SU940077A1 - Устройство дл бесконтактного измерени электрических сигналов - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике.и может быть использовано при контроле и диагностике электронной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва то- ⁵ топроводящих соединений и нарушения изоляционных покрытий.

Известны устройства для бесконтактного измерения электрических сигналов в проводниках с помощью электромагнитных преобразователей, реагирующих на величину электрической или магнитной составляющей электромагнитного поля, создаваемого вблизи про-₁₅ водника измеряемым сигналом, сигнал преобразователя усиливается и поступает на выходное индикаторное устройство fl ].

Недостатком таких измерительных ?о устройств является зависимость их показаний от расстояния до проводника с измеряемым сигналом, что снижает точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для бесконтактного измерения импульсных токов в проводнике, содержащее два закрепленных на неизменном расстоянии г_о друг от другй электромагнитных преобразователя, соединенных с соответствующими интегрирующими усилителями, выходы которых присоединены к последовательно соединенным измерителю отношений и функциональному преобразователю, связанному с выходным регулируемым усилителем и индикатором £2].

В известном измерительном устройстве уменьшение зависимости показаний от изменения расстояния между проводником и первым преобразователем достигается за счет того, что при изменении расстояния г^ величиной коэффициента усиления усилителя управляет функциональный преобразователь, подключенный к измерителю отношений. Поскольку сигналы и У^на выходах первого и второго преобразователей соответственно обратно пропорциональны расстояниям г₄ и г^ от них до проводника с измеряемым током, 1, т.е. VjM/q , ^=1/^=1/(^ + + г_о ), то сигнал V_o на выходе измерителя отношений и входе функционального преобразователя, в общем случае нелинейным образом зависит от расстояния г, :V_Q= V₂/V₄ =i/(+r_o/r;. Поэтому при использовании для усиления сигнала V₄ линейного усилителя, коэффициент усиления которого регулируется напряжением V©, выходной сигнал не зависит от расстояния до проводника только в том случае, когда /0^1^0=^0Однако это условие практически трудно выполнимо, так как при большом удалении второго преобразователя от проводника, т.е. при г_о г^ , возникают погрешности измерения изза резкого ослабления сигнала и влияния помех, а при соизмеримых расстояниях г₀ < г^ остаются погрешности, обусловленные изменениями расстояния г^ при измерениях. В свою очередь, обеспечивать изменение коэффициента усиления по сложному нелинёйному закону регулирования с высокой точностью в широком диапазоне частот и амплитуд измеряемого сигнала весьма трудно, что снижает точность измерения рассматриваемого устройства.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения, содержащее два жестко связанных электромагнитных преобразователя, соединенных с соответствующими усилителями, измеритель отношения и выходное'индикаторное устройство, введены устройство перемножения сигналов, включенное между выходом первого усилителя и первым входом измерителя отношений, и вычитающее устройство, включенное между выходом вто-^° рого усилителя и вторым входом измерителя отношений, при этом один вход устройства перемножения связан с выходом первого усилителя и первым входом вычитающего устройства, второй вход которого связан с другим входом устройства перемножения и выходом второго усилителя.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит два одинаковых жестко скрепленных на расстоянии г_{р 5} электромагнитных преобразователя 1 и 2, устанавливаемых около проводника 3 с измеряемым сигналом, в данном случае током I. К выходам преобразователей 1 и 2 присоединены со10 ответственно усилители 4 и 5, выход первого из которых подключен к одному входу устройства 6 перемножения и первому входу вычитающего устройства 7, а выход второго - соответствен15 но к вторым входам устройства 6 перемножения и вычитающего устройства 7, выходы которых присоединены к входам измерителя 8 отношений с последующим выходным индикаторным уст_м ройством 9.

Устройство работает следующим образом.

Для измерения электрического сиг25 нала, например тока 7 в проводнике, электромагнитный преобразователь 1 подносят к проводнику и устанавливают на некотором расстоянии г₄ от него» Поскольку второй преобразова₃₀ тель жестко соединен с первым на расстоянии г_о, то расстояние от проводника до второго преобразователя равно Γ2_=γ₄+γ₀. Протекающий по проводнику измеряемый ток 7 создает вокруг него электромагнитное поле, которое создает в преобразователях 1 и 2 соответственно электрические сигналы, обратно пропорциональные расстояниям до них г^ и г₂. Эти сигналы усиливаются одинаковыми линейными уси-. лителями 4 и 5 с коэффициентом усиления к и становятся на их выходах соответственно равными =к I/tj , Vx=k · I / Гз_.

Чтобы обеспечить независимость показаний от изменения расстояния между проводником с измеряемым сигналом и электромагнитными преобразователями, сигнал поступает на первые входы вычитающего устрой-, ства 7 и устройства 6 перемножения, а с их выходов - на измеритель 8 отношений. Одновременно сигнал V₂ поступает соответственно на вторые входы устройства 6 перемножения и вычитающего устройства 7-и аналогичным образом на измеритель 8 отношений. При этом на первом входе изме10 сигнала и fa между проводи элек15 рителя 8 отношений сигнал равен а на втором входе % _ JS1 _ КЗ Ус ,

ВХ' п, г_г . Соответственно выходной сигнал измерителя отношений, поступающий на устройство 9 индикации, оказывается пропорциональным измеряемому току V - Чх ю

В предлагаемом устройстве, в отличие от известных, достигается полная независимость выходного от расстояний q ником с измеряемым сигналом тромагнитными преобразователями, так как выходной сигнал зависит только от величины измеряемого сигнала I, коэффициента усиления к и расстояния г₀ между преобразователями, ‘ которое остается неизменным при любых значениях ги fa.

Таким образом, благодаря введению линейных устройств перемножения и вычитания, включенных указанным вы- . ше способом, обеспечивается более высокая, чем в известных устройствах, точность бесконтактных измерений электрических сигналов в широком диапазоне измерения при изменениях расстояния между проводником с измеря·' емым сигналом и бесконтактными электромагнитными преобразователями.

Предлагаемое устройство универсально, так как позволяет преобразовывать сигналы как в аналоговой, так и в цифровой форме, и может использоваться, в зависимости от типа применяемых электромагнитных преобразователей, как для измерения электрического тока, так и электрического напряжения□ В этом случае элек

Подписное

ВНИИПИ

Заказ 4660/66

' 940077 6 тромагнитные преобразователи реагируют на пропорциональную напряжению ‘ проводника напряженность электрического поля, которая также убывает пропорционально расстоянию до него, поэтому преобразования характеризуются закономерностями, аналогичными рассмотренным выше.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электроиз мерительной технике.и может быть использовано при контроле и диагностик электронной аппаратуры, а также при измерении электрических сигналов в электрооборудовании без разрыва тотопровод щих соединений и нарушени  изол ционных покрытий. Известны устройства дл  бесконтактного измерени  электрических сиг налов в проводниках с помощью электромагнитных преобразователей, реаги рующих на величину электрической или магнитной составл ющей электрома - нитного пол , создаваемого вблизи пр водника измер емым сигналом, сигнал преобразовател  усиливаетс  и поступает на выходное индикаторное устрой ство 1 . Недостатком таких измерительных устройств  вл етс  зависимость их по казаний от рассто ни  до проводника с измер емым сигналом, что снижает точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  бесконтактного измерени  импульсных токов в проводнике , содержащее два закрепленных на неизменном рассто нии г друг от друге электромагнитных преобразовател , соединенных с соответствующими интегрирующими усилител ми, выходы которых присоединены к последовательно соединенным измерителю отношений и функциональному преобразователю, св занному с выходным регулируемым усилителем и индикатором
2. 2. В известном измерительном устройстве уменьшение зависимости показаний от изменени  рассто ни  п между проводником и первым преобразователем достигаетс  за счет того, что при изменении рассто ни  г величиной коэффициента усилени  усилител  управл ет функциональный преобразоваТель , подключенный к измерителю отношений . Поскольку сигналы V и 3Э выходах первого и второго преобразователей соответственно обратно про порциональны рассто ни м г и Г2. от тоних до проводника с измер емым 1/(г, ком, , т.е. ( , V,j l/r + г ), то сигнал VQ на выходе измери тел  отношений и входе функционального преобразовател , в общем случае нелинейным образом зависит от рассто ни  п Vj/V . Поэтом -f 2 СИ1- при использовании дл  усилени  нала V линейного усилител , коэффициент усилени  которого регулируетс  напр жением Vo, выходной сигнал не зависит от рассто ни  г до проводника только в том случае, когда . Однако это условие практически трудно выполнимо, так как при большо удалении второго преобразовател  от проводника, т.е. при возникают погрюшности измерени  изза резкого ослаблени  сигнала и вли ни  помех, а при соизмеримых рассто ни х Гр г остаютс  погрешности , обусловленные изменени ми рассто ни  г. при измерени х. В свою очередь, обеспечивать изменение коэф фициента усилени  по сложному нелинейному закону регулировани  с высокой точностью в широком диапазоне частот и амплитуд измер емого сигнала весьма трудно, что снижает точность измерени  рассматриваемого уст ройства. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  бесконтактного измерени , содержащее два жестко св  занных электромагнитных преобразовател , соединенных с соответствующими усилител ми, измеритель отношени  и выходноеИндикаторное устройство, введены устройство перемножени  си1- налов, включенное между выходом первого усилител  и первым входом измерител  отношений, и вычитающее устройство , включенное между выходом вт рого усилител  и вторым входом измерител  отношений, при этом один вход устройства перемножени  св зан с вых дом первого усилител  и первым входом вычитающего устройства, второй вход которого св зан с другим входом устройства перемножени  и выходом второго усилител . На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит два одинаковых жестко скрепленных на рассто нии г электромагнитных преобразовател  1 и 2, устанавливаемых около проводника 3 с измер емым сигналом, в данном случае током I. К выходам преобразователей 1 и 2 присоединены соответственно усилители 4 и 5, выход первого из которых подключен к одному входу устройства 6 перемножени  и первому входу вычитающего устройства 7, а выход второго - соответственно к вторым входам устройства 6 перемножени  и вычитающего устройства 7, выходы которых присоединены к входам измерител  8 отношений с последующим выходным индикаторным устройством 9. Устройство работает следующим образом . Дл  измерени  электрического си1 нала, например тока 7 в проводнике, электромагнитный преобразователь 1 поднос т к проводнику и устанавливают на некотором рассто нии г от него. Поскольку второй преобразователь жестко соединен с первым на расСТОЯНИИ РО, то рассто ние от проводника до второго преобразовател  равно . Протекающий по проводнику измер е й ток создает вокруг него электромагнитное поле, которое создает в преобразовател х 1 и 2 соответственно электрические сигналы, обратно пропорциональные рассто ни м до них г. и r/j. Эти сигналы усиливаютс  одинаковыми линейными уси-. лител ми 4 и 5 с коэффициентом усилени  k и станов тс  на их выходах соответственно равными V k-l/tj , V2.. Чтобы обеспечить независимость показаний от изменени  рассто ни  между проводником с измер емым си|- налом и электромагнитными преобразовател ми , сигнал V поступает на первые входы вычитающего устрой-. ства 7 и устройства 6 перемножени , а с их выходов - на измеритель 8 отношений. Одновременно сигнал J поступает соответственно на вторые входы устройства 6 перемножени  и вычитающего устройства 7-и аналогичным образом на измеритель 8 отношений . При этом на первом входе измеригел  8 отношений сигнал равен 3 на втором входе v - ..(T -уп г Ti )Г2. . Со ответственно выходной сигнал измери тел  отношений, поступающий на устройство 9 индикации, оказываетс  пропорциональным измер емому току V - ьк J2 Ь«° v; Го в предлагаемом устройстве, в отличие от известных, достигаетс  пол на  независимость выходного сигнала от рассто ний г и г между проводником с измер емым сигналом и электромагнитными преобразовател ми, так как выходной сигнал зависит тол ко от величины измер емого сигнала I, коэффициента усилени  k и рассто ни  Гр между преобразовател ми, которое остаетс  неизменным при любых значени х г. и г . Таким образом, благодар  введени линейных устройств перемножени  и вычитани , включенных указанным выше способом, обеспечиваетс  более высока , чем в известных устройствах , точность бесконтактных измерений электрических сигналов в широко диапазоне измерени  при изменени х рассто ни  между проводником с изме емым сигналом и бесконтактными элек тромагнитными преобразовател ми. Предлагаемое устройство универсально , так как позвол ет преобразовывать сигналы как в аналоговой, так и в цифровой форме, и может использоватьс , в зависимости от типа примен емых электромагнитных преобразователей , как дл  измерени  элек трического тока, так и электрического напр жени  о В этом случае элек 76 тромагнитные преобразователи реагируют на пропорциональную напр жению проводника напр женность электрическогр пол , котора  также убывает пропорционально рассто нию до него, поэтому преобразовани  характеризуютс  закономерност ми, аналогичными рассмотренным выше. Формула изобретени  Устройство дл  бесконтактного измерени  электрических сигналов, содержащее два жестко св занных электромагнитных преобразовател , соединенных с соответствующими усилител ми , измеритель отношени  и выходное индикаторное устройство, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , введены устройство перемножени  сигналов , включенное между выходом первого усилител  и первым входом измерител  отношений, и вычитающее устройство , включенное между выходом второго усилител  и вторым входом измерител  отношений, при этом первый вход устройства перемножени  св зан с выходом первого усилител  и первым входом вычитающего устройства, второй вход которого св зан с вторым входом устройства перемножени  и выходом второго усилител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № бТбЗЭ, кл. G 01 R 13/00, 1978. 2,Авторское свидетельство СССР N , кл. G 01 R 19/0, 1978.