Устройство для бесконтактного измерения слабых постоянных токов

Устройство для бесконтактного измерения слабых постоянных токов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii739422

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ант. свид-ву— (22) « eHî 27.03,78 (21) 2594962/18-21 (5! )М. Кл. с присоединением заявки.%

G 01 R 19/00

3Ъаударстаалный камнтет

СССР (23) Пряоритет— пв делам изобретений и аткрытнй

Опубликовано 05.06.80. Бюллетень ) (е 21

Дата опубликования описания 10,06.80. (53) УД К 621.317..7(088.8) (72) Авторы изобретения

10. В. Афанасьев С. И. Климов, В. И, Иеремет и А. П. Шелкин (71) Заявитель (64) CTPÎAñòÂÎ для Б1=-сконтлктного измерения

СЛАБЫХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

Настоящее изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для бесконтактного измерения слабых постоянных токов проводИмости и токов переноса (пучков заряженных частиц).

Известно устройство для бесконтактного измерения постоянных токов, представляющее собой разрезной магнитный концентратор, в зазоре которого pacnot0 ложен магниточувствительный преобразователь Холла, а соосно с концентратором и внутри него расположен замкнутый цилиндрический магнитопровод. Цилиндрический магнитопровод служит для устранения погрешности, возникающей при смешении проводника с током (или пучка заряженных частиц) относительно концентратора Выходное напряжение преобразователя Холла пропорционально напряженности магнитного поля, создаваемого измеряемым током (1).

Недостатком подобных устройств является низкая точность измерения слабых

2 постоянных токов из--за отсутствия экранирования магнитных помех, создаваемых окружающей средой, а также из-за наличия магнитных шумов, генерируемых магнитных концентратором и магнитопров одом.

Известно устройство для бесконтактного измерения постоянных токов, содержащее магнитный концентратор в виде ферритового кольца с зазорами, в которых размещены два преобразователя Холла.

Концентратор и преобразователи окружены двуслойным магнитным экраном, выполненным в виде полого тороида (21.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений слабых постоянных токов из-за магнитных шумов, генерируемых магнитным концентратором и магнитным экраном, и нестабильности Кх остаточных магнитных полей, а также из-за наличия зазоров в концентраторе, приводящих к дополнительной погрешности измерения, обусловленной сме39422

3 7 щением центра тяжестй пучка заряженных частиц и проводника с током

Белью изобретения является повышение точности бесконтактного измерения. : та цель достигается тем, что в устройстве для бесконтактного измерения постоянных токов, содержащем магнито.чувствительный преобразователь и магнитный экран, магнитный экран выполнен в виде двух сверхпроводящих труб различной длины; при этом короткая труба установлена внутри длинной, а магниточувствительный преобразователь размещен между трубами.

Благодаря экранированию магнито чувствительного преобразователя, устранению погрешности, возникающей при смешении проводника с током или пучка заряженных частиц относительно магниточувствительного преобразователя, и стабильности остаточных замороженных магнитных полей сверхпроводящих экранов повышается точность бесконтактного измерения постоянного тока.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - диаграмма магнитного поля электрического тока.

Устройство содержит два сверхпроводящих магнитных экрана 1 и 2 и магниC точувствительный преобразователь 3 размещенный между ними. Проводник с током 4 проходит через полость экрана

2. На фиг. 2 показаны силовые линии равной напряженности магнитного поля

5 проводника 4 с током после внесения в полость сверхпроводящего экрана 2.

Устройство работает следующим образом. Проводник 4 с током или пучок заряженных частиц создает циркулярное магнитное поле в полости сверхпроводящего экрана 2, обладающего идеальным диамагнетизмом и нулевым сопротивлением Это поле индуцирует экранируюшие незатухающие тороидальные токи на поверхности экрана 2, текущие по внутренней и внешней образующих экрана в противоположных направлениях.

Внутри стенки экрана магнитное поле

/ равно нулю — ток на внутренней поверхности компенсирует поле измеряемого тока, а равный ему и равномерно распределениый по окружности ток наружиой поверхности создает магнитное поле

8, которое можно рассматривать как поле цилиндрического проводника, по которому протекает измеряемый ток.

3то поле изменяется незначительно при смещении проводника 4 с током или пучка заряженных частиц относительно продольной оси цилиндрического экрана

2, Например, максимальная погрешность от сме1цения проводника 4 с током отно5 сительно оси экрана 2 на 0,98 радиуса, последнего не превышает 0,1 /о, в то время как без экрана она составляет 25%.

Известно, что линии равной напряженности магнитного поля вокруг проводника с током есть концентрические окружности и что значение напряженности поля убывает с удалением от проводника, Отсюда следует, что если положение проводника с током или пучка заряженных частиц изменяется относитепьно магниточувствительного преобразователя, то в результате изменяется напряженность магнитного поля в месте расположения преобразователя, что приводит к упомянутой погрешности от смещения.

После внесения проводника с током

4 в сверхпроводящий экран 2 картина поля изменяется таким образом (фиг. 2), что составляющая градиента паля в азимутальном направлении обращается в нуль.

Напряженность магнитного поля 5 измеряется с помощью магниточувствительного преобразователя 3, размещенного вблизи внешней поверхности экрана 2, 3(j Преобразователь 3 может быть выполнен, например, на основе сверхпроводящего квантового интерферометра, содержащего контакты Джозефсона и обладающего в настоящее время максимальной

З5 чувствительностью по полю среди всех известных магниточувствительных преобразоват ел ей.

Магнитные помехи, создаваемые окружающей средой в месте расположения

40 преобразователя 3, понижают точность бесконтактного измерения слабых постоянных токов и определяют минимапьно возможный измеряемый уровень постоянных

45 токов. Для зашиты от внешних магнитных помех преобразователь 3, экран 2 и проводник с током 4 размещают в полости сверхпроводящего экрана l. Экранируюшие токи на внешней:оверхности сверхпроводящего экрана полностью защищают преобразователь 3 от внешних магнитных помех. Эффективное экраниро- вание внешних полей, проникающих через открытые отверстия экрана 1 и экспоненциально затухающих вглубь полости

55 экрана, обеспечивается выбором bro размеров: отношением длины экрана 1 к его диаметру д . Чем больше отношение (./с1, тем выше коэффициент экраниро5 7394 вания в геометрическом центре экрана.

Экран 2 выполняют короче экрана 1 и устанавливают в глубине его экранирующего объема, чтобы поперечная компонента магнитного поля Земли или магнитного поля помех не возбуждала на его поверхности (например, на концах) экранирующих токов, протекающих вдоль его образующей, магнитное поле которых воздействует на преобразователь 3. При этом о чем больше разница в длинах экранов (при заданной длине экрана 2), тем лучше экранирование благодаря уменьшению впияния магнитных помех.

Согласно результатам эксперименталь- 15 ных исследований экранирование с помощью сверхпроводящего экрана повышает точность бесконтактного измерения па« раметров слабых магнитных попей примерно на один порядок. 20

Необходимо отметить, что благодаря нулевому сопротивлению сверхпроводни1 ков замороженные остаточные поля (в случае их наличия) сверхпроводящих экранов обладают черезвычайно высокой ста- 25 бильностью и, следовательно, совершенно не вносят погрешностей в измерения слабых постоянных токов.

22 6

Таким образом, применение сверхпроводящих экранов позволяет повысить по сравнению с прототипом точность бесконтактного измерения слабых постоянных токов примерно на два порядка.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения слабых постоянных токов, содержащее магнитный экран и магниточувствительный преобразователь, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, магнитный экран выполнен в виде двух сверхпроводящих труб различной длины, при этом короткая труба установлена внутри длинной, а магниточувствительный преобразователь размещен между трубами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 377696, кл. 603 Й 19/00, 29.03.71.

2. Разин Г. И. и др. Бесконтактные измерения электрических токов, Атомиздат, М., 1974, с. 107-111 (прототип).

Составитель Т. Веремейкина

Редактор Б. Федотов Техред M. Кузьма Корректор С. 14омак

Заказ 2916/39 Тираж 1019 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ь