Преобразователь для систем автомати-чЕСКОгО упРАВлЕНия плОТНОСТью TOKA ВгАльВАНичЕСКиХ BAHHAX Советский патент 1981 года по МПК C25D21/12 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЛОТНОСТЬЮ ТОКА В ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ

1

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано при создании систем автоматического управления плотностью тока в гальванических ваннах.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь для систем автоматического управления плотностью тока в гальванических ваннах, содержащий датчик плотности тока, выполненный в виде многообмоточного дифференциального компаратора, цепь прямого преобразования, содержащую усилитель переменного напряжения, фазочувствительный детектор, фильтр низких частот и преобразователь напряжение - ток, генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к обмоткам возбуждения магниточувствительного компаратора и к управляющим электродам фазочувствительного детектора 1.

Недостаток данного преобразователя - значительные аддитивные погрещности, вызванные температурными изменениями характеристик ферромагнитных сердечников дифференциального компаратора. В системе автоматического управления наличие значительной аддитивной погрешности приводит к потере требуемой точности, а иногда

ВАННАХ

и нарушает работоспособность системы вообще. Кроме того, при изготовлении магнитного компаратора требуется тщательная отборка пар сердечников, идентичных по своим характеристикам и имеющих требуемых магнитные параметры, что усложняет и удорожает изготовление и настройку известных преобразователей плотности тока.

Цель изобретения - повышение точности регулирования плотности тока в гальванических ваннах.

fQ Поставленная цель достигается тем, что преобразователь для систем автоматического управления плотностью тока в гальванических ваннах, содержащий датчик плотности тока, выполненный в виде многообмоточного дифференциального магнитного

15. компаратора, цепь прямого преобразования, содержащую усилитель переменного напряжения, фазочувствительный детектор, фильтр низких частот и преобразователь напряжение - ток, вход которой подключен к выходной обмотке магнитного компаратора,

2 а выход подключен к обмоткам обратной связи, генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к обмоткам возбуждения магниточувствительного компаратора и к управляющим электродам фазочувствительного детектора, дополнительно снабжен счетчиком, управляемым устройством изменения фазы сигнала, электронными ключами, формирователем коротких управляющих импульсов и дополнительным преобразователем напряжение - ток, при этом вход счетчика подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выходы его - к формирователю коротких управляющих импульсов и к дополнительному преобразователю напряжение - ток, выход которого замкнут на две обмотки дифференциального магнитного компаратора, выход формирователя коротких управляющих импульсов подключен к управляющим электродам электронных ключей, каждый из которых подключен к обмоткам дифференциального магнитного компаратора, а управляемое устройство изменения фазы сигнала включено в разрыв цепи прямого преобразования между фазочувствительным детектором и фильтром низких частот, причем управляющие электроды его подключены к выходу счетчика. На чертеже показана блок-схема преобразователя. В состав преобразователя входит датчик плотности тока, выполненный в виде дифференциального магнитного компаратора, который состоит из двух ферромагнитных тороидальных сердечников 1 с намотанными на них обмотками 2, 3, 4, 5 и 6. Обмотка 2 предназначена для создания в сердечниках переменного магнитного потока возбуждения. Она через резистор 7 подключена к выходу генератора 8 синусоидального напряжения. К этому же выходу подключен счетчик 9, который работает в режиме деления, частоты. На выходе счетчика 9 напряжение прямоугольной формы, частота которого в К раз ниже частоты генератора 8 синусоидального напряжения, где К - коэффициент деления счетчика. К выходу счетчика 9 подключен дополнительный преобразователь 10 напряжение - ток, выход которого замкнут на последовательно включённые обмотки 3. Преобразователь 10 напряжение - ток обеспечивает ток прямоугольной формы в обмотках 3, который не имеет постоянной составляющей. К выходам счетчика 9 подключен также формирователь И коротких управляющих импульсов, который управляет электронными ключами 12 и 13. Каждый ключ 12 и 13 подключен к одной из обмоток 4. На время появления импульсов на выходе формирователя 11 коротких управляющих импульсов эти обмотки замыкаются накоротко. Выходная обмотка 6 магнитного компаратора подключена к усилителю 14 переменного напряжения, выход кото рого подключен к фазочувствительному детектору 15. Управляющие зажимы фазочувстБительного детектора соединены с выходом генератора 8 синусоидального напряжения. К выходу фазочувствительного детектора 15 подключено управляемое устройство 16 изменения фазы сигнала, управляющие зажимы -которого соединены с выходом счетчика 9. В зависимости от полярности сигнала на выходе счетчика 9 сигнал на выходе управляемого устройства 16 изменения фазы сигнала меняется на 180°. Выход управляемого устройства 16 изменения фазы сигнала подключен к последовательно соединенным фильтру 17 низких частот и преобразователю 18 напряжение - ток, с которого снимается выходной сигнал и который замкнут на последовательно соединенные обмотки 5 обратной связи. Устройство работает следующим образом. При отсутствии преобразуемого сигнала (плотность тока равна нулю) в сердечниках I магнитного компаратора протекают переменные магнитные потоки, вызванные синусоидальным током обмоток 2 и прямоугольным током низкой частоты обмоток 3. Кривая намагничивания ферромагнитных сердечников относительно начала координат имеет симметричный характер, поэтому амплитуда переменного напряжения, вь1званного синусоидальным током обмоток 2, не зависит от направления тока, протекающего по обмоткам 3, если величина его в последних одинакова. Ток, протекающий по,обмоткам 3, имеет прямоугольную форму и не содержит постоянной составляющей. Поэтому величина напряжения выходной обмотки 6 не зависит от направления тока в обмотках 3. Это напряжение увеличивается усилителем 14 переменного напряжения и детектируется фазочувствительным детектором 15. Очевидно, что так как величина напряжения на выходе обмотки 6 не зависит от направления тока в обмотках 3, напряжение на выходе фазочувствительного детектора 15 остается постоянным в оба полупериода низкочастотного прямоугольного напряжения. Оно подается на вход управляемого устройства 16 изменения фазы сигнала, которое в течение одного полупериода низкочастотного прямоугольного напряжения передает сигнал одного знака, а в другой полупериод меняет его фазу на противоположную. Так как на выходе фазочувствительного детектора 15 сигнал имеет постоянную величину. то постоянная составляющая на выходе управляемого устройства 16 изменения фазы сигнала, которая выделяется фильтром 17 низких частот, равна нулю и ток в обмотке обратной связи отсутствует. При появлении преобразуемого сигнала постоянного тока он создает магнитный поток, который в один полупериод суммируется с магнитным потоком, вызванным током обмоток 3, а в другой - вычитается из него. Это приводит к нарушению симметрии сердечников 1. Напряжения на выходе обмотки 6 становятся различными для разных полупериодов прямоугольного тока в обмотках 3. Постоянная составляющая на выходе фазочувствительного детектора 15 меняется в зависимости от полупериода прямоугольного напряжения и на выходе управляемого устройства 16 изменения фазы сигнала появляется постоянное напряжение, которое выделяется фильтром 17 низких частот. Это напряжение преобразуется в преобразователе 18 напряжение ток в ток, который, протекая через обмотку 5 обратной связи, уравновешивает воздействие преобразуемого сигнала. Ток компенсации в преобразователе напряжение - ток 18 преобразуется в сигнал, который подается на блок формирования управдяющего воздействия системы регулирования плотностью тока. Электронные ключи 12 и 13 замыкают обмотки магнитного компаратора на небольшой промежуток времени в момент изменения направления тока в обмотках 3. Это обеспечивает резкое уменьшение постоянной времени этой обмотки и способствует быстрейшему установлению тока в обмотках 3. Кроме того, резко уменьшается амплитуда импульса в обмотке 6, который появляется в момент изменения направления тока в обмотках 2 и величина которого зависит от параметров сердечника 1. Все это способствует уменьшению аддитивной погрешности. Длительность включения электронных ключей 12 и 13 определяется счетчиком 9 и формирователем 11 коротких уп равляюших импульсов, который подает сигнал на управляюшие электроды ключей, обеспечиваюший открывание последних. В момент изменения направления тока в обмотках 3 со счетчика 9 на формирователь 11 коротких управляюших импульсов поступает сигнал, который приводит к появлению на его выходе импульсного сигнала, отпираюшего электронные ключи 12 и 13 на определенный промежуток времени,: кратный частоте генератора 8 синусоидального напряжения. При этом уменьшается длительность переходного процесса установления тока в обмотках 3 и снижается величина импульса в обмотке 6. Данный преобразователь не имеет аддитивной погрешности, так как в независимости от параметров сердечника и их изменений при отсутствии преобразуемого сигнала ток компенсации равен нулю, что, как известно, принципиально нельзя обеспечивать в системах, охваченных обратными связями любой глубины. Мультипликативная погрешность близка, к нулю вследствие наличия стопроцентной обратной связи. В связи с тем, что в предлагаемом преобразователе удается свести к нулю аддитивную погрешность, которая является общим недостатком всех известных магниточувствительных преобразователей, а мультипликативная погрешность устранена общеизвестными средствами, точность его намного выше, чем у известного. Кроме того, преобразователь совершенно не критичен к параметрам ферромагнитных сердечников и их изменениям. Это резко упрощает и удешевляет изготовление, так как ликвидируется операция подбора сердечников по параметрам. Настройка п()еобразоватсля существенно облегчается и упрощается в связи с меньшей зависимостью характеристик преобразования от режимов работы сердечников. Формула изобретения Преобразователь для систем автоматического управления плотностью тока в гальванических ваннах, содержащий датчик плотности тока, выполненный в виде многообмоточного дифференциального магнитного компаратора, цепь прямого преобразования, состоящую из усилителя переменного напряжения, фазочувствительного детектора, фильтра низких частот и преобразователя напряжение- ток, вход которой подключен к выходной обмотке магнитного компаратора, а выход - к обмоткам обратной связи, генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к обмоткам возбуждения магниточувствительного компаратора и к управляющим электродам фазочувствительного детектора, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности регулирования плотности тока в гальванических ваннах, он снабжен счетчиком, управляемым устройством изменения фазы сигнала, электронным): ключами, формирователем коротких управляющих импульсов и дополнительным преобразователем напряжение - ток, причем вход счетчика подключен к выходу . генератора синусоидального напряжения, а выход его.- к формирователю коротких управляющих импульсов и к дополнительному преобразователю напряжение - ток, выход которого замкнут на обмотки дифференциального магнитного компаратора, выход формирователя коротких управляющих импульсов подключен к управляющим электродам электронных ключей, каждый из которых подключен к обмоткам дифференциального магнитного компаратора, а управляемое устройство изменения фазы сигнала включено в разрыв цепи прямого преобразования между фазочувствительным детектором и фильтром низких частот, причем управляющие электроды его подключены к выходу счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Фокин А. Н. и др. Устройство для бесконтактного измерения плотности тока в электролите.--«Приборы и системы управления, М., «Мащиностроение, N° 7, 1977, с. 52-53.