Прецизионный измеритель электрической проводимости жидкости Советский патент 1989 года по МПК G01R27/22 

1499

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения электрической проводимости электролитов.

Цель изобретения - повышение точности измерения электропроводности жидкости.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из трансформаторного датчика, включающего в себя питающий тороидальный магнитопровод 1 и измерительные тороидальные магни- топроводы 2-4, на питающем магнито- пров(Эде 1 намотана обмотка 5 возбуждения, на каждом измерительном магни- топроводе 2-4 намотано по одной сигнальной обмотке 6-8 и первой обмотке 9-11 обратной связи (ОС) соответст- венно, кроме того, на измерительных магнитопроводах 3 и 4 намотано по одной второй обмотке 2 и 13 обратной связи, на измерительном магнитопрово- де 4 намотана третья обмотка 14 об- ратной связи, на всех магнитопроводах 1-4 намотано по одной дополнительной обмотке 15-18, сигнальные обмотки 6- 8, обмотки 9-14 обратной связи, дополнительные обмотки 15-18 с Ьбмот- кой 5 возбуждения равные числа витков соответственно, сигнальные обмотки и обмотки обратной связи включаются встречно, электронные усилители 19-21, резисторы 22-24, сумматор 25, измерительный прибор 26, источник 27 переменного напряжения, ycniai- тель 28 с единичным коэффициентом усиления.

Число введенных измерителыых маг- нитопроводов и соответственно электронных усилителей и сопротивлений зависит от конкретной решаемой задачи. Чем больше вводится указанных элементов, тем большую точность измерения электропроводности электролитов можно достичь.

Устройство работает следующим образом.

С источника 27 переменного напряжения на обмотку 5 возбуждения поступает синусоидальное напряжение, которое вызывает появление тока в электролите. Величина тока пропорЕ(ионапьна удельному электрическому сопротивлению жидкости. Ток в электролите, охватывая каждый из измерительных маг- нитопроводов 2-4, создает в них магнитные потоки Ф1, Ф2, ФЗ соответст

венно. Каждый электродный усилитель обеспечивает частичную компенсацию магнитных потоков в соответствующих измерительных магнитопроводах пропорционально величине коэффициента усиления. Для измерительного магнитопро- вода 2 намагничивающей силой является измеряемый ток электролита 1цзм На вход усилителя 19 подается ЭДС, пропорциональная по току Ф1, которая - усиливается в К раз. Так как сигнальные обмотки и обмотки ОС включены встречно, то выходной -ток усилителя 19 igbJK , протекая по обмоткам 9- 11, является размагничивающей силой и частично компенсирует магнитные потоки Ф1, Ф2, ФЗ ho всех измеритель- ных магнитопроводах (уменьшает в К раз). В результате, ток i еь(хд равен

Bbisj игм

- Ai,,

где &ij - погрешность преобразования.

тока электролита

магнитопроводе 2.

Для измерительного магнитопровода 3 намагничивающей силой.является ток

ч. iebixi т.е. он преобразует только погрешность преобразования измерительного магнитоп)овода 2 с обмотками.

Вькодной ток усилителя 20 равен

о

бЫХ з -2-

где 1, - погрешность преобразования тока &. в измерительном магнитопроводе 3. Аналогично намагничивающей силой дпя измерительного магнитопровода 4 является ток д1 бь(к i - igbivB выходной ток усилителя 21 определяется

6ых4 Ai 4

где А 4. - погрешность преобразования тока uii в измерительном магнитопроводе 4.

После суммирования в сумматоре 25, сигнал на его выходе равен

i i «,м- uiv

Таким образом, каждый последующий измерительный магнитопровод осуществляет преобразование только погрешности преобразования предьщущих измерительных магнитопроводов, Если обозначить относительные погрешности преобразования каждого измерительного магнитопровода

У. . iit

&i,

то л i

Ai.

bi2-.

&i.

wiw a iJj )f4

В данном устройстве погрешность тока i.i4 во много раз меньше, чем погрешность uij, которая была бы при одном измерительном магнитопроводе 2. Если измеряется ток i j -j/vs MKf с погрешностями Jj. У 3 У 4 при отсутствии рассматриваемых су- шественных признаков погрешность равна Ь 1,2. 100 мкА.

В предлагаемой структуре погрешность &i4 1 мкА, что соответствует преобразованию с относительной погрешностью У 0,001.

Таким образом, повьш1ается точность преобразования тока. Однако преобразуемый ток зависит не только от сопротивления электролита, но и от сопротивлений, вносимых в жидкостный виток измерительными магнитопровода- ми.

Дпя устранения влияния этих вносимых сопротивлений, ВДС, неводимую в витке электролита, необходимо увеличить так, чтобы скомпенсировалось падение напряжения на них. Ток должен принять то значение, которое бьшо бы при отсутствии вносимых сопротивлений.

Для поддержания с высокой точностью ЭДС, создаваемой в витке 29 электролита обмоткой 5 возбуждения,в устройство введена следяп;ая отрицательная обратная связь с помощью последовательно соединенных дополнительных обмоток 15-18. На точность поддержания определенной ЭДС в жидкостном 29 связи большое влияние оказывают магнитные потоки всех магнито- проводов, активное сопротивление питающей обмотки возбуждения. ЭДС в витке жидкости определяется суммой

14992716

и активное сопротивление обмотки воз- 04 буждения равно нулю, усилитель 28 с единич.ным коэффициентом усиления не оказывает влияния на работу устройства и напряжение на его выходе равно нулю, так как напряжение, подаваемое с вывода обмотки 5 возбуждения на ин- вертир тощий вход усилителя 28 и наIQ пряжение, подаваемое с последовательно соединенных дополнительных обмоток 15-18 на неинвертирукяций вход, равны между собой. В электролите наводится заданное значение ЭДС.

15 на результаты измерения оказывает влияние активное сопротивление обмотки возбуждения и потоки рассеяния магкитопроводов.

В результате на выходе усилителя

20 28 с единичным коэффициентом усиления будет появляться разностное напряжение, которое компенсирует влияние характеристик магнитопрсводов на точность измерения. При этом ЭДС в элек25 тролите определяется с большой точностью напряжением возбуждения.

Введение п дополнительных магнито- проводов с сигнальными обмотками и обмотками ОС, п усилителей, п резис30 торов равных сопротивлений и сумматора позволяет уменьшить погрешность измерения электропроводности жидкостей. Это достигается за счет практически полного устранения влияния характеристик магнито проводе в на результат измерения.

Введенные усилители имеют конечные значения коэффициентов усиления, что позволяет обеспечить абсолютную

40 устойчивость устройства. Введение дополнительных обмоток на всех магнито- проводах, усилителя с единичным коэффициентом усиления, позволяет повысить точность измерения за счет компенсации влияния активного сопротивления обмотки возбуждения и магнитных потоков рассеяния дополнительно введенных магнитопроводов.

35

45

30

35

40

45

Изобретение может быть использовано при создании высокоточных измерителей электрической проводимости электролитов на основе датчиков, выполненных в виде тороидальных магнитопроводов (МП). Цель изобретения состоит в повышении точности измерения за счет устранения погрешности, вызванной временной и температурной нестабильностью магнитной проницаемости измерительного тороидального сердечника. Задача решается введением измерительных тороидальных сердечников 3 и 4 с измерительными обмотками 7 и 8, обмотками 10-14 обратной связи, усилителей 20 и 21, резисторов 22-24, сумматора 25. При этом ток, частично компенсирующий магнитный поток в первом измерительном МП, протекает по обмоткам обратной связи остальных измерительных МП, и усилители последующих измерительных МП компенсируют только оставшуюся нескомпенсированную часть измеряемого магнитного потока. Суммируя напряжения, создаваемые токами всех усилителей на резисторах, в сумматоре, получают напряжение, соответствующее действительному магнитному потоку. Введение одинаковых дополнительных обмоток 15-18 на каждом МП и усилителя 28 с единичным коэффициентом усиления обеспечивает постоянство суммы магнитных потоков всех МП. При этом в витке жидкости наводится ЭДС, определяемая с большой точностью напряжением возбуждения. 1 ил.

составляющих ЭДС, наводимых в электролите каждым магнитопроводом. С помощью дополнительных обмоток 15-18 определяется суммарное значение ЭДС, наведенной в электролите всеми магни- топроводами. Это значение ЭДС сравнивается с напряжением возбуждения на обмотке 5 с помощью усилителя 28 с единичным коэффициентом усиления. В идеальном случае, когда отсутствуют потоки рассеяния магнитопроводов

50

55

Формула изобретения

Прецизионный измеритель электрической проводимости жидкости, содержащий питающий и первый измерительный тороидальные магнитопроводы, через которые проходит замкнутый виток измеряемой жидкости, обмотку возбуж дения, расположенную на питающем тороидальном магнитопроводе, сигнальную оОмотку и обмотку обратной связи, расположенные на первом измерительном тороидальном магнитопроводе, первый усилитель, источник переменного напряжения, измерительный прибор, при этом выход источника переменного напряжения соединен с первым выводом обмотки возбуждения, выводы сигнальной обмотки соединены с входами первого усилителя, выход которого соединен с первым выводом обмотки обратной связи, о тличающийся тем, что, с цель ю повышейия точности измерения, в него введены п-1 измерительных тороидальных магнитопроводов, п резисторов, п-1 усилителей, сумматор, усилитель с единичным коэффициентом усиления, п-1 сигнальных обмоток, которые расположены по одной на п-1 измерительных тороидальных магни- топроводах, обмотки обратной связи, которые расположены на n-J измерительных тороидальных магнитопроводах, на каждом из которых число обмоток обратной связи соответствует порядковому номеру измерительного магнито- провода, п+1 дополнительных обмоток, которые расположены по одной на каждом из измерительных и питающем тороидальных магнитопроводах, причем первые обмотки обратной связи п-1 из- мерительных тороидальных магнитопроводов соединены последовательно, первый вывод первой обмотки обратной связи, расположенной на втором измерительном тороидальном магнитопрово- де, соединен со вторым выводом первой обмотки обратной связи, расположенной на первом измерительном тороидальном магнитопроводе, второй вывод первой обмотки обратной связи п-го измери- . тельного тороидального магнитопрово- да соединен с первым выводом первого резистора, сигнальная обмотка, расположенная на втором измерительном тороидальном магнитопроводе, соединена со входами второго усилителя, выход

0

5

0

5

0

5

0

5

которого соединен с первым выводом второй обмотки .обратной связи, рас- пол женной на втором измерительном тороидальном магнитопроводе, вторые обмотки обратной в связи п-1 измерительных тороидальных магнитопроводов соединены последовательно, второй вывод второй обмотки обратной связи, расположенной на п-м измерительном тороидальном магнитопров оде, соединен с первым выводом второго резистора, аналогично соединены остальные сигнальные обмотки и обмотки обратной связи, для любого К-го усилителя () сигнальная обмотка, расположенная на К-м измерительном тороидальном магнитопроводе, соединена с его входами, вькод его соединен с первым выводом К-й обмотки обратной связи, расположенной на.К-м измерительном тороидальном магнитопроводе, К-е обмотки обратной связи соединены последовательно, второй вывод К-й обмотки обратной связи, расположенной на п-м измерительном тороидальном i магнитопроводе, соединен с первьм выводом К-го резистора, первые выводы резисторов соединены с п-входами сумматора, а вторые выводы - с общей шиной, выход сумматора соединен с измерительным прибором, дополнительные обмотки соединены последовательно и включены встречно с обмоткой возбуждения , первый вывод первой дополнительной обмотки расположенной на питающем тороидальном магнитопроводе, соединен с вторым выводом обмотки возбуждения и с выходом усилителя с единичным коэффициентом усиления, второй вывод п-й дополнительной обмотки, расположенной на п-м измерительном тороидальном магнитопроводе, соединен с неинвертируюцим входом усилителя с единичньм коэффициентом усиления, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом обмотки возбуждения.