Устройство для измерения тока на эффекте Холла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА(57) 1. Устройство для измерения тока на эффекте Холла, содержащее первый и второй дифференциальные усилители, ферритовый магнитопровод с зазором, преобразователь Холла, размещенный в зазоре магнитопровода и подключенный к источнику тока и входам первого дифференциального усилителя, выход которого является выходом устройства, обмотку, содержащую несколько секций, размещенных на магнитопроводе, по которой протекает измеряемый ток, отличающееся тем, что дополнительно содержит третий и четвертый дифференциальные усилители, усилитель мощности, а магнитопровод размещен внутри компенсационной катушки на каркасе и выполнен разъемным в виде двух цилиндрических чашек с ферритовыми стержнями по оси симметрии, на которых размещается каркас с обмоткой, по которой протекает измеряемый ток, при этом магнитопровод содержит два тонкопленочных магниточувствительных элемента с высокой магнитной проводимостью и низкой коэрцитивной силой, которые расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и подключены ко второму источнику тока и ко входам второго и третьего дифференциальных усилителей,выходы которых через четвертый дифференциальный усилитель связаны с усилителем мощности, который выходом подключен к обмотке компенсационной катушки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на ферритовых стержнях магнитопровода размещена дополнительная обмотка, электрически не связанная с секциями обмотки, по которой протекает измеряемый ток, введен дополнительный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а выход - с дополнительной обмоткой. 4020 11725138 1, 1992. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Методы измерений Учебное пособие для вузов. - Л. Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1987. - С. 65. Изобретение относится к приборостроению, автоматизации производства и может быть использовано для измерения силы тока с ее произвольной зависимостью от времени в условиях электромагнитных помех. Известно устройство для бесконтактного измерения электрического тока, содержащее обмотки, магнитопровод, датчик магнитного потока, усилитель, шунт и сумматор сигналов 1. Это устройство имеет недостаток, заключающийся в отсутствии защиты от внешних магнитных полей,что приводит к погрешности в измерении тока. Известно устройство для бесконтактного измерения постоянного тока с помощью датчика на эффекте Холла, расположенного в воздушном зазоре кольцевого магнита, имеющего калибровочную обмотку, в которую вне времени измерения подают со схемы управления и обработки заданный калибровочный ток 2. Это устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что измерение тока происходит в два этапа, т.е. сначала измеряют калибровочный ток, а затем измеряют исходный ток, что приводит к ухудшению временных характеристик схемы. Кроме того, устройство измеряет только постоянный ток. Известно также устройство для измерения тока на эффекте Холла, содержащее первый и второй дифференциальные усилители, ферритовый магнитопровод с зазором, преобразователь Холла, размещенный в зазоре магнитопровода и подключенный к источнику тока и входам первого дифференциального усилителя,выход которого является выходом устройства, обмотку, содержащую несколько секций, размещенных на магнитопроводе, по которой протекает измеряемый ток 3. Это устройство также имеет недостаток, заключающийся в том, что не имеет защиты от мешающих внешних магнитных полей, т.е. помех, что в свою очередь приводит к погрешности при измерении тока. Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение помехозащищенности устройства для измерения силы тока на эффекте Холла от внешних магнитных полей. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения тока на эффекте Холла, содержащем первый и второй дифференциальные усилители, ферритовый магнитопровод с зазором, преобразователь Холла, размещенный в зазоре магнитопровода и подключенный к источнику тока и входом первого дифференциального усилителя, выход которого является выходом устройства, обмотку, содержащую несколько секций, размещенных на магнитопроводе, по которой протекает измеряемый ток, - дополнительно содержится третий и четвертый дифференциальные усилители, усилитель мощности, а магнитопровод размещен внутри компенсационной катушки на каркасе и выполнен разъемным в виде двух цилиндрических чашек с ферритовыми стержнями по оси симметрии, на которых размещается каркас с обмоткой, по которой протекает измеряемый ток, при этом магнитопровод содержит два тонкопленочных магниточувствительных элемента с высокой магнитной проводимостью и низкой коэрцитивной силой, которые расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и подключены ко второму источнику тока и ко входам второго и третьего дифференциальных усилителей, выходы которых через четвертый дифференциальный усилитель связаны с усилителем мощности, который выходом подключен к обмотке компенсационной катушки. Кроме того, на ферритовых стержнях магнитопровода размещена дополнительная обмотка, электрически не связанная с секциями обмотки, по которой протекает измеряемый ток, введен дополнительный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а выход - с дополнительной обмоткой. На фиг. 1 изображена конструкция устройства на фиг. 2 - пространственное расположение чувствительных преобразователей Холла и их конфигурация на фиг. 3 - пример реализации схемы электрической. Устройство содержит ферритовый магнитопровод 1 с зазором, полупроводниковый измерительный преобразователь Холла 2 в зазоре, обмотку 3 на каркасе 4, состоящую извитков, по которой проходит измеряемый ток, два тонкопленочных чувствительных элемента 5 и 6 с высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой, функционирующие на планарном эффекте Холла, компенсационную катушку 7 на каркасе 8, источник тока 9 для питания измерительного преобразователя Холла 2, источник тока 10 для питания чувствительных элементов 5 и 6, дифференциальные масштабирующие усилители 11 и 12, подключенные к выходам элементов 5 и 6, дифференциальный усилитель 13 и усилитель мощности 14, подключенный к компенсационной катушке 7, дифференциальный усилитель 15, подключенный к усилителю мощности 17, причем последний подключен к дополнительной обмотке 16, размещенной поверх обмотки 3. Магнитопровод выполнен разъемным в виде двух цилиндрических чашек с ферритовыми стержнями по оси симметрии, которые входят в каркас 4 катушки 3. В каркасе 4 предусмотрено отверстие для ввода проводов с преобразователем Холла 2 в зазор магнитопровода. Аналогично в чашках магнитопровода 1 предусмотрены отверстия для вывода проводов катушки 3, 16 и преобразователя Холла 4. Магниточувствительные элементы 4020 1 5 и 6 выполнены напылением, например пермаллоя, на одну из чашек и расположены в двух взаимноперпендикулярных плоскостях, как показано на фиг. 2. Устройство работает следующим образом. В зависимости от диапазона измеряемого тока две клеммы катушки 3 подключаются в разрыв цепи шины, по которой протекает ток . В зазоре магнитопровода 1 наводится магнитное поле с индукцией В,где- число витков соответствующей секции катушки 3. Это магнитное поле вызывает появление напряжениев преобразователе 2, которое пропорционально величине индукции, а следовательно, и измеряемому току . После усиления сигнала дифференциальным усилителем 15 выходное напряжения вых подается на регистрирующий прибор вольтметр, самописец, осциллограф и т.д. В отсутствие влияний внешних магнитных полей, практически весь магнитный поток замкнут внутри магнитопровода 1 и величины напряжений 1 и Е 2, снимаемых с пленочных преобразователей 5 и 6 равны, так как они являются частью магнитопровода, в котором величина индукции равна(Е 1 и 2). Масштабирующие усилители 11 и 12 служат для коррекции напряжения неэквипотенциальности преобразователей 5 и 6 и выравнивания их чувствительности. При наличии помех в виде внешних магнитных полей с индукцией Вп (обычно Вп не превышает 10 измеряемой величины, т.е. В), возникает разность сигналов (21) от преобразователей 5 и 6. Возникающая разность потенциалов попадает на вход дифференциального усилителя (ДУ) 13, выход которого идет на транзисторный регулятор (усилитель мощности 14), образованный транзисторами Т 1 и Т 2. Через компенсирующую катушку 7 проходит ток, который наводит магнитный поток противоположного направления по отношению к потоку помехи. Такое положение соответствует активной компенсации помехи в магнитопроводе. Предложенное устройство может также работать в режиме магнитного компаратора тока с преобразователем Холла 2 в качестве преобразователя неравновесия. Для этого к выходу ДУ 15 с помощью разъема подключается еще один усилитель мощности 17, соединенный с дополнительной обмоткой 16. Эта обмотка размещается на каркасе 4 поверх обмотки 3, который одет на ферритовые стержни магнитопровода. Работа устройства происходит как и в случае, описанном ранее, только разность потенциалов с преобразователя Холла 2 подается через ДУ 15 не к измерительному прибору, а на усилитель мощности 17, образованный транзисторами Т 3 и Т 4. Через дополнительную обмотку 16 проходит ток, который наводит магнитный поток, противоположный наводимому потоку током . Такое положение сохраняется до исчезновения разности потенциалов преобразователя Холла 2. Таким образом, происходит автоматическая компенсация магнитного потока, а ток, проходящий через измерительный резисторсоздает падение напряжения вых, подаваемое на измерительный прибор, которое пропорционально измеряемому току . Функционирование устройства в режиме магнитного компаратора тока целесообразно при измерениях небольших величин квазистатических токов, имеющих резкие амплитудные выбросы. Таким образом, минимизируются гистерезисные явления в магнитопроводе. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.