медленно измен ющихс  электрических сигналов в электрические сигнсшы более высокого уровн . Известны преобразователи электрических сигналов, основанные на ,использовании нелинейности кривой . намагничивани  ферромагнитных материалов - трансформаторы и дроссели подмагничивани  и магнитные модул торы. Они содержат один или несколько ферро магнитных сердечников с расположенными на них обмотками переменного тока (питающими), управл ющими и вспомогательными обмотками (смещени , обратно св зи), а также резистивных или диодных цепей 1. Протекающий по обмотке управлени  измерительный сигнал измен ет индуктивное сопротивление обмоток переменного тока, чтЪ приводит к соответствующему изменению падени  напр жени  на сопротивлении нагрузки. Точность преобразовани  измеритель ного сигнала из-за гистерезиса материала сердечников и температурных погрешностей данных технических реше ний невелика. Выходна  характеристик нелинейна, а параметры устройства имеют значительный разброс отэкземпл ра к экземпл ру из-за невозможности получени  идентичных ферромагнитных сердечников. При необходимости преобразовани  небольших сигналов приходитс  увеличивать число витков обмоток , что приводит к увеличению габаритных размеров, стоимости и снижает общую надежность подобных устройств. Известны устройства, включающие ферромагнитный сердечник с расположенными на нем обмотками, измерительной , компенсационной и возбуждени , триггер и соединенные последовательно с компенсационной обмоткой детектор сквгсжности, преобразователь напр жени  - ток и резистор 2. Однако и в этом случае характеристика преобразовани  нелинейна, вир ее зависит от параметров ферромагнитных сердечников и, следовательно, точность преобразовани  недостаточно высока. Цель изобретени  - увеличение точности преобразовани . Это достигаетс  тем, что в преопразователь медленно измен ющихс  электрических сигналов, включающий ферромагнитный сердечник с расположенными

йа нем обмотками измерительной, компенсационной и возбуждени , триггер и соединенные последовательно с комренсационной обмоткой детектор скважности , преобразователь напр жени  ток и резистор, введены интегратор, второй преобразователь напр жени  ток и сигнальна  обмотка, расположённа , на ферромагнитном сердечнике, иэмёрительна  обмотка подключена ко .входу триггера, вход интегратора - к выходу триггера, вход детектора скважности - к выходу интегратора, второй преобразователь напр жени  - ток .- к выходу интегратора и нагружен не на обмотку возбуждени , при этом обмотки компенсационна  и возбуждени  ориентированы так, что создают намагничивающие силы, направленные встречно

На чертеже, показана, принципиальна схема устройства.

Преобразователь медленно измен ющихс  электрических сигналов включает тороидальный ферромагнитный сердечник 1 из материала с пр моугольной петлей гистерезиса с расположенными на нем сигнальной обмоткой 2, измерительной обмоткой 3 и обмотками 4 и 5 возбуждени  и компенсации, ориентированными таким образом. Что создаваемые ими намагничивающие силы направлены встречно. Измерительна  обмотка 3 подключена ко входу триггера 6 . К выходу триггера 6 подключен интегратор 7. К его выходу подключен детектор 8 скважности, посто нна времени которого больше посто нной времени интегратора 7 приблизительно в 10-20 раз , и преобразователь 9 напр жение - ток. К выходу детектора 8 скважности подключен преобразователь 10 напр жение - ток. Обмотка возбуждени  4 подключена к выходу преобразовател  9 напр жение - ток непосредственно, а компенсационна  обмотка 5 подключена к выходу преобразовател  10 напр жение - ток через резистор 11, с которого и снимаетс  выходной сигнал преобраз.овател .

Преобразователь работает следующим образом.

При отсутствии преобразуемого сигнала в сигнальной обмотке 2 триггер б находитс  в одном из своих устойчивых состо ний и на его выходе есть посто нный сигнал определенной величины и пол рности. Интегратор 7 суммирует этот сигнал, а выходной сигнсш интегратора 7 поступает на вход детектора 8. На их выходах по вл етс  линейно нарастающий сигнал посто нного напр жени , которий преобразуетс : преобразовател ми 9, 10 напр жение - ток в ток, пррпорционал ный величине выходного напр жени  интегратора 7 и детектора 8 соответственно . Поскольку посто нна  времени детектора 8 значительно больше

посто нной времени интегратора 7, то процесс перемагничивани  Ферромагнитного сердечника 1 в основном определ етс  током в обмотке возбуждени 

4. Намагничивающа  сила, создаваема  этой обмоткой, должна быть такой величины , чтобы измен ть магнитную напр женность сердечника 1, например, .от -Н до +н. При этом поскольку посто нна  времени детектора 8 много больше

посто нной времени интегратора 7, то создаваема  обмоткой 5 компенсации намагничивающа  сила, направленна  встречно намагничивающей силе обмотки 4 возбуждени ,гораздо меньше по- . следней и в данном случае на процесс

перемагничивани  практически не вли ет . Если в первоначальный момент времени рабоча  точка ферромагнитного сердечника 1 устройства находитс  в промежуточном положении между -К

и +Hjj, то линейно нарастающие токи в обмотках 4 и 5 создают разностную намагничивающую силу, довод щую положение рабочей точки сердечника 1, например , до -Н и +В. Значение магнитной индукции в ферромагнитном сердечнике 1 скачком измен етс  от +Bg до В, . Это приводит к по влению импульса ЭДС в измерительной обмотке 3 и перебросу триггера 6 в другое

устойчивое положение. Выходное напр жение триггера 6 уже другой пол рности суммируетс  интегратором 7. Выход-ные сигналы интегратора 7 и детектора 8 преобразуютс  в ток в обмотках 5 компенсации и 4 возбуждени  преобразовател ми 9 и 10 напр жение - ток. Направлени  этих токов противоположны первоначальному. Поэтому в обмотке 4 возбуждени  протекает пилообраз ный ток большой величины, который

и перемагничивает сердечник 1 до значени  магнитной напр женности равной +Ц- . Величина тока в обмотке 5 компенсации практически равна нулю ввиду отсутстви  посто нной составл ющей

на входе - интегратора 7. При достижении магнитной напр женности сердечника 1 значени  +Н индукци  в сердечнике 1 становитс  скачком равной +В9 . Триггер б вновь перебрасьгааетс  в первоначальное положение, и процесс повтор етс . Происходит автогенераци  треугольного тока в обмотке 4возбуждени . Поскольку посто нна  составл юща  на выходе триггера б, а значит и на выходе интегратора

7, отсутствует, то и на. выходе детектора 8 ее нет.

При по влении преобразуемого сигнала i, в сигнальной обмотке 2 изменение магнитной напр женности В в

Claims (2)

1. момент по влени  сигнала (точка О на оси времени) происходит скачком. Это приводит к нарушению симметричности полупериодов перемагничивани  в первый период и по влению посто нной составл ющей на выходе триггера. Эта посто нна  составл юща  суммируетс  интегратором 7, Выходное напр жение интегратора 7 из-за-изменени  скважности также содержит посто нную составл ющую. Выходное напр жение интегратора 7 в детекторе 8 CKBcUKHOCTH преобразуетс  в напр жение и преобразовател ми 9 и 10 напр  жение - ток в ток в обмотках 4 и 5, Пилообразный ток в обмотке 4 возбуждени  перемагничивает сердечник 1 а посто нный ток в обмотке 5 компенсации создает магнитное поле, направ ленное встречно магнитному полю, создаваемому преобразуемым сигналом и равное ему по величине, восстанавлива  первоначсшьное магнитное состо ние ферромагнитного сердечника 1, Возможен случай, когда при включении направление магнитного пол , создаваемого преобразуемым сигналом совпадает в первоначальный момент с направлением магнитного пол , созд ваемого протекающим по обмотке компенсации током,и сердечником 1 загон етс  в еще большее насыщение скачком (Н сердечника 1 становитс  боль ше Hg). Переброса триггера 6 в друго положение не происходит сразу. На -выходе интегратора 7 по вл етс  линейно нарастающее напр жение. Рост его величины прекращаетс  при насыщении интегратора 7. Величина тока в обмотке компенсации также нарастае линейно лишь до момента насыщени  интегратора-7, а затем продолжает оставатьс  посто нной. Одновременно с этим на выходе детектора 8 скважности также по вл етс  линейно нарас тающий сигнал.Поскольку посто нна  времени детектора 8 гораздо больше посто нной времени интегратора. 7,то постепенно нарастающий ток в обмотке ксэмпенсации создающий магнитное пол направленное встречно магнитному полю тока в обмотке 4 (посто ннс лу по величине) , начинает размагничиватьсердечник 1. Очевидно, что намагничи вающа  сила, создаваема  током в компенсации, должна превышать величину намагничивающей силы, создаваемой током, протекающим по обмотке возбуждени , на величину/ достаточную дл  перевода сердечника 1 в другое крайнее положение на петле гистерезиса. Таким образом, в любом реальном случае устройство работает в автогенераторном режиме, осуществл   компенсационное преобразование. Предлагаемое устройство имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом. Точность преобразовани  благодар  компенсационному методу преобразовани  выше. Поскольку устройство в этом случае работает вблизи нулевой точки, тЬ это обеспечивает и высокук) линейность преобразовани . Работа и характеристики устройства не завис т от параметров материала, используемого дл  изготовлени  ферромагнитного сердечника: изменение Hj и В от сердечника к сердечнику и при изменении их под вли нием внвиней среды и старении сказываютс  лишь на длительности периода автоколебаний, совершенно не вли   по самому принципу работы на характеристики устройства. Формула изобретени  Преобразователь медленно измен ющихс  электрических сигналов, включающий ферромагнитный сердечник с расположенными на нем обмотками измерительной , компенсационной и возбуждени , триггер и соединенные последовательно с компенсационной, otSnoTкой детектор скважности, преобразователь напр жени  - ток и резистор, отличающийс  тем, что, с целыо увеличени  точности преобразовани , в него введены интегратор, второй п реобразователь напр жение ток и сигнальна  обмотка, расположенна  на ферромагнитном сердечнике, измерительна  обмотка подключена ко входу триггера,вход интегратора - к выходу триггера,вход детектора скважности - к шлходу интегратора, второй преобразователь напр жение - ток к выходу интегратора и нагружен на возбуждени , при этом обмотки кслтенсацирнна  и возбуждени  ориентированы так, что создают намагничивающие силы, направленные встречно. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Розенблат М.А. Магнитные эле- , менты автоматики и вычислительной техники . М., Наука, 1974. с.307-360.
2. 2.Яковлев Н.И. феррозондный .магнитометр с широтной модул цией. Геофизическа  аппаратура , вып.33. Л., Недра, 1967, с.95.

   i

   3

   tK

   -4

   5

   10