Самоуравновешивающийся кондуктометрический трансформаторный мост

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК РЕСПУБЛИК 17/10 ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С ГО(53) 621.317.733 г 543,257(088.8) (56;) 1. Елисеев В.И, кондуктометриче- скнй концентратомер с широкоднапазонной температурной компенсацией.Сб."Автоматизация химического производства", вып,З, И., 1973,2. Заславский Й,И. и рФ. Кондувтометрический концентратомер йирокогб диапазона температур. приборы и си" стемы управления, В 7, 1978.3. Авторское свидетельство СССР 9 59 б 871 ф кл. 0 01 М 27/02 с 1976(54) (57) САИОУРАВНОВЕ ИИ ВАЮЩИЙСЯ . КОН ДУКТОИЕТРИЧВГКИЙ ТРАНСФОРИАТОРНЫЙ ИОСТ, содержащий трансФорматор напряжения, один вывод первичной обмотки которого соединен с общей шиной, и трансФорматор тока, соЬдиненные между собой жидкостным вит-, . ком связи, генератор переменйого 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 снабжен цепью обратной связи, состоящей из масштабного резистора и компенсационной обмотки, причем компенсационная,обмотка размещена на магнитонроводе трансФбрматора тока, включена.встречно его.обмотке и начало ее через масштабный резистор соединено с выходом усилителя рассогласовайия, а конец ее соединен с общей шйной, первый. выход генератора перемевного напряжения соединен с вторым вмводой нервнчвой обмотки траасФорйатофе напряжения, второй выход генератора пвремейного напряжения соедийен с источником опорно:го напрйменвя.й вторите выэодсяврези-стора, к первому вйЬоду которого 9подсоединен -регистратсд, соединенный 1 акже с общей шиной, и стож йолевого транзистора соединей а началом обмотки сравнения, причем отношение величййы сойротввления масшта ного резистора к числу витков компен-Я сационной обмотки айределяется по Формуле Рв ИКфк фвю де К - величина сопротивлениямасштабного резистора, Ом; йю - число витков компенсацион - ной обмотки; Йв - величина входного сопротив ления усилителя рассоглас вания, Ом 1 - коэФФициент усиления усилителя.рассогласования; фВщ - число витков выходной обмотки трансФорматора токаИзобретение относится к измерениямэлектрофизических параметров жидкостей и может быгь использОвано вморской кондуктометрии для исследования мелкомасштабной структуры водокеана, в метрологии в качестве образцового средства для градуировкии поверки рабочих средств измерениясредних значений удельной электрической проводимости.Известны кондуктометрические концентратомеры, построенные по схемесамоуравновешивающегося трансформаторного моста с жидкостным витком связии каналом сравнения. В известныхустройствах применяются цепи следящих обратных связей со сложными кинематическими" звеньями, управляющиепотенциометрами или магнитньвюи сердечниками 11 и 2Электромеханические звенья обладают низким быстродействием, имеюткак мертвый ход в кинематике, так иэлектрический порог срабатывания.Для отработки исполнительного механизма принципиально необходимо наличие сигнала раэбаланса между исследуемой проводимостью и проводимостью канала сравнения. Несмотряна введение сложных схем термокомпенсации, результирующая погрешность З 0измерений известных устройств не ниже 0,2-0,5.,Недостатками известных устройствявляются низкие точность и быстродействие.35Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсякондуктомер, представляющий собойсамоуравновешивающийся трансформаторный кондук томе трический мост с 40жидкостным витком связи, содержащийдвухтрансформаторный датчик с жидкостным витком связи, канал сравнения,коммутатор, подключенный к выходузадающего генератора, Фильтр сигнала рассогласования, выпрямитель и 45интегратор, соединенные последовательно и подключенные к затвору полевого транзистора, переход стокисток которого включен в канал сравнения, а также соединенные последовательно с полевым транзистором блоктокового выхода и регистратор 31 .Недостатками известного самоуравновешивающегося кондуктометрическоготрансформаторного моста являются 55низкие точность и быстродействие. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.Поставленная цель достигается 60 тей, что самоуравновешивающийся койдуктометрический:.траисформаторнйй мост, содержайий трансформатор напряжения, один вывод первичной обмотки которого соединен с общей 65шиной, и трансформатор тока, соединенные между собой жидкостнымвитком связи, генератор переменного напряжения, разделительныйконденсатор, источник опорного напряжения, резистор, подключенный кстоку полевого транзистора, к затвору которого подключена цепь, состоящая из последовательно соединенныхобмотки трансФорматоРа тока, началокоторой соединено с общей шиной,усилителя рассогласования, выпрямителя и интегратора, обмотку сравнения, конец которой соединен с общейшиной, регистратор, снабжен цепьюобратной связи, состоящей из масштабного резистора и компенсационнойобмотки, причем компенсационная обмотка размещена иа магнитопроводетрансформатора тока, включена встречно его обмотке и начало ее черезмасштабный резистор соединено с выходом усилителя рассогласования, аконец ее соединен с общей шиной, первый выход генератора переменного напряжения соединен с вторым выводомпервичной обмотки трансформаторанапряжения, второй выход генераторапеременного напряжения через конденсатор соединен с источником опорногонапряжения и вторым выводом резистора, к первому выводу которого подсоединен регистратор, соединенный также с общей шиной, сток полевого транзистора соединен с началом обмоткисравнения, а отношение величины сопротивления масштабного резистора кчислу витков компенсациойной обмоткиопределяется по формуле"е "вх" фк феых где йм фк вхвеличина сопротивлениямасштабного резистора, Ом;число витков компенсационной обмотки 1.величина входного сопротивления усилителя рассогларвания, Ом;коЭФфициент усиления усилителя рассогласования 1число витков выходной обмотки трансформатора тока. фвыхэто позволяет осуществить одновременное взаимодействие четырех, попарно равных, магнитных потоков вмагнитолроводе трансформатбра токаи исключить влияние сигнала рассогласования на точность измерений,достичь жесткой пропорциональностимежду током жидкостного витка и током полевого транзистора и обеспечить обработку цепей двух обратныхсвязей на несущей частоте источникапеременного напряжения,На чертеже представлена структур ная схема устройства.В самоуравновешивающемся кондук. тометрическим 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 ния трансформатора 2 через переход сток-исток полевого транзистора 7, резистор 8 и разделительный конденсатор 9 подключена 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 затворуполевого транзистора 7. 2 О 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 7.30Самоуравновешивающийся кондуктометрический трансформаторный мост работает следующим образом.Генератор 5 переменного напряжения, подключенный к обмотке 4 транс форматора 1, индуцирует в жикдостном витке 3 связи ЭДС,постоянную па амплитуде,и меняющуюся счастотой 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. 45 В обмотке 10 трансформатора 2, нагруженной на низкое входное сопротивление усилителя 11, иидуцируется ток, ампер-витки которого (па закону Лей" ца) будут направлены встречно ампер-. виткам, созданнм. Токам достаго витка 3 связи, т.е. будут стре-, миться их скомпенсировать . Однако сигнал, усиленный усилителем 11, . выпрямляется, сглаживается и управляет проводимостью полевого транзистора 7 такюе образом, чтобы изменить величину тока в обмотке б срав. нения 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 ддя наличия .тока в обмотке 6 принципиально иеоб" ходимо управляющее напряжение на затворе полевого транзистора 7, а следовательно, необходимо и наличие ,тока в обмотке 10, Поэтому ампер- витки 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 абра" зом, ампер-витки обмотки 16 складываются в магнитопроводе 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.Взаимодействиеобеих цепей обратной связи приводит к жесткому равен. ству илипропорцкональности) проводимостей полевого транзистора 7 и жидкости н витке 3 связи. Проводимость полевого транзистора 7 определяется при помощи регистратора 18, реагирующего на постоянный токисточника 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 магнитопроводе 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 магнитоправоде трансформатора 2 должен быть равен нулю, т.е. выполняется равенствоАяидк +Авык +Асровн +Акомд =0)(1) где А . - ампер-витки, создаваеСРфц мые током генератора,протекающим через проводимость полевого транзистора"вью - ампер-витки, создаваемые током выходной обмотки 10;"коми - ампер-витки, создаваемые током в обмотке 16В самоуравнавешивающемся кондуктометрическом трансформаторном мосту выполняется следующее равенствоАвьх = Акомп12) т,е ампер-витки, создаваемые током компенсационной обмотки 16, должны быть равны и встречно направлены ампер-виткам, создаваемым в магнитопроводе трансформатора 2 тока токомвыходной обмотки 10. Тогда зто приведет к выполйению условияаидк = А араон ю 3)что следует из подстановки 2) в1), т,е. всегда будут равны ампервитки жидкостного витка 3 связи иобмотки 6 сравнения независимо отвеличины ампер-витков обмотки 10.Это позволяет даже нри небольшойглубине обратной связи, охватывающей мост через полевой тракеистор 7, достичь сколь угодно высокой точности уравновешивания. Принципиальноеналичие сигнала рассогласованияток в обмотке 10) не .оказывает влия ния на точность измерений, и независимо от абсолютного значения удельной электрической проводииости жидкости в витке 3 связи и нелинейности управления транзистором 7 в устрой- ;р стве всегда существует равенство или жесткая пропорциональность) меж" ду проводимостью полевеге траизисто" ра 7 и проводимостью исследуемой жидкости в витке 3 связи, Проводи-д мость полевого транзистора 7, определяемая при равновесии моста, карах. теризует удельную электрическую про-, . водимость исследуемой жидкости.Ток обмотки 10 создает на входном сопротивлении усилителя 11 падение йапряженияЦ 1 Яе Щ где Оз - входное напряжение усилителя 11 В- величина тока в обмотке 10,юЬЭто напряжение усиливается усилителем 1140аык "Ь Фгдето - выходное иапряжеиие усилиВЫХтеля 11.При помощи масштабноГо резястора15 это напряжение в цепи 14 обратной 45связи преобразуется в ток компенса- оционной обмотки 16гм м50где 3, - величина тока в обмотке16, А. 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 обмотким 5 кК(у)фк вект.е. необходимыми и достаточными условиями для полного исключения влияния сигнала рассогласования на точность уравновешивания являются,вопервых, встречное включение обмоток 10 н 16 соотношение 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, .Самоуравновещивающийся кондуктометрический трансформаторный мост охвачен двумя зависимыми цепями обратных связей, поэтому его относительная погрешность в отличие от известных устройств определяется какгде 8, - относительная погрешностьизмерения известного технического решенияг - относительная погрешностьневыполнения соотношения(7),Применениеизобретения позволяет повысить т 9 чность 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.Решетник рект едак аз 1989/ 13035 илиал ППП фП т", г.ужгород, ул.Проект Составитель В.С Юско Техред С.Легеза 1Тираж 711 ИИПИ Государственно по делам изобретен Москва, Ж, Р