[go: up one dir, main page]

RU218324U1 - Magnetoelectric current sensor - Google Patents

Magnetoelectric current sensor Download PDF

Info

Publication number
RU218324U1
RU218324U1 RU2022131835U RU2022131835U RU218324U1 RU 218324 U1 RU218324 U1 RU 218324U1 RU 2022131835 U RU2022131835 U RU 2022131835U RU 2022131835 U RU2022131835 U RU 2022131835U RU 218324 U1 RU218324 U1 RU 218324U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetoelectric
current sensor
fed
current
alternating
Prior art date
Application number
RU2022131835U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Алексеевич Бурдин
Юрий Константинович Фетисов
Леонид Юрьевич Фетисов
Дмитрий Владимирович Чашин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА-Российский технологический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА-Российский технологический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА-Российский технологический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU218324U1 publication Critical patent/RU218324U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях науки и промышленности при создании датчика тока. Магнитоэлектрический датчик тока, содержащий магнитоэлектрический элемент, усилитель, обмотку возбуждения, питаемую от генератора переменного тока, сигнал с которого поступает также на синхронный детектор, отличающийся тем, что магнитоэлектрический элемент выполнен в виде кольца, в центральном отверстии которого проходит провод с измеряемым током.

Figure 00000001
The utility model relates to the field of measuring technology and can be used in various fields of science and industry when creating a current sensor. A magnetoelectric current sensor containing a magnetoelectric element, an amplifier, an excitation winding fed from an alternating current generator, the signal from which is also fed to a synchronous detector, characterized in that the magnetoelectric element is made in the form of a ring, in the central hole of which a wire with the measured current passes.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в различных областях науки и промышленности при создании датчика тока.The utility model relates to the field of measuring technology and can be used in various fields of science and industry when creating a current sensor.

Известен датчик тока (И.Н. Соловьев, М.И. Бичурин). Низкочастотный магнитоэлектрический датчик тока. Вестник Новгородского государственного университета, 2013, № 75, Т.1, с 35-36), содержащий магнитоэлектрический элемент, катушки индуктивности, предназначенные для создания переменного возбуждающего магнитного поля и постоянного магнитного поля смещения, генератор высокочастотных сигналов и регистрирующую электронную схему. Known current sensor (IN Solovyov, MI Bichurin). Low-frequency magnetoelectric current sensor. Bulletin of the Novgorod State University, 2013, No. 75, V.1, pp. 35-36) containing a magnetoelectric element, inductors designed to create an alternating exciting magnetic field and a constant bias magnetic field, a high-frequency signal generator and a recording electronic circuit.

Устройство работает следующим образом: проходящий по токовой шине электрический ток создает магнитное поле, которое воздействует на расположенный рядом магнитоэлектрический элемент, и он генерирует переменное электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна величине измеряемого тока. The device works as follows: an electric current passing through the current bus creates a magnetic field that acts on a nearby magnetoelectric element, and it generates an alternating electrical voltage, the amplitude of which is proportional to the magnitude of the measured current.

Недостатком данного устройства является совпадение частоты измеряемого сигнала с частотой переменного магнитного поля, что ограничивает чувствительность датчика. Отстройка от частоты возбуждения является сложной технической задачей. Вторым недостатком устройства является нелинейная зависимость выходного сигнала от измеряемого тока, обусловленная нелинейностью зависимости напряжения, генерируемого магнитоэлектрическим элементом от постоянного магнитного поля.The disadvantage of this device is the coincidence of the frequency of the measured signal with the frequency of the alternating magnetic field, which limits the sensitivity of the sensor. Detuning from the excitation frequency is a complex technical problem. The second disadvantage of the device is the non-linear dependence of the output signal on the measured current, due to the non-linearity of the dependence of the voltage generated by the magnetoelectric element on a constant magnetic field.

Известен также датчик тока (W. He, J. Zhang, C. Qu, J. Wu, J. Peng. A Passive Electric Current Sensor Based on Ferromagnetic Invariant Elastic Alloy, Piezoelectric Ceramic, and Permalloy Yoke, IEEE Transactions on Magnetics 52(7):1-1 · July 2016), содержащий зафиксированную на одном конце балку из железо-никелевого сплава, обладающего магнитострикцией, с закрепленной на ней пластиной пьезоэлектрика, магнитопровод, постоянные магниты и электронную схему. Устройство позволяет регистрировать переменный ток с частотой 50-60 Гц, совпадающей с резонансной частотой изгибных колебаний балки. Устройство работает следующим образом: проходящий по токовой шине переменный электрический ток создает переменное магнитное поле, которое возбуждает изгибные колебания магнитострикционной балки, закрепленный на балке пьезоэлемент генерирует переменное электрическое напряжение, амплитуда которого пропорциональна величине измеряемого тока. Недостатком устройства является невозможность измерения постоянных токов. A current sensor is also known (W. He, J. Zhang, C. Qu, J. Wu, J. Peng. A Passive Electric Current Sensor Based on Ferromagnetic Invariant Elastic Alloy, Piezoelectric Ceramic, and Permalloy Yoke, IEEE Transactions on Magnetics 52( 7):1-1 · July 2016), containing a magnetostrictive iron-nickel alloy beam fixed at one end, with a piezoelectric plate fixed on it, a magnetic circuit, permanent magnets and an electronic circuit. The device allows you to register an alternating current with a frequency of 50-60 Hz, coinciding with the resonant frequency of the bending vibrations of the beam. The device works as follows: an alternating electric current passing through the current bus creates an alternating magnetic field that excites bending vibrations of the magnetostrictive beam, a piezoelectric element mounted on the beam generates an alternating electric voltage, the amplitude of which is proportional to the magnitude of the measured current. disadvantage device is the inability to measure direct currents.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является бесконтактный датчик тока, описанный в (RU 171066 U1 от 04.10.2016.), содержащий магнитопровод, магниточувствительный элемент, усилитель, компенсационную обмотку и измерительное сопротивление, магниточувствительнй элемент выполнен из магнитоэлектрика, на магнитопровод помещена дополнительная возбуждающая обмотка, питаемая от генератора переменного тока, сигнал с которого поступает также на синхронный детектор, а после него подается на усилитель мощности, нагруженный на компенсационную обмотку и измерительное сопротивление.The closest to the proposed utility model is a non-contact current sensor described in (RU 171066 U1 dated 10/04/2016.), containing a magnetic circuit, a magnetically sensitive element, an amplifier, a compensation winding and a measuring resistance, the magnetically sensitive element is made of a magnetoelectric, an additional excitation winding is placed on the magnetic circuit , powered by an alternator, the signal from which is also fed to the synchronous detector, and after it is fed to a power amplifier loaded on the compensation winding and measuring resistance.

Недостатком описанного устройства является наличие двойного зазора между магнитоэлектриком и магнитопроводом, величина которого сильно влияет на чувствительность датчика и отражается в достоверности информации. The disadvantage of the described device is the presence of a double gap between the magnetoelectric and the magnetic circuit, the value of which greatly affects the sensitivity of the sensor and is reflected in the reliability of the information.

Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по устранению указанного недостатка.The proposed utility model is aimed at solving a technical problem to eliminate this drawback.

Технический результат достигается тем, что в датчике тока, содержащем магнитоэлектрический элемент, усилитель, обмотку возбуждения, питаемую от генератора переменного тока, сигнал с которого поступает также на синхронный детектор, отличающийся тем, что магнитоэлектрический элемент выполнен в виде кольца, центральное отверстии которого служит для размещения в нем провода с измеряемым током. The technical result is achieved by the fact that in a current sensor containing a magnetoelectric element, an amplifier, an excitation winding fed from an alternator, the signal from which is also fed to a synchronous detector, characterized in that the magnetoelectric element is made in the form of a ring, the central hole of which serves for placement of a wire with a measured current in it.

Указанные признаки полезной модели являются существенными и совокупность этих признаков достаточна для получения требуемого технического результата.These features of the utility model are essential and the totality of these features is sufficient to obtain the required technical result.

На фиг. 1 показана блок-схема заявляемой полезной модели. Она содержит магнитоэлектрик 1, обмотка возбуждения 2, провод с измеряемым током 3, генератор 4, усилитель 5, синхронный детектор 6.In FIG. 1 shows a block diagram of the claimed utility model. It contains a magnetoelectric 1, an excitation winding 2, a wire with a measured current 3, a generator 4, an amplifier 5, and a synchronous detector 6.

На фиг. 2 показано устройство магнитоэлектрического элемента. Он состоит из магнитострикционного ферромагнетика 7, пьезоэлектрика 8, содержащего электроды 9.In FIG. 2 shows the device of the magnetoelectric element. It consists of a magnetostrictive ferromagnet 7, a piezoelectric 8 containing electrodes 9.

Работает устройство следующим образом. Проходящий по проводу 3 постоянный ток I создает вокруг себя постоянное магнитное поле. Это поле концентрируется ферромагнетиком 7 (фиг. 2), поступающее от генератора 4 на возбуждающую обмотку 2 переменное напряжение создает переменное магнитное поле накачки. Поступающее от генератора 4 на обмотку возбуждения 2 переменное напряжение с частотой F создает переменное магнитное поле накачки. Частота F переменного напряжения соответствует частоте собственных радиальных механических колебаний магнитоэлектрика 1. Это приводит к увеличению генерируемого пьезоэлектриком 8 (фиг. 2) переменного напряжения на его электродах 9 на величину его механической добротности. Напряжение, снимаемое с электродов 9 (фиг.2) поступает на усилитель 5, а далее на синхронный детектор 6, где происходит его выпрямление. Выходное напряжение в данном устройстве пропорционально измеряемому току. The device works as follows. The direct current I passing through the wire 3 creates a constant magnetic field around itself. This field is concentrated by a ferromagnet 7 (Fig. 2), the alternating voltage supplied from the generator 4 to the exciting winding 2 creates an alternating magnetic field of pumping. The alternating voltage with frequency F coming from the generator 4 to the excitation winding 2 creates an alternating magnetic field of pumping. The frequency F of the alternating voltage corresponds to the frequency of natural radial mechanical oscillations of the magnetoelectric 1. This leads to an increase in the alternating voltage generated by the piezoelectric 8 (Fig. 2) on its electrodes 9 by the value of its mechanical quality factor. The voltage taken from the electrodes 9 (figure 2) is supplied to the amplifier 5, and then to the synchronous detector 6, where it is rectified. The output voltage in this device is proportional to the measured current.

Для проверки работоспособности предлагаемого устройства был изготовлен макет, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует получение требуемого технического результата.To test the performance of the proposed device, a mock-up was made, which is not the only possible one, but clearly demonstrates the achievement of the required technical result.

Кольцевой магнитопровод устройства был изготовлен из Metglas размерами 25 мм х 10 мм х 0,02 мм. Пьезоэлектрический элемент кольцевой формы размерами 25 мм х 10 мм х 0,5мм выполнен из материала ЦТС-19. The ring magnetic circuit of the device was made of Metglas with dimensions of 25 mm x 10 mm x 0.02 mm. The piezoelectric element of an annular shape with dimensions of 25 mm x 10 mm x 0.5 mm is made of TsTS-19 material.

Ферромагнетик и пьезоэлектрик были между собой склеены с помощью эпоксидного клея. На полученную структуру была намотана тороидальная обмотка возбуждения, содержащая 50 витков провода диаметром 0,2 мм. К электродам пьезоэлемента были припаяны выводы. Полученная структура помещалась в пластмассовый каркас. В измерительной цепи использовались стандартный синхронный детектор, стандартный низкочастотный генератор, стандартные усилители и измерители напряжения. Измерения показали, что частота радиальных механических колебаний магнитоэлектрического элемента составила 60 кГц. Добротность акустического резонанса равнялась 90. На фиг. 3 и 4 показаны измеренные зависимости выходного напряжения от величины измеряемого тока I при отсутствии механического резонанса и при наличии соответственно. Видно, что эта зависимость практически линейная. The ferromagnet and the piezoelectric were glued together with epoxy glue. A toroidal excitation winding containing 50 turns of wire 0.2 mm in diameter was wound on the resulting structure. Leads were soldered to the electrodes of the piezoelectric element. The resulting structure was placed in a plastic frame. The measuring circuit used a standard synchronous detector, a standard low-frequency oscillator, standard amplifiers, and voltage meters. The measurements showed that the frequency of radial mechanical oscillations of the magnetoelectric element was 60 kHz. The quality factor of the acoustic resonance was 90. FIG. Figures 3 and 4 show the measured dependences of the output voltage on the value of the measured current I in the absence and presence of mechanical resonance, respectively. It can be seen that this dependence is almost linear.

Claims (1)

Магнитоэлектрический датчик тока, содержащий магнитоэлектрический элемент, усилитель, обмотку возбуждения, питаемую от генератора переменного тока, сигнал с которого поступает также на синхронный детектор, отличающийся тем, что магнитоэлектрический элемент выполнен в виде кольца, центральное отверстии которого служит для размещения в нем провода с измеряемым током. A magnetoelectric current sensor containing a magnetoelectric element, an amplifier, an excitation winding fed from an alternating current generator, the signal from which is also fed to a synchronous detector, characterized in that the magnetoelectric element is made in the form of a ring, the central hole of which serves to accommodate a wire with a measured current.
RU2022131835U 2022-12-06 Magnetoelectric current sensor RU218324U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU218324U1 true RU218324U1 (en) 2023-05-22

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU225198U1 (en) * 2023-12-11 2024-04-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Current sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015029736A1 (en) * 2013-08-29 2015-03-05 アルプス・グリーンデバイス株式会社 Current sensor
JP2015090316A (en) * 2013-11-06 2015-05-11 アルプス・グリーンデバイス株式会社 Current sensor
JP2016138756A (en) * 2015-01-26 2016-08-04 トヨタ自動車株式会社 Current sensor
RU171066U1 (en) * 2016-10-04 2017-05-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" MAGNETO-ELECTRIC CONTACTLESS DC SENSOR
RU194686U1 (en) * 2019-08-22 2019-12-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" MAGNETO-ELECTRIC SENSOR OF CONSTANT MAGNETIC FIELD

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015029736A1 (en) * 2013-08-29 2015-03-05 アルプス・グリーンデバイス株式会社 Current sensor
JP2015090316A (en) * 2013-11-06 2015-05-11 アルプス・グリーンデバイス株式会社 Current sensor
JP2016138756A (en) * 2015-01-26 2016-08-04 トヨタ自動車株式会社 Current sensor
RU171066U1 (en) * 2016-10-04 2017-05-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" MAGNETO-ELECTRIC CONTACTLESS DC SENSOR
RU194686U1 (en) * 2019-08-22 2019-12-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" MAGNETO-ELECTRIC SENSOR OF CONSTANT MAGNETIC FIELD

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU225198U1 (en) * 2023-12-11 2024-04-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Current sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3212985B2 (en) Magnetic sensor device and current sensor device
US2334593A (en) Apparatus for measuring magnetic fields
RU218324U1 (en) Magnetoelectric current sensor
JP4716030B2 (en) Current sensor
CN109342799B (en) A quartz resonant current sensor
RU225198U1 (en) Current sensor
JPH02501592A (en) magnetometer
RU171066U1 (en) MAGNETO-ELECTRIC CONTACTLESS DC SENSOR
JP4253084B2 (en) Load measuring device
KR102298348B1 (en) Direct current measuging method and apparatus
JP2002195854A (en) Rotation sensor
US5831424A (en) Isolated current sensor
RU94721U1 (en) MAGNETIC FIELD SENSOR
RU217036U1 (en) Magnetic field sensor
JP3652444B2 (en) Stress measuring device
JP3065114B2 (en) Method and apparatus for balancing a displacement transducer measurement sequence by eddy current measurement
CN103389476B (en) Based on measuring method and the device of the magnetic gap magnetic induction density of electric and magnetic oscillation principle
JP2001083223A (en) Magnetometer
US3504277A (en) Vibration magnetometer for measuring the tangential component of a field on surfaces of ferromagnetic specimens utilizing a magnetostrictive autooscillator
JPS62229038A (en) Stress measuring apparatus
JPH03243801A (en) Noncontact type range finder
RU102812U1 (en) DC MAGNETIC FIELD SENSOR
SU636510A1 (en) Liquid density meter
CN117192187A (en) D33 mode current sensor based on magnetic twisting mechanism and manufacturing method thereof
SU1613883A1 (en) Method of measuring induction of magnetic field