Что такое катушка Роговского?

Что такое катушка Роговского?

Определение катушки Роговского

Катушка Роговского — это электрическое устройство, которое измеряет переменный ток (AC) и высокоскоростные переходные или импульсные токи.

Характеристики катушки Роговского

Катушка Роговского представляет собой равномерно намотанную катушку с N витками и постоянным поперечным сечением A. В катушке Роговского нет металлического сердечника. Концевой вывод катушки возвращается через центральную ось катушки к другому концу. Таким образом, оба вывода находятся на одном конце катушки.

Принцип работы

Катушки Роговского работают на основе закона Фарадея, аналогично трансформаторам тока переменного тока (CT). В CT напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, пропорционально току в проводнике. Разница между катушками Роговского и трансформаторами тока заключается в сердечнике. В катушках Роговского используется воздушный сердечник, а в трансформаторах тока — стальной.

Когда ток проходит через проводник, он создает магнитное поле. Из-за пересечения с магнитным полем между выводами катушки Роговского индуцируется напряжение.

Амплитуда напряжения пропорциональна току, проходящему через проводник. Катушки Роговского имеют замкнутый контур. Обычно выход катушки Роговского подключен к интегрирующей схеме. Таким образом, напряжение на катушке интегрируется, чтобы обеспечить выходное напряжение, пропорциональное входному сигналу тока.

Интегратор катушки Роговского

В зависимости от используемых компонентов, существует два типа интеграторов:

• Пассивный интегратор

• Активный интегратор

Пассивный интегратор

Для широкого диапазона выходных значений катушки Роговского RC-цепь действует как интегратор. Значение допустимой фазовой ошибки определяет значения сопротивления (R) и емкости (C).

Связь между R и C и фазовой ошибкой может быть выведена из фазового диаграммы RC-цепи. Это показано на следующем рисунке.

На фазовой диаграмме,

VR и VC представляют собой падение напряжения на резисторе и конденсаторе соответственно,

IT — это суммарный ток в сети,

V0 — это выходное напряжение. Это напряжение равно напряжению на конденсаторе (VC),

VIN — это входное напряжение. Оно является векторной суммой падения напряжения на резисторе и конденсаторе.

Падение напряжения на резисторе находится в фазе, а падение напряжения на конденсаторе отстает на 90˚ относительно суммарного тока.

Активный интегратор

RC-цепь действует как аттенюатор, снижая напряжение на конденсаторе. При низких уровнях тока выходное напряжение может быть очень низким, в микровольтах (μV), что создает слабый сигнал для аналого-цифрового преобразователя (ADC).

Эту проблему можно решить, используя активный интегратор. Схема активного интегратора показана на следующем рисунке.

Здесь RC-элемент находится в обратной связи усилителя. Коэффициент усиления усилителя можно регулировать, используя следующее уравнение.

Преимущества катушки Роговского

• Она может реагировать на быстро изменяющиеся токи.

• Нет опасности открытия вторичной обмотки.

• В качестве среды используется воздух, без магнитного сердечника. Это предотвращает риск насыщения сердечника.

• Температурная компенсация в этой катушке проста.

Недостатки катушки Роговского

• Чтобы получить форму тока, выход катушки должен пройти через интегрирующую схему. Для этого требуется источник питания от 3 до 24 В постоянного тока.

• Она не может измерять постоянный ток.