Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измерения электрического тока

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах цифровой информационно-измерительной техники и электронике.

Известно высоковольтное оптоэлектронное устройство для измерения тока (см. RU 2346285 C1, 10.02.2009), содержащее шунт, включенный параллельно и имеющий непосредственный контакт с токопроводом, на котором производится измерение, аналого-цифровой преобразователь и блок, передающий цифровую информацию о силе тока с помощью электромагнитных волн (радио - или оптического диапазона) приемнику, находящемуся под потенциалом низкого напряжения (земли). В этом устройстве все вышеперечисленные элементы помещены внутрь токопровода под потенциалом высокого напряжения. Падение напряжения на шунте фиксируется аналого-цифровым преобразователем. Далее в нем происходит преобразование величины напряжения в цифровой код. Цифровой код далее поступает на передатчик электромагнитных волн. В простейшем случае это может быть светодиод, зажигающийся при поступлении на вход «1», и отсутствие свечения при поступлении на вход «0».

Недостатком этого известного устройства является погрешность измерения из-за изменения сопротивления материала шунта, обусловленного колебанием температуры окружающей среды, и необходимость в выборе сопротивления шунта в зависимости от сопротивления токопровода (коэффициент шунтирования по току).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятый автором за прототип термоэлектрический преобразователь для измерения электрического тока (см. Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Г.Г. Раннев, В.А. Сурогина, В.А. Калашников и др.]; Под ред. Г.Г. Раннева. - 2-е изд. стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007, 512 с., с. 307). Данное устройство содержит нагреватель, по которому протекает измеряемый ток, термопару и измеритель тока, в качестве которого используется магнитоэлектрический механизм с отсчетным устройством. Нагреватель обычно изготавливается из материала с большим удельным сопротивлением с допустимой температурой 600-800°С. Для термопары подбирают материалы, дающие в паре высокую термоЭДС. Под воздействием теплоты, выделяемой нагревателем, и при разности температур горячего и холодного спаев термопары в холодном спае возникает термоЭДС, пропорциональная величине тока, протекающего по нагревателю, и измеряемая магнитоэлектрическим измерительным механизмом.

Недостатком данного устройства можно считать невысокую точность и чувствительность измерения из-за инерционности и сложности измерительного механизма измерителя тока.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности и чувствительности измерения тока.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения электрического тока, содержащее измерительную цепь, подключенную к входу нагревателя, и термопару, введены усилитель, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты, блок питания постоянного тока и частотомер, причем выход нагревателя соединен с входом термопары, выход которого через усилитель постоянного тока подключен к варактору микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, блок питания постоянного тока соединен с входом питания микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, выход последнего подключен к входу частотомера.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что измерение частоты микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты дает возможность измерить электрический ток в измерительной цепи.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения тока в измерительной цепи на основе измерения частоты микроволнового генератор с желаемым техническим решением, т.е. повышением точности и чувствительности измерения тока.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Данное устройство содержит измерительную цепь 1, подключенную к входу нагревателя 2, термопару 3, усилитель 4, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частотой 5, блок питания постоянного тока 6 и частотомер 7.

Устройство работает следующим образом. В измерительную цепь 1 подключают нагреватель 2. Под воздействием протекающего по нагревателю измеряемого тока нагреватель нагревается. К поверхности нагревателя прикрепляют горячий спай термопары 3. Холодный спай термопары соединяют к усилителю 4. При нагревании нагревателя в холодном спае термопары возникает термоЭДС, которая пропорциональна току, протекающему по нагревателю. Далее термоЭДС термопары усиливается усилителем и передается на варактор микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты 5. Предварительно с выхода блока питания постоянного тока 6 для генерирования электромагнитных колебаний подают напряжение на вход питания микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты.

В рассматриваемом случае при отсутствии протекающего через нагреватель тока частотомером 7, подключенным к выходу электромагнитных колебаний микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, измеряют частоту, связанную с нулевым значением измеряемого тока. После этого при пропускании тока через нагреватель на входе варактора микроволнового генератора возникает напряжение (постоянное), которое перестраивает частоту микроволнового генератора в сторону увеличения. В соответствии с предложенным устройством увеличение измеряемого тока (пропорциональное увеличение термоЭДС термопары ввиду нагревания нагревателя) приведет к увеличению частоты микроволнового генератора, а уменьшение измеряемого тока, наоборот, к уменьшению частоты генератора.

Если обозначить f₀ - частоту генератора при отсутствии тока через нагреватель, a f_т - частоту генератора при каком-нибудь значении тока, то по разности этих частот можно получить информацию о текущем значении тока, протекающего через нагреватель (условие f₀<f_т).

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе измерения частоты микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить повышение точности и чувствительности измерения электрического тока.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано в цифровой измерительной технике для измерения переменного и постоянного тока. Кроме того, на базе данного устройства информацию об измеряемой величине тока можно передавать дистанционно.