Устройство для измерения электрической проводимости Советский патент 1980 года по МПК G01N27/02 

электростатического, так и электромагнитного поля направлены в противоположные стороны, что приводит к взаимной компенсации полей 2 .

Недостатком этого устройства является то, что на практике удается осуществить только частичную компенсацию паразитных связей между питающим и измерительным трансформаторами. Особенно заметно снижение эффективности взаимной компенсации полей в малогабаритных устройствах, в которых питающий и измерительный трансформаторы, а также выводные концы обмоток расположены на близком расстоянии. При этом на выходе измерительного трансформатора возникает квадратурная помеха, которая приводит к уменьшению точности измерения и чувствительности к пульсациям УЭП. Влияние квсщратурной помехи проявляется в виде искажения характеристики преобразования УЭП в электрический сигнал в результате геометрического суммирования на выходе измерительного трансформатора полезного сигнала, обусловленного проводимостью жидкостного витка, и сигнала квадратурной помехи, возникающего в результате паразитных связей между питающим и измерительным трансформаторами.

Цель изобретения - повышение точности измерения и чувствительности за счет уменьшения влияния квадратурной помехи.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения УЭП жидкостей, содержащем источник переменного напряжения, питающий и измерительный трансформаторы, связанные собой жидкостным витком, и детектор, подключенный к измерительному трансформатору, питаквдий и измерительный трансформаторы снабжены дополнительными обмотками, которые включены согласно по отношению к жидкостному витку и соединены между собой через резистор. При этом к выходной обмотке измерительного трансформатора протекает дополнительный ток неизменной аг тлитуды, фаза которого совпадает с фазой тока, вызванного жидкостным витком. Увеличение соотношения между амплитудой тока полезного сигнала и амплитудой тока квадратурной помехи вызывает уменьшение потрешности преобразования УЗП в выходной сигнсш и повьддает чувствительность устройства.

На фиг. 1 изображена схема устройства-, на фиг. 2 - векторные диаграммы токов в нагрузке измерительного трансформатора.

Предлагаемое устройство содержит источник 1 переменного напряжения (см, ФигЛ), подключенный к первичной обмотке 2, расположенной на ферромагнитном тороидальном сердечнике

3пита ощего трансформатора 4. Выходная обмотка 5, расположенная на ферромагнитном тороидальном сердечнике 6 измерительного трансформатора 7, подключена непосредственно или через усилитель 8 переменного тока к детектору 9. Питаюший трансформатор

4и измерительный трансформатор 7 связаны мехсду собой жидкостным витком 10, охватывающим тороидальные сердечники 3 и 6. Жидкостной виток 10, образуется при измерении замкнутым пространственны контуром, заполненным исследуемой жидкостью, например, морской водой. Жидкостный виток 10 на фиг. 1 показан условно ограниченным. В общем случае, например, при измерении в океане,грани- цы жидкостного витка неопределены,

и в его образовании участвует весь объем жидкости, окружающей сердечники 3 и 6 . Питающий трансформатор 4 и измерительный трансформатор 7 имею кроме этого обмотки 11 и 12 соответственно, содержащие, например,, по одному витку. Обмотки 11 и 12 включены согласно по отношению к жидкостному витку 10 и соединены между собой через резистор 13, то эти обмотки включены таким образом, что токи в обмотке 5, обусловленные током через резистор 13 и током жидкостного витка, совпадают по фазе. Выход детектора 9 подключен к согласующе « у усилителю 14, ко второму входу которого подключен источник 15 компенсирующего напряжения.

На фиг. 2, изображающей векторные диаграммы токов в нагрузке измерительного трансформатора 7, введены следую1-1ие обозначения: Of, - вектор тока квадратурной помехи, Эс вектор тока полезного сигнала, вектор тока равный суглме векторов Оп и 3с АОП вектор дополнительного тока, обусловленного током через резистор 13, DC - вектор тока, равный сумме векторов Эс и Здоп, З вектор тока, равный сумме векторов Зп и Йс fл О -разность между мрдулем вектора З и модулем вектора 3с , &D - разность между модулем вектора 3 и модулем вектора 3 .

Для понимания процессов в предлагаемом устройстве рассмотрим сначала его работу при отсутствии квадратурной помехи.Источник 1 переменного напряжения вырабатывает стабилизированное напряжение, например, синусоидальной формы, которое поступает на обмотку 2 питаняцего трансформатора 4, Питагаций трансформатор 4 работает в режиме трансформатора напряжения и возбуждает в жидкостном витке 10 неизменное напряжение. Под действием этого напряжения в жидкостном витке 10 протекает электрический ток, величина которого прямо пропорциональна электрической проводимости жидкостного витка, определяемой УЭП исследуемой жидкости. Изменения тока в жидкостном витке определяются изменениями УЭП жидкости, в результате чего в выходной обмотке 5 измерительного трансформатора 7, работающего в режиме трансформатора тока, возникает амплитуднр-модулированный сигнал, который при отсутствии квадратурной помехи прямо пропорционален мгновенному значению проводимости жидкостного витка и, следовательно, УЭП исследуемой жидкости. Ансшогичным образом под действием напряжения, приложенного к обмотке 2 питающего трансформатора 4, в обмотке 11 возбуждается неизменное напряжение, под действием которого через резистор 13 и обмотку 12 измерительного трансформатора 7 протекает ток. Величина этого тока при неизменном напряжении на обмотке 2 и фиксированном сопротивлении резистора 13 постоянна. Обмотка 12, так же, как и жидкостный виток 10, образует с обмоткой 5 трансформатор тока. Поэтому в выходной обмотке 5 измерительного трансформатора 7 протекает дополнительный ток неизменной амплитуды, фазу которого в первом приближении можно считать совпадающей с фазой тока, вызванного жидкостным витком 10. В результате суммирования тока полезного сигнала с совпадающим по ф-:че дополнительным током в выходной обмотке 5 измерительного трансформатора 7 протекает ток в виде амплитудно-модулированного сигнала. Огибающая этого сигнала, пропорциональная пульсациям УЭП, равна огибающей амплитудной модулированного сигнала в обмотке 5 при отсутствии дополнительного тока, а амплитуда несущей пропорциональная среднему значению УЭП, увеличена на фиксированную величину, определяемую параметрами цепи состоящей из обмоток 11, 12 и резистора 13. Выходной сигнал измерительного трансформатора 7 поступает далее через усилитель 8 на детектор 9, выходное напряжение которого содержит переменную составляющую, прямо пропорциональную пульсациям УЭП жидкостного витка и постоянную составляющую равную сумме напряжения, прямо пропорционального средним значениям УЭП и напряжения, обусловленного дополнительным током в обмотке 5. Для получения прямо пропорциональной зависимости между средним значением УЭП и в о1ходным напряжением сигнал детектора поступает на выход устройства через согласующий усилитель 14, ко второму входу которого подключен источник 1.5 компенсирующего напряжения. Величина этого напряжения выбирается таким образом, чтобы на выходе устройства происходила компенсация напряжения, вызванного дополнительным током в обмотке 5. Напряжение на выходе согласук цего усилителя 14, прямо пропорциональное УЭП исследуемой жидкости, регистрируется вторичными измерительными приборами, например, интегрирующим вольтметром постоянного тока - для измерения средних значений УЭП, вольтметром эффективных значений, анализатором спектра частот и т.п. - для измерения параметра пульсационных

0 значений УЭП.

При реальных условиях эксплуатации в результате действия квадратурной помехи амплитуда тока на выходе измерительного трансформатора 7 полу5чает прираншние, следовательно, получает приргщение и напряжение на выходе устройства, причем абсолютная величина этого приращения непостоянна по диапазону измерения и зависит как от абсолютной величины амплитуды

0 тока квадратурной помехи, так и от ее соотношения с суммарной амплитудой тока полезного сигнала и тока, вызванного дополнительной цепью, состоящей из обмоток 11, 12 и резис5тора 13.Это приводит к нарушению прямой пропорциональной зависимости между проводимостью жидкостного витка и выходным сигналом устройства.

На фкг. 2 приведены векторные

0 диаграммы, поясняющие появление погрешности преобразования УЭП в амплитуду переменного тока на выходе измерительного трансформатора 7, а также наличие эффекта уменьшения

5 этой погрешности. При отсутствии цепи, состоящей из обмоток 11, 12 и резистора 13, вектор О тока полез-, ного сигнала складывается геометрически с-вектором Эп тока квадратурной помехи, сдвинутым на 90 по от0ношению к вектору 3 с .- и образует суммарный вектор jv , который является выходным сигналом измерительного трансформатора 7. Модуль,этого вектора больше модуля вектора на

5 величнулЛ. Эта разность является источником погрешности измерения средних значений УЭП. При уменьшении амплитуды тока полезного сигнала, т.е. при уменьшении величины измеря0емой УЭП, модуль суммарного вектора Й все в меньшей степени зависит от модуля вектора 3с тока полезного сигнала, что приводит к увеличению погрешности измерения средних значе5ний УЭП, уменьшению чувствительности к изменениям амплитуды полезного сигнала, и, как следствие, к увеличению погрешности измерения пульсаций УЭП.

Прк наличии цепи, состоящеТт: из

Q обмоток 11, 12 и резистора 13, вектор DC тока полезного сигнала складывается с вектором ,ono}-iHKтельного тока и образует вектор 3с совпадаквдий по направлению с векто