Автокомпенсационный измерительплОТНОСТи TOKA B элЕКТРОлиТЕ Советский патент 1981 года по МПК G01R19/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и мо;г.ет быть использовано в информационно-измерительной технике для контроля плотнос ти тока при гальванических покрытиях Известно устройство, содержащее датчик в виде двух ферромагнитных сердечников тороидальнСй формы с обмотками возбуяедения, выходными и обратной связи, источник высокочастот ного напряжения, к которому подключены через резистор обмотки вобуждения, последовательно включенные усилитель низкой частоты, синхронный детектор, усилитель постоянного тока со сглаживающим фильтром, индикаторное устройство, другой резистор и обмотка обратной связи И Недостатками такого устройства яв ляются невысокая то 1ность, изменение чувствительности, при существенных изменениях температуры ферромагнитны сердечников датчика, влияние удельно го сопротивления электролита на показания и разброс параметров, в отдел ных идентичных устройствах, что вызвано практическими, трудностями обеспечения достаточно высокого петлевого коэффициента усиления в устройств и существенным разбросом параметров ферромагнитных сердечников и соответственно обмоток и заставляет производить индивидуальную подгонку каждого датчика. Цель изобретения - повышение точности измерения, улучшение воспроизводимости характеристик и уменьшение влияния температурных изменений параметров ферромагнитных сердечников. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик в виде двух ферромагнитных сердечников тороидальной формы с обмотками возбуждения, выходными и обратной связи, источник высокочастотного напряжения, к которому подключены через резистор обмотки возбуждения, последовательно включенные усилитель низкой частоты, синхронный детектор, усилитель постоянного тока со сглаживающим фильтром, индикаторное устройство, другой резистор и обмотка обратной связи, введены источник прямоугольного напряжения с трансформаторным выходом, дополнительный синхронный детектор, две обмотки модуляции, активный детектор и активный фильтр, причем один из выходов источника прямоугольного напряжения через третий резистор соединен с двумя последовательно соединенными обмотками модуляции, а выходные обмотки датчика подклю ёны к дополнительному синхронному детектору,управляющий вход которого через четвертый и пятый резисторы подключен к выходу источника прямоугольного напряжения, дополнительный синхронный детектор через активный детектор и активный фильтр подключен ко входу усилителя низкой частоты.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2-5 напряжения в характерных точках схемы устройства.

Устройство состоит из датчика 1 плотности тока дифференциальной конструкции, который включает в себя два одинаковых тороидальных ферромагнитных сердечника 2 и 3 с обмотками. Эти сердечники собраны вместе и имеют одно общее внутреннее окно известной плщади. Обмотки модуляции 4 и 5 возбуждения б и 7 и выходные 8 и 9, намотанные на разных сердечниках,имеют соответственно одинаковое количество витков. Оба сердечника охвачены обмоткой обратной связи 10. Обмотки 47 соединены последовательно, так что магнитные потоки, coздaвae Iыe ими, направлены в разные стороны. Обмотки 4 и 5 через третий резистор 11 подключены к источнику 12 прямоугольного напряжения, имеющего трансформаторный выход. Обмотки б и 7 через резистор 13 подключены к источнику 14 высокочастотного напряжения. Сигнал с датчика снимается с обмоток 8 и 9 и подается на дополнительный синхронный детектор 15. Назначение синхронного детектора-коммутировать концы обмоток 8 и 9 в соответствии с изменением прямоугольного низкочастотного напряжения модуляции. Для этого его управляющие входы подключены к , обмоткам 16 и 17 источника прямоугольного напряжения через четвертый и щестой резисторы 13 и 19. Синхронный детектор 12 в зависимости от фазы низкочастотного прямоугольного напряжения подключают обмотки 8 и 9 теми или иными концами ко входу- активного детектора 20.

Активный детектор собран по схеме однополупериодного выпрямителя. Выход активного детектора 20 подключен к активному фильтру 21. Назначение фильтра 21 - сгладить пульсации высокочастотного напряжения и выделить огибающую низкочастотного напряжения модуляции. Активный фильтр выполнен, например по схеме интегрирукицего усилителя, постоянная времени которого намного больше периода высокочастотного напряжения питания и меньше периода низкочастотного. Усилитель 22 низкой частоты подключен ко входу активного фильтра. Низкочастотное напряжение выпрямляется однополупериодным синхронным детектором 23. Управляющий вход детектора 23 подключен к обмотке 24 источника прямоугольного напряжения через упругий резистор 25. Выход усилителя постоянного тока со сглаживающим фильтром 26 через индикаторный прибор 27 (миллиамперметр) замкнут на обмотку 10, охватывающую оба ферромагнитных сердечника. Ток этой обмотки создает магнитное поле, компенсирующее действие магнитного поля измеряемого тока, протекающего через известную площадь внутреннего окна датчика.

Величины источников 12 и 14 и резисторы 11 и 13 выбраны так, что ток высокочастотного напряжения источника 14 значительно меньше тока низкочастотного напряжения источника 12.

Устройство работает следующим образом.

Пусть ферромагнитные сердечники датчиков и соответствующие обмотки абсолютно идентичны. При отсутствии измеряемого тока напряженность магнитного поля в каждом сердечнике складывается из напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей. Так как кривая намагничивания ферромагнитных сердечников всегда симметрична относительно оси ординат и нелинейна, то на обмотках 8 и 9 при отсутствии измеряемого ток будет.напряжение, форма которого показана на фиг. 2. Характер изменения напряжения обусловлен тем, что при воздействии низкочастотного напряжения напряженность периодически переходит с правой ветви на левую, а таккак кривая намагничивания нелинейна, то положительная полуволна высокочастотного напряжения в один полупериод низкочастотного напряжения увеличивает магнитную проницаемость сердечников, а в другой - уменьшает, то же происходит при отрицательной полуволне. Соответственно амплитуды положительных и отрицательных полуволн высокочастотного напряжения в соседние полупериоды низкочастотного напряжения равны между собой. Это напряжение подается на синхронный детектор 15, коммутируемый низкочастотным напряжением. В Один полуперибд низкочастотного напряжения вывод обмотки 8 подключен ко входу детектора 20, а выход обмотки 9 к земле. Во второй полупериод вывод обмотки 8 подключен к земле, а вывод обмотки 9 ко входу детектора 20. Такая коммутация позволяет устранить изменения напряжения, вызванные нелинейностью сердечника и воздействием низкочастотного прямоугольного напряжения. Форма напряжения на выходе синхронного детектора показана на фиг. 3. После выпрямления детектором 20 это напряжение подается на активный фильтр 21, Так как постоянная времени фильтра 21 намного больше периода высокочастотного питающего напряжения, то на выходе фильтра появится постоянное напряжение, пропорциональное постоян ной составляющей входного сигнала. Усилитель 22 низкой частоты не пропускает постоянной составляющей напряжения актиЕ-ного фильтра 21, поэто му в остальных цепях сигнал будет отсутствовать, и компенсирующий ток в обмотке 10 равен нулю. На это состояние никак НС отражаются параметры ферромагнитных сердечников и обмоток, ибо при их изменении симметрия кривой намагничивания все равно не меняется, а, следовательно, отсут ствует И модуляция БЬ сокочастот;-:о1О напряжения. При появлении постоянного тока, протекающего через окно датчика 1, возникает магнитное поле под..агничивания. Оно нарушает симметрию напряженностей, существующую ранее, з оба полупериода низкочастотного налряжения. в итоге из-за нелинейности ферромагнитных сердечников 2 и 3 рабочие точки, вокруг которых происходил высокочастотные изменения напряженности в оба полупериода низкочастотного напряжения, сместятся в одну сторону, что приведет к тому, что высокочастотное напряжение станет модулированным по амплитуде. Частота модуляции равна частоте низкочастотного напряжения, а глубина модуляции определяется величиной тока, протекающего через внутреннее окно. Модуляция вызвана смещением ра&очих точек, вокруг которых происходит высокочастотное изменение напряжения по нелинейной кривой намагничивания фер ромагнитного материала. Форма сигнала на выходе обмоток 8 и 9 показана на фиг. 4, а сигнал на выходе син хронного детектора 15 - на фиг. 5. На выходе синхронногодетектора 15 появляется небольшая постоянная составляющая (пунктирная линия), которая не оказывает влияние на работу прибора и в дальнейшем не рассматривается (фиг. 5). После выпрямления детектором 20 и сглаживания высокочастотных пульсаций активным фильтром 21 на выходе усилителя 22 низкой частоты напряжение огибающей пропорционально измеряемому току. Это напряжение выпрямл ется синхронным детектором 23, усили вается и сглаживается усилителем 26 постоянного тока. Постоянно напряжение с выхода усйлйтеля прикладывается к обмотке 10. В итоге датчик рабо тает при малых отклонениях от рабочей точки, не превышающих статизма систег/м. Таким образом, в данном измерителе входной измеряемый ток вызывает амплитудную модуляцию высокочастотного синусоидального напряжения, глубина которой пропорциональна этому току. Это модулированное напряжение преобразуется, и в результате выделяется огибающая модулированного сигнала, Огибсцощая усиливается и преобразуется в постоянное напряжение, компенсирующее входной сигнал. Такое преобразование при основном усилении на низкой частоте огибающей позволяет получить высокий коэффициент усиления по петле. Это, в свою очередь резко снижает статизм систелы и повышает точность устройства. Симметричность кривой намагничивания и высокий общий коэффициент усиления по петле практически полностью устраняют дрейф нуля при са;.;ь:х напОольших чувствительностях измерения, что также приводит к уменьшению его погрешностей. С изменением температуры симметрия кривой намагничивания ферромагнитного материала не нарушается, поэтому температурная погрешность датчика практически отсутствует. Так как в основу работы устройстга положена симметрия кривой намагничивания, и имеется возможность получить высокий коэффициент усиления по петле, то параметры датчика не оказывают существенного влияния на результирующие характеристики измерительной цепи. Следовательно, воспроизводимость характеристик измерителя резко улучшается. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность контроля плотности тока в электролите и снизить требования к параметрам функциональных узлов, входящих в него. Формула изобретения Автокомпенсационный измеритель плотности тока в электролите, содержащий датчик в виде двух ферромагнитных сердечников тороидальной формы с обмотками возбуждения, выходными и обратной связи, источник высокочастотного напряжения, к которому подключены через резистор обмотки возбуждения, последовательно включенные усилитель низкой частоты, синхронный детектор, усилитель постоянного тока со сглаживающим фильтром, индикаторное устройство, другой резистор и обмотка обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, улучшения, воспроизводимости характеристик и уменьшения влияния температурных изменений параметров ферромагнитных сердечников, введ1эны источник прямоугольного напряжения с трансформаторным выходом, дополнительный синхронный детектор, две обмотки модуляции, активный детектор и активНый фильтр, причем один из выходов источника прямоугольного напряжения через Т( резистор соединен с двуыя последовательно соединенными обмотками модуляции,а выходные обмотки датчика подключены к дополнительному, синхронному детектору, управляющий вход которого через четвертый и пятый резисторы подключен к выходу источника прямоугольного напряжения, дополнительный синхронный детектор через активный детектор и активный фильтр подключен ко входу усилителя низкой частоты.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 1. Блажкович Б.И. и др. Магнитомодуляционный гальванометр, - Приборы и системы управления, 1975, № 4, с. 42, рис. 1.

иг.г

л

ш

L

РигМ

.5