образцовый измеритель постоянного тока

Формула изобретения

Образцовый измеритель постоянного тока, содержащий обмотку, размещенную на разъемном неферромагнитном каркасе квадратной или прямоугольной формы с откидывающейся одной стороной, первый регистрирующий прибор, интегрирующий операционный усилитель, саморазмыкающуюся кнопку, подключенную параллельно конденсатору интегрирующего операционного усилителя, причем выводы первой обмотки подключены ко входам интегрирующего операционного усилителя, выход которого подключен ко входам первого регистрирующего прибора, отличающийся тем, что он снабжен компенсирующей обмоткой, расположенной на втором неферромагнитном каркасе, выводы которой через второй регистрирующий прибор соединены с источником регулируемого тока, причем разъемный неферромагнитный каркас находится в полости второго неферромагнитного каркаса с возможностью его выноса из полости второго неферромагнитного каркаса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерениям больших постоянных токов.

Известны переносные электромагнитные измерительные преобразователи тока для измерения без разрыва электрической цепи клещеобразного типа (см. Андреев Ю. А. , Абрамзон Г.В. Преобразователи тока для измерений без разрыва цепи. -Л.: Энергия, 1979.- С.107). Основными недостатками клещевых преобразователей являются значительные погрешности измерения (2...5%) и невысокий предел измерения (до 5 кА).

Наиболее близким устройством того же назначения является измеритель токов, содержащий обмотку, размещенную на разъемном неферромагнитном каркасе, имеющий шарнирное соединение, первый регистрирующий прибор, интегрирующий операционный усилитель, саморазмыкающуюся кнопку, подключенную параллельно конденсатору интегрирующего операционного усилителя, причем выводы первой обмотки подключены ко входам интегрирующего операционного усилителя, выход которого подключен ко входам первого регистрирующего прибора (см. патент РФ 2006043, кл. G 01 R 19/00). Такое устройство принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании прототипа, является использование в данном устройстве метода прямого преобразования, что налагает жесткие требования к метрологическим характеристикам узлов прототипа. Это затрудняет использование прототипа в качестве образцового устройства для измерения больших постоянных токов.

Сущность изобретения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности работы измерителя.

Технический результат, который может быть получен при этом, заключается в возможности использования измерителя в качестве образцового, что даст возможность производить поверку стационарных измерителей тока на месте эксплуатации без их демонтажа.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном измерителе постоянного тока, содержащем обмотку, размещенную на разъемном неферромагнитном каркасе квадратной или прямоугольной формы с откидывающейся одной стороной, первый регистрирующий прибор, интегрирующий операционный усилитель, саморазмыкающуюся кнопку, подключенную параллельно конденсатору интегрирующего операционного усилителя, причем выводы первой обмотки подключены ко входам интегрирующего операционного усилителя, выход которого подключен ко входам первого регистрирующего прибора, особенность заключается в том, что он снабжен компенсирующей обмоткой, расположенной на втором неферромагнитном каркасе, выводы которой через второй регистрирующий прибор соединены с источником регулируемого тока.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит обмотку 1 (пояс Роговского), намотанную равномерно на неферромагнитном разъемном каркасе 2 с откидывающейся стороной 3, интегрирующий операционный усилитель (ОУ) 4, саморазмыкающуюся кнопку 5, включенную параллельно конденсатору 6 интегрирующего ОУ, первый регистрирующий прибор 7, компенсирующую обмотку 8, расположенную на втором неферромагнитном каркасе 9, второй регистрирующий прибор 10, источник регулируемого тока 11.

В динамике устройство работает следующим образом.

Обмотка 1 (пояс Роговского) помещается внутрь второго каркаса 9, охватывая одновременно шины с измеряемым током, при помощи размыкания разъемного каркаса 2 (откидывания стороны 3) с последующим замыканием этого каркаса. Нажатием саморазмыкающейся кнопки 5 шунтируется конденсатор 6 интегрирующего ОУ 4, что необходимо для сброса информации на выходе интегрирующего ОУ 4. По компенсирующей обмотке 8 от источника регулируемого тока 11 пропускается компенсирующий ток, который создает в первой обмотке магнитное поле противоположного направления по сравнению с магнитным полем от измеряемого тока.

Затем первый каркас 2 размыкается и выносится из полости второго каркаса 9 и за пределы шин с измеряемым током с последующим замыканием первого каркаса 2 в конце этой операции. Во время движения в обмотке 1 наводится ЭДС от обоих магнитных полей. При равенстве нулю выходного напряжения интегрирующего ОУ 4, что регистрируется с помощью первого регистрирующего прибора 7, имеет место равенство магнитодвижущих сил измеряемого I₀ и компенсирующего I_к токов:

I₀W₀ = I_кW_к (1)

При этом по показанию второго регистрирующего прибора 11 можно определить значение измеряемого тока при известных количествах витков W₀ в цепи протекания измеряемого тока (обычно один виток) и W_к компенсирующей обмотки 8. Если выходное напряжение интегрирующего ОУ 4 не равно нулю, то вышеописанная процедура повторяется при других значениях компенсирующего тока необходимое число раз до достижения условия (1).

С помощью предложенного решения можно повысить точность работы измерителя за счет использования компенсационного метода по сравнению с методом прямого преобразования, который использован в прототипе. Это позволяет снизить метрологические требования к поясу Роговского, интегрирующему ОУ, первому регистрирующему прибору, что является достоинством предложенного измерителя. При этом компенсирующий ток составляет несколько ампер (при измеряемом токе до 150 кА) и его можно измерять с высокой точностью. Поскольку предлагаемое устройство предполагается использовать в качестве образцового для поверки стационарных измерителей больших постоянных токов, т.е. для эпизодических измерений, то вполне возможно проведение нескольких вышеописанных операций (итераций) для достижения условия (1).

Оценим параметры компенсирующей отмотки 8 при измеряемом токе, например, 150 кА. Зададимся током I_к= 5 А, тогда при плотности тока j=5 А/мм² площадь сечения провода S_пр= 1 мм², откуда находим диаметр провода компенсирующей обмотки 8: d_пр=1,2 мм. Задаваясь диаметром витка обмотки 8, например, d=30 мм, находим длину этого витка: l₁ = 2(d/2) = 0,094 м. При I_к=5 А для выполнения условия (1) количество витков обмотки 8 W_к=30000. Тогда длина провода этой обмотки l=30000l₁=2820 м. Вес обмотки 8 P = S_прl = (8900)(10^-6)(2820) = 25 кг, где =8900 кг/м³ - плотность меди. Сопротивление провода обмотки 8 равно 50 Ом. При этом напряжение на зажимах регулируемого источника тока 11 составляет 300 В при мощности источника 1500 Вт. Этот пример показывает возможность практического выполнения предложенного решения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".