Самоуравновешивающийся кондуктометрический трансформаторный мост

 

СаМОУРАВНОВШЯИВАЮЩИЙСЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕШСЙЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ tKXiT, содержедий трансформатор напряжения , один вывод первичной обмотки ко-горого соеданен с шиной , и трансформатор тока, соединенные между собой жидкостным вит-, ком связи, генератор переменного напряжения, разделительный конденсатор , источник опорного напряжения, резистор, подключенный к стоку поле|ВОго транзистора, к затвору которого подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных обмотки т$ анс рматора тока, начало которой соединено с общей шиной, усилителя рассогласования, выпрямителя и интегратора , -обмотку сравнения, конец которой соединен с общей шиной, регистратор , отличающийся тем, что, с целью повшаения точности и быстродействия измерения, он снабжен цепью обратной связи, состоящей из масштабного резистора и компенсационной обмотки, причем компенсационная .обмотка размещена на магнитрпроводе трансфбрматора тока, вкл1бч€на .Встречно его. обмотке и начало ее через масштабный резистор соединено с выходом усилителя рассогласовавия , а конец ее соединен с общей шийой, первый ваход генератора переменного напряжения соединен с вторым первичной трансформат€4 а напряжения, второй вьзход генератора переменного напряжения соедааден с источ;нйком опсфноро напрйжения и вторйи ,10 -Е1ези- j стора, к первому выводу (счз S подсоединен регистратор, рс ё ишвн (Л ный Также с шиной, а;xitcsK - а6лввого тран зистора соедий и яом-обмйткИ; сравнений:;, njiriraeM отношение велйчййы сстротивления ма:сшт абного резйстс а к числу витков компен-к сационной определяется по формуле „ «м эо vtffc йвых Ui - величина сиэпротивления Рде масштабного резистора. Ом; WK - 1ИСЛО витков компенсёодионэо ной обмотки «ВХ величина входного сопротивления усилителя рассогласо вания. Ом; , k коэффициент усиления усилителя , рассогяасовгшия; W число витков выходной обВых мотки трансформатора тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у5П G 01R 17/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

О PblT (21 ) 3489857/18-21 (22) 09.09.82 (46) 0.7,04.8 4. Бюл. В 13 .(7И МЛЗ.Плошинский (53) 621.317.733г543,257(088.8) (56;) 1. Елисеев B.è. кондуктометрическнй коицентратомер с широкоднапазонной температурной компенсацией.

Сб."Автоматизацйя химического производства", вып.3, N., 1973.

2 . заславский Й.и. и др.:Нондуктометрический концентратомер широкого диапазона температур. приборы и си" стемы управления, В 7, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

9 59б871, кл. G 01 Н 27/02, 1976, !

54) (57) САИОУРАЬНОВЕИИВАЮЩИЯСЯ.КОН ДУКТОИЕТРИЧЕСКИИ ТРАНСФОРИАТОРНЫЙ ИОСТ, содержащий трансформатор напряжения, один вывод первичной обмотки которого соединен с общей шиной, и трансформатор тока, соединенные между собой жидкостным витком связи, генератор переменного напряжения, разделительный конденсатор, источник опорного напряжения, резистор, подключенный к стоку полевого транзистора, .к затвору которого подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных обмотки транс» форматора тока, начало которой соединено с общей шиной, усилителя рассогласования, выпрямителя и интегратора, обмотку сравнения, конец которой соединен с общей шиной,,ре- гистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения, он

I снабжен цепью обратной связи, состоящей из масштабного резистора и компенсационной обмотки, причем компенсационная,обмотка размещена на магнитонроводе транс@брматора тока, включена.встречно er î. обмотке и начало ее через масштабный резистор соединено с выходом усилителя рассогласовайия, а конец ее соединен с общей шйной, первый. выход генератора переменйого напряжения соединен с вторым вмводой первичной обмотки трансфорйат<фа напряжения, второй выход генератора перемейного напряжения соедийен с источником опорного напрй кения.й вторзф4 выэодОФа Рези- стора, к первому выЬоду котоРого . 9 подсоединен -регистратсд, рМдиееиный также с Общей шиной, и "сток. йолевого транзистора соедиией а началом обмотки сравнения,,прФхем .отно шение величййы сойротввления масшта ного ревнстора к числу витков компен-Я сационной обмотки айределяется по формуле

Ра И „.К у

%с в «» где R — величина сопротивления масштабного резистора, Ом; к — число витков компенсацион— ной обмотки;

"в» - величина входного сопротив. ления усилителя рассоглас вания, Ому — коэффициент усиления усилителя.рассогласования; Вы» — число витков выходной обмотки трансформатора тока.

1084686

Изобретение относится к измерениям электрофизических параметров жидкостей и может быгь испольэбвано в

"лорской кондуктометрии для исследования мелкомасштабной структуры вод океана, в метрологии в качестве образцового средства для градуировки и поверки рабочих средств измерения средних значений удельной электрической проводимости.

Известны кондуктометрические концентратомеры, построенные по схеме самоуравновешивающегося трансформаторного моста с жидкостным витком связи и каналом сравнения. В известных устройствах применяются цепи следя- 15 щих обратных связей со сложными кинематическими" звеньями, управляющие потенциометрами или магнитньвюи сердечниками (11 и (2)

Электромеханические звенья обла- 20 дают низким быстродействием, имеют как мертвый ход в кинематике, так и электрический порог срабатывания.

Для отработки исполнительного механизма принципиально необходимо на- 25 личие сигнала раэбаланса между исследуемой проводимостью и проводимостью канала сравнения. Несмотря на введение сложных схем термокомпенсации, результирующая погрешность gp измерений известных устройств не ниже 0,2-0,5%., Недостатками известных устройств являются низкие точность и быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является кондуктомер, представляющий собой самоуравновешивающийся трансформаторный кондуктометрический мост с жидкостным витком связи, содержащий двухтрансформаторный датчик с жидкостныгл витком связи, канал сравнения, коммутатор, подкпюченный к выходу задающего генератора, фильтр сигнала рассогласования, выпрямитель и 45 интегратор, соединенные последовательно и подключенные к затвору полевого транзистора, переход стокисток которого включен в канал сравнения, а также соединенные последо- 50 вательно с полевым транзистором блок токового выхода и регистратор (31 .

Недостатками известного самоуравновешивающегося кондуктометрического трансформаторного моста являются 55 низкие точность и быстродействие.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.

Поставленная цель достигается 60 тем, что самоуравновешивающийся койдуктометрический:.. траисформаторньгй мост, содержай ий трансформатор напряжения, один вывод первичной обмотки которого соединен с общей шиной, и трансформатор тока, соединенные между собой жидкостным витком связи, генератор переменного напряжения, разделительный конденсатор, источник опорного напряжения, резистор, подключенный к стоку полевого транзистора, к затвору которого подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных обмотки трансформатора тока, начало которой соединено с общей шиной, усилителя рассогласования, выпрямителя и интегратора, обмотку сравнения, конец которой соединен с общей шиной, регистратор, снабжен цепью обратной связи, состоящей из масштабного резистора и компенсационной обмотки, причем компенсационная обмотка размещена иа магнитопроводе трансформатора тока, включена встречно его обмотке и начало ее через масштабный резистор соединено с выходом усилителя рассогласования, а конец ее соединен с общей шиной, первый выход генератора переменного напряжения соединен с вторым выводом первичной обмотки трансфорглатора напряжения, второй выход генератора переменного напряжения через конденсатор соединен с источником опорного напряжения и вторым выводом резистора, к первому выводу которого подсоединен регистратор, соединенный также с общей шиной, сток полевого транзистора соединен с началом обмотки сравнения, а отношение величины сопротивления масштабного резистора к числу витков компенсациойной обмотки определяется по формуле

"е "вх < и ) к Вых где R„

®к ех величина сопротивления масштабного резистора, Ому число витков компенсационной обмотки; величина входного сопротивления усилителя рассогласования, Ом; коЭФфициент усиления усилителя рассогласования; число витков выходной обмотки трансформатора тока. это позволяет осуществить одновременное взаимодействие четырех, попарно равных, магнитных потоков в магнитолроводе трансформатора тока и исключить влияние сигнала рассогласования на точность измерений, достичь жесткой пропорциональности между током жидкостного витка и током полевого транзистора и обеспечить обработку цепей двух обратных связей на несущей частоте источника . переменного напряжения.

1084686

На чертеже представлена структур ная схема устройства.

В самоуравновешивающемся кондуктометрическиМ трансформаторном мосту трансформатор 1 напряжения и трансформатор 2 тока связаны между собой жидкостным витком 3 связи, об" разуемым исследуемой жидкостью. Обмотка 4 трансформатора 1 напряжения подключена к генератору 5 переменного напряжения. Обмотка 6 сравне- 10 ния трансформатора 2 через переход сток-исток полевого транзистора 7, резистор 8 и разделительный конденсатор 9подключена к генератору 5.

Обмотка 10 трансформатора 2 подключе «15 на к входу усилителя 11 рассогласования с низким входным сопротивлением. Выход усилителя 11 через выпрямитель 12 и интегратор 13 подключен к затвору полевого транзистора 7. 20

Цепь 14 обратной связи состоит иэ масштабного резистора 15 и компенсационной обмотки 16, расположенной на трансформаторе 2 тока и включенной встречно обмотке 10. Цепь 14 обратной связи подключена к выходу усилителя 11. Источник 17 опорного напряжения подключен к конденсато-. ру 9 и резистору 8, а регистратор 18 подключен к .стоку полевого транзистора 7.

Самоуравновешивающийся кондуктометрический трансформаторный мост работает следующим образом.

Генератор 5 переменного напряжения, подключенный к обмотке 4 транс З форматора 1, индуцирует в жикдостном витке 3 связи ЭДС,постоянную по амплитуде,и меняющуюся с частотой генератора 5. Ток в жидкостном витке 3 связи пропорционален величине 40 удельной проводимости исследуемой жидкости, заполняющей этот виток, и создает в магннтопроводе трансформатора 2 тока магнитный поток, определяемый величиной этого тока.

В обмотке 10 трансформатора 2, нагруженной на низкое входное сопротивление усилителя 11, иидуцируется ток, ампер-витки которого (по закону Лей» ца) будут направлены встречно ампер-. ниткамg созданным током жидкостно го витка 3 связи, т.е. будут стре-, миться их скомпенсировать. Однако сигнал, усиленный усилителем 11, . выпрямляется, сглаживается и управляет проводимостью полевого транзистора 7 такюа образом, чтобы изменить величину тока в обмотке 6 сравнения трансформатора 2. Так в обмотке 6 создается генератором 5 и стремиться скомпенсировать ампер-витки 40 жидкостного витка 3 в трансформаторе 2 тока. Эта компенсация происходит неполностью, так как для наличия тока в обмотке 6 принципиально необходимо управляющее напряжение на

/ затворе полевого транзистора 7, а следонательно, необходимо и наличие ,тока н обмотке 10. Поэтому ампервитки выходной обмотки 10 никогда не равны нулю. С выхода усилителя 11 через масштабный резистор 15 подается ток в обмотку 16, которая включена встречно обмотке 10. Таким образом, ампер-витки обмотки 16 складываются в магнитопроноде трансформатора 2 тока с ампер-витками, созданными током жидкостного витка. Происходит как .бы увеличение тока жидкостного витка, изменяющего ток в обмот ке 10 так,чтобы изменить ток в обмотке 6 сравнения строго на величину недокомпенсации, которая требовалась для создания управляющего напряжения на затворе полевого транзистора 7.Взаимодействие обеих цепей обратной связи приводит к жесткому равенству (или пропорциональности) проводимостей полевого транзистора 7 и жидкости н витке 3 связи. Проводимость полевого транзистора 7 определяется при помощи регистратора 18, реагирующего на постоянный ток источника 17. Конденсатор 9 служит для гальванической развязки цепей постоянного и переменного тока, а резистор 8 выбирается в зависимости от динамического диапазона изменения проводимости полевого транзистора 7.

В магнитопроноде трансформатора 2 тока одновременно взаимодействуют четыре магнитных потока, изменяющихся с частотой генератора 5 и создаваемых соответственно токами жидкостного витка 3 связи и обмотками 6,10 .и 16. В режиме трансформации тока, что достигается малым сопротивлением усилителя 11 со стороны обмотки 10, суммарный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора 2 должен быть ра= вен нулю, т.е. выполняется равенство я иьк + sblf +> cpasll + комл 0 )(1) с вв„. — ампер-витки, со здаваемые током генератора, протекающим через прово.димость полевого транзистора

" жидк - ампер-витки в магнитопроводе трансформатора тока, создаваемые током жидкостного витка;

"вью - ампер-витки, создаваемые током выходной обмотки 10;

"коми - ампер-витки, создаваемые током в обмотке 16 °

В самоуравнОвешивающемся кондуктометрическом трансформаторном мосту выполняется следующее равенство

"вьх = комп (2) т.е ампер-витки, создаваемые током компенсационной обмотки 16, должны быть равны и встречно напранлены ампер-виткам, создаваемым в магнито1084686 проводе трансформатора 2 тока током выходной обмотки 10. Тогда зто приведет к выполйению условия Мсидк = араон ю (з) что следует из подстановки (2) в (1), т.е. всегда будут равны ампервитки жидкостного витка 3 связи и обмотки 6 сравнения независимо от величины ампер-витков обмотки 10.

Это позволяет даже нри небольшой глубине обратной связи, охватывающей мост через полевой тракеистор 7, достичь сколь угодно высокой точности уравновешивания. Принципиальное наличие сигнала рассогласования (ток в обмотке 10) не юказывает влия-15 ния на точность измерений, и независимо от абсолютного значения удельной электрической проводниости жидкости в витке 3 связи и нелинейности управления транзистором 7 в устрой- ;р стве всегда существуем равенство (или жесткая пропорциональность) между проводимостью полевел транзистора ? и проводимостью исследуемой жидкости в витке 3 связи. Проводи- . Z5 мость полевого транзистора 7, определяемая при равновесии моста карактеризует удельную электрическую про-, . водимость исследуемой жидкости.

Ток обмотки 10 создает на входном сопротивлении усилителя 11 падение напряжения

Ц „ 1, .Яе„(4) .где Оз» - входное напряжение усилите" ля 11 В)

- величина тока в обмотке 10

Ф

Это напряжение усиливается усилителем 11

"аык " Ц М > ® гдето - выходное напряжение усилиВЫХ ". теля 11, При помощи масштабноГо резнстора

15 это напряжение в цепи 14 обратной 45 связи преобразуется в ток компенса- о ционной обмотки 16 ! ь м

50 где 3, - величин а тока в обмотке

16, A

Учитывая, что ампер-витки определяются как произведение тока в обмотке на число ее витков, н что по абсолютной величине с учетом соотношения (2) ампер-витки компенсационной обмотки должны быть равны ампер-виткам выходной обмотки 10, имеем выражение, определяющее параметр цепи 14 обратной связи, т,е. отношение величины сопротивления масштабного резистора к числу витков компенсационной обмотки 9l з„ к

Ъ (у) к . ®век т.е. необходимыми и достаточными условиями для полного исключения влияния сигнала рассогласования на точность уравновешивания являются,вопервых, встречное включение обмоток

10 и 16 fàîîòíîøåíèe (2),, а во-вторых, отношение величины сопротивления масштабйого резистора 15 к числу витков обмотки 16 должно быть равно. отношению произведения входного сопротивления усилителя 11 на его коэффициент усиления к числу витков обмотки 10 трансформатора 2..

Самоуравновешивающийся кондуктометрический трансформаторный мост охвачен двумя зависимыми цепями обратных связей, поэтому его относительная погрешность в отличие от известных устройств определяется как =А 7 где В, — относительная погрешность измерения известного технического решения

8у - относительная погрешность невыполнения соотношения(7), Применение изобретения позволяет повысить т9чность измерения на 1

1,5 порядка по сравнению с известными решениями, а использование отработки всех цепей обратных связей непосредственно на частоте задающего генератора 5 без дополнительных коммутаций и модуляции позволяет повысить быстродействие примерно на порядок °

1084686

Составитель В.Семенчук

Редактор С.Юско Техред С.Легеза Корректор Г.Решетник

Заказ 1989/38 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4