Вимірювальний пристрій з дільником електричного напруги

 

Область техніки, до якої належить винахід

Даний винахід відноситься до вимірювального пристрою з дільником електричного напруги, містить:

перший вимірювальний резистор, приєднаний між входом для вимірювання напруги і загальною точкою,

другий вимірювальний резистор, приєднаний між вищезгаданої загальної точкою і базовим електричним заземленням,

вихід для вимірювання, з'єднаний з загальною точкою,

кожух зовнішнього екранування, оточуючий перший і другий вимірювальні резистори, з'єднані з базовим електричним заземленням, і

внутрішній ємнісний електрод, навколишній вищезазначені перший і другий вимірювальні резистори і розташований всередині вищезазначеного кожуха зовнішнього екранування.

Попередній рівень техніки

Відомі пристрої для вимірювання середнього електричного напруги та високої електричної напруги, представлені на Фіг.1, містять перший високоомний резистор 1, з'єднаний з входом 2 для вимірювання високої напруги, і другий опорний низькоомний резистор 3, з'єднаний з електричним заземленням 4. Ці два резистора з'єднані з загальною точкою 5 для формування мосту сопроьтние резистивні дільники напруги розташовані в кожусі 7 зовнішнього екранування, навколишній вимірювальні резистори 1 і 3. При такому розташуванні конструктивні ємності 8 виявляються між резистором 1 і заземленим зовнішнім кожухом. Ці ємності розподіляються по всій довжині резистора 1 і зовнішнього кожуха 7. Таким чином, вимірювальний резистор 1 і ємності 8 формують розподілений фільтр нижніх частот. Такий фільтр генерує зсув фаз вихідного сигналу відносно вхідного сигналу напруги і послаблює високі частоти сигналу, зокрема гармонійні складові.

Інші пристрої, представлені на Фіг.2, містять внутрішній ємнісний електрод 9, навколишній вимірювальні резистори 1 і 3. В цілому, цей електрод, розташований у кожусі 7 зовнішнього екранування, з'єднаний з виходом 6 для вимірювання. Такий пристрій описано в заявці на патент DE 19841164.

Пристрої, що містять внутрішній ємнісний електрод, мають покращений зсув фаз. Однак зсув фаз все ще занадто високий для використання цих пристроїв у системах вимірювання електроенергії. У цих пристроях, крім іншого, вимірювання сигналів, що містять гармонічні складові з високим рівнем, не є достатньо точним.

Сутність винаходу

Завдання винаходу полягає в тому, щоб пр�рять гармонійні сигнали високого рівня, і мають мале відхилення зсуву фаз в залежності від температури.

Вимірювальний пристрій з дільником електричного напруги згідно з винаходом, що містить:

перший вимірювальний резистор, приєднаний між входом для вимірювання напруги і загальною точкою,

другий вимірювальний резистор, приєднаний між вищезгаданої загальної точкою і базовим електричним заземленням,

вихід для вимірювання, з'єднаний з загальною точкою,

кожух зовнішнього екранування, оточуючий перший і другий вимірювальні резистори, з'єднаний з базовим електричним заземленням, і

внутрішній ємнісний електрод, оточуючий перший і другий вимірювальні резистори і розташований всередині кожуха зовнішнього екранування,

містить схему компенсації зсуву фаз, з'єднані між внутрішнім ємнісним електродом і загальною точкою.

У кращому варіанті здійснення схема компенсації є двополюсною схемою з двома входами-виходами. Схема компенсації переважно є фазоопережающей схемою. Схема компенсації переважно містить, щонайменше, один резистор і один конденсатор. Схема компенсації переважно містить, по мен�атури.

У відповідності з першим альтернативним варіантом здійснення схема компенсації розташована всередині внутрішнього ємнісного електрода.

У відповідності з другим альтернативним варіантом здійснення внутрішній ємнісний електрод з'єднаний з виходом для компенсації, а схема компенсації приєднана між виходом для компенсації та виходом для вимірювання.

Перший вимірювальний резистор переважно має значення опору понад 50 мегаом.

У конкретному варіанті здійснення пристрій містить:

перший ізолюючий шар між кожухом зовнішнього екранування і внутрішнім ємнісним електродом, і

другий ізолюючий шар між внутрішнім ємнісним електродом і першим вимірювальним резистором,

перший і другий ізолюючі шари, що мають, по суті, ідентичні зміни діелектричних параметрів в залежності від температури.

Короткий опис креслень

Інші переваги та відмінні ознаки стануть більш очевидними з подальшого опису конкретних варіантів здійснення винаходу, даного виключно для неограничивающего прикладу і показаного в кресленнях, на яких:

Фіг.1 і 2 зображують вимірювальні прилади з мостом�і з першим варіантом здійснення винаходу;

Фіг.4 зображує першу схему для моделювання пристрою у відповідності з варіантом здійснення винаходу;

Фіг.5 зображує вимірювальний пристрій у відповідності з другим варіантом здійснення винаходу;

Фіг.6 зображує другу схему для моделювання пристрою у відповідності з варіантом здійснення винаходу;

Фіг.7-9 зображують схеми компенсації, використовувані в пристроях згідно з винаходом.

Детальний опис переважних варіантів здійснення винаходу

Фіг.3 зображує вимірювальний пристрій з дільником електричного напруги, містить перший вимірювальний резистор 1, приєднаний між входом 2 для вимірювання напруги і загальною точкою 5, другий вимірювальний резистор 3, приєднаний між згаданої загальної точки 5 і базовим електричним заземленням 4, і вихід 6 для вимірювання, з'єднаний з згаданої загальною точкою. Пристрій також містить кожух 7 зовнішнього екранування, оточуючий перший і другий вимірювальні резистори 1 і 3 і з'єднаний з базовим електричним заземленням 4. Кожух 7 захищає резистори від зовнішніх по відношенню до пристрою електромагнітних і електростатичних перешкод. Внутрішній ожухе зовнішнього екранування. Це дозволяє передавати сигнали, зібрані за допомогою ємнісного з'єднання з резисторами, на вихідний сигнал.

Згідно з винаходом пристрій містить схему 10 компенсації зсуву фаз, з'єднані між внутрішнім ємнісним компенсаційних електродом 9 і згаданої загальної точки 5. Схема 9 компенсації містить електронні компоненти, що виконують точну компенсацію зсуву фаз між вихідним сигналом на виході 6 і вхідним сигналом високої напруги на вході 2. Схема компенсації також дозволяє гарантувати практично постійне ослаблення сигналу в смузі пропускання вимірюваного сигналу таким чином, щоб вимірювати гармонійні складові високого рівня. Смуга пропускання вимірюваного сигналу повинна, наприклад, переважно перебувати між основною частотою і гармонікою тринадцять (рівнем 13).

У варіанті здійснення на Фіг.3 схема 10 компенсації розташована всередині внутрішнього ємнісного електрода 9. Схема 10 виконана у формі друкованої плати, що містить електронні компоненти.

Фіг.4 зображує першу схему для моделювання пристрою у відповідності з варіантом здійснення винаходу. Резистори 1 і 3 формують міст резистивного делй боку, а розподілені конденсатори 11 між внутрішнім ємнісним електродом 9 і зовнішнім кожухом 7 формують ємнісний дільник. Схема 10 компенсації приєднана між ємнісним дільником і резистивним дільником напруги таким чином, щоб оптимізувати або зменшити зсув фаз спільно з збільшенням смуги пропускання пристрою.

У варіанті здійснення на Фіг.5 внутрішній ємнісний електрод 9 з'єднаний з виходом 12 для компенсації, а схема 10 компенсації під'єднується між виходом 12 для компенсації і виходом 6 для вимірювання. Схема 10 виконана у вигляді друкованої плати, що містить електронні компоненти у разі їх знаходження за межами зовнішнього кожуха 7.

Фіг.6 зображує другу схему для моделювання пристрою у відповідності з варіантом здійснення винаходу. У цій схемі розподілений резистор 1 і розподілені конденсатори 8 представлені за допомогою послідовності резистивно-ємнісних (RC) фільтрів.

Схема компенсації переважно є двополюсною схемою з двома входами-виходами 13 і 14, як показано на Фіг.7, 8 і 9. Схема компенсації в більшості випадків є фазоопережающей схемою. Однак цей зсув фаз може налаштовуватися відповідно до сд� пов'язаної з ним схеми вимірювання струму, в межах вимірювання активної або реактивної потужності або коефіцієнта потужності установки.

У спрощених версій схема компенсації містить резистор 15, з'єднаний послідовно з конденсатором 16, як на Фіг.7, або поєднаний паралельно з конденсатором 17 і резистором 18, як на Фіг.8.

Шари діелектричних матеріалів, розташовані між резистором 1 і внутрішнім ємнісним електродом 9 і між внутрішнім ємнісним електродом і зовнішнім кожухом 7, можуть мати діелектричні параметри, які змінюються у відповідності з температурою. Внаслідок цього значення ємностей конденсаторів 8 і 11 також змінюються відповідно з температурою. Такі зміни впливають на зсув фаз і на смугу пропускання. Для обмеження цих ефектів пристрій у відповідності з варіантом здійснення винаходу містить перший ізолюючий шар 30 між кожухом зовнішнього екранування і внутрішнім ємнісним електродом, і другий ізолюючий шар 31 між внутрішнім ємнісним електродом і першим вимірювальним резистором, виготовленим із матеріалів, що мають, по суті, ідентичні зміни діелектричних параметрів у відповідності з температурою. Бажано, щоб матеріал був ідентичний для �жит, щонайменше, один електронний компонент, в якому кількість електрики змінюється залежно від температури. На Фіг.9 показана складна схема компенсації. Вона містить перший конденсатор 19, з'єднаний послідовно з резистором 20 і послідовно з паралельним RC-елементом, що містить конденсатор 21 і резистор 22, мають значення ємності і опору, що змінюються у відповідності з температурою. Температурний коефіцієнт резистора 22 може бути позитивним температурним коефіцієнтом (PTC) або від'ємним температурним коефіцієнтом (NTC).

Описана вище схема компенсації дозволяє отримати пристрій для вимірювання напруги з дуже високоомними резисторами 1. Вимірювальний резистор 1 переважно має значення опору понад 50 мегаом (MΩ). Високі значення опору дозволяють обмежувати розсіяння електроенергії в вимірювальних приладах, завдяки чому є можливість зменшити розмір пристрою.

Описані вище пристрої, зокрема, підходять для вимірювання середньої напруги, високої напруги або надвисокої напруги, наприклад, від 1000 до 100000 Ст.

1. Вимірювальний пристрій з дільником електричного напругою�бщей точкою (5),
другий вимірювальний резистор (3), приєднаний між загальною точкою (5) і базовим електричним заземленням (4),
вимірювальний вихід (6), з'єднаний з загальною точкою (5),
кожух (7) зовнішнього екранування, оточуючий перший і другий вимірювальні резистори, з'єднаний з базовим електричним заземленням (4),
внутрішній ємнісний електрод (9), оточуючий перший і другий вимірювальні резистори і розташований всередині кожуха (7) зовнішнього екранування,
відрізняється тим, що містить схему (10) компенсації зсуву фаз, з'єднані між внутрішнім ємнісним електродом (9) і загальною точкою (5).

2. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що схема (10) компенсації є двополюсною схемою з двома входами-виходами (13, 14).

3. Пристрій по кожному з пп.1 або 2, який відрізняється тим, що схема (10) компенсації є фазоопережающей схемою.

4. Пристрій по кожному з пп.1 або 2, який відрізняється тим, що схема (10) компенсації містить, щонайменше, один резистор (15, 18, 20, 22) і один конденсатор(16, 17, 19, 21).

5. Пристрій по кожному з пп.1 або 2, який відрізняється тим, що схема (10) компенсації містить, щонайменше, один електронний компонент (22), в якому електричний параметр змінюється у відповідності�на внутрішньому ємнісному електроді (9).

7. Пристрій по кожному з пп.1 або 2, який відрізняється тим, що внутрішній ємнісний електрод (9) з'єднаний з виходом (12) компенсації, а схема (10) компенсації приєднана між виходом (12) компенсації і вимірювальним виходом (6).

8. Пристрій по кожному з пп.1 або 2, який відрізняється тим, що перший вимірювальний резистор (1) має значення опору понад 50 мегаом.

9. Пристрій по кожному з пп.1 або 2, який відрізняється тим, що містить:
перший ізолюючий шар (30) між кожухом (7) зовнішнього екранування і внутрішнім ємнісним електродом (9), і
другий ізолюючий шар (31) між внутрішнім ємнісним електродом (9) і першим вимірювальним резистором (1),
перший і другий ізолюючі шари, що мають, по суті, ідентичні зміни діелектричних параметрів у відповідності з температурою.



 

Схожі патенти:

Спосіб вимірювання діючого значення напруги в електричних ланцюгах змінного струму

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і призначене для вимірювання діючого значення напруги в електричних мережах змінного струму

Спосіб вимірювання постійної складової сигналу

Винахід відноситься до області электрорадиоизмерений

Перетворювач середньоквадратичного значення напруги

Винахід відноситься до електроніки

Спосіб вимірювання постійної складової гармонійного сигналу

Винахід відноситься до электрорадиоизмерениям, а саме до вимірюванням постійної складової гармонійного сигналу

Вимірювальний перетворювач великого струму

Винахід відноситься до галузі електричних вимірювань, зокрема до вимірювання великих постійних струмів пакету шин

Спосіб вимірювання ефективного значення змінної напруги (варіанти)

Винахід відноситься до електровимірювальної техніки, зокрема до вимірів діючого значення змінної напруги за результатами оцінки вибірок такої напруги
Up!