Преобразователь электрического тока
ELECTRIC CURRENT CONVERTER

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для преобразования электрического тока протекающего в контролируемом проводнике в электрический сигнал. Изобретение может быть использовано для обнаружения тока в проводниках электротехнических устройств.
Известно изобретение по патенту США №4791361 (МПК G01R 1/04, опубл. 13.12.1988 г.), в котором описано техническое решение датчика тока, который содержит корпус из немагнитного материала с отверстием для размещения измеряемого проводника, концентратор магнитного потока и чувствительный элемент.
Известен разъемный датчик тока по патенту РФ на полезную модель №108634 (МПК G01R 19/15, опубл. 20.09.2011 г.), содержащий корпус, магнитопровод и чувствительный элемент, при этом корпус выполнен из немагнитного материала, состоит из двух частей - основания и кожуха - и имеет в месте стыка сквозное отверстие для размещения исследуемого проводника, а замкнутый магнитопровод, расположенный в корпусе датчика, выполнен из магнитомягкого материала.
Известен датчик тока по патенту РФ на полезную модель №21457 (МПК G01R 19/15, G01R 1/04 опубл. 20.01.2002 г.), содержащий корпус из немагнитного материала с полостью для размещения исследуемого проводника, концентратор магнитного потока, расположенный в корпусе датчика, а также чувствительный элемент, отличающийся тем, что датчик выполнен разъемным, с возможностью контроля голых проводников, и состоит из двух частей, по меньшей мере, одна из которых снабжена чувствительным элементом, при этом концентратор магнитного потока в рабочем положении датчика образует замкнутый контур.
Известен датчик тока по патенту РФ на изобретение №2100811 (МПК G01R 19/15, G01R 1/04 опубл. 27.12.1997 г.), содержащий корпус из немагнитного материала, включающий основание и две противолежащие стенки, концентратор магнитного потока, размещенный по меньшей мере частично внутри корпуса, полость для размещения исследуемого проводника, а также чувствительный элемент. Датчик снабжен автономной капсулой из немагнитного материала, а чувствительный элемент размещен внутри капсулы, которая снабжена терминалами, соединенными с чувствительным элементом, при этом полость для размещения исследуемого проводника образована концентратором магнитного потока, выполненного из магнитомягкого материала и имеющего в сечении U-образную форму, основание концентратора магнитного потока размещено над основанием корпуса, наружные поверхности стенок концентратора магнитного потока жестко соединены с внутренними поверхностями стенок корпуса, капсула в рабочем состоянии установлена внутри упомянутой полости над исследуемым проводником и жестко соединена со стенками концентратора магнитного потока, а чувствительный элемент выполнен в виде катушки индуктивности с сердечником, ориентированным в рабочем состоянии так, что проекция вектора магнитного потока, сформированного протеканием тока через исследуемый проводник, на ось сердечника отлична от нуля.
Известна конструкция разъемного бесконтактного преобразователя электрического тока полезной модели РФ №190742, содержащая корпус с отверстием для размещения измеряемого проводника. Корпус выполнен из двух частей: основания и крышки. В верхней части основания выполнен открытый U-образный паз с образованием при закрытии крышки сквозного отверстия для размещения в нем измеряемого проводника. Концентратор магнитного потока выполнен из трех частей: две части которого симметрично размещены в основании вдоль U-образного паза, а третья часть концентратора размещена в крышке. Магниточувствительный элемент размещен в зазоре между двумя симметричными частями концентратора, которые расположены вокруг U-образного паза.
Известен датчик тока (заявка на изобретение США US 20140167750, опубл. 19.06.2014, МПК G01R 19/00) содержащий разъемный корпус с отверстием для размещения контролируемого проводника, концентратор магнитного потока и магниточувствительный элемент. Корпус выполнен из двух частей: основания и крышки с полукруглыми пазами с образованием при закрытии крышки сквозного круглого отверстия для размещения в нем контролируемого проводника; концентратор магнитного потока выполнен из трех частей, с возможностью соединения первой части концентратора с торцами двух других частей концентратора с образованием разомкнутого контура, в зазоре которого размещен магниточувствительный элемент; в крышке размещена упругая пластина, взаимодействующая с первой частью концентратора, размещенного вдоль паза крышки; две другие части концентратора симметрично размещены вдоль паза основания; корпус выполнен с возможностью соединения основания и крышки по направляющим, которыми снабжена крышка, с пазами, которые выполнены в корпусе.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании гальванически изолированного преобразователя электрического тока, позволяющего проводить измерения как постоянного, так и переменного электрического тока.
Технический результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, выражается в увеличении надежности фиксации контролируемого проводника в отверстии преобразователя электрического тока, увеличении чувствительности и точности измерений, возможности измерения как постоянного, так и переменного электрического тока, протекающего в контролируемом проводнике.
Для достижения вышеуказанного технического результата преобразователь электрического тока содержит разъемный корпус с отверстием для размещения контролируемого проводника, концентратор магнитного потока и магниточувствительный элемент, где корпус выполнен из двух частей: основания и крышки с полукруглыми пазами с образованием при закрытии крышки сквозного круглого отверстия для размещения в нем контролируемого проводника; концентратор магнитного потока выполнен из трех частей, с возможностью соединения первой части концентратора с торцами двух других частей концентратора с образованием разомкнутого контура, в зазоре которого размещен магниточувствительный элемент; в крышке размещена упругая пластина, взаимодействующая с первой частью концентратора, размещенного вдоль паза крышки; две другие части концентратора симметрично размещены вдоль паза основания; корпус выполнен с возможностью соединения основания и крышки по направляющим, которыми снабжена крышка, с пазами, которые выполнены в корпусе, преобразователь дополнительно снабжают петлевыми пружинными элементами, закрепленными с одного конца в основании с возможностью поворота, с размещением при фиксации противоположных концов пружинных элементов в углублении, выполненном в крышке; основание содержит кремниевый кристалл, на поверхности которого выполнен магниточувствительный элемент, состоящий из тонкопленочных магниторезистивных элементов, соединенных в мостовую схему Уинстона, над которыми расположена планарная катушка подмагничивания, с двух сторон от которого выполнены заглубления, в которых размещены концентраторы.
Фиксирование крышки и основания петлевыми пружинными элементами увеличивает надежность фиксации основания и крышки, при этом достигается точное позиционирование и совмещение частей концентраторов, что, в свою очередь, увеличивает чувствительность и точность измерений. Выполнение магниточувствительного элемента, состоящим из тонкопленочных магниторезистивных элементов, соединенных в мостовую схему Уинстона, над которыми расположена планарная катушка подмагничивания, с двух сторон от которого выполнены заглубления, в которых размещены концентраторы, что также увеличивает чувствительность и точность измерений. Также реализация магниточувствительного элемента посредством соединения тонкопленочных магниторезистивных элементов в мостовую схему Уинстона, позволяет в отличие от прототипа контролировать в проводнике как постоянный, так и переменный электрический ток. Использование всех отличительных признаков в совокупности приводит к синергическому эффекту.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
Фиг. 1 - схема преобразователя электрического тока;
Фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.
Преобразователь электрического тока содержит разъемный корпус 1 с отверстием 2 для размещения контролируемого проводника (не показан) (фиг. 1). Корпус 1 выполнен из двух частей: основания 3 и крышки 4 с полукруглыми пазами 5 и 6 с образованием при закрытии крышки сквозного круглого отверстия 2 для размещения в нем контролируемого проводника. Преобразователь электрического тока содержит магниточувствительный элемент 7 и концентратор магнитного потока. Концентратор магнитного потока выполнен из трех частей, с возможностью соединения первой части концентратора 8 с торцами двух других частей концентратора 9 и 10, при этом образуется разомкнутый контур, в зазоре которого размещен магниточувствительный элемент 7. Первая часть концентратора 8 имеет форму полуокружности и размещена вдоль паза 6 крышки 4. Две другие части концентратора 9 и 10 имеют форму дуги, близкую к четверти окружности, и симметрично размещены вдоль паза 5 основания 3. В крышке 4 размещена упругая пластина 11, взаимодействующая с первой частью концентратора 8. Пластина оказывает давление на концентратор и способствует более плотному прилеганию торцов первой части концентратора 8 к торцам двух других частей концентратора 9 и 10. Корпус 1 выполнен с возможностью соединения основания 3 и крышки 4 по направляющим 12, которыми снабжена крышка 4, с пазами 13, которые выполнены в основании 3 корпуса 1 (фиг. 2).
Преобразователь снабжен петлевыми пружинными элементами 14, закрепленными с одного конца 15 в основании 3 с возможностью поворота вокруг точки крепления, с размещением при фиксации противоположных концов пружинных элементов 16 в углублениях 17, выполненных в крышке 4. Основание 3 содержит кристалл, на поверхности которого выполнен магниточувствительный элемент 7, состоящий из тонкопленочных магниторезистивных элементов, соединенных в мостовую схему Уинстона, над которыми расположена планарная катушка подмагничивания, с двух сторон от которого выполнены заглубления, в которых размещены концентраторы 9 и 10.
Преобразователь электрического тока предназначен для преобразования электрического тока протекающего в контролируемом проводнике диаметром от 5 мм до 6 мм в электрический сигнал.
Преобразователь электрического тока работает следующим образом. Контролируемый проводник устанавливают в отверстие 2 корпуса 1, располагая перпендикулярно корпусу изделия. Для установки контролируемого проводника, его располагают в пазу 5 основания 3, далее устанавливают крышку 4 по направляющим 13, и производят фиксацию путем поворота пружинных петлевых элементов 14 вокруг точки их крепления у основания с охватом крышки 4 сверху, при этом верхние части петлевых элементов 16 размещаются в углублениях 17, выполненных на поверхности крышки 4.
Электрический ток, протекающий по контролируемому проводнику, формирует магнитный поток, величина которого пропорциональна значению этого тока, усиливается и передается посредством концентраторов магнитного поля 8-10 на чувствительный элемент 7, в котором происходит его преобразование в дифференциальный выходной сигнал. Напряжение на выходе чувствительного элемента пропорционально протекающему по контролируемому проводнику электрическому току.