Преобразователь плотности тока в электролите в напряжение Советский патент 1980 года по МПК G01R19/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности тока в объеме гальванической ванньи Известны устройства для определения плотности тока в электролите на обрабатываемых деталях, содержащие амперметры, вольтметры и дополнительные электроды и основанные на использовании косвенных методов контроля, например метод свидетеля И метод вольт-амперных характеристик l, Эти методы основаны на измерении полного тока, протекающего через ванну, н прикладываемого к ней напряжения, исходя из предположения, что плотность тока в электролите на обрабатываемых деталях распределена равномерно. Однако в действительности распределение плотнос ти тока в электролите На деталях, особен но сложной , весьма неравномерно. Значения плотности тока на различньк участк 1Х одной и той же детали могут расходиться «о величине на 5О-60%.Поэтому контроль плотности тока по указанным выше косвенным методам не дает желаемого результата, так как при юс использовании не вьшерживается заданная толщина покрытия, что ведет к браку и непроизводительному расходу драгоценных и дефицитных материалов. Наиболее близкий предлагаемому преобразователь для измерения плотности тока в электролите содержит дифференциальный магниточувствительный преобразователь тороидальной конструкции с известной площадью внутреннего окна, через который протекает электролитичеосий ток, и операцисвшый усилитель. Дифференциальный магниточувствительный преобразователь состоит из двух ферромагнитных сердеч 1иков с обмотками возбуждения (входной и выходной), каждая из которых выполнена в виде двух одинаковых секций, намотанных на разных сердечниках и вкпх ченньк между собой последовательно, причем секции выходной обмотки соединены между собой встречно. При этом концы 378 выходной обмотки непосредственно подключены между входами операцисиного усилителя, инвертирующий вход которого соединен через резистор с его выходом. Операционный усилитель, охваченный глубокой и параллельной отрицательной обратной связью, имеет малое входное сопротивление и представляет собой электрсяный преобразователь ток-йапряжение. Поскольку входное сопротивление операционного усилителя много меньше сопротивления короткозамкнутого витка электролита, то изменения сопротивления последнего при изменении температуры и состава электролита сказьгоается на характеристике преобразования в меньшей степени J Недостатком указанного технического решения является недостаточная точность, что обусловлено наличием активного сопро тивления у выходной обмотки, подключенной к преобразователю ток-напряжение. Так как выходное сопротивление преобразователя мало, то характеристики преобразования и влияние, преобразователя на обьект определяются величиной этотО сопротивления. Оно изменяется от экземпляра к экземпляру и увеличивается с пс вышением температуры. Поэтому, хотя сама величина этого сопротивления невелика (несколько Ом), изменения его с температурой вызывают изменения характерис тик преобразования. Кроме того, из-за наличия этого конеч ного сопротивления, остается влияние изменений сопротивления короткозамкнутого витка электролита при изменении температуры и состава на характеристики преобразования, что обуславливает появление дополнительной погрешности. Цель изобретения - повышение точноети преобразования путем уменьшения влия ния изменений активного сопротивления выходной обмотки при изменении температуры и уменьшения влияния изменения сопротивления короткозамкнутого витка электролита при изменении его температуры или состава при взмененив плотности тсжа в электролите. Указанная цель доспгнгается тем, что в известный преобразователь плотности тока в электролите в напряжение, включающий дифференциальный магниточувстввтелшый преобразователь, состоящий вэ двух ферромагнитных сёрдечнвков с обмот ками возбуждения в выхошкЛ, каждая вз которых выполнена в ввде двух одинаковых секций, намотанных на разных сердеч никах в включенных между собой последо вательно, причем секцвв вькопноЛ обмот9и соединены между собой встречно, и операци(жный усилитель, введена дополнительная обмотка, расположенная на ферромагнитных сердечниках дифференциального магниточувствительного преобразователя, идентичная его выходной обмотке, и ксжденсатор, при этом дополнительная обмотка подключена к инвертирующему входу и выходу операционного усилителя, выходная обмотка подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя и общей шине, а конденсатор включен между инвертирующим входом и общей шиной а выход операционного усилителя является выходом преобразователя. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя. Устройство включает дифференциальный магниточувствительный преобразователь Iтороидальной формы с известной плошадью внутреннего сясна, содержащий одинаковые тороидальные ферромагнитные сердечники 2 и 3, на которых намонаты секции обмоток возбуждения 4 и 5, выходной 6 и 7 и дополнительной 8 и 9, конденсатор Ю и операционный усилитель 11. Секции каждой из обмоток соединены между собой последовательно, а секции 6 и 7 выходной и 8 и 9 дополнительной обмоток соединены между собой встречно. К(жцы дополнительной обмотки подключены к инвертирующему входу операцисиного усилителя 11 и его выходу, а концы выходной обмотки - к неинвертирующему входу операционного усилителя 11 и общей шине. Конденсатор 1О включен между инвертирующим входом операцисяшого усилителя IIи общей шиной. Преобразователь работает следующим образом. Если через окно дифференциального магниточувствительного преобразователя 1 электролитический ток не протекает и сердечники 2 и 3 идентичны, то сигнал выходной обмотки равен нулю и выходное напряжение на выходе операцисяшого усилителя 11 отсутствует. Соответственно, в дополнительной обмотке ток не протекает. При прохождении электролитического тока через окно дифференциального магни- точувствительного преобразователя 1 в сердечниках 2 и 3 появляется дополнительный магнитный поток. В оаяам из сердечников например, в сердечнике 2, он во время одного полупериода совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым секциями 4 и 5 обмотки возбуждения, а в сердечнике 3 направлен в противополож ную сторону. В следующий полупернод на людается противоположная картина. Так ферромагнитные сердечники 2 и 3 имеют нелинейные характеристики, то ЭДС, наво мые в секциях 6 и 7 выходной обмотки и секциях 8 и 9 дополнительной обмотки различаются между собой. В выходной Обмотке появляется ЭДС, приложенная к неинвертирующему входу операционного усилителя 11, имеющего высокое входное сопротивление. Поскольку инвертирующий вход операцисиного усилителя замк нут на землю через ксжденсатор 10, соп ротивление которого на частоте возбужде ния близко к нулю, то ЗДС, появляоощаяся на выходе дополнительной обмотки, замыкается через конденсатор 10 и на инвертирующем входе операцисжного усилителя 11 - нулевое напряжение. Сигнал выходной обмотки, приложенньА к некнвертирующему входу операдисжного усилителя 11, усиливается последним в К раз (К - коэффициент усиления операциCHJHoro усилителя 11) и оказьтается приложенным к дополнительной обмотке, вьеывая протекание в ее v секциях 8 и 9 тока, уменьшающего сигнал вькодной обмотки приблизительно в К раз. Если К достаточно велико (К- оо ), то сигнал выходной обмотки стремится к нулю, а на выходе операцисм1нся:о усилителя 11 появляется сигнал, соответствующий измеряемой плотности тока, определяемой как где 3 - плотность тока; 3 - электролитический тек, протекаю щий через окно дифференциального магниточувствительного преобразователя; В - площадь окна дифференциального магниточувствительного преобразователя. Одновременно, поскольку протекание тока в секциях 8 и 9 дополнительной обмотки приводит к выравниваншо магни ных потоков в ферромагнитных сердечниках 2 и 3, то разность шс равна нулю. Благодаря дифференциальной ксяструкции магниточувствительного преобразователя, независимо от величины протекающего через (жно электролитического тсжа в короткозамкнутом витке никакой ЭДС не на водится и изменение его сопротввлеяия при изменении температуры или состава электролита не влияет на величину выходного сигнала. Таким образом, введение дополнительной обмотки в предлагаемый дифференциальный магниточувствйтельный преобразователь, подключение ее между инвертирующим входом и выходом операцисжного усилителя, подключение выходной обмотки между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной и соединение с последней инвертирующего входа операцисмного усилителя через дополнительно введенный кснденсатор устраняет влияние изменений сопротивления короткозамкнутого витка электролита при изменении его температуры и состава. Кроме того, поскольку выходная обмотка подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя, входное сопротивление которого на 3-5 порядков больще электрического сопротивления выходной обмотки, то изменения активного сопротивления выходной обмотки при изменении температуры и реличина этого сопротивления не отражаются на характеристиках преобразования. Все это позволяет существенно уменьщить погрещности преобразования при измерении плотности тока- в электролите. Формула изобретения Преобразователь плотности тока в электролите в напряжение, включающий дифференциальный магниточувствйтельный преобразователь, состоящий из двух фер- ромагнитньк сердечников с обмотками возбуждения и выходной, каждая из которых вьшолнена п виде двух одинаковых секций, намотанных на разных сердечниках и включенных между собой последовательно, причем секции выходной обмотки соединены между собой встречно, и операционный усилитель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, введена дополнительная обмотка, расположенная на ферромагнитных сердечниках дифференциального магниточувствительного преобразователя, идентичная его выходной обмотке и конденсате, при этом дополнительная обмотка подключена к инвертирующему входу и выходу операционного усилителя, выходная обмотка подключена к неинверти- рующему входу операционного усилителя и общей шине, а конденсатор включен между инвертнрующвм входом в общей Ш1ЯОЙ, а выход операпиовного усилителя 1вляется выходом преобразоватепя.

Источники информации, оринятые во внимание при экспертизе

1. Згурский В. А. и др. Автоматический контроль гальванических гфоцессов, Техника, 1973, с. 63-78.

2. Гусев В. Г. и др. Магниточувствительные первичные измерительные пре- образователи плотности тока в электролите. Измерительная техника , № 6 1977, с. 70, рис. 3 а.