Автокомпенсационный измеритель плотности тока в электролите

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<11>970245 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.04 ° 81(21) 3269666/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.10,82. Бюллетень ¹40 фИ)М Кл з

G 01 R 19/08

Государственный комитет

СССР яо делам .изобретений и открытий (531 УДК 21, 317. 7 (088. 8) "

Дата опубликования описания 30.10,82

В. Г. Гусев, В. Б.Малешин, К.М. Валитов, М.П.Иванов, A.Í.ôîêèí и Н.К.фокин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель а (54) ABTOKOMIIEHCAUHOHHblA ИЗМЕРИТЕЛЬ

ПЛОТНОСТИ ТОКЛ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ

Изобретение относится к измерительной 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 обрат« ной связи, преобразователь ток-напряжение, выпрямитель, фильтр низких частот и регистратор тока (1).

Однако данные устройства имеют невысокую точность, большую температурную погрешность, плохую повторяемость характеристик. Эти недостатки вызваны существенными разбросами и нестабильностью параметров ферромагнитных сердечников.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автокомпенсационный измеритель плотности тока в электролите, содержащий датчик в виде двух ферромагнитных сердечников торроидальной форьы с обмотками возбуждения, выходной и обратной связи, источник высокочас тотного 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 ттзансФорматорным выходомподсоединены к коммутатору и синхронному детектору соответственно, и последовательно включенные коммутатор, асинхронный детектор, демодулятор, синхронный детектор, фильтр низких частот и преобразователь напряжение — ток.

Выход преобразователя напряжеиие-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. ЛмплиЗО туда этих выбросов зависит от тем970245 льной 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, 6 и 7, 9 и 10 абсолютно идентичны и кривая зависимости В = f(H) ферромагнитных сердечников имеет вид, показанный на фиг.2. При отсутствии электролитического тока в окне датчика плотности тока напряженность магнитного поля в каждом иэ ферромагнитных сердечников 3 и 2 складывается из напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей.

Измеритель включает датчик 1 плотности тока (дифференциальной конструкции), выполненный в виде двух ферромагнитных сердечников 2 и 3 торроидальной формы с обмотками

4,5 и 6, 7 возбуждения, выходной 8 обратной связи 9 и 10. Эти сердечн рхи собраны вместе и имеют общее окно известной площади. Обмотки 4 и 5, 6 и 7, 9 и 10 намотаны на разных сердечниках. На одном из сердечников намотана обмотка 8. обмотки 69

4,5 и 6,7 возбуждения соединены последовательно так, что магнитные потоки, создаваемые ими, направлены a . противоположные стороны. Обмотки 6 .и 7 возбуждения через резистор 11 65 пературы, от параметров сердечников и изменяется от образца к образцу, что вносит дополнительную аддитивную погрешность.

Цель изобретения — повышение точности путем уменьшения аддитивной погрешности преобразования.

Укаэанная цель достигается тем, что в автокомпенсационный измеритель плотности тока в электролите, содержащий датчик плотности тока в 10 виде двух ферромагнитных сердечников торроидальной формы с обмотками, .возбуждения, выходной и обратной связи, источник высокочастотного напряжения, к которому подключена через резистор первая обмотка воэбуж- дения, 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 детектора соответственно, и последовательно включенные коммутатор, асинхронный детектор, демодулятор, синхронный детектор, а также фильтр низких частот и преобразователь напряжение-ток, причем выход преобразователя напряжение-ток через регистратор тока нагружен 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 выходомЗ5 введена дополнительная выходная обмотка, причем вход ключа подсоединен к выходу синхронного детектора, а выход ключа - к входу фильтра низких частот, при этом дополнительная обмот40 ка подсоединена к ключу через формирователь управляющего напряжения.

На фиг.1 дана схема устройства; на фиг.2 — кривие зависимости B=f(Í) ферромагнитных сердечников; на фиг.3-45 форма напряжения на выходной обмот.ке; на фиг.4 — форма напряжения на выходе коммутатора. 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 .модуляции. Синхронный детектор 19 подключен к ключу 20, управляемому формирователем 21 управляющего найряжения, подключенному к дополните-

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 низкочастотнойй 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 фиг 3. Характер изменения напряжения обусловлен тем, что при одновременном воздействии низкочастотного прямоугольного напряжения модуляции и высокочастотного напряжения положительная полуволна высокочастотного напряжения в один полу970245 период воздействия нйзкочастотного напряжения увеличивает индукцию в магнитопроводе, а в другой — уменьшает. Аналогично и в другой полупериод низкочастотного прямоугольного напряжения модуляции. Амплитуды высокочастотного напряжения в соседние полупериоды низкочастотного прямоугольного напряжения одинаковы.

Это напряжение подается на коммутатор 16, синхронизированный с низ- Ч 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 выпрямпения асинхронным детектором 17 напряжение подается на демодулятор 18. Так как постоянная времени демодулятора 18 щ гораздо больше периода высокочастотного питающего напряжения, то на выходе фильтра появляется постоянное напряжение, пропорциональное постоянной составляющей входного сигнала, которое не пропускается в остальную часть схемы разделительной цепью, входящей в состав демодулятора 18.

Поэтому в остальной части схемы сит нал будет отсутствовать и в обмотках

9 и 10 обратной связи тока нет.

При появлении постоянного электрического тока, протекающего через окно датчика плотности тока, возникает магнитное поле подмагничивания. З5

Оно нарушает симметрию напряженностей, 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 низкочастотного напряжения, а глубина модуляции определяется величиной тока, протекающего через окно датчика 1 плотности тока. После выпрямления асинхронным детектором 17 и сглаживания высокочастотных пульсаций демодулятором 18 на входе синхронного детектора 19 будет напряжение огибающей, пропорциональное измеряемому току. Ключ 20, управляемый прямоугольными импульсами, образуемыми формирователями управляющего напряжения, вырезает коммутационные выбросы.

Напряжение сглаживается фильтром

23 нижних частот, преобразуется в ток преобразователем 24 напряжениеток и через регистратор 25 тока 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

1 к которому подключена через резистор первая обмотка возбуждения, 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 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, о т л и ч а ю шийся 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.

В

Источники информации, принятые во Внимание при экспертизе

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

970245 плотности тока в. электролите. -"Измерительная техника", 1977, 9 6, с ° 70.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 813273, кл.G 01 R 19/08, 1975 (прототип) .

1 (I

Составитель В.Костин

Редактор М.Янович Техред Т.Маточка Корректор С.Шекмар

Эакаэ 8380/54 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ).";35, Раушская наб., д.4/5

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