Устройство для измерения плотности тока (его варианты)

пи 924593 Союз СоветскикСоциапкстическикРес убпик ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5)М. Кл. с присоелииением заявки М 6 01 К 19/08//С 01 Ч 3/06 Ьаударстюный квинтвт СССР ао делан нзабретвннй(53) УДК 621,317,7(088.8) Опубликовано 30.04.82. Бюллетень М 16 Дата опубликования описания 30. Оч.82 Ю.В. Тарбеев, Ю,С. Грачев и И.В. Хахамрв(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТОКА (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для измерений параметров электрических соСтавляющих естественного электромагнитного поляв области геофизики, в частности при5электроразведке полезных ископаемыхмагнитотеллурическим методом, атакже плотности тока электрическогополя, возбуждаемого в электролитическоййвванне прифизическом моделировании илипри электрохимических исследованиях,Известны устройства для измерения плотности тока, содержащие токоидальный трансформатор и проводящий15стержень, проходящий через окнотрансформатора 11,Недостаток устройств - низкаячувствительность.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство для. измерения плотности тока,содержащее проводящий концентратор ввиде двух одинаковых половин сферои 2да, которые подключены к первичной обмотке трансформатора тока. Вторичная обмотка трансформатора токаподключена к входу согласующего усилителя. К выходу усилителя подключен показывающий прибор 21,Известное устройство работает следующим образом: концентратор помещают в исследуемую среду, в которой возбуждено электромагнитное поле с плотностью тока 6 . При этом через первичную обмотку трансформатора тока протекает ток 3 сконцентрированный концентраторомЭ 1 щ 5 К 6;, (1) где 5 - площадь максимального сечения концентратора,.перпендикулярного большой осисфероида;К - коэффициент концентрации,8; - измеряемая составляющаявектора плотности тока вдольбольшой оси сфероида.коэфФициент трансформации, коэффициент преобразования усилителей вторичного тока в выходное напряжение, сопротивление прибора,Вр- или пр= у1(3) прт.е, показания прибора пропорцио нальны измеряемой составляющей плотности тока.Недостатком известного устройства является низкая точность из-за нестабильности коэффициента концент рации К и изменения сопротивления концентратора вследствие электрохимических процессов на границе раздела металл-проводящая среда,2Цель изобретения - повышение точности измерения плотности тока.Указанная цель достигается (первый вариант) тем, что устройство для измерения плотности тока, содержащее трансформатор тока 1 проводящий кон 39 центратор в виде двух половин сферои. да, подключенных к первичной обмотке трансформатора, согласующий усилитель, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора, и показывающий прибор, снабжено двумя дополнительными электродами и .управляемым источником тока, при этом выход усилителя подключен к входу управляемого источника тока, а дополнительные электроды подключены к выходам источника тока: один - непосредственно, а другой через. показь 1 вающий прибор, и установлены: один на фиксированном расстоянии на продолжении большой 4 ф оси концентратора, а другой - в прот тивоположной пространственной полусфере не ближе первого .или в любой точке сферы на расстоянии, не менее чем напорядок больше расстояния пер- ф вого дополнительного электрода от концентратора.Второй вариант решения заключается в том, что устройство для измерения плотности тока, содержащее И трансформатор тока, проводящий концентратор в виде двух половин сфероида, подключенных к первичной обмотке Э 92459Сила тока 3, протекаоцего черезприбор, определяется по формуле 3 4трансфгвмагора, согласующий усилитель, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора, и показывающийприбор, снабжено двумя дополнительными электродами, управляемым источником тока и нулевым индикатором, приэтом нулевой индикатор подключен квыходу усилителя, а дополнительныеэлектроды подключены к выходам управляемого источника тока: один - непосредственно; а другой через показывающий прибор, и установлены: одинна фиксированном расстоянии на продолжении большой оси концентратора, адругой - в противоположной пространственной полусфере не ближе первогоили в любой точке сферы на расстоянии, не менее чем на порядок большерасстояния первого электрода от концентратора.Эти варианты решения позволяютуменьшить влияние изменения коэффициента концентрации вследствиеэлектрохимических процессов на поверхности концентратора за счет компенсации измеряемой плотности токаплотностью тока поля возбуждаемоготоком, вытекающим с выхода источника тока через вспомогательные элект-роды.На фиг. 1 представлен 1-ый вариант устройства, на фиг. 2 - 2-й вариант устройства,Устройство содержит концентраторв виде двух половин 1 и 2 сфероида,подключенных к первичной обмотке3 трансформатора 4 тока со вторичной обмоткой 5, согласующий усилитель 6, подключенный по входу к вторичной обмотке 5 трансформатора, показывающий прибор 7, дополнительныеэлектроды 8 и 9, подключенные к управляемому источнику 10 тока один -непосредственно, другой через показывающий прибор амперметр) 7 индикатор 11. Устройство работает следующим образом.При установке концентратора 1 и 2 и дополнительных электродов 8 и 9 в среду с исследуемым электромагнитным полем с составляющей плотности тока о; вдоль большой оси концентратора в условиях установившегося режима, ток через дополнительные электроды 8 и 9 возбуждает электромагнитное поле, плотностью тока 6 приближенно равного по величине и(6) Это означает, что показания прибора при соответствуюшем выборе па"раметров усилителя 6 и источника то"ка 1 О пропорциональны измеряемой 1 О плотности тока 6 = - 20,Дг 2 К к ф С 5 где Кит коэффициент преобразованияуправляемого источника то.- ка;г - расстояние от фиксированно- гого электрода до концентра- .тора;коэффициент, зависящий отвзаимного расположения электродов (1) к 25 Указанные расположения электродов являются эквивалентными и определяются условиями эксплуатации пред- .лагаемого устройства, Например, при электроразведочных работах располагать источник регулируемого тока вблизи другой измерительной аппарату. ры, в то время как концентратор должен находиться на большом расстоянии от аппаратуры. В этом случае с целью сокращения числа жил сигнального кабеля следует один из дополнительных электродов разместить рядом с ис О точником регулируемого тока. При этом А = 4 (практически независимо от взаимного расположения электродов). При измерении электрических составляющих естественного электрического. 45 поля удобно размещать оба электрода симметрично отнЬсительно концент- ратора на продолжении его большой оси, при этом 4,= 2.е,=е,50 Возможность полногоуравновешивания плотностей тока обеспечивает дальнейшее повышение точности измерения плотности тока по сравнению с первым вариантом.Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение точности измерения плотности тока на 1-2 порядка по сравнению с извест 5противоположного по фазе, Поэтомуток 3 через первичную обмоткутрансформатора 4, сконцентрированныйконцентратором, определяется как Ток 3 после преобразования трансформатором 4, усилителем 6 и управляемым источником 10 тока поступает через электроды 8 и 9 в среду, возбуждая поле плотностью б Из конструктивных соображений возможно несимметричное расположение дополнительных электродов, при этом 2ц. Равенство имеет место в случае, когда расстояние удаленного электрода больше, по крайней мере, на порядок ближнего электрода к концентратору.,6При этом сила тока 31, через прибор равняется При этом вследствие электрохими" ческих процессов на поверхности кон" центратора в известном устройстве изменяется коэффициент концентрации К на 30-50, то согласно 3) на столько же изменяется погрешность устройства. В то же время в предлагаемом изобретении при изменении коэффициента концентрации К вследствие электрохимических процессов на поверхности концентратора на 30-50, как следует из формулы (7), погрешность изменяется на один-два порядка меньше.Второй вариант устройства в отличие от первого варианта (фиг. 2) содержит дополнительно нулевой индикатор 11 (например, фазочувствительный с дополнительным резонансным усилителем), который подключен к вь 1- ходу согласующего усилителя. При этом управляемый вход источника 10 тока отключен от выхода усилителя 6.Отличие работы устройства второго варианта от первого заключается в том, что оно обеспечивает возможность точного .уравновешивания измерительной цепи нулевому индикатору 11 ручным уравновешиванием выходного тока управляемого источника 10 тока. При этом имеет место равенство компенса" ционной и измеряемой плотности токаным и может быть использовано вэлектроразведке и геофизических исследованиях естественных электромагнитных полей взамен базового,Изобретение по второму вариантуработы обеспечивает еще более высокую (в 5- 10 раз) точность, чем попервому варианту, и может быть использовано для лабораторных исследований при физическом моделировании и электрохимических работах,Формула изобретения1. Устройство для измерения плотности тока, содержащее трансформатор тока, проводящий концентратор в виде двух половин сфероида, подключенных к первичной обмотке трансформатора, согласующий усилитель, подключенный к вторичной обмотке, трансформатора, и показывающий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности; оно снабжено двумя дополнительяыми элект родами и управляемым источником тока, при этом выход усилителя подключен к входу управляемого источника тока а дополнительные электроды подключены к выходам источника тока: один - непосредственно, а другой через показывающий прибор, и уста" новлены один на фиксированном расстоянии на продолжении большой оси концентратора, а другой - в противоположной пространственной полусфере не ближе первого или в любой точкесферы на расстоянии, не менее немна порядок бояьше расстояния первогоэлектрода от концентратора.2. Устройство для измерения плотности тока, содержащее трансформатор тока, проводящий концентраторв виде двух половин сфероида, подключенных к первичной обмотке транс форматора, согласующий усилитель,подключенные к вторичной обмоткетрансформатора, и показывающий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я ,тем,что, с целью повышения точности,оно 1 З снабжено двумя дополнительными электродами, управляемым источником тока инулевым индикатором, при этом нулевой,индикатор подключен к выходу усилителя, а дополнительные электроды подключены к выходам управляемого источника тока: один - непосредственно, адругой через показывающий прибор иустановлены один на фиксированномрасстоянии на продолжении большойоси концентратора, а другой - в противоположной пространственной полусфере не ближе пеРвого или в любойточке сферы на расстоянии, не менеечем на порядок больше расстоянияпервого электрода от концентратора . Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 11 357537 кл. С 01 Ч 3/06, 1970. 2, Авторское свидегельство СССР М 417753 кл. С 01 й 3/06, 1971,ПодписноеР 5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна аказ 2808/61 Тираж ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москв