Устройство для измерения плотности тока Советский патент 1985 года по МПК G01R19/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследовании электрических составляющих естественного электромагнитного поля в геофизике, например, в процессе электроразведки полезных ископаемых. Известно устройство для измерения плотности тока, содержащее проводящий концентратор, состоящий из двух половин сфероида, подключенных к выводам первичной обмотки трансформатора тока вторичная обмотка которого соединена с входом согласующего усилителя, измеритель тока, включенный на выходе согласующего усилителя Uj Однако известное устройство характеризуется низкой точностью измерения обусловленной нестабильностью коэффициента концентрации и изменением сопротивления концентратора под действием электрохимических процессов на границе раздела металл - проводящая среда. Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения плотности тока, содержащее проводящий концентратор, состоящий из двух половин сфероида, подключенных к выводам первичной обмотки трансформатора тока, вторичная обмотка которого соединена с входом согласующего усилителя, управляемый источник тока, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, а к выходным выводам подключены два токовых электрода: один непосредственно, а другой - через измеритель тока 2J , Однако данное.устройство работоспособно при частотах, превьшающих единицы герц. При более низких частотах мнимая часть коэффициента транс формации и коэффициента концентрации оказывается сравнимой с действительной частью и измерительная цепь становится неустойчивой. Для обеспечения устойчивости необходимо осуществить быстрый спад характеристики усилителя в область низких частот, а это приводит к принципиальному ограничению нижней границы частотного диапазона. Цель изобретения - расширение частотного диапазона в область инфразвуг ковой частоты. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения плотности тока, содержащее проводящий концентратор, состоящий из двух nov ловин сфероида, согласующий усилитель, вход которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока, управляемый источник тока, к выходным выводам которого подключены два токовых электрода: один - непосредственно, а другой - через измеритель тока, введены п-фазный (п З) высокочастотный генератор, п-синхронных детекторов, (п-1) дополнительных трансформаторов тока и (п-1) дополнительных согласующих усилителей, а каждая половина сфероида концентратора выполнена в виде п идентичных осесимметричных изолированных друг от друга измерительных электродов, причем каждая пара противолежащих измерительных электродов подключена к выводам соответствующего выхода генератора и к выводам первичной обмотки соответствующего трансформатора тока, вход каждого из дополнительных согласующих усилителей соединен с вторичной обмоткой соответствующего дополнительного трансформатора тока, один из входов каждого синхронного детектора подключен к выходу соответствующего согласующего усилителя, другой вход - к соответствующему выходу генератора, а выход - к одному из входов управляемого источника тока. На чертеже представлена функциональная схема устройства .адя измерения плотности тока. Устройство содержит концентратор, состоящий из двух половин I и 2 сфероида, причем половина I разделена на идентичные осесимметричные изолированные друг от друга измерительные электроды 3 - 5, а половина 2 на измерительные электроды 6-8. В i состав устройства входят также трехфазный -генератор 9 с тремя парами изолированных друг от друга и синфазных для каждой пары выходов 10 - 12, подключенных соответственно к парам соответствующих измерительных электродов 3-6, 4-7, 5-8, которые, в свою очередь, соединены через трансформаторы 13 - 15 тока с согласующими Зсилителями 16 - 18, Выходы последних подключены к сигнальным входам синхронных детекторов 19 21, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами генератора 9. Кроме того, в устройстве имеются управляемый источник 22 тока, входы которого подключены к выходам синхронных детекторов .19 - 21, и токовые электроды 23 и 24, подключенные к выходным выводам источника 22 тока первый - непосредственно, а второй черев измеритель 25 тока, Устройстио работает следующим образом. При установке устройства в среду с исследуемым электромагнитным полем с составляющей плотности тока S; вдоль большой оси концентратора в условиях установившегося режима ток протекающий через токовые электроды 23 и 24 в среду, возбуждает в ней электромагнитное поле с плотностью тока BO , приближенно рёвной измеряе- мой составляющей 8 по модулю, но противоположной по фазе. Возбуждаемое генератором 9 вспомогательное электрическое поле вращается в плоскости, перпендикулярной большой оси сфероида (т.е. перпендикулярной измеряемой составляющей ; с угловой скоростью со . равной : , частота генератора 9, Гц. . Вследствие нелинейности поляризационной кривой материала измерительных электродов 3 - 8 с той же частотой периодически меняется проходное поверхностное сопротивление последних, шунтирукяцее емкость двойного слоя. Поэтому токовые линиу в среде периодически концентрируются на измерительных электродах, которые в данный момент имеют наиболее высокую проводимость. Сила тока , через измерительные электроды 3-8 прйпорциональна разности ппотностей тока 8, So т.е. 3,-Кэб,(8,-So), где 5g - площадь поверхности измерительного электрода, К, - коэффициент,зависящий от от ношения длин осей концентр тора и числа электродов. Токи Jj после преобразования соответствующими трансформаторами 13 .15 тока и согласующими усилителями 16 - 18 поступают на вховд синхронны детекторов 19 « 21, открытых в перио уменьшения проходного /сопротивления соответствующих им измерительных . электродов и закрытых в период повы шенного проходного сопротивления. Т ки с выходов синхронных детекторов 19 - 21 суммируются управляемым источником 22 тока (выполняющего в устройстве роль сумматора), с выхода ко.торого через токовые электроды 23 и 24 ток поступает в среду, возбуждая в ней плотность тока где Км - коэффициент преобразователя согласующих усилителей 16-18; К - коэффициент трансформации трансформаторов 13-15; коэффициент преобразования управляемого источника 22 тока; - сопротивление измерителя 25 тока. Ом; f - расстояние между токовыми электродами 23 и 24, м. Таким образом, сила тока Зрр через измеритель 25 тока может быть определена как: i ITn I -(,: i;p ЧтК где IS 25э1 :э У «Г Из выражений (4) и (5) следует, что при изменении параметров К , К, Кц и {(результирующий коэффициент преобразования в /у раз меньше. Так, например, если обеспечить значения порядка 0,01 при наихудшг Х условиях, то влияние изменения указанных параметров уменьшится в сто раз. В предложенном устройстве вследствие периодического изменения проходного сопротивления поверхности измерительных электродов 3-8 вспомогательным вращающимся электрическим ° резкого снижения сопротивления проводяпщх электродов имеет место смещение нижней границы на несколько порядков. При этом вследст- вие пространственной ортогональности измеряемой составляющей 6, и вектора ппотности DO тока вспомогательного поля существенно уменьшено влияние последнего. Наличие обратной связи через токовые электроды 23 и 24 определяет высокую точность предложенного устройства по сравнению с известными.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТОКА, содержащее проводящий концентратор, состоящий из двух половин сфероида, согласующий усилитель, вход которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока, управляемый источник тока, к выходньш выводам которого подключены два Токовых электрода:один - непосредственно, а другой - через измеритель тока, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного да1апазона в область инфразвуковой частоты, в него введены п-фазный (п 3) высокочастотный генератор, п синхронньге детекторов, (п-1) дополнительных трансформаторов тока и (п-1) дополнительных согласующих усилителей, а каждая половина сфероида концентратора выполнена в виде п идентичных осесимметричных изолированных друг от друга измерительных электродов, причем каждая пара противолежащих измерительных электродов подключена к выводам соответствующего выхода генератора и к выводам первичной обмотки соответствующего траис- форматора тока, вход каждого из дополнительных согласующих усилителей . соединен с вторичной обмоткой соотг- ветствующего дополнительного транссл форматора тока, один КЗ входов каждошо синхронного детектора подключен к выходу соответствующего согласующего усилителя, другой вход - к соответствукяцему выходу генератора, а выход - к одному из входов управляемого источника тока.