СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТОКА
METHOD FOR CALIBRATING A MEASURING CURRENT CONVERTER

Изобретение касается устройства измерительного преобразования тока, имеющего измерительный преобразователь тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, при этом измерительный преобразователь тока имеет чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, по меньшей мере в одну физическую величину, а также измерительное устройство для измерения этой физической величины.
Изобретение касается также способа калибровки измерительного преобразователя тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, который имеет чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, в некоторую физическую величину, а также соответствующего компьютерного программного продукта для осуществления этого способа.
Устройство измерительного преобразования тока вышеназванного вида в виде магнитооптического измерительного преобразователя тока известно из публикации US 3 605 013 A. Чувствительным к магнитному полю элементом служит там световодная катушка, которая преобразует магнитное поле, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, в изменение состояния поляризации лазерного света, который проходит через световодную катушку. Измерительным устройством служит система анализатора и детектора. Устройство измерительного преобразования тока, которое работает на основе очень похожего принципа измерения, показывается в публикации DE 25 48 278 A1.
В противоположность индуктивным преобразователям тока по принципу трансформатора (называемым далее традиционными преобразователями тока), у которых подлежащий определению электрический ток вдоль токопроводящей дорожки получается из измеренного тока на вторичной стороне и отношения чисел витков между первичной и вторичной стороной, нетрадиционные преобразователи тока, такие как, например, упомянутые ранее магнитооптические преобразователи тока, нормальным образом должны калиброваться.
Задачей изобретения является предложить меры для простой и надежной калибровки измерительного преобразователя тока.
Решение задачи осуществляется с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
У предлагаемого изобретением устройства измерительного преобразования тока, имеющего измерительный преобразователь тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, который осдержит чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, по меньшей мере в одну физическую величину, а также измерительное устройство для измерения этой физической величины, предусмотрено, что это устройство измерительного преобразования тока имеет также катушечную систему для симуляции магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, которая включает в себя по меньшей мере одну катушку.
Для калибровки измерительного преобразователя тока устройства измерительного преобразования тока посредством катушечной системы, имеющейся в устройстве измерительного преобразования тока, может генерироваться магнитное поле, которое представляет собой эквивалент магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки. То есть нужные для калибровки компоненты уже имеются в устройстве измерительного преобразования тока, так что для калибровки не должна специально создаваться никакая конструкция. Кроме того, имеющиеся здесь компоненты используют для калибровки отношения чисел витков (число витков в проводящей дорожке к числу витков у группы катушек катушечной системы) по принципу трансформатора.
В частности, предусмотрено, что расположение внутри устройства и ориентация катушечной системы относительно чувствительного к магнитному полю элемента являются жестко задаваемыми или жестко заданными.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что чувствительный к магнитному полю элемент имеет форму катушки или кольца или рамки. Такая форма нужна, в частности, для шинного преобразователя.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения катушка или по меньшей мере одна из катушек по меньшей мере на отдельных участках окружает чувствительный к магнитному полю элемент. При форме чувствительного к магнитному полю элемента в виде катушки или кольца или рамки термин «участок» относится к периметрическим участкам формы катушки или кольца или рамки.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что чувствительный к магнитному полю элемент является оптически активным элементом и/или намагничиваемым элементом.
Предпочтительно предусмотрено, что указанная по меньшей мере одна физическая величина представляет собой
- состояние оптически активного элемента в отношении величины, описывающей какое-либо оптическое свойство, и/или
- состояние намагничиваемого элемента в отношении величины, описывающей какое-либо магнитное свойство.
В другом предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, что устройство измерительного преобразования тока имеет генератор тока для снабжения током указанной по меньшей мере одной катушки для симуляции магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки.
Наконец, в отношении устройства измерительного преобразования тока предпочтительно предусмотрено, что оно имеет устройство управления и/или регулирования для осуществления процесса калибровки для калибровки измерительного преобразователя тока. Это устройство, как правило, соединено по сигнальной технологии с измерительным устройством и генератором тока. Предпочтительно устройство управления и/или регулирования представляет собой компьютерное устройство управления и/или регулирования.
В одном из предлагаемых изобретением способов калибровки измерительного преобразователя тока для измерения электрического тока, вдоль токопроводящей дорожки, который имеет чувствительный к магнитному полю элемент для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки, в некоторую физическую величину, предусмотрено, что для калибровки измерительного преобразователя тока посредством катушечной системы, включающей в себя по меньшей мере одну катушку, симулируется магнитное поле, являющееся результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки.
В частности, предусмотрено, что измерительный преобразователь тока является частью вышеназванного устройства измерительного преобразования тока, и катушечная система этого устройства измерительного преобразования тока используется для симуляции магнитного поля.
У предлагаемого изобретением компьютерного программного продукта предусмотрено, что он включает в себя части программы, которые, загруженные в процессор компьютерного устройства управления и/или регулирования, предназначены для осуществления вышеназванного способа.
Далее схематично показаны на чертежах и подробнее описываются ниже примеры осуществления изобретения. При этом показано:
фиг.1: система из  токопроводящей дорожки и устройства измерительного преобразования тока по одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, и
фиг.2: части устройства измерительного преобразования тока по другому предпочтительному варианту осуществления изобретения.
На фиг.1 показано устройство 10 измерительного преобразования тока, центральным компонентом которого является собственно измерительный преобразователь 12 тока для измерения электрического тока вдоль токопроводящей дорожки 14. Эта токопроводящая дорожка 14 образуется, например, вдоль электрического провода 16. Измерительный преобразователь 12 тока имеет чувствительный к магнитному полю элемент 18 для преобразования магнитного поля, являющегося результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки 14, по меньшей мере в одну другую физическую величину. Этот чувствительный к магнитному полю элемент 18 представляет собой ферромагнитный намагничиваемый элемент 20, который имеет форму кольца или, соответственно, рамки, через которую проведен электрический провод 16. Намагничиваемый элемент 20 выполнен в виде своего рода кольцевого сердечника 22, а показанный здесь измерительный преобразователь 12 тока представляет собой так называемый шинный преобразователь для по существу прямолинейно проходящей токопроводящей дорожки 14. Но альтернативно токопроводящая дорожка 14 могла бы также проходить в области измерения иначе, например, изогнуто в форме катушки.
Измерительный преобразователь 12 тока имеет также установленное на чувствительном к магнитному полю элементе 18 измерительное устройство 24 для измерения физической величины, предоставляемой чувствительным к магнитному полю элементом 18. В показанном здесь примере измерительное устройство 24 представляет собой сенсор магнитного поля, который расположен в зазоре в кольцевом или рамочном ферромагнитном намагничиваемом элементе 20 и выполнен в виде сенсора Холла. Такой сенсор магнитного поля измеряет в качестве физической величины плотность B магнитного потока. Альтернативными видами сенсоров магнитного поля являются зонды Ферстера и XMR-сенсоры, то есть магниторезистивные сенсоры, такие как GMR- (англ. giant magnetoresistance, гигантского магнитосопротивления), AMR- (англ. anisotropic magnetoresistance, анизотропного магнитосопротивления) или CMR- (англ. colossal magnetoresistance, колоссального сопротивления) сенсор.
Наряду с этими компонентами измерительного преобразователя 12 тока устройство 10 измерительного преобразования тока имеет также катушечную систему 26, имеющую одну или несколько катушек 28. В показанном здесь примере фиг.1 это только одна единственная катушка 28. Эта катушка окружает некоторый периметрический участок кольцевого или рамочного ферромагнитного намагничиваемого элемента 20, который образует по отношению к катушке 28 сердечник катушки, точнее говоря, кольцевой сердечник 22. Посредством катушечной системы 26 можно симулировать магнитное поле, являющееся результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки 14, и вместе с тем простым образом достаточно точно калибровать измерительный преобразователь тока. И здесь отношение между током текущим через катушку 28, и симулируемым электрическим током, вдоль токопроводящей дорожки 14 (при числе витков N=1), получается непосредственно из числа витков катушки 28.
Катушечная система 26 имеет также (не показанные здесь) разъемы для подключения генератора 30 тока для снабжения током указанной по меньшей мере одной катушки 28. Альтернативно или дополнительно устройство 10 измерительного преобразования тока сразу одновременно имеет этот генератор тока. Кроме того, устройство 10 измерительного преобразования тока имеет также еще устройство 32 управления и/или регулирования для осуществления процесса калибровки для калибровки измерительного преобразователя 12 тока. Это устройство, как правило, соединено по сигнальной технологии с измерительным устройством 24 и генератором 30 тока. Предпочтительно устройство 32 управления и/или регулирования представляет собой компьютерное устройство управления и/или регулирования.
Получается следующий принцип действия.
Для калибровки измерительного преобразователя 12 тока устройства 10 измерительного преобразования тока посредством жестко инсталлированной в устройстве 10 измерительного преобразования тока катушечной системы симулируется магнитное поле, являющееся результатом течения тока вдоль токопроводящей дорожки 14.
Получаются следующие преимущества.
Нужные для калибровки компоненты уже имеются в устройстве 10 измерительного преобразования тока, так что для калибровки не должна создаваться никакая конструкция. Кроме того, имеющиеся здесь компоненты используют отношение чисел витков (число витков проводника к числу витков совокупности катушек катушечной системы) по принципу трансформатора.
Другими словами: для нетрадиционных измерительных преобразователей 12 тока, которые не работают по принципу трансформатора, как индуктивные измерительные преобразователи тока, и поэтому должны калиброваться, теперь при калибровании используются преимущества принципа трансформатора.
На фиг.2 показан один из альтернативных вариантов осуществления устройства 10 измерительного преобразования тока. Измерительный преобразователь 12 тока этого устройства 10 измерительного преобразования тока представляет собой магнитооптический измерительный преобразователь тока, похожий на магнитооптический измерительный преобразователь тока из уже упомянутой публикации US 3 605 013 A.
Чувствительный к магнитному полю элемент 18 представляет собой оптически активный элемент 34, который выполнен в форме кольцевого элемента 36. Лежащий в основе эффект представляет собой, например, эффект Фарадея, а результирующая величина - вращение плоскости поляризации или другое измеряемое изменение свойства поляризации. Через оптический вход 38 свет, имеющий известные свойства поляризации, вводится в кольцевой элемент 36 и после этого через оптический выход 40 выводится из кольцевого элемента 36 и вводится в выполненное в виде анализатора поляризации измерительное устройство 24.
Катушечная система 26 показанного на фиг.2 варианта осуществления имеет несколько катушек 28. При этом варианте осуществления измерительного преобразователя 12 тока это необходимо, чтобы генерировать достаточное изменение свойства поляризации света (например, вращения плоскости поляризации).
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 Устройство измерительного преобразования тока
12 Измерительный преобразователь тока
14 токопроводящая дорожка
16 Электрический провод
18 Чувствительный к магнитному полю элемент
20 Намагничиваемый элемент
22 Кольцевой сердечник
24 Измерительное устройство
26 Катушечная система
28 Катушка
30 Генератор тока
32 Устройство управления и/или регулирования
34 Оптически активный элемент
36 Кольцевой элемент
38 Оптический вход
40 Оптический выход