Прецизионный измеритель электрической проводимости жидкости

 

Изобретение может быть использовано при создании высокоточных измерителей электрической проводимости электролитов на основе датчиков, выполненных в виде тороидальных магнитопроводов (МП). Цель изобретения состоит в повышении точности измерения за счет устранения погрешности, вызванной временной и температурной нестабильностью магнитной проницаемости измерительного тороидального сердечника. Задача решается введением измерительных тороидальных сердечников 3 и 4 с измерительными обмотками 7 и 8, обмотками 10-14 обратной связи, усилителей 20 и 21, резисторов 22-24, сумматора 25. При этом ток, частично компенсирующий магнитный поток в первом измерительном МП, протекает по обмоткам обратной связи остальных измерительных МП, и усилители последующих измерительных МП компенсируют только оставшуюся нескомпенсированную часть измеряемого магнитного потока. Суммируя напряжения, создаваемые токами всех усилителей на резисторах, в сумматоре, получают напряжение, соответствующее действительному магнитному потоку. Введение одинаковых дополнительных обмоток 15-18 на каждом МП и усилителя 28 с единичным коэффициентом усиления обеспечивает постоянство суммы магнитных потоков всех МП. При этом в витке жидкости наводится ЭДС, определяемая с большой точностью напряжением возбуждения. 1 ил.

СВОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1499271 (511 4 G 01 R 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4269390/24-21 (22) 29. 06. 87 (46) 07.08.89. Бюл. Р 29 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.Н.Ермолаев, В.Г.Гусев, Е.Л.Леонидов и M.Ï.Èâàíîâ (53) 621.317.732 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1138762, кл. G 01 R 27/02, 1985.

Патент США Р 3603873, кл. 324-30, !

974. (54) ПРЕЦИЗИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение может быть использовано при создании высокоточных измерителей электрической проводимости электролитов на основе датчиков, выполненных в виде тороидальных магнитопроводов (HII). Цель изобретения состоит в повышении точности измерения за счет устранения погрешности, вызванной временной и температурной нестабильностью магнитной проницаемости измерительного тороидального

2 сердечника. Задача решается введением измерительных тороидальных сердечников 3 и 4 с измерительными обмотками 7 и 8, обмотками 10-14 обратной связи, усилителей 20 и 21, резисторов

22-24, сумматора 25. При этом ток, частично компенсирующий магнитный поток в первом измерительном IGI, протекает по обмоткам обратной связи остальных измерительных МП, и усилители последующих измерительных МП компенсируют только оставшуюся нескомпенсированную часть измеряемого магнитного потока. Суммируя напряжения, создаваемые токами всех усилителей на резисторах, в сумматоре, получают напряжение, соответствующее действительному магнитному потоку . Введение одинаковых дополнительных обмоток 1518 на каждом МП и усилителя 28 с еди- С ничным коэффициентом усиления обеспечивает постоянство суммы магнитных 2 потоков всех ИП. При этом в витке . жидкости наводится ЭДС, определяемая м с большой точностью напряжением воэ- Д буждення. 1 ил. CO

1499271

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения электрической проводимости электролитов.

Цель изобретения — повьппение точности измерения электропроводности жидкости

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из трансформаторноro датчика, включающего в себя питающий тороидальный магнитопровод

1 и измерительные тороидальные магнитопроводы 2-4, на питающем магнитопроводе l намотана обмотка 5 возбуждения, на каждом измерительном магнитопроводе 2-4 намотано по одной сигнальной обмотке 6-8 и первой обмотке

9-11 обратной связи (OC) соответст- 2р венно, кроме того, на измерительных магнитопроводах 3 и 4 намотано по одной второй обмотке 12 и 13 обратной связи, на измерительном магнитопроводе 4 намотана третья обмотка 14 об- 25 ратной связи, на всех магнитопроводах

1-4 намотано по одной дополнительной обмотке 15-18, сигнальные обмотки 68, обмотки 9-14 обратной связи, дополнительные обмотки 15-18 с обмот- 30 кой 5 возбуждения имеют равные числа витков соответственно, сигнальные обмотки и обмотки обратной связи включаются встречно, электронные усилители 19-21, резисторы 22-24, сумматор

25, измерительный прибор 26, источник 27 переменного напряжения, усилитель 28 с единичным коэффициентом усиления .

Число введенных измерительных маг- 4р нитопроводов и соответственно электронных усилителей и сопротивлений зав висит от конкретной решаемой задачи.

Чем больше вводится указанных элементов, тем большую точность измерения 45 электропроводности электролитов можно до стичь

Устройство работает следующим образом.

С источника 27 переменного напряжения на обмотку 5 возбуждения посту50 пает синусоидальное напряжение, которое вызывает появление тока в электролите. Величина тока пропорциональна удельному электрическому сопротивлению жидкости. Ток в электролите, охватывая каждый из измерительных магнитопроводов 2-4, создает в них магнитные потоки Фl, Ф2, ФЗ соответст4 венно. Каждый электродный усилитель обеспечивает частичную компенсацию магнитных потоков в соответствующих измерительных магнитопроводах пропорционально величине коэффициента усиления. Дпя измерительного магнитопровода 2 намагничивающей силой является измеряемый ток электролита

На вход усилителя 19 подается эДС, пропорциональная по току Фl, которая усиливается в К раз. Т"ак как сиг1 нальные обмотки и обмотки ОС включены встречно то выходной -ток усилителя 19 i»,„<, протекая по обмоткам 911, является размагничивающей силой и частично компенсирует магнитные потоки Ф1, Ф2, ФЗ ho всех измеритель ных магнитопроводах (уменьшает в К раз). В результате, ток 1,„ равен

ВЬЮ1

1 вь g 1 и м где Д1 — погрешность преобразования

Я тока электролита i „, щ в магнитопроводе 2.

Для измерительного магнитопровода

3 намагничивающей силой является ток

Ь1,1 1и м i Вьа T.e ° oH nPeo6Pa зует только погрешность преобразования измерительного магнитопровода 2 с обмотками.

Выходной ток усилителя 20 равен о

Ь1вьп Ь1 1з где Q i — погрешность преобразования

3 тока 6,1 в измерительном магнитопроводе 3.

Аналогично намагничивающей силой для измерительного магнитопровода 4

1 и м 1вьв а

1 вь 3 и выходной ток УсилителЯ 2 1 определяется

1&ьиФ 14 где g i< — погрешность преобразования тока hi> в измерительном магнитопроводе 4.

После суммирования в сумматоре 25, сигнал на его выходе равен

1 изм Ь11

Таким образом, каждый последующий измерительный магнитопровод осуществляет преобразование только погрешности преобразования предыдущих измерительных магнитопроводов. Если обозначить относительные погрешности преобразования каждого измерительного магнитопровода

1499271

hi 2

1ИЗМ 14

К1, Д1

Д1 Ц4 L

Ь 4 1 )ц

В данном устройстве погрешность тока b.1 во много раз меньше чем по1 грешность Д1, которая была бы при 10 одном измерительном магнитопроводе 2.

Если измеряется ток i „„, = 100 мкА с погрешностями = = 11 4 = 0,1, то при отсутствии рассматриваемых существенных признаков погрешность рав- 15 на hi< = 100 мкА.

В предлагаемой структуре погрешность д14 = 1 мкА, что соответствует преобразованию с относительной погрешностью = 0,001.

Таким образом, повышается точность преобразования тока. Однако преобразуемый ток 1,щ зависит не только от сопротивления электролита, но и от сопротивлений, вносимых в жидкостный 25 виток измерительными магнитопроводами.

Для устранения влияния этих вносимых сопротивлений, ЭДС, неводимую в витке электролита, необходимо увели- 30 чить так, чтобы скомпенсировалось падение напряжения на них. Ток должен принять то значение, которое было бы при отсутствии вносимых сопротивлений.

Для поддержания с высокой точностью ЭДС, создаваемой в витке 29 электролита обмоткой 5 возбуждения,в устройство введена следящая отрицательная обратная связь с помощью последо- 40 вательно соединенных дополнительных обмоток 15-18. На точность поддержания определенной ЭДС в жидкостном витусе 29 связи большое влияние оказывают магнитные потоки всех магнито- 45 проводов, активное сопротивление питающей обмотки возбуждения. ЭДС в витке жидкости определяется суммой составляющих ЭДС, наводимых в электролите каждым магнитопроводом. С помощью дополнительных обмоток 15-18 определяется суммарное значение ЭДС, наведенной в электролите всеми магнитопроводами. Это значение ЭДС сравнивается с напряжением возбуждения на обмотке 5 с помощью усилителя 28 с единичным коэффициентом усиления.

В идеальном случае, когда отсутствуют потоки рассеяния магнитопроводов и активное сопротивление обмотки возбуждения равно нулю, усилитель 28 с единичным коэффициентом усиления не оказывает влияния на работу устройства и напряжение на его выходе равно нулю, так как напряжение, подаваемое с вывода обмотки 5 возбуждения на инвертирующий вход усилителя 28 и напряжение, подаваемое с последовательно соединенных дополнительных обмоток

15-18 на неинвертирукиций вход, равны между собой. В электролите наводится заданное значение ЭДС.

Однако на результаты измерения оказывает влияние активное сопротивление обмотки возбуждения и потоки рассеяния магнитопроводов.

В .результате на выходе усилителя

28 с единичным коэффициентом усиления будет появляться разностное напряжение, которое компенсирует влияние характеристик магнитоправодов на точность измерения . При этом ЭДС в электролите определяется с больной точностью напряжением возбуждения.

Введение и дополнительных магнитопроводов с сигнальными обмотками и обмотками 0С, и усилителей, и резисторов равных сопротивлений и сумматора позволяет уменьшить погрешность измерения электропроводности жидкостей. Это достигается sa счет практически полного устранения влияния характеристик магнитопроводов на результат измерения.

Введенные усилители имеют конечные значения коэффициентов усиления, что позволяет обеспечить абсолютную устойчивость устройства. Введение дополнительных обмоток на всех магнитопроводах, усилителя с единичным коэффициентом усиления, позволяет повысить точность измерения за счет компенсации влияния активного сопротивления обмотки возбуждения и магнитных потоков рассеяния дополнительно введенных магнитопроводов. формула изобретения

Прецизионный измеритель электрической проводимости жидкости, содержащий питающий и первый измерительный тороидальные магнитопроводы, через которые проходит замкнутый виток измеряемой жидкости, обмотку возбуж дения, расположенную на питающем то. роидальном магнитопроводе, сигналь1499271

Составитель A.Fyzos

Редактор С.Патрушева Техред М.Ходанич

Корректор Т.Малец

Заказ 4687/44 . Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул . Гагарина,!01 ную обмотку и обмотку обратной связи, расположенные на первом измерительном тороидальном магнитопроводе, первый усилитель, источник переменного напряжения, измерительный прибор, при этом выход источника переменного напряжения соединен с первым выводом обмотки возбуждения, выводы сигналь" ной обмотки соединены с входами первого усилителя; выход которого соединен с первым выводом обмотки обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повьппейия точности измерения, в него введены и-1 иэмери- 15 тельных тороидальных магнитопроводов, и резисторов, и-1 усилителей, сумма гор усилитель с единичным коэффициентом усиления, и-1 сигнальных обмоток, которые расположены по одной на и-1 измерительных тороидальных магнитопроводах, обмотки обратной связи,, которые расположены на п-1 измерительных тороидальных магнитопроводах, на каждом из которых число обмоток, обратной связи соответствует порядковому номеру измерительного магнитопровода, n+1 дополнительных обмоток, которые расположены по одной на каждом из измерительных и питающем то- 0 роидальных магнитопроводах, причем первые обмотки обратной связи и-1 измерительных тороидальных магнитопроводов соединены последовательно, пер вый вывод первой обмотки обратной связи, расположенной на втором изме35 рительном тороидальном магнитопроводе, соединен со вторым выводом первой обмотки обратной связи, расположенной на первом измерительном тороидальном магнитопроводе, второй вывод первой обмотки обратной связи и-го измери- . тельного тороидального магнитопровода соединен с первым выводом первого резистора, сигнальная обмотка, расположенная Hà втором измерительном то" роидапьном магиитопроводе, соединена со входами второго усилителя, выход которого соединен с первым выводом второй обмотки . обратной связи, распоп женной на втором измерительном тороидальном магнитопроводе, вторые обмотки обратной в связи и-1 измерительных тороидальных магнитопроводов соединены последовательно, второй вывод второй обмотки обратной связи, расположенной на п-м измерительном . тороидальном магнитопроводе, соединен с первым выводом второго резистора, аналогично соединены остальные сигнальные обмотки и обмотки обратной связи, для любого К-ro усилителя (Кй и) сигнальная обмотка, расположенная на К-м измерительном тороидальном магнитопроводе, соединена с

его входами, выход его соединен с первым выводом К-й обмотки обратной связи, расположенной на,К"м измерительном тороидальном магнитопроводе, К-е обмотки обратной связи соединены последовательно, второй вывод К-й обмотки обратной связи, расположенной на и-и измерительном тороидальном 1 магнитопроводе, соединен с первым выводом К-го резистора, первые выводы резисторов соединены с п-входами сумматора, а вторые выводы - с общей шиной, выход сумматора соединен с измерительным прибором, дополнительные обмотки соединены последовательно и включены встречно с обмоткой возбуждения, первый вывод первой дополнительной обмотки; расположенной на питающем тороидальном магнитопроводе, соединен с вторым выводом обмотки возбуждения и с выходом усилителя с единичным коэффициентом усиления, второй вывод и-й дополнительной обмотки, расположенной на и-м измерительном тороидальном магнитопроводе, соединен с неинвертируюцим входом усилителя с единичным коэффициентом усиления, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом обмотки возбуждения.