СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ
METHOD FOR CALIBRATION AND VERIFICATION OF METERING CONVERTERS OF HIGH DC CURRENTS

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям больших постоянных токов, используемых в химической и металлургической промышленности, более конкретно к способам поверки и градуировки датчиков силы тока.
Известен способ градуировки на основе расчета магнитной индукции в месте установки измерительного элемента (ИЭ) (Пат. РФ №2119169. Опубл. 20.09.98, бюл. №26, аналог). В данном способе количество измерительных элементов выбирают равным n, причем число n - четное, но не кратное четырем, и размещают их при градуировке равномерно вокруг пакета шин по окружности, а расчет для каждого элемента проводят для какого-либо выбранного значения расчетного измеряемого тока в предположении, что этот ток протекает по линейному проводнику, на основании чего определяют коэффициент пропорциональности между суммарной расчетной индукцией n элементов и расчетным током, а коэффициент преобразования любого элемента находят как произведение коэффициента пропорциональности и частного отделения отклика этого элемента к сумме откликов всех n элементов, причем последние две величины находят путем измерения при протекании неизвестного тока по пакету шин. Причем, при необходимости обеспечить погрешность поверки элементов порядка 0,1% радиус окружности расположения измерительных элементов выбирают из условия, чтобы он был равен или превышал длину большей стороны пакета шин, а количество измерительных элементов n выбирают равным 10, при погрешности же проверки элементов порядка 0,5% число n выбирают равным 6 при тех же размерах окружности расположения элементов.
Недостатками аналога являются значительные погрешности градуировки которые обусловлены: - отклонениями в установке элементов от окружности, которую выбирают из условия «чтобы радиус был равен или превышал длину большей стороны пакета шип»;
- неидентичностью характеристик измерительных элементов и изменениями характеристик ИЭ (датчиков Холла) во времени;
- некоторой неопределенностью в расчетах поскольку - «расчет для каждого элемента проводят для какого-либо выбранного значения расчетного измеряемого тока в предположении, что этот ток протекает по линейному проводнику»
Известен «СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ БОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ» (Паи. РФ №2226699. Опубл. 10.04.2004, прототип). Для реализации прототипа число ИЭ n выбирают из ряда: n=7+4m, где m=0, 1, 2, ….
а, для снижения методической погрешности поверки до 0,01% число n выбирают равным 7, при обеспечении погрешности ниже 0,01% число n выбирают равным 11, причем диаметр окружности расположения ИЭ выбирают из условия, чтобы он не менее чем в 1,6 раз превышал длину большей стороны пакета шин.
К недостатками прототипа следует отнести зависимость погрешности градуировки от отклонений в установке элементов от заданной окружности, разбросом параметров измерительных элементов и их зависимостью от параметров окружающей среды и времени.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченных недостатков, а именно повысить точность градуировки измерительных преобразователей больших постоянных токов за счет снижения методических и инструментальных погрешностей.
Для решения поставленной задачи в способ градуировки и поверки измерительных преобразователей больших постоянных токов включающий: установку измерительного элемента (ИЭ) около пакета шин и отдельной поверке этого элемента с помощью источника однородного магнитного поля, дополнительно используют ИЭ в виде замкнутого контура (петли) оптического волокна который пропускают через измерительные катушки с заданным числом витков, на измерительные катушки подают импульсы тока от стабильного источника постоянного тока с возможностью регулировки амплитуды импульсов тока, по результатам измерения падения напряжения на эталонном шунте, включенном последовательно в электрическую цепь с измерительными катушками. Градуировку измерительных преобразователей производят по результатам сравнения величины стабильного постоянного тока в цепи с измерительными катушками с показанием поверяемого (градуируемого) измерителя силы тока.
Существенным отличием является то, что предлагаемом техническом решении используют ИЭ в виде замкнутого контура (петли) оптического волокна который пропускают через измерительные катушки с заданным числом витков, на измерительные катушки подают импульсы тока от стабильного источника постоянного тока с возможностью регулировки амплитуды импульсов тока по результатам измерения падения напряжения на эталонном шунте, включенном последовательно с измерительными катушками. Данное решение позволяет не только с высокой точностью градуировать измерители тока с первичным датчиком-преобразователем в виде оптоволоконной петли, но и измерители тока с датчиками Холла или пояса Роговского.
-4
-5
Вторым существенным отличием является то, что градуировку измерительных преобразователей производят по результатам сравнения величины стабильного постоянного тока в цепи с измерительными катушками с показанием поверяемого (градуируемого) измерителя силы тока. Т.е. градуировку производят путем сравнения показаний поверяемого измерителя тока с величиной стабильного тока, установленной с погрешностью не превышающей 10-10 от заданной величины.
На фиг.1 изображена функциональная схема реализации способа градуировки и поверки измерительных преобразователей больших постоянных токов (волоконно-оптические датчики тока - ВОДТ), где приняты следующие обозначения: измерительная катушка - 1, намотана в виде соленоида; оптоволоконный кабель - 2, один из концов которого свернут в контур оптического волокна - 3; блок питания - 4, включен в электрическую цепь из последовательно соединенных измерительной катушки (1), электронного ключа 5 и шунта амперметра - 6; измерительный блок - 7, измеритель постоянного тока в диапазоне 25-300 кА (волоконно-оптический датчик тока); поляризационная пластинка 8.
Принцип действия устройства реализующего способ градуировки и поверки измерительных преобразователей больших постоянных токов основан на сравнении величины стабильного постоянного тока, установленного с помощью блока питания (4) и измеренного амперметром (5) с показанием поверяемого волоконно-оптического датчика тока (ВОДТ).
Как видно из фиг.1, устройство состоит из измерительной катушки (1) с точно заданным числом витков (ампервитков), источника стабильного тока (4), электронного ключа (5) и амперметра (6) для однократной подачи импульса тока в катушку (1). По оси измерительной катушки проложено оптоволокно (2). Один конец оптоволокна (2) подключен к измерительному блоку (7), а второй свернут в виде замкнутого измерительного контура (3), образуя петлю за счет стыковки второго конца волокна (2) (скол) с поляризационной пластинкой (8).
Устройство работает следующим образом: С помощью источника стабильного тока (4) и амперметра устанавливают ток в цепи катушек, согласно равенства
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>а</mi><mi>м</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>б</mi></mrow></msub></mrow><mi>N</mi></mfrac></mrow>
,
амп
раб
изм
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ш</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>а</mi><mi>м</mi><mi>п</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ш</mi></mrow><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ш</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>K</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ш</mi></mrow><mrow><mn>10</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><mstyle displaystyle="true"><mo>∑</mo><mrow><msubsup><mrow /><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mn>10</mn></mrow></msubsup><msubsup><mi>K</mi><mrow><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>ш</mi></mrow><mi>i</mi></msubsup></mrow></mstyle></mrow><mrow><mn>10</mn></mrow></mfrac></mrow>
где: I - показания амперметра; I - значение тока из рабочего диапазона ВОДТ, N - общее количество витков катушки (1). Одновременно снимают показания тока I с измерительного блока (7). Далее производят расчет масштабного коэффициента из выражения
, для каждого из 10 значений тока рабочего диапазона ВОДТ:
,
, ..
. На основе полученных результатов измерений, производят расчет среднего значения масштабного коэффициента по формуле
.
Конструктивный размер соленоида и диаметр провода, выбраны с учетом минимума сопротивления, при максимуме числа витков измерительной катушки.
Изобретение может быть использовано, для поверки и калибровки измерительных преобразователей больших постоянных токов, более конкретно для ВОДТ и др.