Вимірювальний пристрій

1. Вимірювальний пристрій, який містить вимірювальний трансформатор струму і операційний підсилювач з ланцюгом негативного зворотного зв'язку з виходу на його інвертуючий вхід, до якого підключена вторинна обмотка трансформатора, який відрізняється тим, що додатково введений ланцюг позитивного зворотного зв'язку. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що ланцюгом позитивного зворотного зв'язку є подільник напруги, вхід і вихід якого з'єднані відповідно з виходом і неінвертуючим входом операційного підсилювача, а його коефіцієнт 3 80937 Недоліком першого аналога є те, що еквівалентною нагрузкою трансформатора є послідовний ланцюг, що містить вказаний резистор (резистори) Rb, індуктивність розсіювання Ls2 і опір Rтр2 вторинної обмотки трансформатора. Вказана нагрузка погіршує властивості вимірювального ланцюга. Ідеальним випадком для трансформатора струму була б рівність нулю опору вказаного послідовного ланцюга. Другим аналогом винаходу є пристрій, який відрізняється від першого тим, що його вимірювальний ланцюг має вхідний опір, що дорівнює нулю, а резистор (резистори) Rb відсутній (відсутні). Другий аналог заявлений автором: [2] [Заявка на винахід "Вимірювальний пристрій" (заявник-автор В.С.Голуб), що подана до Укрпатенту 17 квітня 2002 року.(опубл.17.11.2003р.) №2002003162.] У другому аналогу недолік першого аналога суттєво зменшений, бо вхідний опір вимірювального ланцюга дорівнює нулю. Тому недоліком другого аналога, але ж меншим, ніж першого аналога, є те, що еквівалентним навантаженням трансформатора є послідовний ланцюг, що містить індуктивність розсіювання Ls2 і опір Rтр2 вторинної обмотки трансформатора. Третім аналогом винаходу є пристрій, який відрізняється від другого аналога тим, що між трансформатором та підсилювачем на вході вимірювального ланцюга послідовно включено корегуючий ланцюг, яким, зокрема, є розподільний конденсатор, що настроєний у резонанс із індуктивністю розсіювання вторинної обмотки трансформатора. Третій аналог описаний в тій же заявці на винахід [2]. У третьому аналогу недолік другого аналога додатково зменшений, бо дія індуктивності розсіювання Ls2 нейтралізована ємністю конденсатора (на резонансній частоті корегуючого ланцюга). Тому недоліком третього аналога, але меншим, ніж другого, є те, що еквівалентною нагрузкою трансформатора є опір Rтр2 його вторинної обмотки. Згідно з викладеним, автором поставлено задачу запропонувати такий вимірювальний пристрій із трансформатором струму (у загальному випадку, із датчиком будь-якого типу, що має струмовий вихід), який би не мав вказаного недоліку. Або, якщо сказати інакше: шляхом змінення схеми підсилювача (або іншого аналогічного ланцюга, наприклад, інтегратора, підключеного до трансформатора або іншого датчика) забезпечити компенсацію активного опору вторинної обмотки трансформатора (для третього аналога). Крім того, додатково запропонувати компенсацію індуктивності розсіювання вторинної обмотки (для другого аналога). За прототип обрано узагальнений аналог-другий і третій аналоги. Підкреслимо, що сказане у рівній мірі відноситься до будь-яких датчиків із струмовим виходом, еквівалентна схема яких містить "паразитні" елементи опору. Згідно з поставленою задачею пропонується: 4 1. Вимірювальний пристрій, що містить вимірювальний датчик із струмовим виходом і підсилювальний пристрій, вхід якого підключено до виходу датчика, який відрізняється тим, що вхідний опір підсилювального пристрою є компенсуючим із зворотним знаком для опору паразитних еквівалентних елементів, що включені послідовно із виходом датчика. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що його підсилювальний пристрій містить операційний підсилювач, інвертуючий вхід якого є входом підсилювального пристрою, до якого підключені вивід датчика та ланцюг негативного зворотного зв'язку з виходу операційного підсилювача, і дільник напруги, вхід якого з'єднаний із виходом, вихід - з неінвертуючим входом операційного підсилювача, а коефіцієнт передачі дільника за числом дорівнює 1/(1+Zзворот. /Zдат) (1) де Zзворот. - опір ланцюга негативного зворотного зв'язку, Zдат - опір паразитних еквівалентних елементів датчика. 3. Пристрій за п.2, який відрізняється тим, що додатково застосовується диференціальний підсилювач, один вхід якого підключений до виходу, а другий - до неінвертуючого входу операційного підсилювача. 4. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що його підсилювальний пристрій містить операційний підсилювач, інвертуючий вхід якого є входом підсилювального пристрою, до якого підключені вивід датчика та ланцюг негативного зворотного зв'язку, і інвертуючий дільник напруги, вхід якого з'єднаний із виходом операційного підсилювача, а вихід - з іншим виводом датчика. 5. Пристрій за п.4, який відрізняється тим, що інвертуючим дільником є інший операційний підсилювач із паралельним негативним зворотним зв'язком, коефіцієнт передачі якого за числом дорівнює -zдат/Zзворот.(2) де zдат - опір паразитних еквівалентних елементів датчика, Zзворот.- - опір ланцюга негативного зворотного зв'язку. 6. Пристрій за п.1, 2, 3, 4 або 5, який відрізняється тим, що вимірювальним датчиком є трансформатор струму, a zдат=Rтp2+jwLs2, де Rтр2 і Ls2 - опір і індуктивність розсіювання вторинної обмотки трансформатора струму. 7. Пристрій за п.6, який відрізняється тим, що послідовно із вторинною обмоткою трансформатора включено конденсатор. 8. Пристрій за п.7, який відрізняється тим, що конденсатор настроєний у резонанс із індуктивністю розсіювання вторинної обмотки трансформатора, а zдат=Rтр2. 9. Пристрій за п.п.6, 7 або 8, який відрізняється тим, що є складовою частиною лічильника електроенергії. Перелік фігур, що додаються до заявки: Фіг.1 - схема вимірювального пристрою, що відповідає п.2 (без диференціального підсилювача) і п.3 (із диференціальним підсилювачем), а також п.6 і п.7 (із 5 80937 трансформатором струму, що є вимірювальним датчиком, і з конденсатором С), де: Тр - трансформатор струму на вході пристрою; l1 - струм первинної обмотки трансформатора, що є вхідним струмом пристрою; l2 - стр ум вторинної обмотки трансформатора; С - розподільний конденсатор на вході підсилювача; ОП - операційний підсилювач з інвертуючим "-" та неінвертуючим "+" входами; Zзворот. - опір (активний, реактивний або комплексний; лінійний або нелінійний) негативного зворотного зв'язку; Zзворот.+ і zзворот.+ - опори дільника, що визначають його коефіцієнт передачі 1/(1+Zзворот.+/zзворот.+) (3) що дорівнює (1); l2(Ζзворот.-+zдат) - вихідна напруга ОП, де Zзворот.i zдат пропорційні Zзворот.+ і zзворот.+ відповідно; "Диф.підс." - диференціальний підсилювач; Kдиф l2Zзворот.вихідна напруга диференціального підсилювача. Фіг.2 - схема вимірювального пристрою, що відповідає п.4 (з інвертуючим дільником) і п.5 (з ОП2, що має паралельний негативний зворотний зв'язок, - як інвертуючим дільником), а також п.6 і п.7 (із трансформатором струму, як вимірювальним датчиком, і з конденсатором С), де: Тр - трансформатор струму на вході пристрою; l1 - струм первинної обмотки трансформатора, що є вхідним струмом пристрою; l2 - стр ум вторинної обмотки трансформатора; С - розподільний конденсатор на вході підсилювача; ОП1 - операційний підсилювач із інвертуючим "-" і неінвертуючим"+" входами; Zзворот.- - опір (активний, реактивний або комплексний; лінійний або нелінійний) негативного зворотного зв'язку; ОП2 - підсилювач в ланцюгу інвертуючого дільника; Zзворот.+ і zзворот.+ - опори в ланцюгу інвертуючого дільника, коефіцієнт передачі якого -zзворот.+/Zзворот.+ (4) дорівнює (2); l2Zзворот.вихідна напруга ОП1 (за пропорційною залежністю Zзворот.- і zдат від Zзворот.+ і zзворот.+ відповідно). Фіг.3 - схема, що є варіантом схеми на Фіг.2 із інвертуючим дільником. Замість звичайного ОП застосовано підсилювач із диференціальним виходом. Інвертуючий ви хід підсилювача підключено до входу дільника із Zзворот.+ і zзворот.+, а вихід дільника - до другого виводу вторинної обмотки трансформатора. Вихідний опір дільника, що дорівнює zзворот.+ççZзворот.+» zзворот.+, де zзворот.+