Результат интеллектуальной деятельности: Цифровой измеритель электрического тока

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известно устройство, реализующее способ цифрового измерения электрических величин (см. RU 2567441 С1, 10.11.2015), содержащее неподвижной элемент, подвижной элемент, открытый резонатор, выполненный в виде плоской и вогнутой пластин, элемент ввода электромагнитных колебаний, соединенный с выходом микроволнового генератора, элемент вывода электромагнитных колебаний, подключенный к входу детектора и измеритель амплитудно-частотных характеристик. Здесь воздействуют преобразованной электрической величиной на вогнутую пластину открытого резонатора, измеряют резонансную частоту открытого резонатора и по измеренной частоте открытого резонатора, производят отсчет величины измеряемой электрической величины.

Недостатком этого способа можно считать низкую чувствительность, связанную из-за недостаточной деформации вогнутой пластинки открытого резонатора при воздействии на нее подвижного элемента первичного преобразователя.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятый автором за прототип электродинамическое измерительное устройство (см. Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для студентов высш. учеб. заведений / [Г.Г. Раннев, В.А. Сурогин, В.И. Калашников и др.]; под ред. Г.Г. Раннева. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия» 2007. с. 299), в котором для перемещения подвижной части используется энергия системы, состоящей из подвижной и неподвижной рамок (катушек) с токами. Неподвижная часть может иметь одну, чаще две катушки, соединенные между собой параллельно или последовательно, намотанные медным проводом, внутри которых располагается подвижная катушка, обычно бескаркасная. При протекании тока по катушкам подвижная катушка, укрепленная на оси, вращается внутри неподвижной катушки. Так как ось подвижной катушки скреплена со стрелкой аналогового отсчетного устройства, то по углу отклонения стрелки по шкале регистратора, судят о величине измеряемого параметра.

Недостатком этого известного устройства можно считать невысокую точность, обусловленную колебаниями температуры окружающей среды и напряжения источника питания.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в цифровой измеритель электрического тока содержит первичный преобразователь в виде неподвижной катушки и подвижной катушки, расположенной на оси, регистратор и первый источник. Введены второй источник, масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, трансформаторный преобразователь, включающий в себя первую и вторую неподвижные обмотки и подвижную обмотку, жестко скрепленную с осью подвижной катушкой первичного преобразователя. Регистратор выполнен в виде цифрового отсчетного устройства, причем выход первого источника подключен к неподвижной и подвижной катушкам первичного преобразователя, выход второго источника соединен с первой неподвижной обмоткой трансформаторного преобразователя, вторая неподвижная обмотка последнего подключена через масштабный усилитель к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом цифрового отсчетного устройства.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, вращение подвижной катушки первичного преобразователя с дальнейшим его преобразованием в электрический сигнал с учетом его масштабирования и цифрового кодирования, дает возможность произвести вычисление измеряемого тока в цифровом виде.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу измерения электрического тока цифровом виде на основе преобразования вращения подвижной катушки первичного преобразователя с дальнейшим его преобразованием в электрический сигнал с учетом его масштабирования и цифрового кодирования с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения электрического тока.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый источник 1, первичный преобразователь 2, второй источник 3, трансформаторный преобразователь 4, масштабный усилитель 5, подключенный выходом к входу аналого-цифрового преобразователя 6 и цифровое отсчетное устройство 7.

Измеритель работает следующим образом. Выход первого источника тока 1 (измеряемого) подключают к подвижной и неподвижной катушкам первичного преобразователя (электродинамического) 2. При протекании токов по этим катушкам, подвижная катушка начинает вращаться внутри неподвижной катушки. Одновременно с этим вращается и ось, на которой укреплена подвижная катушка. При этом угол вращения подвижной катушки и оси находится в зависимости от величины тока (измеряемого), протекающего по цепи катушек.

Согласно предлагаемому техническому решению ось подвижной катушки первичного преобразователя жестко скрепляют с подвижной обмоткой (перемещающийся короткозамкнутый виток) трансформаторного преобразователя 4 (см. Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для студентов высш. учеб. заведений / [Г.Г. Раннев, В.А. Сурогин, В.И. Калашников и др.]; под ред. Г.Г. Раннева. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия» 2007. с. 418-419). Выход второго источника напряжения 3 соединяют с первой неподвижной обмоткой трансформаторного преобразователя. В данном случае во второй неподвижной обмотке трансформаторного преобразователя (взаимоиндуктивного), ввиду протекания переменного тока по первой неподвижной обмотке этого же преобразователя, индуцируется электродвижущаяся сила (ЭДС) Е₂, величина которой функционально связана с положением подвижной обмотки (короткозамкнутого витка) в воздушном зазоре магнитопровода трансформаторного преобразователя. В рассматриваемом случае, так как короткозамкнутый виток жестко скреплен с осью подвижной катушки первичного преобразователя, то вращение этой подвижной катушки, приводящее к перемещению короткозамкнутого витка по воздушному зазору магнитопровода трансформаторного преобразователя, обусловит однозначную зависимость ЭДС Е₂ от величины (угла) вращения подвижной катушки, т.е. от значения измеряемого тока. Следовательно, ЭДС Е₂ может быть использована для вычисления измеряемого тока. В соответствии с этим вторую неподвижную обмотку трансформаторного преобразователя подключают к входу масштабного усилителя (преобразователя) 5. Здесь производится масштабирование (преобразование) поступившего на вход последнего электрического аналогового сигнала (напряжения), которое включает в себя, приведение в соответствие уровня входного согнала масштабного преобразователя с требуемым диапазоном изменения входного сигнала аналого-цифрового преобразователя 6, подключенного входом к выходу масштабного усилителя и подавление излишних помех, присутствующих его во входном сигнале. Поступивший на вход аналого-цифрового преобразователя сигнал (напряжение) в нем преобразуется в соответствующий двоичный цифровой код. В данном измерителе, так как выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом цифрового отсчетного устройства 7, то в цифровом индикаторе последнего отображается измеряемый ток в виде числового значения.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении вращение подвижной катушки первичного преобразователя с дальнейшим его преобразованием в электрический сигнал с учетом его масштабирования и цифрового кодирования, дает возможность произвести вычисление измеряемого тока в цифровом виде более высокой точности измерения.

Предлагаемый измеритель может быть применен не только для измерения токов, но и для измерения напряжений и мощностей.