Устройство для обнаружения аномальных токов

Союз Советск ихСоциапистичесиикРеспублии ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено О).1279 (21) 2817803/18-21с присоединением заявки ЭЙ(51)М, Кл. 6 01 В 19/00 ФЬеударетюай камнтет СССР аф делам кзебретеник и открытий(72) Авторы изобретения С. И. Корищ и С. В. Кислых ральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского конструкторского института "Цветметавтоматика"(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНОМАЛЬНЫХТОКОВ спечехарак ьной чиков и их подбония идентичных мтеристик, а такжсхемы обработки а с целью о трологическ дифференци нформации с тчико являетсяя двух датИзобретение относится к измерительной технике и может применяться для обнаружения токовых нагрузок в цепях постоянного и пульсирующего токов. Преимущественная область использования - обнаружение коротких замыканий между электродами медерафинировочных электролизеров.Известно устройство для обнаруже" . ния аномальных токов, содержащее два датчика напряженности магнитного по 30 ля, располагаемых на различных расстояних от контролируемой шины или катодной штанги (в случае контроля токовой нагрузки катодов при рафинировании металлов). Сигналы с датчиков поступают на измерительный блок, в котором формируется разностный сигнал. Последний сравнивается с допустимым пороговым значением, и в результате20 сравнения обеспечивается обнаружение аномального тока 1.Недостатком устройстванеобходимость использовани Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для обнаружения аномальных токов, содержащее чувствительный элементв виде катушки индуктивности с немагнитным сердечником, измерительный ипороговый блоки для анализа амплитудыимпульса, снимаемого с чувствительного элемента. Катушка индуктивностирасположена на клещеобразном захватном приспособлении, открытом в нормальном состоянии. При установке наконтролируемую шину .или катодную штангу захваты закрываются. При этом катушка пересекает магнитные силовые линиивблизи катодной штанги, в результатечего в катушке наводится импульс ЗДС,амплитуда которого пропорциональнаконтролируемому току (.21., 892320Недостатком устройства являетсяего низкая надежность в связи с необходимостью использования подвижныхузлов в чувствительном элементе, цтоне позволяет обеспецить длительнуюкачественную работу устройства, например, в сложных условиях медерафини-;ровочного производства: при налицииагрессивных паров серной кислоты, повышенной температуре. Необходимь 1 мусловием нормальной работы устройства является обеспецение постояннойскорости перемещения захватов при ихзакрывании независимо от усилия установки устройства на контролируемуюкатодную штангу, Несмотря наналичие,в известном устройстве ряда специальных демпфирующих приспособлений,предназначенных для выполнения этоготребования, длительная работа в указанных сложнь 1 х условиях приводит кизменению скорости хода захватов,что вызывает расстройку устройства иприводит к большой погрешности изме"рения тока,Другим недостатком устройства, приводящим к большой погрешности обнаружения аномальных токов, является влияние на результат измерения тока вданной шине магнитного поля сосед"них шин (или магнитного поля сосед"них катодных штанг в слуцае электрорафинирования металлов). Например,при контроле токовой нагрузки катодовв ванне при рафинировании меди,су"щественное влияние на результат измерения оказывает расположенные наблизком расстоянии катодные штангисоседних электродов. Это объясняетсятем, цто в исходном состоянии захваты устройства открыты и приближенык соседним электродам. При этом устройство реагирует не только на магнитное поле контролируемого катода, но ина магнитное поле соседних катодов,цто существенно искажает результатизмерения,Кроме того, недостатком известногоустройства является низкая помехоза"щищенность по отношению к импульснымпомехам. Последние являются наиболеехарактерными для условий злектрорафинирования металлов. Они вызываютсявключением и отключением электролизеров, появляются при возникновениикоротких замыканий между электродамив ванных, возникают при искренияхв роликах кранов, перемещающихся поцеху.5 о 30 35 Полезным сигналом известного устройства является импульс ЭДС, возникающий в катушке чувствительного элемента при закрывании захватов.Поскольку помеха имеет также импульсный характер, то, поступая на входизмерительной схемы или складываясьс полезным сигналом, она существенновлияет на работу устройства,Цель изобретения - повышение надежности,увеличение помехозащищенности и повышение чувствительности уст"ройства.Поставленная цель достигается тем, цто в устройстве, содержащем последовательно включенные элемент в виде катушки индуктивности с сердечником, измерительный и пороговый блоки, сердецник выполнен из магнитномягкого материала в виде пакета П-образных, электрических изолированных друг отдруга пластин, а измерительный блоквыполнен в виде автогенератора на транзисторе, при этом катушка индуктивности включена между коллектороми базой транзистора, емкости подклюцены между общей шиной, базой и кол" лектором транзистора, коллекторнаяцепь которого подключена к источнику питания через постоянный резистор, базовая - через переменнь 1 й резистор, а эмиттер соединен с общей шиной через резистор отрицательной обратной связи, причем вход порогового блока соединен с коллектором транзистора.На чертеже изображена схема пред" лагаемого устройства. Устройство содержит чувствительный элемент в виде катушки 1 индуктивности с сердечником 2, представляющим собой пакет П-образных пластин3 из магнитномягкого материала, например пермаллоя. Пластины электрическиизолированы одна от другой дизлект"риком 1, например слоем эпоксиднойсмолы, Катушка 1 индуктивности включена через раздельный конденсатор 5в контур автогенератора на транзисторе б между его коллектором и базой.Первый конденсатор 7 колебательного 5 О контура включен между базой тран"зисторд б и общей шиной 8, второйконденсатор 9 включен между коллекте"ром и общей шиной 8. Коллекторная цепь транзистора 6 подключена к истсчнику питания через постоянный резистор 10, а базовая - через переменный резистор 11. Эмиттер транзистора б соединен с общей шиной 8 це"5 89232 рез резистор 12 отрицательной обратной связи, Пороговая схема выполнена в виде ждущего мультивибратора 13, Контролируемая шина 14 расположена между вертикальными сторонами П-образ- у ного сердечника 2, Один из возможных вариантов ждущего мультивибратора 13 содержит два пороговых логических элемента 15 и 16, времязадающую цепь, состоящую из резистора 17 и конденса" 1 ф тора 18, и индикатор 19 состояния мультивибратора 13.Устройство работает следующим образом.Чувствительный элемент в виде ка тушки 1 индуктивности, расположенной на сердечнике 2, устанавливается на контролируемую шину 14 (или катодную штангу в случае рафинирования металлов), При этом сердечник 2 оказывает ся в магнитном поле контролируемой шины 14. Магнитная проницаемость сердечника 2 является однозначной функцией индукции магнитного поля, в которое помещен сердечник 2. Увеличение маг нитной индукции приводит к снижению магнитной проницаемости сердечника 2, ,а ее уменьшение вызывает увеличение магнитной проницаемости сердечника :2. Индуктивность катушки 1 пропорциональна магнитной проницаемости сердечника 2. Поскольку увеличение тока, протекающего через шину 14, приводит к увеличению индукции магнитного поля, то это вызывает уменьшение индуктивности катушки 1 При уменьшении тока через шину 14 индуктивность катушки 1 увеличивается.Изменение индуктивности катушки 1 приводит к изменению эквивалентного сопротивления В колебательного контура автогенератора:Вссгде 1. - индуктивйость катушки;С- результирующаяконтурнаяемкость;г " сопротивление потерь контурапри его последовательном обходе.Изменение Вс приводит к изменению амплитуды установившихся колебаний автогенератора: увеличение В с,сопровождается ростом амплитуды колебаний, а его уменьшение приводит к уменьшению колебаний. Таким образом, приМ увеличении тока через контролируемую шину 14 амплитуда генерируемых колебаний уменьшается. Уменьшение же 0 бтока через шину 14 приводит к увеличению амплитуды колебаний.Введение отрицательной обратнойсвязи с помощью сопротивления Вделает величину, обратную коэффици"у бр 1 Т Ю"осс-скзависящей от индуктивности катушки1 (В- сопротивление резистора 12,г - сопротивление потерь контура,1. - индуктивность катушки 1), Приэтом с уменьшением индуктивностирастет, Следовательно, чувствительность предлагаемого устройства ловы"шается за счет введения резистора 12отрицательной обратной связи. Длятого,чтобы при наличии отрицательнойобратной связи условия самовозбуждения все же выполнялись, необходимо,цтобыили) 1,чтоС 1 1 а гС,-С , С-С, Ьлегко достигается правильным выборомрезистора 12,Коллекторная цепь транзистора 6питается через резистор 1 О, Поэтомуколлекторное напряжение описываетсяследующей формулойОк = Око- Ок в(2)где О =ЕП - 11 В- постоянная составляющая коллекторного напряжения;11 С - постОянная состаВляющая коллекторного тока;В - сопротивление ре"зистора 10. Минимальное значение коллекторного, напряжения получается из выражения(3) где О,- амплитуда коллекторногонапряжения.Поскольку амплитуда коллекторного напряжения О зависит от индуктивности катушки 1, Отакже является функцией индуктивности катушки 1, а, следовательно, тока через контролируемую шину. Следовательно, по минимальным значениям коллекторного напряжения устройство можно проградуировать в значениях тока через контролируемую вину.Из соотношения (3) следует также, чтодля градуировки устройства можно ис 892320пользовать О 1 Ко, Действительно, зафиксируем О на некотором определенномк, минпостоянно уровне. Это означает, что для каждого значения изменяющейся амплитуды коллекторного напряжения О подбирается такое значение ОК цтобы разность в правой части выражен ния (3) была постояннойОк.мин Ъочбг Ок,мскс ч(4)где Око г - регулируемое значениепостоянной составляющей коллекторного напряжения;-"к,макс чагамплитуды коллекторногонапряжения,Для регулировки постоянной составляющей коллекторного напряжения базовая цепь транзистора питается черезпеременный резистор 11, Изменение спомощью переменного резистора 11 базового тока 1 приводит к изменениюпостоянной составляющей коллекторноготока 1 = В р, (В - коэффициент усиКэления тока в схеме с общим эмиттером), а. следовательно, и постояннойсоставляющей коллекторного напряженияОко ч В 1 Ю 1 оТаким образом, положения движкапеременного резистора 11 могут бытьпроградуированы в значениях тока,протекающего через контролируемую,шину, если имеется пороговый блок,который позволяет зафиксировать достижение коллекторным напряжениемнекоторого определенного минимального значения при изменении положения движка переменного резистора 11.8 качестве такого порогового блока в предлагаемом устройстве используется ждущий мультивибрвтор 13. Онзапускается в том слуцае, когда напряжение на его входе достигаетсяминимального значения 01 . Послезапуска мультивибратор генерируетимпульс, длительность которого опре.деляется постоянной времени цепи изконденсатора 18 и резистора 17, Втечение времени генерирования импульса напряжение на индикаторе 19 состо яния(мультивибратора мало, индикаторвыключается (например, лампочка гаснет). Вход мультивибратора 13 блокируется на время, равное длительностигенерируемого импульса, поэтому оноказывается нечувствительным к воз" растанию коллекторного напряжениясверх уровня О. После окончанияимпульса напряжение на выходе мультивибратора кратковременно повышается, однако при очередном достиженииколлекторным напряжением значенияО , мультивибратор 13 снова запустится, Если длительность импульсамультивибратора 13 превышает периодколебаний автогенератора, то время, втечение которого на выходе мультивибратора низкое напряжение, значительно превышает время, когда этонапряжение велико. Если для анализасостояния мультивибратора 13 используется достаточно инерционный, например визуальный индикатор 19, то наблюдатель Фиксирует погасание индикатора, когда амплитуда колебаний автогенератора велика и минимальное значение напряжения на коллекторе транзистора б меньше уровня срабатываниямультивибратора 13. Это означает, чтоаварийная сигнализация отсутствует,когда ток через контролируемую шинуменьше выбранного порогового значения, установленного по шкале, связанной с движком переменного резистора 11.Когда ток через контролируемуюшину 14 превышает выбранное пороговое значение, амплитуда колебаний.автогенератора уменьшается настолько,что минимальное значение напряженияна коллекторе транзистора 6 превы 35шает уровень О . При этом мультивибратор 13 не запускается, напряжение на его выходе велико и аварийнаясигнализация срабатывает (например,индикатор 19 загорается и горит пос тоянно),Таким образом. в предлагаемомустройстве совмещены функции пороговой аварийной сигнализации о повышении токой через контролируемую шину14 некоторого порогового значения своэможностью измерения тока черезшину 14, В последнем случве переменный резистор 11 плавно вращается дотех пор, пока не "срабатывает индика 5 в тор 19 состояния мультивибратора 13.1 Прекратив после этого вращение резистора 11,по шкале, связанной с егодвижком, производится эа отсчет контролируемого тока,55. Основной эффект от использованияпредлагаемого устройства может бытьполучен на медерафинировочных предприятиях за счет повышения точности892320 1 О формула изобретения Составитель Това Техред А,Сав Редактор Н. Пуш Заказ 11213 бб Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре 13035, Москва, Ждписн нного комитета ений и открытиРаушская наб Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. П я обнаружения коротких замыканий между электродами в ванных, Это позволит увеличить производительность оборудования и снизить расход электроэнергии.1. Устройство для обнаружения ано - мальных токов, содержащее последовательно включейные чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с сердечником, измерительный и пороговыйблоки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения помехозащищенности, сердечник выполнен из магнитномяг кого материала в виде пакета П-образных, электрически изолированных друг от друга пластин,2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения чувствительности устройст"ва, измерительный блок выполнен ввиде автогенератора на транзисторе,при этом катушка индуктивности включена между коллектором и базой транзистора, емкости подключены междуобщей шиной, коллектором и базойтранзистора, коллекторная цепь которого подключена к источнику питания10 через постоянный резистор, баэоваячерез переменный резистор, а эмиттерсоединен с общей шиной через резисторотрицательной обратной связи, входпорогового блока соединен с коллен 15 тором транзистора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеПатент ЯпонииУ 52-15990,кл, 110 В 7, опублик. 1952.2, Патент США У 375310 Й;кл. 321-117 опублик. 1971 (прототип) . Веремей кинаКорректор Г. Ога