SU1112293A1 - Устройство дл измерени тока - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА, содержащее входной измерительный преобразователь, первый и второй светоизлучатели, первый и второй фотоприещики, оптически раздельно св занные fc одноименными светоизлучател ми , согласующий усилитель, вход которого соединен с выходом указанного измерительного преобразовател , а выход св тан с одним выводом первого светоизлучател , усилитель фототока , к входу которого присоединен один вывод первого фотоприемника, и измерительный прибор, соединенный с выходом усилител  фототока, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него дополнительно.введены третий и четвертый светоизлучатели, оптически раздельно св занные соответственно с первым и вторым фотоприемниками , присоединенные одними выводами к выходу усилител  фототока, один вывод второго светоизлучател  присоединен с выходу согласующего усилител , один вывод второго фотоприемника св зан с входом усилител  фотото (Л ка, а другие выводы первого и второс го, третьего и четвертого светоизлучателей , первого и второго фотоприемников раздельно присоединены к противоположным полюсам введенных источников напр жени  смещени .

Description

Изобретение относитс  к-электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерений посто нных и переменных токов в высоковольтных цеп х электрофизических и электротехнических установок.

Известно устройство дл  измерени  тока в линии высокого напр жени , содержащее измерительный элемент, например шунт, включенный последовательно в цепь линии, два светоизлучател , выполненные в виде двух соединенных параллельно-встречно светодиодов , подключенных через ограничиваю1дай резистор к выходу измерительного элемента, два фотоприемника - фототранзистора, оптически раздельно св занных посредством световодов с указанными светоизлучател ми, и усилител-ь фототока фотоприемников, выполненный в виде дифференциального усилител , охваченного параллельной отрицательной обратной св зью по напр жению, входы которого присоединены к эмиттерам фототранзисторов, а.выход св зан с измерительным прибором ij .

Такое устройство имеет недостаточную линейность характеристики, обусловленную значительной нелинейностью начальной части характеристики светоизлучателей , недостаточную температурную и временную стабильность, а также малое быстродействие, обусловленНое свойствами светоизлучателей и фотоприемников.

Известно также устройство дл -измерени  тока, содержащее входной измерительный преобразователь, светоизлучатель в виде светодиода, присоединенный через ограничивающий резистор к выходу указанного измерительного преобразовател , фотоприемник, выполненный в виде фототранзистора, оптически св занного со светоизлучателем , усилитель фототока, вход которого св зан с выходом фототранзистора , и выход.подключен к выходу устройства . В устройство введена коррек .тирующа  цепь отрицательной обратной св зи по напр жению, выполненна  посредством оптопары, светоизлучатель которой включен параллельно выходу устройства, а выход фотоприемника электрически св зан с инвертирующим входом усилител  фототока 2J .

Недостатки данного устройства относительно низка  временна  стабильность характеристики устройства

И ограниченна  рабоча  полоса частот измер емого сигнала, обусловленные неидентичностью изменени  параметров фотоприемников и их ограниченным быстродействием.

Наиболее бпизким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  тока, содержащее входной измерительньй преобразователь , согласующий усилитель,св занный своим входом с измерительным преобразователем, два последовательно соединенных светоизлучател , присоединенных к выходу согласующего усилител , усилитель фототока, выход которого соединен с измерительным прибором , и два фотоприемника, один из которьк соединен с входом согласующего усилител , а другой присоединен к входу усилител  фототока, причем | каждый фотоприемник оптически св зан с одним из светоизлучателей Sj .

Известное устройство имеет значительную погрешность измерени , обусловленную недостаточной линейностью характеристики в области малых токов, недостаточной временной и температурной стабильностью, св занной с изменением характеристик светоизлучателей и фотоприемников, а также относительно низким быстродействием, ограниченным частотными свойствами фотоприемников .

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измере.-ни  тока, содержащее входной измерительный преобразователь, первый и второй светоизлучатели, первый и второй фотоприемники , оптически раздельно св занные с одноименными светоизлучател ми , согласующий усилитель,вход которого соединен с выходом указанного измерительного преобразовател , а выход св зан с одним выводом первого светоизлучател , усилитель фототока , к входу которого присоединен один вывод первого фотоприемника, и измерительный прибор, соединенньш с выходом усилител  фототока, дополнительно введены третий и четвертый светоизлучатели, оптически раздельно св занные соответственно с первым и вторым фотоприемниками, присоединен-, ные одними выводами к выходу усилител  фототока, один вывод второго светоизлучател  присоединен к выхо31

ду согласующего усилител , один вывод .второго фотоприемника св зан с входом усилител  фототока, а другие выводы первого и второго, третьего и четвертого светоизлучателей, первого и второго фотоприемников присоединены раздельно к противоположным полюсам введенных источников напр жени  смещени .

На чертеже представлена прингщпиальна  электрическа  схема устройства .

Устройство содержит входной измери тельный преобразователь 1, например шунт, соединенный с входом согласующего , усилител  2, первый и второй светоизлучатели 3 и 4, выполненные, например, в виде светодиодов, оптически , св занные соответственно с фотоприемниками 5 и 6, усилитель 7 фототока, третий и четвертый светоизлучатели 8 и 9, также оптически раздельно св занные с фотоприемниками

5и 6 соответственно, и измерительный прибор 10, подключенный к выходу усилител  7 фототока.. Светоизлучатёли 3 и 4, 3 и 5 одними выводами присоединены соответственно к выходу согласующего усилител  2 и к выходу усилител  7 фототока, а фотоприемники 5 и 6 также одними выводами св заны с входом усилител  7 фототока. Дру гие выводы светоизлучателей 3 и 4,

8 и. 9 и фотоприемников 5 и 6 присоединены раздельно к противоположным полюсам источников напр жени  Е, Eg и ЕЗ смещени .

Оптическа  св зь между светоизлучател ми 3 и 4 и фотоприемниками 5 и

6обеспечивает гальваническую разв зку измерительной части устройства от его регистрирующей части и может быть выполнена, например, на основе волоконно-оптических световодов, обеспечивающих практически любые необходимые напр жени  разв зки. Согласующий усилитель 2и-усилитель 7 фототока могут быть выполнены, например, на дифференциальных операционных усилител х , охваченных параллельной отри- цательной обратной св зью по напр жению . Фотоприемники 5 и 6 могут быть также присоединены к входу усилител 

7фототока по мостовой схеме.

Устройство работает следующим образом .

При отсутствии контролируемого тог ка через входной измерительный преобразователь 1, например шунт, вход2934

ное и выходное напр жени  согласующего усилител  2 также равны нулю, а через светоизлучатели 3 и 4 протекают начальные токи, определ емые последовательно включенными с ними резисторами и напр жением смещени  Е. Величину этих токов выбирают в наиболее линейной области характеристики светоизлучателей. Излучение светоизлучателей 3 и 4 поступает на фотоприемники 5 и 6.

На эти же фотоприемники поступает и излучение светоизлучателей 8 и 9, включенных на выход усилител  7 фототока по схеме, идентичной схеме включени  светоизлучателей 3 и 4. Схема в целом балансируетс  таким образом, чтобы напр жение на выходе устройства было равно нулю. Балансировка мо- .

жет осуществл тьс  как электрически, так и оптически - путем изменени  соотношени  световых потоков, падающих на фотоприемники. При этом входной сигнал усилител  7 фототока определ етс  разностью фототоков фотоприемников 5 и 6, поэтому синфазные (временные , температурные, радиационные) изменени  этих токов практически не вли ют на выходное напр жение устройства , взаимно компенсируютс  также темновые токи однотипных фотоприемников 5 и 6.

При наличии контролируемого тока DX, протекающего через входной измерительный преобразователь 1, например шунт, на его выходе возникает напр жение , которое поступает на согласующий усилитель 2, усиливающий это напр жение до уровн , необходимого дл  оптимальной-работы светоизлучателей 3 и 4. При этом ток, протекающий че- -рез один светоизлучатель (дл  определенности 3), увеличиваетс , а через другой - уменьшаетс . Соответственно световой поток, падающий на фотоприемник 5, увеличиваетс , а на фотоприемник 6 - уменьшаетс . Очевидно,что такое противофазное изменение световых потоков излучателей 3 и 4 приводит к по влению на выходе усилител 

7 фототоков отрицательного напр жени  соответствующей величины. В этом случае ток, протекаюи1лй через свето- излучатель 8, уменьшаетс , а через светоизлучатель 9 - увеличиваетс .

Следовательно, суммарньм световой поток , падаюпщй на каждый фотоприемник, поддерживаетс  с помощью усилител  7 фототока на неизменном уровне. Та51 КИМ образом, фотоприемники 5 и 6, включенные на вход усилител  7 фототока , посредством Передачи на них световых сигналов, определ емьк выходным напр жением усилител  7 фототока, оказываютс  охваченными жесткой отрицательной обратной св зью. При достаточно большом коэффициенте усилени  усилител  7, фототока и идентичных светоизлучател х 3, 4, 8, 9,а также при одинаковьк коэффициентах передачи световых потоков на фотоприемники 5 и б выходное напр жение усилител  7 фототока равно выходному напр жению согласующего усилител  2, т.е. пропорционально величине измер е мого тока Ох В случае разных коэффициентов передачи световых потоков на фотоприемники 5 и 6 от светоизлуча телей 3 и 4, 8 и 9, выходное напр жение усилител  7 фототока также пропорционально выходному напр жению уси лител  2,причем коэффициент пропорцио нальности зависит от степени неравенства коэффициентов передачи. Выходное напр жение устройства, возникающее на выходе усилител  7 фототока, региctpиpyeтc  измерительным прибором 10,показани  которого пропорциональны величине контролируемого тока Зу . Предлагаемое устройство имеет большую линейность характеристики в области малых токов, так как светоизлучатели при этом работают в режи ,ме, близком к начальному, т.е. в наиболее линейной части их характеристик . При измерении больших токов линейность характеристики устройства также выше, поскольку нелинейность харак 93 теристик фотоприемников не вли ет, в отличие от известного устройства на линейность передаточной характеристики устройства в целом. Это св зано с тем, что фотоприемники в предлагаемом. устройстве работают в наиболее оптимальном дл  них режиме - при практически посто нной освещенности, т.е. При неизменной рассеиваемой на них мощности, причем величина освещенности может быть выбрана такой, чтобы полезный фототок был значительно больше темнового, что повышает стабильность работы предлагаемого устройства . Предлагаемое устройство имеет более высокую температуру и временную стабильность, обусловленную полной симметрией его оптоэлектронного тракта и близким расположением фотоприемников один относительно другого, наход щихс  вследствие этого практически в одинаковых температурных услови х , а также повьш1енное быстродействие , св занное с наличием жесткой отрицательной обратной св зи, охватывакщей фотоприемники, снижающей их эквивалентную посто нную времени i Кроме того, предлагаемое устройство более устойчиво к изменению напр жений питани  и смещений, так как все светоизлучатели и фотоприемники включены в нем по дифференциальным схемам,и позвол ет измер ть токк обеих пол рностей. Использование предлагаемого устройства позвол ет повысить точность измерений.в услови х изменени  внешних вли ний и параметров оптоэлектронньк элементов.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА, содержащее входной измерительный преобразователь, первый и второй светоизлучатели, первый и второй фотоприемчики, оптически раздельно связанные ”с одноименными светоизлучателями, согласующий усилитель, вход которого соединен с выходом указанного измерительного преобразователя, а выхол связан с одним выводом пер- вого светоизлучателя, усилитель фототока, к входу которого присоединен один вывод первого фотоприемника, и измерительный прибор, соединенный с выходом усилителя фототока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно.введены третий и четвертый светоизлучатели, оптически раздельно связанные соответственно с первым и вторым фотоприемниками, присоединенные одними выводами к выходу усилителя фототока, один вывод второго светоизлучателя присоединен с выходу согласующего усилите- _Q ля, один вывод второго фотоприемни- 9 ка связан с входом усилителя фототока, а другие выводы первого и второго, третьего и четвертого светоизлучателей, первого и второго фотоприемников раздельно присоединены к противоположным полюсам введенных источников напряжения смещения.