Вимірювальний пристрій

Винахід має відношення до електротехніки, приладобудування та радіоелектроніки, зокрема - до вимірювальних пристроїв, що пов'язані з вимірюванням струму: наприклад, - до електронних (статичних) лічильників електричної енергії. Першим аналогом винаходу є електронний лічильник електроенергії, який містить резистивний шунт, що є вимірювальним датчиком струму: [1] Product-to-Frequency Converter: AD7750 // Data Sheet фірми "Analog Devices", 1997 (p.7, fig.8). Недоліком першого аналога є гальванічний зв'язок між датчиком і подальшим електричним ланцюгом. Наявність гальванічного зв'язку неприпустима для трьохфазних (взагалі, багатофазних) лічильників. Другим аналогом винаходу є електроний лічильник електроенергії, що містить трансформатор струму, навантажений резистором Rb, що є вимірювальним датчиком струму: [1] (р.7, fig.8; p.13, fig.21); [2] Three Phase Energy Metering lC with Pulse Output: ADE7752 // Data Sheet фірми "Analog Devices", 1999 (p.7, fig.14, 15). Другий аналог не має недоліку першого аналога, але має свій недолік - замагнічення трансформатора постійною складовою струму, що виникає в навантаженні ланцюга, що контролюється. Сказане стає проблемою, коли треба вибрати конкретний тип трансформатора. Справа в тому, що змінний магнітний потік в осерді, обумовлений струмом, що вимірюється і протікає первинною обмоткою, компенсується протипотоком, обумовленим струмом вторинної обмотки. Результативний потік є різницею вказаних двох потоків і може бути на порядок-два менший за кожного з них. Постійна складова струму первинної обмотки створює постійний потік, який не компенсується і через те може стати порівняним і навіть більшим ніж змінний потік. А це означає, що якщо трансформатор обраний за змінним потоком, він може не працювати навіть якщо постійна складова струму, яка є у складі зі змінним струмом, що вимірюється, невелика. Вибір трансформатора "з запасом" під постійний потік приведе до значного збільшення його габаритів. Крім того, постійний потік зсуне робочу точку трансформатора, що може породити спотворення сигналу датчика. Згідно з викладеним, автором поставлено задачу запропонувати такий вимірювальний пристрій, в якому не було б вказаного недоліку. Або, якщо висловитись інакше: шляхом зміни схеми вимірювального пристрою виключити замагнічення осердя трансформатора і забезпечити цим нормальну роботу вимірювального пристрою. За прототип (виходячи з побудови формули винаходу) береться перший аналог. Згідно з поставленою задачею пропонується: 1. Вимірювальний пристрій, який містить шунт, включений послідовно у ланцюг струму, що вимірюється, та вимірювальний ланцюг, який відрізняється тим, що між шунтом і входом вимірювального ланцюга включено трансформатор напруги. 2. Вимірювальний пристрій за п.1, який відрізняється тим, що між шунтом і трансформатором напруги послідовно включено конденсатор. 3. Вимірювальний пристрій за п.п.1 або 2, який відрізняється тим, що трансформатор напруги містить електростатичний екран між первинною та вторинною обмотками. 4. Вимірювальний пристрій за п.п.1, 2 або 3, який відрізняється тим, що вимірювальним ланцюгом є канал вимірювання струму в багато фазному лічильнику електроенергії. Перелік фігур, що додаються до заявки: Фіг.1 - схема шун та як датчика струму на вході вимірювального пристрою (1-й аналог, прототип), де: lвх - струм на вході, що вимірюється; Rш - шун т; Uвих - вихідна напруга датчика, вихід якого підключено до входу вимірювального ланцюга (вимірювальний ланцюг не показано). Фіг.2 - схема трансформатора струму, що навантажений і виконує функцію датчика струму на вході вимірювального пристрою (2-й аналог), де: Трl - трансформатор струму; Rн - опір, що є нагр узкою (Rb [1, 2]). Фіг.3 - схема датчика струму на вході запропонованого вимірювального пристрою (згідно з п.1 формули винаходу), де: Яш - шун т; Tрu - трансформатор напруги. Фіг.4 - схема датчика струму на вході запропонованого вимірювального пристрою (згідно з п.2 формули винаходу), де: С - розподільний конденсатор. Фіг.5 - схема датчика струму на вході запропонованого вимірювального пристрою (згідно з п.3 формули винаходу), де показано електростатичний екран між первинною та вторинною обмотками. Фіг.6 - схема варіанта датчика струму на вході запропонованого вимірювального пристрою, який відрізняється тим, що вторинна обмотка трансформатора - двохсекційна, с заземленням середньої точки. Фіг.7 - схема варіанта датчика струму на вході запропонованого вимірювального пристрою, який відрізняється присутністю двох високоомних резисторів, що утворюють штучн у середню точку, яка "заземлена". У результаті порівняння фіг.2 і 3 можна сказати, що запропонований пристрій (фіг.3) відрізняється від 2-го аналога тим, що резистор із ланцюга вторинної обмотки (Rн) перенесено до ланцюга первинної обмотки (як Rш), а трансформатор струму (Трl) замінено на трансформатор напруги (Трu). Крім того, у запропонованому пристрої (фіг.4) використані розподільчий конденсатор (С), який принципово не може бути у 2-му аналогу (фіг.2), а також (фіг.5) - електростатичний екран між первинною та вторинною обмотками. На фіг.1 і 2 показано схеми датчиків струму у составі аналогів винаходу, недоліки яких розглянуті ви ще. На фіг.3 показано схему датчика (у складі запропонованого вимірювального пристрою), що містить шунт та трансформатор напруги. Трансформатор напруги (на фіг.3, а також на фіг.4 і 5) працює у режимі холостого ходу, без компенсації змінного магнітного потоку (подібно до постійного потоку, що не компенсується). У результаті, обидва потоки будуть пропорційні (з рівними коефіцієнтами пропорційності) "своїм" струмам, постійному і змінному, що протікають первинною обмоткою. Але через те що вхідні опори трансформатора є^ різними для обох струмів (для постійного струму - це відносно невеликий активний опір первинної обмотки, а для змінного струму - це сума того ж активного і, крім того, достатньо великого його індуктивного опору), постійний магнітний потік буде "підсиленим" у зрівнянні із змінним потоком. Але це "підсилення" може бути меншим, ніж у випадку із трансформатором струму. Поєднання шунта із трансформатором напруги дозволяє включити між ними конденсатор як розподільний (фіг.4). У цьому випадку в трансформаторі будуть відсутні як постійний струм у первинній обмотці, так і створюваний ним постійний магнітний потік. При цьому замагнічування осердя постійним магнітним потоком не буде зовсім. На фіг.4 показано застосування електростатичного екрана, що пригнічує ємнісний зв'язок, наприклад, між вимірювальними ланцюгами фаз у багатофазному лічильнику електроенергії. У рівній мірі екрани можуть бути показані на фіг.3, 6 та 7. На фіг.6 та 7 приведені схеми з відмінами, що забезпечують симетричність виходу трансформатора (наприклад, для диференційного входу вимірювального ланцюга). Ці відміни (на фіг.6 і 7) можуть бути властиві, наприклад, аналогу на фіг.2, в зв'язку з чим вони не відображені у формулі винаходу. Реалізація запропонованого вимірювального пристрою не викликає сумнівів, бо в ньому можуть використовува тися стандартні компоненти, що випускаються промисловістю. Джерела інформації: [1] Product-to-Frequency Converter: AD7750 // Data Sheet фірми "Analog Devices", 1997 (p.7, fig.8; p.13, fig.21). [2] Three Phase Energy Metering lC with Pulse Output: ADE7752 // Data Sheet фірми "Analog Devices", 1999 (p.7, fig.14, 15).