223006_B1 - Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
OPIS PATENTOWY
(19)
PL
(21) Numer zgłoszenia: 398525
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
223006
(13) B1
(11)
(51) Int.Cl.
G01R 19/32 (2006.01)
H01F 27/42 (2006.01)
G01R 1/44 (2006.01)
(22) Data zgłoszenia: 20.03.2012
Przetwornik prądu na napięcie z termokompensacją
(54)
(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
30.09.2013 BUP 20/13
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
PL 223006 B1
30.09.2016 WUP 09/16
INSTYTUT TELE- I RADIOTECHNICZNY,
Warszawa, PL
(72) Twórca(y) wynalazku:
GRZEGORZ KOWALSKI, Warszawa, PL
ANDRZEJ NOWAKOWSKI, Warszawa, PL
2
PL 223 006 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest przetwornik prąciu na napięcie, stosowany w pomiarach prądu,
zwłaszcza w warunkach charakteryzujących się szerokim zakresem temperatur.
W większości znanych przetworników prądu na napięcie występuje zależność czułości i rezystancji wewnętrznej od temperatury. W sytuacji, gdy wymagana jest duża dokładność pomiarów, konieczne jest skomasowanie wpływu temperatury na dokładność przetwornika. Szczególnie duży wpływ
temperatury dotyczy rezystancji wewnętrznej przetwornika prądu na napięcie wykonanego w technologii obwodów drukowanych.
Znane rozwiązanie przetwornika prąd-napięcie zrealizowanego w postaci obwodu drukowanego
z kompensacją wpływu temperatury jest realizowane jako połączenie drukowanej cewki pomiarowej
i obwodu rezystancyjnego kompensacyjnego wykonanego w postaci ścieżki drukowanej na tej samej
płytce drukowanej (US nr 7 227 442 B2).
Inne znane rozwiązanie, opisane w patencie EP nr 0 521 175 A1 (JPH nr 05209910A0) pokazuje kompensację układu czujnika indukcyjnego dwucewkowego, w którym za pomocą termistora skompensowana jest sprzężenie indukcyjne obu cewek.
Przetwornik prądu na napięcie, według wynalazku, zawiera cewkę bezrdzeniową z przeciwzwojem, wykonaną w technologii wielowarstwowych płytek drukowanych, zintegrowaną z rezystancyjnym
dzielnikiem napięcia i termistorem służącym do kompensacji wpływu temperatury. Termistor dołączony jest równolegle do pierwszego rezystora oraz połączony jest z wyjściem i drugim rezystorem, który
dołączony jest do wyjścia i przeciwzwoju. Przeciwzwój połączony jest szeregowo z cewką bezrdzeniową o rezystancji wewnętrznej, która jest dołączona do pierwszego rezystora i termistora. Wartości
obu rezystorów, stanowiących dzielnik napięcia oraz termistora są tak dobrane, że pod wpływem temperatury zmiany wartości termistora kompensują zmiany rezystancji wewnętrznej cewki. Rezystancja
górnej gałęzi dzielnika napięciowego utworzona z rezystancji wewnętrznej, połączonej szeregowo
z równolegle połączonym termistorem i rezystorem jest stała i stosunek napięcia wyjściowego przetwornika do napięcia zaindukowanego w cewce bezrdzeniowej pod wpływem prądu płynącego
w przewodzie jest stały w funkcji temperatury.
Wykonanie cewki bezrdzeniowej przetwornika w postaci płytki drukowanej ma zaletę polegającą
na dużej precyzji i powtarzalności wykonania. Uzwojenie takiej cewki jest wykonane z bardzo cienkiej
warstwy miedzi naprasowanej na laminacie. Grubość takiej warstwy miedzi wynosi od kilku do kilkunastu mikrometrów, a szerokość ścieżki jaka tworzy cewkę jest rzędu 0,1–0,3 mm. Ponieważ takich
warstw w wielowarstwowej płytce jest nawet kilkanaście, łączna długość paska miedzi może wynosić
nawet kilkaset metrów. Taka cewka ma rezystancję wewnętrzną rzędu setek omów, o dodatnim
współczynniku temperaturowym, tzn. rezystancja wewnętrzna rośnie wraz z wzrostem temperatury.
Ponieważ zmiany rezystancji cewki w połączeniu ze skończoną rezystancją wejściową układu pomiarowego mają wpływ na dokładność pomiaru, należy skompensować temperaturowo przetwornik prądu
na napięcie. W tym celu zastosowano dzielnik napięcia, w którego gałęzi umieszczony jest termistor
z ujemnym współczynnikiem temperaturowym. Ponieważ termistor jest zintegrowany z cewką przetwornika jego temperatura jest identyczna z temperaturą cewki przetwornika. Wartości termistora
i rezystorów tworzących dzielnik napięcia są tak dobrane do wartości rezystancji wewnętrznej przetwornika, że w pożądanym zakresie temperatur wartość napięcia na wyjściu przetwornika przy niezmiennym prądzie pobudzającym jest niezależna od temperatury.
Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonaniu schematycznie na rysunku.
Przetwornik prądu na napięcie zawiera cewkę bezrdzeniową CW wykonaną w technologii obwodów drukowanych jako zestaw ośmiowarstwowych płytek. Cewka bezrdzeniowa CW o rezystancji
wewnętrznej RW przez przeciwzwój PP jest dołączona do dzielnika złożonego z rezystorów R1 i R2.
Napięcie Uwy na wyjściu WY przetwornika prądu na napięcie jest proporcjonalne do napięcia Uc zaindukowanego w cewce bezrdzeniowej CW pod wpływem płynącego w przewodzie I prądu. Stosunek
napięcia Uwy do Uc jest określony wartościami rezystancji tworzących dzielnik napięciowy. Ponieważ
rezystancja wewnętrzna cewki RW ma dodatni współczynnik temperaturowy, dodanie równolegle do
rezystora R1 termistora RT o ujemnym współczynniku temperaturowym powoduje, ze górna gałąź
dzielnika składająca się z rezystorów RW, R1 i RT pozostaje w pożądanym zakresie temperatur
skompensowana, czyli sumaryczna wartość rezystancji nie ulega zmianie w funkcji temperatury. Wartość napięcia Uwy na wyjściu WY przetwornika prądu na napięcie pozostaje niezależna od temperatury i ma pożądany stosunek napięcia do prądu I. Termistor RT oraz rezystory R1 i R2 są zintegrowane
PL 223 006 B1
3
z przetwornikiem prądu na napięcie poprzez umieszczenie ich na laminacie tworzącym cewkę bezrdzeniową CW, co powoduje zgodność temperatury tych elementów.
Zastrzeżenie patentowe
Przetwornik prądu na napięcie zawierający bezrdzeniowe cewki drukowane, przeciwzwój, termistor oraz dzielnik rezystancyjny, znamienny tym, że termistor (RT) zintegrowany z cewką bezrdzeniową (CW) dołączony jest równolegle do rezystora (R1) oraz połączony jest z wyjściem (WY) i rezystorem (R2), który dołączony jest do wyjścia (WY) i przeciwzwoju (PP), połączonego szeregowo
z cewką bezrdzeniową (CW) o rezystancji wewnętrznej (RW), która jest dołączona do rezystora (R1)
i termistora (RT), przy czym wartości rezystorów (R1) i (R2), stanowiących dzielnik napięcia oraz termistora (RT) są tak dobrane, że pod wpływem temperatury zmiany wartości termistora (RT) kompensują zmiany rezystancji wewnętrznej cewki (RW), rezystancja górnej gałęzi dzielnika napięciowego
utworzona z rezystancji wewnętrznej (RW), połączonej szeregowo z równolegle połączonym termistorem (RT) i rezystorem (R1) jest stała i stosunek napięcia wyjściowego przetwornika (Uwy) do napięcia (UC) zaindukowanego w cewce bezrdzeniowej (CW) pod wpływem prądu płynącego w przewodzie (I) jest stały w funkcji temperatury.
4
PL 223 006 B1
Rysunek
Departament Wydawnictw UPRP
Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)