Цифровой измеритель электрического тока

Авторы патента:

G01R27/00 - Устройства для измерения активного, реактивного и полного сопротивления или электрических характеристик, производных от них

G01R25/00 - Устройства для измерения фазового угла между напряжениями или токами (измерение коэффициента мощности G01R 21/00; измерение положения отдельных импульсов в серии импульсов G01R 29/02; фазовые дискриминаторы H03D)

G01R19/25 - с использованием цифровой измерительной техники (приборы для представления измеряемых электрических переменных величин в цифровой форме G01R 13/02)

Владельцы патента RU 2680988:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной техники. Сущность заявленного решения заключается в том, что в цифровой измеритель электрического тока, содержащий 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. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения. 1 ил.

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.

Цифровой измеритель электрического тока, содержащий первичный преобразователь в виде неподвижной катушки и подвижной катушки, расположенной на оси, регистратор и первый источник, отличающийся тем, что в него 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, при этом 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.

Изобретение относится к медицине, может быть использовано для оценки функционального состояния организма. В качестве составляющих импеданса биологического объекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость С тканей биообъекта.

Устройство для считывания данных с микросхем // 2656582

Изобретение относится к устройствам для считывания данных с микросхем различных типов, преимущественно с микросхем накопителей, имеющих механические повреждения контроллера и/или разъема.

Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и устройство для его осуществления // 2654935

Использование: для неразрушающего контроля параметров полупроводников, содержащих вырожденный электронный газ. Сущность изобретения заключается в том, что образец охлаждают, воздействуют на него изменяющимся постоянным магнитным полем с индукцией В и переменным магнитным полем, изменяющимся со звуковой частотой, имеющим амплитуду, во много раз меньшую индукции В, облучают образец СВЧ-излучением заданной частоты, выбирают частоту излучения меньше частоты столкновений носителей заряда с атомами полупроводника, регистрируют сигнал, пропорциональный второй производной мощности, проходящего через диафрагму и образец СВЧ-излучения в зависимости от индукции В, измеряют значение индукции магнитного поля, соответствующее максимуму сигнала, и определяют квантованное холловское сопротивление.

Способ измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях // 2646526

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для достоверного определения компонентного состава и концентраций примесей в жидких диэлектриках, применяемых в системе нефтепродуктообеспечения, медицине и научных исследованиях.

Способ и устройство для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также терминальное устройство // 2643460

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца.

Система оптимизации стабильности системы электропитания // 2636230

Группа изобретений относится к системам и способам анализа стабильности систем электропитания. Имитация системы (100) электропитания, включающей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111), выполняется для получения данных (328) импеданса, причем данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания.

Устройство бесконтактного измерения электромагнитных параметров тонких пленок // 2626573

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, а также диэлектрической и магнитной проницаемостей тонких пленок и наноматериалов.

Способ определения угла сдвига фаз свч-устройства с преобразованием частоты // 2621368

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при определении комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, например, СВЧ-смесителей.

Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления датчиков в электрический сигнал // 2619828

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях объектов транспорта.

Способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов // 2618480

Изобретение относится к области измерительной техники. Предложен способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов (РПМ), включающий облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов, соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров и, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N=2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле , где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V/{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом.

Способ измерения частоты сигналов // 2665363

Изобретение может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой и для измерения несущей частоты сигналов. В способе измерения частоты радиосигнал усиливают и ограничивают по амплитуде, далее разделяют сигнал на два синфазных сигнала, при этом один из этих сигналов задерживается по времени.

Цифровой фазометр // 2661065

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам измерения сдвига фаз между сигналами несинхронизированных по частоте генераторов близких частот для радионавигационных и радиогеодезических приложений.

Фазированный ключ по модулю m // 2659866

Изобретение относится к области автоматики, измерительной и вычислительной техники и может быть использовано в вычислительных структурах, работающих с дискретно-фазированным представлением чисел модулярной системы счисления.

Цифровое фазосмещающее устройство // 2658598

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам для задания фазового сдвига электрических сигналов, и может быть использовано в цифровых системах управления полупроводниковыми преобразователями.

Цифровой способ измерения фазы гармонического сигнала // 2654945

Цифровой способ измерения фазы гармонического сигнала позволяет упростить реализацию определения фазы гармонического сигнала и повысить точность определения фазы при зашумленности исходного сигнала.

Способ измерения разности фаз двух квазигармонических сигналов // 2645440

Изобретение относится к оптике, фотонике и другим областям физики, в которых значимой является задача измерения разности фаз двух сигналов, в частности при измерении расстояний в дальнометрических системах, системах связи, при определении геометрических параметров объектов и т.п.

Способ измерения фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами одинаковой частоты // 2642529

Предложен способ измерения фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами одинаковой частоты, обеспечивающий высокую точность измерения за счет использования свойства симметрии гармонического напряжения.

Устройство и способ определения напряжения и мощности каждой фазы в сети среднего напряжения // 2635849

Группа изобретений относится к измерениям параметров электросетей, в частности к определению фазоров напряжения и тока в электрической сети среднего напряжения точным образом без необходимости в усложненных датчиках, и к определению и мониторингу мощности, развиваемой каждым из проводников, с использованием средств, обычно имеющихся в электрических сетях среднего напряжения.

Фазометр когерентных неэквидистантных импульсов // 2629710

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения доплеровских сдвигов фаз (радиальной скорости объекта) когерентных неэквидистантных импульсов на фоне шума и может быть использовано в радиолокационных и навигационных системах для однозначного измерения доплеровской скорости летательных аппаратов.

Способ автоматизированного определения синфазности или противофазности двух сигналов произвольной формы // 2624988

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля и определения параметров определения синфазности или противофазности двух анализируемых сигналов, например, для фазировки обмоток трансформаторов.

Тензометрическая система для определения напряжений в грунте // 2678953

Изобретение относится к электронно-измерительному оборудованию, в частности к устройствам преобразования области аналогового сигнала тензодатчиков в цифровые коды, осуществляет контроль и регистрацию основных параметров испытаний и может быть использовано в составе систем обработки сигналов измерения напряжений в грунте.