Устройство для измерения плотности тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК БО(51 О 01 В 1 ЕТЕН У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) 1, Авторское свидетельство СССР У 417753, кл. С 01 Ч 3/06, 1971.2, Авторское свидетельство СССР Р 924593, кл. 0 01 Б 19/08,. 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И 311 КРБНИЯ ПЛОТНОСТИ ТОКА, содержащее проводящий концентратор, состоящий из двух половин сфероида, согласующий усилитель, вход которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока, управляемый источник тока, к выходным выводам которого подключены два токовых электрода:один " непосредственно, а другой - через измеритель тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона в область ннфраэвуковой частоты, в него введены и-фазный(и 3) высокочастотный генератор,п синхронных детекторов, (и) дополнительных трансформаторов тока и(и) дополнительных согласующихусилителей, а каждая половина сфе-роида концентратора выполнена в видеи идентичных осесимметричных изолированных друг от друга измерительныхэлектродов, причем каждая пара противолежащих измерительных электродовподключена к выводам соответствующегвыхода генератора и к выводам первичной обмотки соответствующего транформатора тока, вход каждого из дополнительных согласующих усилителейсоединен с вторичной обмоткой соот;ветствующего дополнительного трансформатора тока, один из входов каждошо синхронного детектора подключенк выходу соответствующего согласующего усилителя, другой вход - к соответствующему выходу генератора, авыход - к одному иэ входов управляемого источника тока.Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при исследованииэлектрических составляющих естественного электромагнитного поля в геофизике, например, в процессе электро"разведки полезных ископаемых.Известно устройство для измеренияплотности тока, содержащее проводящийконцентратор, состоящий из двух половин сфероида, подключенных к выводампервичной обмотки трансформатора тока,вторичная обмотка которого соединенас входом согласующего усилителя, измеритель тока, включенный на выходесогласующего усилителя 111.Однако известное устройство характеризуется низкой точностью измерения,обусловленной нестабильностью коэффициента концентрации и изменением сопротивления концентратора под действием электрохимических процессов награнице раздела металл - проводящаясреда.Наиболее близким к изобретению 25является устройство для измеренияплотности тока, содержащее проводящийконцентратор, состоящий из двух половин сфероида, подключенных к выводампервичной обмотки трансформатора тока, З 0вторичная обмотка которого соединенас входом согласующего усилителя, управляемый источник тока, вход которого соединен с выходом согласующегоусилителя, а к выходным выводам под 35ключены два токовых электрода: один -непосредственно, а другой - черезизмеритель тока 121,Однако данное устройство работоспособно при частотах, превышающихединицы герц. При более низких частотах мнимая часть коэффициента трансформации и коэффициента концентрацииоказывается сравнимой с действительной частью и измерительная цепь становится неустойчивой. Для обеспеченияустойчивости необходимо осуществитьбыстрый спад характеристики усилителяв область низких частот, а это приводит к принципиальному ограничению50нижней границы частотного диапазона,Цель изобретения - расщирение частотного диапазона в область инфразву-.ковой частоты. Поставленная цель достигается тем,55 что в устройство для измерения плотности тока, содержащее проводящий концентратор, состоящий из двух по .: ловин сфероида, согласующий усилитель,вход которого соединен с вторичнойобмоткой трансформатора тока, управляемый источник тока, к выходным выводам которого подключены два токовыхэлектрода: один - непосредственно, адругой - через измеритель тока, введены и-фазный ,и3) высокочастотный генератор, и-синхронных детекторов,(и) дополнительных трансформаторовтока и (г.-1) дополнительных согласующих усилителей, а каждая половина сфероида концентратора выполнена в видеи идентичных осесимметричных изолированных друг от друга измерительныхэлектродов, причем каждая пара противолежащих измерительных электродовподключена к выводам соответствующеговыхода генератора и к выводам первичной обмотки соответствующего трансформатора тока, вход каждого из дополнительных согласующих усилителейсоединен с вторичной обмоткой соответствующего дополнительного транс"форматора тока, один из входов каждого синхронного детектора подключенк выходу соответствующего согласующего усилителя, другой вход - к соответствующему выходу генератора, авыход - к одному из входов управляемого источника тока,На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения плотности тока.Устройство содержит концентратор,состоящий из двух половин 1 и 2 сфероида, причем половина 1 разделенана идентичные осесимметричные изолированные друг от друга измерительные электроды 3 - 5, а половина 2на измерительные электроды б - 8, Всостав у тройства входят также трехфазный : -нератор 9 с тремя парамиизолированных друг от друга и синфазных для каждой пары выходов 10 -12, подключенных соответственно кпарам соответствующих измерительныхэлектродов 3 - б, 4 - 7, 5 - 8, которые, в свою очередь, соединены через трансформаторы 13 - 15 тока ссогласующими усилителяыг 16 - 18, Вы-,ходы последних подключены к сигнальным входам синхронных детекторов 19 "21, соединенных управляющими входамис соответствующими выходами генератора 9. Кроме того, в устройстве имеются управляемый источник 22 тока, входы которого подключены к выходам синхронных детекторов 19 - 21, и токо) 7 г "т где К - коэффициент преобразователясогласующих усилителей 16-18;Кт - коэффициент трансформациитрансформаторов 13-15;К - коэффициент преобразованияуправляемого источника 22тока;20сопротивление измерителя 25тока, Ом;- расстояние между токовымиэлектродами 23 и 24, м.Таким образом, сила тока 3 черезизмеритель 25 тока может быть определена как: 0) где 1 - частота генератора 9, Гц.Вследствие нелинейности поляризационной кривой материала измерительных электродов 3 - 8 с той же частотой периодически меняется проходное поверхностное сопротивление последних, шунтирующее емкость двойного слоя. Поэтому токовые линни в среде периодически концентрируются на измерительных электродах, которые в данный момент имеют наиболее высокую проводимость.Сила тока э через измерительные электроды 3 - 8 пропорциональна разности плотностей тока о;= О, т,е.40 2Н РпР = ( 1.-1)(2) где 5 - площадь поверхности измерительного электрода, м45К - коэффициент, зависящий от отношения длин осей концентратора и числа электродов,Токи 3 З после преобразования соот ветствующими трансформаторами 13- 15 тока и согласующими усилителями .16 - 18 поступают на входь синхронных детекторов 19 - 21, открытых в период уменьшения проходного сопротивления 55 соответствующих им измерительных электродов и закрытых в период повышенного проходного сопротивления. Товые электроды 23 и 24, подключенныек выходным выводам источника 22 тока.первый - непосредственно, а второй -черев измеритель 25 тока,Устройство работает следующим образом.При установке устройства в средус исследуемым электромагнитным полемс составляющей плотности тока ;вдоль большой оси концентратора вусловиях установившегося режима ток,протекающий через токовые электроды23 и 24 в среду, возбуждает в нейэлектромагнитное поле с плотностьютока 30, приближенно рйвной измеряемой составляющей 3; но модулю, нопротивоположной по фазе,Возбуждаемое генератором 9 вспомогательное электрическое поле вращается в плоскости, перпендикулярнойбольшой оси сфероида (т.е. перпендикулярной измеряемой составляющейо;)с угловой скоростью г 1, равной: ки с выходов синхронных детекторов19 - 21 суммируются управляемым источником 22 тока (выполняющего в устройстве роль сумматора), с выхода ко,торого через токовые электроды 23 и24 ток поступает в среду, возбуждаяв ней плотность тока ь К,йгО 26 К Ку Кыг(5)Из выражений (4) и 1,5) следует, чтопри изменении параметров К К К иЭф ТфК,результирующий коэффициент преобразования в у раз меньше. Так, например,1/если обеспечить значенияпорядка0,01 при наихудших условиях, то влияние изменения указанных параметровуменьшится в сто раз.В предложенном устройстве вследствие периодического изменения проходного сопротивления поверхности измерительных электродов 3 - 8 вспомогательным вращающимся электрическимполем и резкого снижения сопротивления проводящих электродов имеет место смещение нижней границы на несколько порядков. При этом вследствие пространственной ортогональностиизмеряемой составляющей 5 и вектораплотности 30 тока вспомогательногополя существенно уменьшено влияниепоследнего. Наличие обратной связичерез токовые электроды 23 и 24 определяет высокую точность предложен"ного устройства по сравнению с известными,дзоощ 2502 39 Т аз 748 По снж геат , г,Узтород, уа.Проек йй, 4