CS257913B1

CS257913B1 - DC Ammeter

Info

Publication number: CS257913B1
Application number: CS858179A
Authority: CS
Inventors: Ales Filip
Original assignee: Ales Filip
Priority date: 1985-11-13
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1988-06-15
Also published as: CS817985A1

Abstract

Je řešen stejnosměrný ampérmetr vy užívej íoí jaderná magnetické rezonance, který umožňuje měřeni v širokém rozsahu. Ampérmetr sestává z golarizátoru s vodním oběhem, primárního převodníku a měřioího bloku jaderné magnetické rezonance. Pri mární převodník je diferenční a sestává ze dvou magnetiokýoh obvodů s permanentními magnety, z niohž jedním prochází vodič s měřeným proudem, Ťrubioe vodního oběhu je za polarizátorem rozdvojena a každá z větví prochází vzduchovou mezerou vždy Jed noho magnetiokého obvodu. Uprostřed vzdu ohové mezery jsou ve větvíoh navinuty re gistrační cívky, které jsou připojeny Jed nak na vstup dvojitého měřioího bloku jader né magnetioké rezonance a jednak na smešo- vače, který je přes dolní propust a vyso kofrekvenční zesilovač spojen s číslico vým kmitočtoměrem.A DC ammeter using nuclear magnetic resonance is designed, which allows measurements in a wide range. The ammeter consists of a polarizer with a water circuit, a primary converter and a nuclear magnetic resonance measuring block. The primary converter is differential and consists of two magnetic circuits with permanent magnets, one of which passes a conductor with the measured current, the water circuit branch is bifurcated behind the polarizer and each branch passes through the air gap of one magnetic circuit. In the middle of the air gap, recording coils are wound in the branches, which are connected, on the one hand, to the input of the double measuring block of nuclear magnetic resonance and, on the other hand, to a mixer, which is connected to a digital frequency meter via a low-pass filter and a high-frequency amplifier.

Description

Vynález se týká stejnosměrného ampérmetru pro měření v širokém rozsahu, který využívá jevu jaderné magnetické rezonance.The present invention relates to a wide range DC ammeter which utilizes the nuclear magnetic resonance phenomenon.

Jsou známé ampérmetry pro měření stejnosměrných proudů, které jsou záloženy na principu dvojnásobného převodu měřené veličiny a které využívají jevu jaderné magnetické rezonance v tekoucí vodě. Tyto stejnosměrné ampérmetry sestávají z primárního převodníku, měřícího bloku jaderné magnetické rezonance a vodního oběhu.spolařizétorem. Primární převodník je dále tvořený vodičem s měřeným proudem, který prochází magnetickým obvodem z magneticky měkkého materiálu, v jehož vzduchové mezeře mezi planparalelnimi rovinami pólů .v podobě permanentních magnetů je umístěna trubice s tekoucí vodou..There are known ammeters for direct current measurements, which are backed up on the principle of double conversion of the measured quantity and which use the phenomenon of nuclear magnetic resonance in running water. These DC ammeters consist of a primary transducer, a nuclear magnetic resonance measuring block, and a water circulation co-controller. The primary transducer is further comprised of a conductor with a measured current passing through a magnetic circuit of a magnetically soft material in which an air gap between the planar parallel pole planes is located in the form of permanent magnets.

Nevýhodou uspořádání těchto stejnosměrných ampérmetrů jsou chyby, způsobené vnějšími rušivými poli, změnou teploty a nestabilnosti permanentních magnetů.A disadvantage of the arrangement of these DC ammeters is the error caused by external disturbing fields, the temperature change and the instability of the permanent magnets.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje z velké Části stejnosměrný ampérmetr podle vynálezu, který je tvořen vodním oběhem s po* larizátorem, primárním převodníkem a měřícím blokem* jaderné magnetické rezonance. Primární převodník je tvořen magnetickým obvodem s permanentními magnety. Magneticlíým obvodem prochází vodič s měřeným proudem a vzduchovou mezerou pak prochází trubice vodního oběhu, která mé uprostřed vzduchové mezery na sobě navinutou registrační cívku, jejíž vývody jsou připojeny na měřící blok jaderné magnetické Rezonance. Podstatou tohoto stejnosměrného ampérmetrů je, že primární přévodník je diferenční a obsahuje dva magnetické obvody. Pouze jedním z těchto magnetických obvodů prochází vodič s měřeným proudem. Trubice vodního oběhu je za polarizátorem rozvětvena. Jedna větev prochází vzduchovou mezerou prvního magnetického obvodu a druhé větev vzduchovou mezerou druhého magnetického obvodu. Každé z těchto větví je uprostřed vzduchové mezery opatřena registrační cívkou jaderné magnetické rezonance. Každé 2 těchto registračních cívek je připojena vždy na jeden vstup dvojitého měřícího bloku jaderné magnetické rezonance a zároveň na vždy jeden vstup směšovače. Výstup směšovače je přes dolní propust a vysokofrekvenč ní zesilovač spojen s číslicovým kmitočtoměrem.The above-mentioned disadvantages are largely eliminated by the direct current ammeter of the invention, which consists of a water circuit with a polarizer, a primary transducer and a nuclear magnetic resonance measuring block. The primary converter consists of a magnetic circuit with permanent magnets. A conductor with the measured current passes through the magnetic circuit and then passes through the air gap, a water circulation tube that has a coil wound around it in the middle of the air gap, the leads of which are connected to a nuclear magnetic resonance measuring block. The essence of this DC ammeter is that the primary converter is differential and contains two magnetic circuits. Only one of these magnetic circuits passes the conductor with the measured current. The water tube is branched behind the polarizer. One branch passes through the air gap of the first magnetic circuit and the other branch passes through the air gap of the second magnetic circuit. Each of these branches is equipped with a nuclear magnetic resonance coil in the middle of the air gap. Every 2 of these coils is connected to one input of the double nuclear magnetic resonance measuring block and at the same time to one mixer input. The mixer output is connected to a digital frequency through a low-pass filter and a high-frequency amplifier.

Výhodou stejnosměrného ampérmetru podle vynálezu je nezávislost naměřené hodnoty stejnosměrného proudu na zemském magnetickém poli, průmyslovém rušení a změnám okolní teploty. U to hoto stejnosměrného ampérmetru není nutné provádět složité stínění a náročnou termostatizaci.·The advantage of the DC ammeter according to the invention is the independence of the measured value of the direct current on the earth's magnetic field, industrial interference and changes in the ambient temperature. With this DC ammeter, it is not necessary to perform complex shielding and demanding thermostatization.

Příklad uspořádání stejnosměrného ampérmetru podle vynálezu je blokově uveden na připojeném výkrese.An example of an arrangement of a DC ammeter according to the invention is shown in the attached drawing.

Stejnosměrný ampérmetr obsahuje primární převodník 1, který je diferenční a je tvořen dvěma magnetickými obvody 4. ^a 2 z magneticky měkkého materiálu s póly 6 v podobě permanentních magnetů. Mezi planparalelními rovinami pólů 6 procházejí dvě větve 71, 72 trubice 2 s tekoucí vodou od polarizátoru 8. Na těchto větvích 71, 72 trubice 2 j^{sou ve} středu vzduchových mezer navinuty registrační cívky 2 jaderné magnetické rezonance.The DC ammeter comprises a primary transducer 1 which is differential and consists of two magnetic circuits 4 ^and 2 of magnetically soft material with poles 6 in the form of permanent magnets. Between the planar parallel planes of the poles 6, two branches 71, 72 of the tube 2 with running water pass from the polarizer 8. On these branches 71, 72 the tubes 2 ^are wound ^{in the} center of the air gaps the nuclear magnetic resonance registration coils 2.

V tomto případě prvním magnetickým obvodem 4 prochází vodič 10 s měřeným proudem. Registrační cívky 2 jsou připojeny jednak na vstup dvojitého měřicího bloku 2 jaderné magnetické rezonance a jednak na směšovač 19»In this case, the current conductor 10 passes through the first magnetic circuit 4. The registration coils 2 are connected to the input of the double magnetic resonance imaging block 2 and to the mixer 19 »

Dvojitý měřící blok 2 jaderné magnetické rezonance obsahuje nízkofrekvenční generátor 11, dva vysokofrekvenční generátory 12, dva detektory 15, dva nízkofrekvenční zesilovače 14 a dvoupaprskový osciloskop 15. Modulační cívky 16 umístěné mezi póly 6 magnetických obvodů 4 a 2 jsou připojeny přes reostaty 17 k nízkofrekvenčnímu generátoru 11 a rovněž k horizontálním vstupům dvoupaprskového osciloskopu lj?. Vertikální vstupy dvoupaprskového osciloskopu 15 jsou spojeny s výstupy nízkofrekvenč· nich zesilovačů II· Registrační cívky 2 jaderné magnetické rezonance jsou spojeny s kondenzátory 18 a tvoři tak dva kmitavé obvody vysokofrekvenčních generátorů 12. Výstupy vysokofrekvenčních generátorů 12 jsou spojeny se vstupy směšovacího bloku 2, který obsahuje směšovač 19 spojený přes dolní propust 20 s vysokofrekvenčním zesilovačem 21. Výstupní veličina z vysokofrekvenčního zesilovače 21 je zobrazena na číslicovém kmitoČtoměru 22.The nuclear magnetic resonance double measuring block 2 comprises a low-frequency generator 11, two high-frequency generators 12, two detectors 15, two low-frequency amplifiers 14 and a two-beam oscilloscope 15. The modulation coils 16 located between the poles 6 of the magnetic circuits 4 and 2 are connected via rheostats 11 as well as the horizontal inputs of the dual-beam oscilloscope 11j. The vertical inputs of the double-beam oscilloscope 15 are connected to the outputs of the low-frequency amplifiers II. The coil 2 of the nuclear magnetic resonance is connected to the capacitors 18 and thus forms two oscillating circuits of the high-frequency generators 12. a mixer 19 coupled via a low pass filter 20 to a high-frequency amplifier 21. The output variable from the high-frequency amplifier 21 is shown on a digital frequency meter 22.

Funkce stejnosměrného ampérmetru podle vynálezu je následující. Během průtoku vody trubicí 2 ^v silném homogenním stacionárním poli polarizátoru 8 v ní vzniká nerovnovážná jaderná polarizace, která se při dalším proudění vody dvěmi větvemi 21, trubice 2> umístěnými ve slabém magnetickém poli, v důsledku přirozené relaxace zmenšuje a na vstupech prvního a druhého magnetického obvodu | á 5, diferenčního primárního převodníku 1 má hodnotu J.The function of the DC ammeter according to the invention is as follows. During the flow of water through the tube 2 ^{in the} strong homogeneous stationary field of the polarizer 8, an unbalanced nuclear polarization arises therein, which decreases as the water flows through the two branches 21, the tube 2 located in a weak magnetic field. circuit 5, differential primary converter 1 has a value of J.

Polarizaci J je úměrná intenzita A signálu jaderné magnetické rezonance podle vztahuThe polarization J is proportional to the intensity A of the nuclear magnetic resonance signal according to the relation

A = k.J kde J je polarizaceA = k.J where J is polarization

A je intenzita signálu jaderné magnetické rezonance k je koeficient závislý na parametrech stejnosměrného ampérmetru a nehomogenitě pole v prvním a druhém magnetickém obvodě £ a 2·A is the intensity of the nuclear magnetic resonance signal k is a coefficient dependent on the parameters of the DC ammeter and the inhomogeneity of the field in the first and second magnetic circuits a and 2 ·

Při rezonanci, když kmitočet vysokofrekvenčních generátorů 12 souhlasí s kmitočtem precese jader vodíku, se jakost kmitavých obvodů, tvořených registrační cívkou 2 ^a kondenzátorem 18, zmenšuje v důsledku pohlcení energie jádry atomů, což mó za následek snížení napětí na těchto kmitavých obvodech. Pro . dosažení periodického procházení rezonancí je magnetické pole ve vzduchových mezerách modulováno v blízkosti rezonančního maxima pomocí modulačních cívek 16 napájených z nízkofrekvenčního generátoru 11, přičemž ve vzduchové mezeře druhého magnetického obvodu 2 J® pole vytvořeno jen permanentními magnety 6 a ve vzduchové mezeře prvního magnetického obvodu £ je magnetické pole rovno superpozici pole vytvořeného permanentními magnéty 6 a pole vyvolaného meřeným proudem protékajícím vodičem 10. Vysokofrekvenční napětí modulované signály jaderného magnetického pohlcení je přiváděno na detektory 15 a z nich nízkofrekvenční signály jaderné magnetické rezonance přes nízkofrekvenční zesilovače 14 přicházejí na vertikální vychylovací destičky dvoupaprskového osciloskopu 15 a na obrazovce se objeví dva signály jaderné|aBgnetické rezonance. Protože za periodu modulace nastanou podmínky rezonance dvakrát, objeví se na stínítku dva a dva signály se symetrickým rozložením, jejichž středy rozmítání odpovídají nasazení rezonance při nulové hodnotě modulačního pole. Dále jsou vysokofrekvenční napětí od registračních cívek 2 jaderné magnetické rezonance přivedena na vstup směšovacího blokuj» ^kde po průchodu*signálu směšovačem 19. dolní propustí 20 a vysokofrekvenčním zesilovačem 21 je získán rozdílový kmitočet, který je měřený číslicovým kmitočtoměrem 22.At resonance, when the frequency of the high-frequency generators 12 matches the frequency of the precession of the hydrogen nuclei, the quality of the oscillating circuits formed by the registration coil 2 ^{and the} capacitor 18 decreases due to energy absorption by the nuclei of the atoms. Pro. to achieve a periodic resonance passage, the magnetic field in the air gaps is modulated near the resonant maximum by means of modulating coils 16 powered from the low frequency generator 11, wherein only the permanent magnets 6 are formed in the air gap of the second magnetic circuit 20 and the magnetic field equals the superposition of the field formed by the permanent magnates 6 and the field induced by the measured current flowing through the conductor 10. The high-frequency voltage modulated nuclear magnetic absorption signals are fed to detectors 15 and low frequency nuclear magnetic resonance signals two nuclear | aBgnetic resonance signals appear on the screen. Since resonance conditions occur twice during the modulation period, two and two symmetrically distributed signals appear on the screen, whose sweep centers correspond to the resonance deployment at zero modulation field. Further, the high-frequency voltages from the nuclear magnetic resonance register coils 2 are applied to the mixing block input ^to de after passing the signal through the mixer 19 through the low-pass filter 20 and the high-frequency amplifier 21 yields a differential frequency measured by digital frequency 22.

Postup při měření stejnosměrného proudu je následující. Nejprve se změří rozdílový rezonanční kmitočet f₀ při nulovém měřeném proudu. Dále se změří číslicovým kmitočtoměrem 22 rozdílový kmitočet ff za přítomnosti měřeného proudu. Rozdíl kmitočtů - f₀ je přímo úměrný měřenému proudu.The procedure for measuring DC current is as follows. First, the differential resonance frequency f ₀ is measured at zero measured current. Next, the differential frequency ff in the presence of the measured current is measured at the digital frequency 22. The frequency difference - f ₀ is directly proportional to the measured current.

Stejnosměrný ampérmetr podle vynálezu je vhodný pro metrologická měření stejnosměrných proudů v Širokém rozsahu, zejména v podmínkách a průmyslovým rušením a kolísáním teploty.The DC ammeter according to the invention is suitable for metrological measurements of DC currents over a wide range, especially in conditions and industrial disturbances and temperature fluctuations.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A DC ammeter based on the nuclear magnetic resonance phenomenon, consisting of a water circuit with 8 polarizers, a primary transducer consisting of a magnetic circuit with permanent magnets, where a current-carrying tube passes through the magnetic circuit and is equipped with a registration coil. , which is connected to the input of the nuclear magnetic resonance measuring block, characterized in that the primary transducer A / is differential and consists of two magnetic circuits (4 and 5) »only one of which passes the conductor AO / with measured current and tube / 7 after the polarizer (8) is divided into two branches (71, 72), one of which passes through the air gap of the first magnetic circuit (4) and the other through the air gap of the second magnetic circuit (5) and each of the branches (71 »72) the water circulation tube (7) is provided in the middle of the air gap It is connected with the nuclear magnetic resonance registration coil (9), where these registration coils (9) are connected both with one input of the nuclear magnetic resonance double measuring block (2) and with one input of the mixer A9 / » and a high-frequency amplifier (21) coupled to a digital frequency meter (22).

1 drawing