SU849086A1 - Измеритель посто нного тока - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах контроля тока, основанных на измерении методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен измеритель постоянного тока, со- ⁵ держащий дифференциальный магнитопровод с двумя плоскопараллельными воздушными зазорами между полюсными наконечниками, источник постоянного подмагничивающего поля, установленный между внутренними ветвями магнитопровода, два измерительных блока ЯМР, блок вычитания частот, цифровой частотомер [1]..

Недостаток этого устройства - значительная сложность.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель постоянного тока, содержа,щий первичный преобразователь выполненный в виде охватывающего проводник с контролируемым током магнитопровода из магнитомягкого материала с плоскопараллельным воздушным зазором между полюсными наконечниками, измерительный блок ЯМР, на выходе которого включен цифровой частотомер [2] .

Однако известное устройство позволяет измерять лишь весьма большие токи. Кроме того, имеющая место величина относительной неоднородности магнитного поля в воздушном зазоре обуславливает низкую точность измерения.

Цель изобретения - расширение пределов измерения постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе постоянного тока, содержащем первичный преобразователь, выполненный в виде охватывающего проводник с контролируемым током магнитопровода из магнитомягкого материала, с плоскопараллельным воздушным зазором между полюсными наконечниками, измерительный блок ядерного магнит¹· ного резонанса, на выходе которого включен цифровой частотомер, полюсные наконечники выполнены в виде постоянных магнитов, а в воздушный зазор введен движущийся носитель предварительно поляризованных ядер.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого измерителя постоянного тока; на фиг. 2 — общий вид использованного в устройстве первичного преобразователя (без дополнительно введенного носителя поляризованных ядер).

Измеритель постоянного тока содержит первичный преобразователь, в состав которого ₅ входит трубопровод 1 с проточной жидкостью (например Н₂О), поляризатор 2, магнитопровод 3 из магнитомягкого материала с постоянными магнитами 4 на полюсах, между которыми расположены катушки 5 регистрации ю и катушка 6 модуляции. Измерительный блок ядерного магнитного резонанса (ЯМР), обведенный на фиг. 1 пунктирной линией, состоит из генераторов низкой 7 частоты и высокой 8 частоты, усилителя 9 высокой частоты, демо- ₁₅ дулятора 10, усилителя 11 низкой частоты, осциллографа 12. Катущка 5 регистрации вместе с конденсатором 13 образуют колебательный контур генератора 8 высокой частоты. Выходная измерительная информация воспринима ₂о ется цифровым частотомером 14. На фиг. 1 и 2 показан также проводник с контролируемым током 15.

Работа устройства происходит следующим образом. 25

За время пребывания жидкости в сильном магнитном поле поляризатора 2 в ней возникает неравновесная ядерная намагниченность, которая при дальнейшем течении жидкости по расположенному в слабом поле трубопро- ₃₀ воду 1 уменьшается в результате естественной релаксации и достигает на входе первичного преобразователя (анализатора) значения М. Намагниченности М пропорциональна интенсивность А сигнала ЯМР. ,<

А = КМ, где М — намагниченность;

А — интенсивность сигнала ЯМР;

К - коэффициент, зависящий от параметров схемы и однородности поля ₄θ постоянных магнитов 4.

При резонансе, когда частота генератора совпадает с частотой прецессии ядер, добротность колебательного контура уменьшается вследствие поглощения энергии атомными яд- 45 рами, что приводит к уменьшению напряжения на контуре. Для периодического прохождения через резонанс индукция магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 4 и проводником 15 с контролируемым током, ₅₀ модулируется вблизи резонансного значения с помощью катушек 6, питающихся от генератора 7 низкой частоты. Напряжение высокой частоты, модулированного сигналом ядерного резонансного поглощения, подается на усипи- ₅₅ тель 9 высокой частоты, а затем на демодулятор 10, выделяющий сигнал ЯМР, который через усилитель 11 низкой частоты поступает на осциллограф 12. При подаче на пластины развертки осциллографа 12 напряжения, синхронного с напряжением источника модуляции магнитного поля, на экране непрерывно наблюдаются сигналы ЯМР. Так как за период модуляции, условия резонанса повторяются дважды, то на экране видны два сигнала симметричное расположение которых относительно центра развертки свидетельствует о наступлении резонанса при нулевом значении модулирующего поля. При этом показания цифрового частотомера 14, измеряющего частоту генератора 8, пропорциональны измеряемой суммарной магнитной индукции, т.е. магнитной индукции постоянных магнитов 4 и магнитной индукции поля, создаваемого контролируемым током в проводнике 15. Линейная зависимость между контролируемым током в проводнике 15 и показаниями цифрового частотомера 14 имеет место в широком диапазоне от нескольких миллиампер до нескольких килоампер.

Предлагаемое выполнение первичного преобразователя позволяет создавать даже при отсутствии измеряемого тока в воздушном зазоре магнитное поле, относительная неоднородность которого 10’³% на 1 см, а индукция более 0,1 Т. Это делает возможным расширить пределы измерения постоянного тока методом ЯМР, т.е. измерять ток практически до нуля.

Введение в первичный преобразователь предварительно поляризованной движущейся жидкости способствует повышенной точности измерения. Это объясняется тем, что амплитуда сигнала ЯМР в движущемся образце значительно превышает амплитуду сигнала в неподвижном образце. Увеличение амплитуды сигнала ЯМР в движущемся образце в свою очередь объясняется притоком в первичный преобразователь поляризованных ядер, появившихся при прохождении образца в магнитном поле до входа в преобразователь. С введением движущегося. носителя предварительно поляризованных ядер уменьшается также время релаксации.

Claims (2)

1. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  использовани  в системах контрол  тока, основанных на измерении методом  дерного магнитного резонан са (ЯМР). Известен измеритель посто нного тока, содержащий дифференциальный магнитопровод с двум  плоскопараллельными воздушными зазорами между полюсными наконечииками, ис точник ПОСТОЯШ1ОГО подмагничивающего пол  установлеиный между внутренними ветв ми ма нитопровода, два измерительных блока ЯМР, блок вычитани  частот, цифровой частотомер 1 Недостаток этото устройства - зна нгге}1ьна  сложность. Наиболее близким по технической сущности  вл етс  измеритель посто нного тока, содержа , щий первичный преобразователь выполненный в виде охватывающего проводник с контролируемым током магнитопровода из магнитом гкого материала с плоскопараллельным воздушным зазором между полюсными наконечниками , измерительный блок ЯМР, на выходе которого включен цифровой частотомер 2. Одаако известное устройство позвол ет измер ть лищь весьма больаше токи. Кроме того , имеюща  место величина относительна неоднородности магнитного пол  в воздушном зазоре обуславливает низкую точность измерени . Цель изобретени  - расширение пределов измерени  посто ниого тока. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измерителе посто нного тока, содержащем первичный прео азователь, выполненный в виде охватывающего гфоводник с контролируемым током магнитопровода из магнитом гкого материала, с шюскопараллельным: воздушным зазором между полюсными наконечниками , измерительный блок  дерного мaпшт некто резонанса, на выходе которого включен цкфро&amp;ой частотсймер, полюсные наконечники выполнеш в виде посто нных магнитов, а в воздуншый зазор введен движущийс  носитель предварительно пол ризсжанных  дер. На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого измерител  посто нного тока; на фиг. 2 - общий внд использованного В устройстве первичного преобразовател  (без дополнительно введенного носител  пол ризованных  дер). Измеритель посто нного тока содержит первичный преобразователь, в состав которого входит трубопровод 1 с проточной жидкостью (например HjO), пол ризатор 2, магнитопро;вод 3 из магнитом гкого материала с посто нными магнитами 4 на полюсах, между которыми расположены катушки 5 регистрации и катушка 6 модул ции. Измерительный блок  дерного магнитного резонанса (ЯМР), обведен ный на фиг. 1 пунктирной линией, состоит из генераторов низкой 7 частоты и высокий 8 частоты, усилител  9 высокой частоты, демодул тора 10, усилител  11 низкой частоты, осциллографа 12. Катуш,ка 5 регистрации вмес те с конденсатором 13 образуют колебательный контур генератора 8 высокой частоты. Вы ходна  измерительна  информаци  воспринима етс  цифровым частотомером 14. На фиг. 1 и 2 показан также проводник с контролируемым током 15. Работа устройства происходит следующим образом. За врем  пребывани  жидкости в сильном магнитном поле пол ризатора 2 в ней возникает неравновесна   дерна  шмагнпченность, котора  при дальнейшем течении жидкости по расположенному в слабом поле трубопроводу 1 уменьшаетс  в результате естественной релаксации и достигает на входе первичного преобразовател  (анализатора) значени  М. Намагниченности М пропорциолальна интенсивность А сигнала ЯМР. А КМ, где М - намагниченность; А - интенсивность сигнала ЯМР; К - коэффициент, завис щий от парамет ров схемы и однородности пол  посто нных магнитов 4. При резонансе, когда частота генератора совпадает с частотой прецессии  дер, добротность колебательного контура уменьшаетс  вследствие поглощени  энергии атомными  драми , что приводит к зменьшению напр жени  на контуре. Дл  периодического прохожд ни  через резонанс индукци  магнитного пол , создаваемого посто нными магнитами 4 и проводником 15 с контролируемым током модулируетс  вблизи резонансного значени  с 1юмощью катушек 6, питающихс  от генератора 7 низкой частоты. Напр жение высокой частоты, модулированного сигналом  дерного резонансного поглощени , подаетс  на уснлитель 9 высокой частоты, а затем на демодул тор 10, вьщел ющий сигнал ЯМР, который через усилитель И низкой частоты поступает на осциллограф 12. При подаче на пластины азвертки осциллографа 12 напр жени , синронного с напр жением источника модул ции агнитного пол , на экране непрерывно наблюдаютс  сигналы ЯМР. Так как за период модул ции, услови  резонанса повтор ютс  дважды, то на экране видны два сигнала симметричное расположение которых относительно центра развертки свидетельствует о наступлении резонанса при нулевом шачении 1у одулирующего пол . При зтом показани  цифрового частотомера 14, измер ющего частоту генератора 8, пропорциональны измер емой суммарной магнитной индукции, т.е. магнитной индукции посто нных магнитов 4 и магнитной индукции пол , создаваемого контролируемым током в проводнике 15. Линейна  зависимость между контролируемым током в проводнике 15 и показани ми цифрового частотомера 14 имеет место в широком диапазоне от нескольких миллиампер до нескольких килоампер. Предлагаемое выполнение первичного преобразовател  позвол ет создавать даже при отсутствии измер емого тока в воздушном зазоре магнитное поле, относительна  неоднородность которого на 1 см, а индукци  более 0,1 Т. Это делает возможным расширить пределы измерени  посто нного тока методом ЯМР, т.е. измер ть ток практически до нул . Введение в первичный преобразователь предварительно пол ризованной движущейс  жидкости способствует повышенной точности измерени . Это объ сн етс  тем, что амплитуда сигнала ЯМР в движущемс  образце значительно превьпцает амплитуду сигнала в неподвижном образце. Увеличение амплитуды сигнала ЯМР в движущемс  образце в свою очередь объ сн етс  притоком в первичный преобразователь пол ризованных  дер, по вившихс  при прохождении образца в магнитном поле до входа в преобразователь. С введением движущегос  носите ш предварительно пол ризованных  дер уменьшаетс  также врем  релаксации . Формула изоб ре тени  Измеритель посто нного тока, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде охватываюцдего проводник с. контролируемым током магнитопровода из магнитом гкого материала с плоскопараллельным воздушным зазором между полюсными наконечниками, из мерительный блок  дерного магнитного резонанса , на выходе которого включен цифровой частотомер, отличающийс  тем, что, с целью расщирени  пределов измерени  точности, полюсные наконечники выполнены в виде посто нных магнитов, а в воздушный

   58490866

   зазор введен движущийс  носитель предваритель-i. Авторское свидетельство СССР № 411629,

   но пол ризованных  дер.кл. Н 03 К 13/20, 1972.

   (Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе
2. 2. Спектор С. А, Измерение больших посто нных токов. Л., Эифгн , 1978, с. 54, 595 60 (прототип).