CS257914B1

CS257914B1 - Digital ampanetr

Info

Publication number: CS257914B1
Application number: CS858180A
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: CS818085A1

Abstract

Ampármetr využívá jevu Jaderná magnetická rezonance při měření velkých stejnosměrných proudů a umožňuje snížení dolní hranice měření o jeden az dva řády. Ampármetr sestává z polarizátoru, kterým prochází trubice vodního oběhu. Trubice dále prochází osou dutiny válcového primárního převodníku a je na ní uprostřed dutiny navinuta měřicí cívka, která je přes generátor sinusováho signálu připojena ke kmitočtoměru. Z válooveho primárního převodníku je trubioe vedena vzduohovou mezerou analyzátoru, kde je opět uprostřed navinuta cívka, která Je připojena na vstup měřioího bloku jaderná magnetická rezonance. Analyzátor je tvořen dvěma permanentními magnety, mezi nimiž Jsou modulační oívky, která jsou připojeny k nízkofrekvenčnímu generátoru měřicího bloku. Číslicový ampármetr je vhodný zejména pro metrologická měření.The ammeter uses the phenomenon of nuclear magnetic resonance in the measurement of large direct currents and allows the lower limit of measurement to be reduced by one to two orders of magnitude. The ammeter consists of a polarizer through which a water circuit tube passes. The tube then passes through the axis of the cavity of the cylindrical primary transducer and a measuring coil is wound on it in the middle of the cavity, which is connected to the frequency meter via a sine signal generator. From the cylindrical primary transducer, the tube is led through the air gap of the analyzer, where a coil is again wound in the middle, which is connected to the input of the nuclear magnetic resonance measuring block. The analyzer consists of two permanent magnets, between which there are modulation coils, which are connected to the low-frequency generator of the measuring block. The digital ammeter is particularly suitable for metrological measurements.

Description

Vynález se týká číslicového ampérmetru pro měření velkých stejnosměrných proudů, který využívá jevu jaderné magnetické rezonance·BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a digital amperimeter for measuring large DC currents that utilizes the nuclear magnetic resonance phenomenon.

Dosud známé ampérmetry pro měření velkých stejnosměrných proudů, které využívají jevu jaderné magnetické rezonance, jsou založeny na principu měření indukce magnetického pole vytvořeného měřeným proudem. Tyto ampérmetry jsou tvořeny primárním převodníkem měřeného proudu na stacionární homogenní magnetické pole, sondou jaderné magnetické rezonance a měřícím blokem jaderné magnetické rezonance, na jehož výstupu je připojený číslicový kmitočtoměr. V dutině primárního převodníku je umístěna sonda jaderné magnetické rezonance, obsahující pracovní tekutinu s vodíkovými jádry, např. HgO, uzavřenou v pouzdru z nemagnetického a nevodivého materiálu, na kterém je navinuto detekční vinutí. Těmito ampérmetry lze měřit velké stejnosměrné proudy s relativní nepřesností nepřevyšující 0,01 %. Nejsou však vhodné pro měření proudů menších než stovky ampéry, protože indukce magnetického pole v pracovním prostoru primárního převodníku je při malých hodnotách měřeného proudu malá a proto poměr signál-šum je u signálu jaderné magnetické rezonance malý.Current known ammeters for measuring large DC currents that use the nuclear magnetic resonance phenomenon are based on the principle of measuring the magnetic field induction generated by the measured current. These ammeters consist of a primary transducer of the measured current to a stationary homogeneous magnetic field, a nuclear magnetic resonance probe and a nuclear magnetic resonance measuring block, the output of which is connected to a digital frequency meter. A nuclear magnetic resonance probe containing a working fluid with hydrogen cores, eg HgO, enclosed in a housing of non-magnetic and non-conductive material, on which the detection winding is wound, is located in the cavity of the primary transducer. These ammeters can measure large DC currents with a relative inaccuracy not exceeding 0.01%. However, they are not suitable for measuring currents of less than hundreds of amperes, since the induction of the magnetic field in the working area of the primary transducer is small at low values of the measured current and therefore the signal-to-noise ratio is low for the nuclear magnetic resonance signal.

Uvedenou nevýhodu z velké části odstraňuje číslicový ampérmetr podle vynálezu, obsahující válcový primární převodník s dutinou, který je z nemagnetického materiálu, vodním oběhem s polarizátorem, analyzátorem a měřícím blokem jaderné magnetické rezonance a měřící cívkou připojenou přes generátor sinusového signálu ke kmitočtoměru. Jeho podstatou je, že. trubice vodníhoThis disadvantage is largely overcome by a digital ammeter according to the invention comprising a cylindrical primary transducer with a cavity that is of non-magnetic material, a water circuit with a polarizer, an analyzer and a nuclear magnetic resonance measuring block and a measuring coil connected via a sine signal generator to the frequency meter. Its essence is that. water tube

- 2 oběhu je vedena osou dutiny válcového primárního převodníku. Uprostřed této dutiny je .na trubici navinuta měřící cívka.- 2 circulation is guided by the axis of the cavity of the cylindrical primary transducer. A measuring coil is wound in the middle of the cavity.

Umístění trubice vodního oběhu s měřící cívkou v dutině válcového primárního převodníku umožňuje snížení dolní hranice měřených stejnosměrných proudů o jeden až dva řády.Placing the water circulation tube with the measuring coil in the cavity of the cylindrical primary transducer allows lowering the lower limit of the measured DC currents by one to two orders of magnitude.

Příklad číslicového ampérmetru podle vynálezu je uveden na připojeném výkresu. Na obr. 1 je znázorněno funkční schéma číslicového ampérmetru a na obr. 2 je nakreslen řez válcovým primárním převodníkem.An example of a digital ammeter according to the invention is given in the attached drawing. Fig. 1 is a functional diagram of a digital ammeter, and Fig. 2 is a cross-sectional view of a cylindrical primary transducer.

číslicový ampérmetr podle obr. 1 obsahuje primární převodník 1 válcového tvaru s měřeným proudem vyrobený z nemagnetického materiálu, jehož excentrickou válcovou dutinou 2 prochází trubice 2 e tekoucí vodou od polarizátoru přičemž ve středu válcové dutiny 2 primárního převodníku 1 je na trubici 2 navinuta měřící cívka 2» spojená s generátorem 6 sinusového signálu. Trubice 2 dále prochází vzduchovou mezerou analyzátoru tvořeného permanentními magnety 7» mezi kterými jsou umístěny modulační cívky 8, připojené k nízkofrekvenčnímu generátoru 2· Cívka 10 analyzátoru navinutá na trubici 2 nezi permanentními magnety 2» tvoří s proměnným kondenzátorem 11 kmitavý obvod vysokofrekvenčního generátoru 12.» který spolu s detektorem 13« nízkofrekvenčním zesilovačem 14. osciloskopem 15 a nízkofrekvenčním generátorem 2 j® částí měřicího bloku 17 jaderné magnetické rezonance. Číslicový kmitočtoměr 16 je přes nízkofrekvenční generátor £ připojen k měřicí cívce 2.·The digital ammeter according to Fig. 1 comprises a primary transducer 1 of cylindrical shape with measured current made of non-magnetic material, whose eccentric cylindrical cavity 2 passes tube 2e with flowing water from the polarizer. »Connected to a sine wave generator 6. The tube 2 further extends through the air gap of the permanent magnet analyzer 7 between which the modulating coils 8 connected to the low-frequency generator 2 are located. The analyzer coil 10 wound on the tube 2 through the permanent magnets 2 forms an oscillating circuit of the high frequency generator 12. which together with the detector 13 ' of the low-frequency amplifier 14. of the oscilloscope 15 and the low-frequency generator 2 ' of the parts of the nuclear magnetic resonance measuring block 17. The digital frequency meter 16 is connected to the measuring coil 2 via a low frequency generator 6.

Funkce číslicového ampérmetru podle vynálezu je následující. Nejdříve voda protéká silným stacionárním homogenním magne,257914.The function of the digital ammeter according to the invention is as follows. First the water flows through a strong stationary homogeneous magne, 257914.

- 5 tickým polem polarizátoru kde v ní vzniká nerovnovážná jaderná polarizace. Spojovací trubicí 2 protéká, polarizovaná voda přes primární převodník 1 do analyzátoru jaderné magnetické rezonance. V dutině 2 primárního převodníku 1 působí na proud polarizovaných jader, ve směru příčném stacionární homogenní magnetické pole způsobené měřeným proudem a ve směrů toku jader je měřící cívkou 2 vytvářené oscilující magnetické'pole. V případě, že kmitočet tohoto střídavého pole souhlasí s kmitočtem přecese jader vodíku, vektor magnetické polarizace mění svůj směr. Původní směr magnetické polarizace byl shodný se směrem magnetické indukce příčného homogenního stacionárního pole v dutině 2. Změnou směru magnetické polarizace vzniknou příčné složky magnetické polarizace, které se během dalšího proudění zruší. Do analyzátoru jaderné magnetické rezonance vstupuje voda s polarizací závislou na předchozím působení měřicí cívky 2·- 5 tic field of the polarizer where there is non-equilibrium nuclear polarization. Polarized water flows through the connection tube 2 through the primary converter 1 to the nuclear magnetic resonance analyzer. In the cavity 2 of the primary transducer 1, a polarized core current is applied to the current, a stationary homogeneous magnetic field caused by the measured current in the transverse direction and an oscillating magnetic field produced by the measuring coil 2 in the direction of the core flow. If the frequency of this alternating field coincides with that of the hydrogen nuclei, the magnetic polarization vector reverses its direction. The original direction of magnetic polarization was identical to the direction of magnetic induction of the transverse homogeneous stationary field in the cavity 2. By changing the direction of magnetic polarization, transversal components of magnetic polarization are formed, which are canceled during further flow. Water with polarization dependent on previous coil action 2 enters the nuclear magnetic resonance analyzer 2 ·

V analyzátoru, kde je jaderná magnetická rezonance indikována metodou vynucené precese, působí na proud jader ve směrů kolmém stacionární homogenní magnetické pole, permanentních magnetů 7, jehož homogenita je lepší než 10*5 % na cm a ve směru toku jader je cívkou 10 analyzátoru, připojenou k vysokofrekvenčnímu generátoru 12, vytvářeno vysokofrekvenční magnetické pole. Jaderná magnetická rezonance v analyzátoru nastává tehdy, když kmitočet vysokofrekvenčního generátoru 12 souhlasí s kmitočtem precese jader a činitel jakosti kmitavého obvodu tvořeného cívkou 10 a kondenzátorem 11 se zmenšuje v důsledku pohlcení energie atomovými jáary, což mé* za následek snížení napětí na kmitavém obvodu. Aby docházelo k periodickému procházení jaderné magnetické rezonance, je magnetické pole ve vzduchové mezeře analyzátoru modulované v blízkosti rezonančního maxima pomocí modulačních cívek 8 napájených z nízkofrekvenčního generátoru £.In an analyzer where nuclear magnetic resonance is indicated by a forced precession method, a permanent homogeneous magnetic field of permanent magnets 7, whose homogeneity is better than 10 * 5% per cm, is acting on the cores in directions perpendicular to the analyzer, connected to the high frequency generator 12, generating a high frequency magnetic field. Nuclear magnetic resonance in the analyzer occurs when the frequency of the RF generator 12 coincides with the frequency of the core precession and the quality factor of the oscillating circuit formed by the coil 10 and the capacitor 11 decreases due to the absorption of energy by atomic lines. In order to periodically pass nuclear magnetic resonance, the magnetic field in the air gap of the analyzer is modulated near the resonant maximum by means of modulating coils 8 supplied from the low frequency generator 6.

Nízkofrekvenční signál jaderné magnetické rezonance je od modulovaného vysokofrekvenčního signálu oddělen detektorem 15. zesílen nízkofrekvenčním zesilovačem 14 a zobrazen na stínítku osciloskopu 15.The low-frequency nuclear magnetic resonance signal is separated from the modulated high-frequency signal by a detector 15, amplified by a low-frequency amplifier 14, and displayed on the screen of the oscilloscope 15.

- 4 Kmitočtu generátoru 6 sinusového signálu, při kterém je amplituda signálu jaderné magnetické rezonance na obrazovce osciloskopu 15 největší, je přímo úměrná velikost měřeného proudu.The frequency of the sinusoidal signal generator 6 at which the nuclear magnetic resonance signal amplitude on the oscilloscope 15 screen is greatest is proportional to the magnitude of the measured current.

Při vhodné volbě rozměrů primárního převodníku 1 lze docílit, že konstanta přístroje může být rovna 10¹¹, kde n je celé ěíslo. Toto umožní přímo z Číslicového kmitočtoměru 16 odečítat velikost měřeného proudu.With a suitable selection of the dimensions of the primary converter 1, it can be achieved that the instrument constant can be equal to 10 ¹¹ , where n is an integer. This allows the magnitude of the measured current to be read directly from the digital frequency meter 16.

Číslicový ampérmetr podle vynálezu umožňuje absolutní měření velkých stejnosměrných proudů. Je vhodný zejména pro metrologická měření. Pro svoji jednoduchost je rovněž vhodný i pro provozní měřeni.The digital ammeter according to the invention allows the absolute measurement of large DC currents. It is especially suitable for metrological measurements. For its simplicity, it is also suitable for process measurements.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Digital Ammeter for measuring large DC currents using a nuclear magnetic resonance phenomenon, consisting of a cylindrical primary * cavity transducer, water circulation with a polarizer, an analyzer, a nuclear magnetic resonance measuring block, and a measuring coil connected via a sine wave generator to a frequency meter (5) of the water circulation is located in the axis of the cavity (2) of the cylindrical primary transducer (1). The measuring coil (5) provided with the water circulation tube (3) is located in the middle of this cavity (2).