Конструкция разъемного бесконтактного преобразователя электрического тока

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, предназначена для преобразования электрического тока протекающего в измеряемом проводнике в электрический сигнал. Полезная модель может быть использована для электротехнических устройств регистрации тока в проводниках.
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 Российской Федерации на полезную модель №108364 (МПК G01R 19/15, опубл. 20.09.2011), 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 измеряемого проводника, а замкнутый магнитопровод, расположенный в корпусе датчика, выполнен из магнитомягкого материала.
Известен датчик тока по патенту Российской Федерации на полезную модель №21457 (МПК G01R 19/15, G01R 1/04 опубл. 20.01.2002), содержащий корпус из немагнитного материала с полостью для размещения измеряемого 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 Российской Федерации на изобретение №2100811 (МПК G01R 19/15, G01R 1/04 опубл. 27.12.1997), содержащий корпус из немагнитного материала, включающий основание и две противолежащие стенки, концентратор магнитного потока, размещенный по меньшей мере частично внутри корпуса, полость для размещения измеряемого 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 измеряемого 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 измеряемым 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 измеряемый проводник, на ось сердечника отлична от нуля. Данное техническое решение может быть использовано в качестве прототипа.
Недостатками указанных датчиков является сложность при эксплуатации, связанная с необходимостью фиксации крепежными элементами частей корпуса.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, состоит в создании бесконтактного преобразователя электрического тока удобного при эксплуатации.
Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в уменьшении времени подготовки к измерениям с одновременным повышением магниточувствительности и точности измерений. Уменьшение времени подготовки к измерениям достигается за счет установки измеряемого проводника в корпус без нарушения его целостности путем нажатия с одной стороны на крышку, с обеспечением легкого подъема крышки и возврата ее в исходное положение при снятии нажатия.
Для достижения вышеуказанного технического результата в бесконтактном преобразователе электрического тока, содержащим корпус из немагнитного материала с отверстием для размещения измеряемого проводника, концентратор магнитного потока и магниточувствительный элемент, где корпус выполнен из двух частей, по меньшей мере, одна из которых снабжена магниточувствительным элементом, корпус содержит основание и крышку, 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 с размещением в зазоре между ними магниточувствительного элемента, а третья часть концентратора размещена в крышке, крышка установлена на основание с помощью оси с возможностью поворота крышки вокруг оси, причем по одну сторону оси между основанием и крышкой установлена пружина, а по другую сторону оси расположен U-образный паз.
В частном случае реализации полезной модели магниточувствительный элемент выполнен в виде мостовой схемы Уинстона.
В частном случае реализации полезной модели конструкция разъемного бесконтактного преобразователя электрического тока дополнительно содержит схему усиления, соединенную с магниточувствительным элементом.
В частном случае реализации полезной модели магниточувствительный элемент может быть выполнен на основе биполярного магнитотранзистора или на основе полупроводникового диода с осью чувствительности вдоль поверхности кристалла.
Корпус содержит основание и крышку, в верхней части основания выполнен открытый U-образный паз с образованием при закрытии крышки сквозного отверстия для размещения в нем измеряемого проводника, крышка установлена на основание с помощью оси с возможностью поворота крышки вокруг оси, причем по одну сторону оси основание и крышка скреплены пружиной, а по другую сторону оси расположен U-образный паз - такое выполнение корпуса и крепления крышки позволяет легко устанавливать в U-образный паз измеряемый проводник (проводник, в котором измеряется ток). Выполнение концентратора магнитного потока из трех частей: две части которого симметрично размещены в основании вдоль U-образного паза, а третья часть концентратора размещена в крышке таким образом, что своими концами соприкасается с двумя частями концентратора, размещенными в основании, позволяет создавать непрерывный контур вокруг измеряемого проводника с током и зазором для размещения магниточувствительного элемента. Магниточувствительный элемент размещают в зазоре между двумя симметричными частями концентратора, которые расположены вокруг U-образного паза и имеют форму в сечении четверть овала. Такое размещение магниточувствительного элемента относительно концентраторов позволяет повысить магниточувствительность и точность измерений при предлагаемом выполнении корпуса.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
Фиг. 1 - схематичное изображение бесконтактного преобразователя электрического тока;
Фиг. 2 - схематическое расположение конструкционных элементов в корпусе.
Бесконтактный преобразователь электрического тока содержит корпус 1 из немагнитного материала с отверстием 2 для размещения измеряемого проводника с током (фиг. 1). Корпус выполнен из двух частей: основания 3 и крышки 4. В верхней части основания 3 выполнен открытый U-образный паз 5 с образованием при закрытии крышки 4 сквозного отверстия 2 для размещения в нем измеряемого проводника с током. Крышка 4 установлена на основание 3 с помощью оси 6 с возможностью поворота крышки 4 вокруг оси 6. По одну сторону оси 6 крышка подпружинена: между основанием и крышкой установлена пружина 7, а по другую сторону оси 6 расположен U-образный паз 5 (фиг. 2). Концентратор магнитного потока выполнен из трех частей: две части которого 8 и 9 симметрично размещены в основании 3 вдоль U-образного паза 5, а третья часть концентратора 10 размещена в крышке 4 так, что при растянутой пружине она находится в контакте с частями концентратора 8 и 9. Магниточувствительный элемент 11 размещают в зазоре между двумя симметричными частями концентратора 8 и 9, которые расположены вокруг U-образного паза 5.
Магниточувствительный элемент содержит четыре магниторезистивных элемента, соединенных слоем алюминия в мостовую схему Уинстона.
Конструктивно полезная модель выполнена в негерметичном немагнитном металлокерамическом корпусе. Конструкция разъемного бесконтактного преобразователя электрического тока предназначена для преобразования электрического тока протекающего в измеряемом проводнике диаметром от 1 мм до 2 мм в электрический сигнал.
Бесконтактный преобразователь электрического тока работает следующим образом. Измеряемый проводник устанавливают в отверстие 2 корпуса 1, располагая его перпендикулярно корпусу изделия. Для установки измеряемого проводника производится нажим на крышку 4 со стороны, где установлена пружина 7. Крышка 4 поворотом вокруг оси 6 поднимается. В паз 5 закладывают измеряемый проводник, отпускают крышку 4, пружина 7 распрямляется и крышка возвращается в исходное положение. При закрытой крышке 4 пружина 7 растянута, а при открытой - сжата.
Ток, протекающий по измеряемому проводнику, формирует магнитный поток, величина которого пропорциональна значению этого тока, усиливается и передается посредством пары концентраторов магнитного поля на магниточувствительный элемент 11, в котором происходит его преобразование в дифференциальный выходной сигнал. Напряжение на выходе магниточувствительного элемента пропорционально протекающему по измеряемому проводнику току.