Усі стаціонарні струми, що не змінюються в часі, є струмами провідності або струмами переносу. За наявності перехідного процесу кожен з цих струмів може існувати разом із струмом зміщення. Таким чином, повна щільність струму визначається за допомогою формули (1.6) або у вигляді . Перший закон Кірхгофа, природньо, зберігає силу у будь-якому випадку.

Прилади для вимірювання змінних та імпульсних струмів

Індукційні перетворювачі змінних та імпульсних струмів

Як правило, у приладах призначених для вимірювання змінних струмів, первинними перетворювачами виступають пасивні індукційні перетворювачі. Виключення складають прилади для вимірювання струмів дозвукової частоти. Оскільки чутливість пасивних індукційних перетворювачів при частоті струму що вимірюється менш ніж 20 Гц дуже мала, то в таких приладах більш доцільно використовувати активні перетворювачі, наприклад, типу кільцевих ферозондів.

У випадку, якщо прилад призначений для вимірювання струму фіксованої частоти, пасивний індукційний перетворювач звичайно працює у режимі близькому до режиму холостого ходу (коливальний режим). При цьому немає необхідності інтегрувати вихідний сигнал перетворювача, оскільки про струм, що вимірюється можна судити безпосередньо по

амплітуді діючої або середньої напруги на виході перетворювача.

На рисунку 1.1 показані загальний вид (а) та принципова схема (б) приладу Ц90, що призначений для вимірювання сильних змінних струмів промислової частоти (50 Гц) у лініях, що знаходяться під потенціалом до 10 кВ. Номінальні межі вимірювання приладу – від 15 до 600 А. Клас приладу дорівнює 4.0 при будь-якому положенні шини зі струмом що вимірюється відносно перетворювачів.

У кліщах (рисунок 1.1.а) феромагнітний сердечник складається з 2-ох половинок виготовлених з листової електротехнічної сталі марки Э41, що піддавалась після зборки в пакеті та склепки спеціальному віджигу для отримання необхідних магнітних властивостей. Обидві половинки магнітопроводу у місцях стикування пришліфовані одна до одної. Ліва половина закріплена у литій силуміновій вилці нерухомо, а права – качається навколо нерухомої осі. За допомогою сильної стальної пружини, що закріплена своїми кінцями на обидвох вилках, половини магнітопроводу щільно змикаються. Котушка, намотана на пластмасовий каркас, розташована на лівій нерухомій половині сердечника. Принципова схема приладу (рисунок 1.1.б) є простою, вона складається з показуючого приладу, випрямляча на діодах та , перемикача меж вимірювання та набору градуювальних опорів. Конструктивно прилад виконаний у вигляді вимірювальних кліщів. Необхідно відмітити що така конструкція приладу для безконтактного вимірювання струму є однією з найбільш поширених.

Рисунок 1.1 - Загальний вигляд (а) та принципова схема (б) пристрою Ц90.

Індукційні прилади для вимірювання імпульсних струмів дещо відрізняються від приладів для вимірювання змінних струмів за принципом побудови схеми та за конструктивним виконанням. Ця різниця пояснюється перш за все специфікою застосування індукційних приладів, призначених для безконтактного вимірювання імпульсних струмів. Частіше за все такі вимірювання необхідні у прискорювальній техніці, коли вимірюються струм переносу, що утворюється пучками заряджених частинок. Завдяки цьому у приладах що розглядаються первинним перетворювачем струму практично завжди виступає інтегральний індукційний перетворювач, виготовлений у вигляді поясу Роговського, що містить або не містить сердечник з феромагнітного матеріалу (в залежності від необхідної чутливості та смуги пропускання перетворювача). Окрім того, при вимірюванні імпульсних струмів пучків заряджених частинок необхідно знати не тільки середнє значення струму та амплітуду імпульсу, але й його форму, тому необхідно інтегрувати вихідний сигнал перетворювача всередині самого перетворювача або за допомогою спеціальних інтегруючих пристроїв.

Якщо необхідно отримати інформацію тільки про амплітуду або середнє значення імпульсного струму що вимірюється, а тривалість імпульсів та їх сквапність постійні, то наявність інтегруючої ланки у вимірювальному тракті приладу не є обов’язковим. В цьому випадку з частотного спектру вихідного сигналу індукційного перетворювача можна виділити першу гармоніку з частотою ( - тривалість імпульсу струму, що вимірюється; - тривалість інтервалу), по якій і судять про значення струму що вимірюється.

У деяких випадках, коли амплітуди першої та другої гармонік вихідної напруги піддаються співставленню, доцільно настроювати підсилювач на частоту другої гармоніки: це підвищує завадозахищеність приладу та збільшує співвідношення сигнал/шум.

Для збільшення чутливості та зниження впливу вищих гармонік на

адитивну похибку вимірювання паралельно вихідній обмотці перетворювача можна включити конденсатор, ємність якого обирається так щоб резонансна частота контуру що утворився . В цьому випадку ефективне значення першої гармоніки напруги на конденсаторі збільшується разів, де - добротність резонансного контуру.

Проте, збільшення чутливості само по собі , як відомо, не можна рахувати корисним, якщо воно не приводить одночасно до підвищення точності вимірювання чи зниження порогу чутливості, що визначається співвідношенням сигнал/шум. При збільшенні скважності падає амплітуда гармонік сигналу, тому перетворювач настроєний в резонанс, має перевагу перед не настроєним тільки при невеликих скважностях. Якщо імпульси вимірювального струму прямокутні, а , то співвідношення сигнал/шум у настроєного приладу, який працює на першій гармоніці, може бути в раз більший, ніж не настроєного на резонанс. Однак, збільшення скважності знижує цю перевагу. Наближена оцінка показує, що при співвідношення сигнал/шум настроєного перетворювача дорівнює . Необхідно відмітити також що при збільшенні добротності збільшується також стала часу вимірювального приладу.

Якщо інтегральний перетворювач струму є настроєним в резонанс на одну з гармонік вихідного сигналу, то одним з вагомих джерел похибки вимірювання може виступати зміна форми імпульсу струму. Однак залежність амплітуд гармонік від форми імпульсів струмів зменшується по мірі збільшення скважності. Для різниця між амплітудами перших гармонік не перевищує 1% у сигналів прямокутної та трикутної форм, що мають однакову площу. Тому при великих скважностях вказаною похибкою можна знехтувати.

Останнім часом успішно розробляються прилади у яких наруга, що