Автокомпенсационный измеритель плотности тока в электролите Советский патент 1982 года по МПК G01R19/08 

. Изобретение относится к иэмерительной технике и предназначено для контроля плотности тока в объе. ме электролита непосредственно в ходе технологического процесса нанесения гальванических покрытий. Известны измерители плотности тока в электролите, выполненные по компенсационной схеме, содержащие два торроидальных ферромагнитных сердечника, имеющих определенную площадь внутреннего окна, с обмотками возбуждения, выходной и обратной связи, преобразователь ток-напряжение, выпрямитель, фильтр низких частот и регистратор тока l Однако данные устройства имеют невысокую точность, большую температурную погрииность, плохую повторяемость характеристик. Эти недоста ки вызваны существенными разбросами и нестабильностью параметров ферромагнитных сердечников. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автокомпенсационный измеритель плот ности тока в электролите, содержащи датчик в виде двух ферромагнитных сердечников торроидальной форкы с обмотками возбуждения, выходной и обратной связи, источник высокочастотного напряжения, к которому подключены через резистор первая обмотка возбуждения, источник прямоугольного напряжения с трансформаторным выходом, одна из выходных обмоток которого подсоединена через резистор к второй обмотке возбуждения, а две другие выходные обмотки источника прямоугольного напряжения ..с тоансфррматорным выходом подсоединены к коммутатору и синхронному детектору соответственно, и последовательно включенные коммутатор, асинхронный детектор, демодулятор, синхронный детектор, фильтр низких частот и преобразователь напряжение - ток. Выход преобразователя напряжеНие-ток через регистратор тока нагружен на обмотку обратной связи, а вход коммутатора подсоединен к выходной обмотке датчика 2, Недостатком данного устройства является наличие в выходном сигнале датчика коммутационных выбросов, которые возникают в момент перехода через ноль (смене полярности) тока источника прямоугольного напряжения с трансформаторным выходом. Амплитуда этих выбросов зависит от температуры, от параметров сердечников и изменяется от образца к образцу, что вносит дополнительную аддитивную погрешность, Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения аддитивной погрешности преобразования. Указанная цель достигается, тем, что в автокомпенсационный измеритель плотности тока в электролите, содержащий датчик-плотности тока в виде двух ферромагнитных сердечников торроидальной формы с обмотками ..возбуждения, выходной и обратной связи, и.сточник высокочастотного напряжения, к которому подключена через резистор первая обмотка воз буждения, источник прямоугольного напряжения с трансформаторным выходом .одна из выходных обмоток которого подключена через резистор к второй обмотке возбуждения, а две Другие выходные обмотки подсоединены к входам коммутатора и синхронного детек тора соответственно, и последовател но включенные коммутатор, асинхронны детектор, демодулятор, синхронный . детектор, а также фильтр низких частот и преобразователь напряжение-ток причем выход преобразователя напряже ние-ток через регистратор тока нагру жен на обмотку обратной связи, а вход коммутатора подсоединен к выходной обмотке датчика, введены формирователь управляющего напряжения и ключ, а в источник прямоугольного напряжения с трансформаторным выходо введена дополнительная выходная обмотка, причем вход ключа подсоединен к выходу синхронного детектора, а выход ключа - к входу фильтра низких частот, при этом дополнительная обмо ка подсоединена к ключу через формирователь управляющего напряжения. На фиг.1 дана схема устройства; на фиг.2 - кривив зависимости (Н ферромагнитных сердечников; на фиг. форма напряжения на выходной обмот.ке; на фиг.4 - форма напряжения на выходе коммутатора. Измеритель включает датчик 1 плотности тока (дифференциальной конструкции), выполненный в виде двух ферромагнитных сердечников 2 и- 3 торроидальной формы с обмотками 4,5 и б, 7 возбуждения, выходной 8/ обратной связи 9 и 10. Эти сердечHpiJKH собраны вместе и имеют общее окно известной площади. обмотки 4 и5,6 и 7, 9 и 10 нэмотаны на разных сердечниках. На одном из сердеч ников намотана обмотка 8. обмотки 4,5 и 6,7 возбуждения соединены последовательно так, что магнитные по токи, создаваемые ими, направлены в противоположные стороны. Обмотки б .и 7 возбуждения через резистор 11 подсоединены к источнику 12 низкочастотного прямоугольного напряжения, имеющему выход с трансформатора 13. Обмотки возбуждения 4 и 5 подсоединены к источнику 14 высокочастотного напряжения через резистор 13. Вход коммутатора 16 подключен к выходной обмотке 8, а выход коммутатора 16 подключен к асинхронному детектору 17. Назначение коммутатора 16 - коммутировать концы выходной обмотки 8 в соответствии с изменением прямоугольного низкочастотного напряжения модуляции. Асинхронный детектор 17 подключен к демодулятору 18, сглаживающему высокочастотное напряжение пульсаций; Выход демодулятора 18 подсоединен к синхронному детектору 19, коммутируемому низкочастотным напряжением JyIoдyляции. Синхроншлй детектор 19 . подключен к ключу 20, управляемому формирователем 21 управляющего на- i, пряжения, подключенному к дополнительной обмотке 22 источника 12 низкочастотного прямоугольного напряжения с трансформаторным выходом. Ключ 20 подключен к фильтру 23 низких частот. Фильтр 23 низких частот подключен к преобразователю 24 напряжение-ток, нагруженному через регистратор 25 тока на обмотки 9 и 10 обратной связи. Устройство работает следующим образом. Предположим, что ферромагнитные сердечники датчика 1 плотности тока и соответствующие обмотки 4 и 5, б и 7, 9 и 10 абсолютно идентичны и кривая зависимости В f(Н) ферромагнитных сердечников имеет вид, показанный на фиг.2. При отсутствии электролитического тока в окне датчика плотности тока напряженность магнитного поля в каждом из ферромагнитных сердечников 3 и 2 складывается из напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей. Величины напряжений на выходе источника 12 прямоугольного напряжения и источника 14 высокочастотного напряжения и резисторы 11 и 15 выбраны так, что ток источника 12 прямоугольного напряжения (ток низкочастотной модуляции) значительно больше тока источника 14 высокочастотного напряжения. На выходной обмотке 3 из-за нелинейности и симметричности кривой намагничивания будет напряжение, форма которого показана на . Характер изменения напряжения обусловлен тем, что при одновременном воздействии низкочастотного прямоугольного напряжения модуляции и высокочастотного напряжения положительная полуволна высокочастотного напряжения в один полупериод воздействия низкочастотного напряжения увеличивает индукцию в магиитопроводе, а в другой - уменьшает. Аналогично и в другой полупериод низкочастотного прямоуголь|НогЬ напряжения модуляции. Амплитуды высокочастотного напряжения в соседние полупериоды низкочастотного прямоугольного напряжения одинаковы.

Это напряжение подается на коммутатор 16, синхронизированный с низ- 0 кочастотным прямоугольным напряжением модуляции. Коммутатор 16 устраняет низкочастотную паразитную модуляцию . Форма напряжения на выходе коммутатора 16 показана на фиг.4. Как 15 видно, это напряжение не модулировано по амплитуде. После выпрямления асинхронным детектором 17 напряжение подается на демодулятор 18. Так как постоянная времени демодулятора 18 20 гораздо больше периода высокочастотног.о питающего напряжения, то на выходе фильтра появляется постоянное напряжение, пропорциональное постоянной составляющей входного сигнала, 25 которое не пропускается в остальную часть схемы разделительной цепью, входящей в состав демодулятора 18. Поэтому в остальной части cxeNti . нал будет отсутствовать и в обмотках ,. 9 и 10 обратной связи тока нет.

При появлении постоянного электрического тока, протекающего через окно датчика плотности тока, возни- . кает магнитное поле подмагничивания, 35 Оно нарушает симметрию напряженнос,тей, существующую ранее. В итоге рабочие точки, вокруг которых происходили высокочастотные изменения напряженности, в оба полупериода низ- 40 кочастотного напряжения сместятся в одну и ту же сторону. Это вызовет низкочастотную амплитудную модуляцию высокочастотного напряжения. Частота модуляции будет равна частоте 45 низкочастотного напряжения, а глубина модуляции определяется величиной тока, протекающего через окно датчика 1 плотности тока. После выпрямления асинхронным детектором 17 и гл сглаживания высокочастотных пульсаций демодулятором 18 на входе синхронного детектора 19 будет напряжение огибающей, пропорциональное измеряемому току. Ключ 20, управляемый прямоугольин да импульсами, образуемыми формирователями управляющего напряжения, вырезает коммутационные выбросы.

Напряжение сглаживается фильтром 23 нижних частот, преобразуется в ) ток преобразователем 24 напряжение- . ток и через регистратор 25 ока прикладывается к обмоткам 9 и 10 обратной связи, создавая ток, компенсирующий .электролитический входной ток. 45

Поэтому датчик 1 плотности тока работает при малых отклонениях от начальной рабочей точки сердечников.

Температурная погрешность датчика 1 плотности тока практически отсутствует, так как с изменением температуры не нарушается симметрия кривой намагничивания ферромагнитного материала, т.е. выходной сигнал датчика 1 плотности тока остается симметричным и не вносит дополнительной аддитивной погрешности.

Предлагаемое устройство имеет повышенную точность преобразования благодаря исключению аддитивной погрешности преобразования.

Повышение точности измерения плотности тока в электролите позволит повысить качество нанесения покрытия и существенно уменьшить расход дефицитных материалов. Кроме того, применение предлагаемого устройства в промышленности позволит оптимизировать гальванические процессы.

Формула изобретения

Автокомпенсационный измеритель плотности тока в электролите, содержащий датчик плотности тока в виде двух ферромагнитных сердечников торроидальной формы с обмотками возбуждения, выходной и обратной связи, источник высокочастотного напряжения к которому подключена через резистор первая обмотка возбуждения, источник прямоугольного напряжения с трансформаторным вь1ходом, одна из выходных обмоток которого подключена через pe зистор к второй обмотке возбуждения,/ а две другие выходные обмотки подсоединены к входам коммутатора и синхронного детектора соответственно, и последовательно включенные коммутатор, асинхронный детектор, демодулятор, синхронный детектор, а также фильтр низких частот и преобразователь напряжение-ток, причем выход преобразователя напряжениеток через регистратор тока нагружен на обмотку обратной связи, а вход коммутатора подсоединен к выходной обмотке датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения аддитивной погрешности преобразования, введены формирователь управляющего напряжения и ключ, в источник прямоугольного напряжения с трансформаторным выходом введена дополнительная выходная обмотка, причем вход ключа подсоединен к выходу синхронного детектора, а выход ключа - к входу фильтра низких частот, при этом дополнительная обмотка подсоединена к ключу через формирователь управляющего напряжения.

Источники информации, принятые во Внимание при экспертизе

1. Гусев В.Г., Фокин А.Н., Иванов М.П. Магниточувствительные первичные измерительные преобразователи

плотности тока в электролите. - Измерительная техника, 1977, 6, с.70.

2. Авторское свидетельство СССР 813273, кл.С 01 R 19/08, 1975 (прототип).