Устройство для измерения плотности тока (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G01R19/08 G01V3/06 

I

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерений параметров электрических составляющих естественного электромагнитного поля в области геофизики, в частности при рлектроразведке полезных ископаемых магнитотеллурическим методом, а также плотности тока электрического поля,возбуждаемого в электролитической анне при физическом моделировании или при электрохимических исследованиях.

Известны устройства для измерения плотности тока, содержащие токоидальный трансформатор и проводящий стержень, проходящий через окно трансформатора 1 . .

Недостаток устройств - лзкая чувствительность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения плотности тока, содержащее проводящий концентратор в виде двух одинаковых половин сфероида, которые подключены к первичной обмотке трансформатора тока. Вторичная обмотка трансформатора токаподключена к входу согласующего усилителя. К выходу усилителя подключен показывающий прибор 2.

Известное устройство работает следующим образом: концентратор помещают в исследуемую среду, в которой возбуждено электромагнитное по10ле с плотностью тока & . При этом через первичную обмотку трансформатора тока протекает ток З , сконцентрированный концентратором

(1)

SK6i,

15

1

где S площадь максимального сечения концентратора,перпендикулярного большой оси сфероида;

20

коэффициент концентрации;

К

5i измеряемая составляющая вектора плотности тока вдоль большой оси сфероида. Сила тока 3 протекаоще го через прибор, опр:едепяется по формуле 3, ,. 1 где KT К, коэффициент трансформации, коэффициент преобразования усилителей вторичного тока в выходное напряжение, сопротивление прибора. 7 Т.е. показания прибора пропорциональны измеряемой составляющей плотности тока. Недостатком известного устройства является низкая точность из-за нестабильности кЬэффициента концентрации К и изменения сопротивления концентратора вследствие электрохимических процессов на границе раздела металл-проводящая среда. Цель изобретения - повышение точности измерения плотности тока. Указанная цель достигается (первый вариант) тем, что устройство для измерения плотности тока, содержащее трансформатор токаjпроводящий кон центратор в виде двух половин сферои да, подключенных к первичной обмотке трансформатора, согласующий усилитель, подключенный ко.вторичной обмотке трансформатора, и пока.зывающий прибор, снабжено двумя дополнительными электродами и управляемым источ ником тока, при этом выход усилителя подключен к входу управляемого источника тока, а дополнительные электроды подключены к выходам источника тока: один - непосредственно а другой через, показывающий прибор, и установлены: один на фиксированнр.м расстоянии на продолжении большо оси концентратора, а другой - в про тивоположной Иространственной полу сфере не ближе первого или в любой точке сферы на расстоянии, не менее чем напорядок больше расстояния пе вого дополнительного электрода от концентратора. Второй вариант решения заключает ся в том, что устройство для измерения плотности тока, содержащее трансформатор тока, проводящий концентратор в виде двух половин сферо да , подключенных к первичной обмотк трансфои о гора , согласующий усипитель, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора, и показывающий прибор, снабжено двумя дополнительными электродами, управляемым источником тока и нулевым индикатором, при этом нулевой индикатор подключен к выходу усилителя, а дополнительные электроды подключены к выходам управляемого источника тока: один -непосредственно,- а другой через показывающий прибор, и установлены: один на фиксированном расстоянии на продолжении большой оси концентратора, а другой - в противоположной про.странственной полусфере не ближе первого или в любой точке сферы на расстоянии, не менее чем на порядок больше расстояния первого электрода от концентратора. Эти варианты решения позволяют уменьшить влияние изменения коэффициента концентрации вследствие электрохимических процессов на повepxнoqти концентратора за счет компенсации измеряемой плотности тока плотностью тока поля возбуждаемого током, вытекающим с выхода источника тока через вспомогательные элект- роды. На фиг, 1 представлен 1-ый вариант устройства; на фиг, 2 - 2-й вариант устройства. Устройство содержит концентратор в виде двух половин 1 и 2 сфероида, подключенных к первичной обмотке 3 трансформатора k тока со вторичной обмоткой 5 соглас.ующий усилитель 6, подключенный по входу к вторичной обмотке 5 трансформатора, показывающий прибор 7 дополнительные электроды 8 и 9, подключенные к управляемому источнику 10 тока один непосредственно, другой через показывающий прибор (амперметр) 7 индикатор 11. Устройство работает следующим образом. При установке концентратора 1 и 2 и дополнительных электродов 8 и 9 в среду с исследуемым электромагнитным полем с составляющей плотности тока 5j вдоль большой оси концентратора в условиях установившегося режима, ток через дополнительные электроды 8 и 9 возбуждает электромагнитное поле, плотностью тока 6с ) приближенно равного по величине и

противоположного по фазе. Поэтому ток 1 через первичную обмотку 3 трансформатора k, сконцентрированный концентратором, определяется как

(М

1 SK (6)-(So)

Ток 3, после преобразования трансформатором k, усилителем 6 и управляемым источником 10 тока поступает через электроды 8 и в среду, возбуждая поле плотностью бу .где коэффициент преобразования управляемого источника тока;г - расстояние от фиксированно го электрода до концентратора; - коэффициент, зависящий от взаимного расположения элек родов () / о. 2 . . . Указанные расположения электродо являются эквивалентными и определяЪтся условиями эксплуатации предлагаемого устройства.Например, при электроразведочных работах располагать источник регулируемого тока вблизи другой измерительной аппарат ры, в то время как концентратор дол жен находиться на большом расстояни от аппаратуры. В этом случае с цель сокращения числа жил сигнального кабеля следует один из дополнительных электродов разместись рядом с и точником регулируемого тока. При это ( k (практически независимо от взаимного расположения электродов). При измерении электрических составляющих естественного электрического поля удобно размещать оба электрода симметрично отнЬсительно концентратора на продолжении его большой оси, при этом ч(. 2. Из конструктив1ных соображений во можно несимметричное расположение дополнительных электродов, при этом 2 oL 6 г Равенство имеет место в случае, когда расстояние удаленного электрода больше, по крайней мере, порядок ближнего электрода к концентратору.

При этом сила тока tlnp через прибор равняется

7пр ct7ir5,

(6)

Это означает, что показания прибора при соответствующем выборе параметров усилителя 6 и источника тока 10 пропорциональны измеряемой плотности тока

-. Л с Яг КтРпр с. /7 :) ДГ1Г2(1- зкК.Кит

«5 При этом вследствие электрохимических процессов на поверхности концентратора в известном устройстве изменяется коэффициент концентрации К на 30-50, то согласно 3) на столько же изменяется погрешность устройства. В то же время в предлагаемом изобретении при изменении коэффициента концентрации К вследст вие электрохимических процессов на поверхности концентратора на 30-50%, как следует из формулы (7), погрешность изменяется на один-два порядка меньше. Второй вариант устройства в отличие от первого варианта (фиг. 2) содержит дополнительно нулевой индикатор П (например, фазочувствительный с дополнительным резонансным усилителем), который подключен к выходу согласующего усилителя. При этом управляемый вход источника 10 тока отключен от выхода усилителя 6. Отличие работы устройства второго варианта от первого заключается в том, что оно обеспечивает возможность точного.уравновешнеания измерительной цепи нулевому индикатору 11 ручным уравновешиванием выходного тока управляемого источника 10 тока. При этом имеет место равенство компенсационной и измеряемой плотности тока . - Возможность полного уравновешивания плотностей тока обеспечивает дальнейшее повышение точности измерения плотности тока по сравнению с первым вариантом. Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение точности измерения плотности тока на 1-2. порядка по сравнению с известным и может быть использовано в электроразведке и геофизических исследованиях естественных электромаг нитных полей взамен базового. Изобретение по второму варианту работы обеспечивает еще более высокую (в раз) точность, чем по первому варианту, и может быть использовано для лабораторных исследований при физическом моделировании и электрохимических работах. Формула изобретения 1. Устройство для измерения плот ности тока, содержащее трансформато тока, проводящий концентратор в виде двух половин сфероида, подключен ных к первичной обмотке трансформатора, согласующий усилитель, подключенный к вторичной обмотке, тран форматора, и показывающий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя дополнительными элек родами и управляемым источником тока, при этом выход усилителя подклю чен к входу управляемого источника тока, а дополнительные электроды подключены к выходам источника тока один - непосредственно, а другой через показывающий прибор, и установлены один на фиксированном расстоянии на продолжении большой оси концентратора, а другой - в противо положной прострямственной Полусфере 38 не ближе первого или в любой точке сферы на расстоянии, не менее «ем на порядок больше расстояния первого электрода от концентратора. 2. Устройство для измерения плотности тока, содержащее трансформатор тока, проводящий концентратор р виде двух половин сфероида, подключенных к первичной обмотке трансформатора, согласующий усилитель, подключенные к вторичной обмотке трансформатора, и показывающий при бор,отличающееся .тем, что, с целью повышения точности,оно снабжено двумя дополнительными электродами, управляемым источником токаи нулевым индикатором, при этом нулевой индикатор подключен к выходу усилителя, а дополнительные электроды подключены к выходам управляемого источника тока: один - непосредственно, а другой через показывающий приборки установлены один на фиксированном расстоянии на продолжении большой оси концентратора, а другой - в противоположной пространственной полусфере не ближе первого или в любой точке сферы на расстоянии, не менее чем на порядок больше расстояния первого электрода от концентратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 357537, кл. G 01 V 3/06, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 17753, кл. G 01 R 3/06, 1971 .

8

О

z

3 5

j

О

9

8

О

Фиг.1

г

Ъ 5

11

10

О

9

Фиг.г