KR790001853B1 - 전해조의 내부 저항을 연속적으로 결정하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전해조의 내부 저항을 연속적으로 결정하는 방법

제 1 도는 본 발명 장치의 제 1 실시예를 도시한 계통도.

제 2 도는 그 전해조를 통하여 흐르는 전류의 교류 성분을 측정하기 위한 유도 프로우브(inductive probe)의 구조도.

제 3 도는 환선(looped)된 연산증폭기 단의 기본 회로도.

제 4 도는 임피이던스 가감 및 적분 증폭기의 회로도.

제 5 도는 제 4 도에서 도시한 증폭기의 적분단의 이득 및 위상의 변동을 도시한 그래프.

제 6 도는 전압 리미터의 회로도.

제 7 도는 임피던스를 가감하고 교류를 분리하는 증폭기의 회로도.

제 8 도는 제 7 도에서 도시한 증폭기의 한 단의 기본 회로도.

제 9 도는 제 8 도의 단에서의 이득 및 위상의 변동을 도시한 그래프.

제 10 도 및 11도는 구동 및 주입 전류용으로 각각 배열된 전해전류 변환기의 계통도.

제 12 도는 한 실시예적인 변환기의 완전한 회로도.

제 13 도는 동기 검파기의 동작을 도시한 계통도.

제 14 도는 검파기와 등가인 쌍극 차단기의 회로도.

제 15 - 19 도는 검파되는 전류가 검파기에서 차단되는 여러 경우를 도시한 파형도.

제 20 도는 전기적으로 절연된 기준신호 증폭기의 회로도.

제 21 도는 분할기의 회로도.

제 22 도는 제 1 도에서 도시한 실시예 보다 현저히 개선된 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예를 도시한 계통도.

제 23 도는 배율기와 후속하는 감쇄기의 회로도.

본 발명은 전해조의 내부 저항을 연속적으로 결정하는 방법에 관한 것이다.

전해조는 전해액과 2개의 전극들을 함유하는 격실과 직류 전원의 양극에 연결된 양극 및 그 전원의 음극에 연결된 음극으로 구성된다. 전류는 이들 2개의 전극들 사이를 흘러서, 전해액 즉 그 내의 성분들 중의 하나를 양극 및 음극에 각각 나타나는 2개의 성분들로 분해 시킨다. 전기 화학적 공정에는 역기전력으로 알려진 전압 강하에서 방사되는 일정량의 에너지가 사용된다.

만일 U는 전극 단자들 사이의 전압이고, R은 전압 U가 걸린 단자들 사이에서의 전해조의 내부 저항이고, E는 전해에서의 역기전력이고, I는 그 전해조를 통과하여 흐르는 전류의 세기라고 하면 다음과 같은 식이 성립된다.

U = E + RI

U·I는 전해조의 공급된 총 전력이고, E·I는 전해 공정에 사용된 전력이고, RI²은 전해조의 내부 저항으로 소모되는 전력이다.

빙정석에 용해된 알루미나를 전해하여 알루미늄을 생산 하는데 전해조가 사용되는 경우에, 이러한 소모 전력은 대략 950 내지 1, 000℃인 용융점 이상으로 그 전해액 내에서의 온도를 유지시켜 준다. 이러한 경우, 두 전극들로는 탄소봉이 사용되며 전해조의 바닥에 음극이 형성되고 양극으로는 그 전해액 내에 1개 이상의 탄소봉이 사용 되어 형성된다. 알루미나는 알루미늄으로 분해 되어 음극상에 액체층의 형으로 침전되는 한편 산소 이온들은 양극 표면에서 방전하여 계속 산화 된다.

외부의 조정이 없는 경우, 내부 저항의 변동의 중요 요인은 2가지가 된다. 즉 양극에서의 산화의 결과로 음극에 대한 양극 조직을 제한시키는 소위 양극판 레벨의 증가 및 전해액 내에서의 알루미나의 결핍들이 이와 같은 요인들이 된다. 알루미나 함유량이 1 내지 3%인 적정레벨 이하로 떨어지면 양극 효과가 발생한다. 다시 말하면 전해 공정의 특성이 변화하여 내부저항 및 역기전력들에 고려할 정도의 변동이 발생한다. 일정수의 전해조가 직렬로 장치되어 있으므로 안정된 전류 I는 거의 변동이 없으며 그 현상은 극성화 된 전해조의 단자들에서의 전압 U의 현저한 증가에서 기인된다.

그러므로 전해 공정을 안정 시키기 위하여서 전해조의 내부 저항 값을 안다는 것은 중요하다.

이러한 저항은 다음 식으로 계산 될수 있다는 것은 공지된 사실이다.

U와 I는 용이하게 측정되나 E는 측정 할 수 없다. 그러므로 E는 1.65V인 일정 평균치로 가정 된다. 이것은 전해조 내에서 널리 사용되는 소위 말하는 "가저항"이다. 자동적 이면서 개선된 본 발명의 취지를 수행하는 최근의 방법에서, 안정된 동작은 내부 저항 및 역기전력을 결정 함으로써 매우 정확하게 촉구된다. 1970년 10월 13일에 시맨스 사에 의하여 출원되어 1972년 4월 20일에 심사 전에 조기 공개된 독일 특허 출원서 2, 050, 126호는 전해조의 내부 저항을 측정하는 방법에 관한 것이다. 그 발명자는 전해조의 교류 리액턴스를 X라 정의하고 양극판의 레벨의 미소한 변동을 △L, 리액턴스의 변동 △X는 △L에 비례한다고 가정하면

△L = m△X이다.

여기서 m은 단지 전해조의 구조에 의하여 결정된다.

전해조의 내부 저항의 변동을 △R이라고 가정하고, 양극판의 단위 길이당 변위는 △I의 낮은 값에 대해 다음과 같이 표기 된다.

여기서 K₁은 알루미나의 농도이고 a₁₁및 C는 상수이다.

△L 변위시, 리액턴스 변동이 △X이고 저항 변동이 △R 이라면

따라서

극간에서 이러한 2가지 변동을 해 주는 것은 용이하다. 즉 각각 a₁₁및 C를 결정하기 위하여 공지된 알루미나 농도로서 변동시켜 주고, 따라서 주어진 전해조의 a₁₁의 값과 K₁과 △R 및 △X의 관계를 결정해줄수 있다.

또 R은 매우 낮은 주파수 f에서 전해조의 교류저항 R'와 비교 된다고 가정하자.

그 주파수 f에서의 전해조의 임피던스를 측정하기 위하여, 전해조내에 동일 주파수의 교류를 흘려 주고 그 전해조의 단자들에서의 전압 및 그곳을 통하여 흐르는 전류의 세기를 측정한다. 여파기를 써서 직류 성분과 교류 성분을 분리한다. 전압 및 전류 세기의 교류 성분은 4개의 동기 검파기를 거쳐서 전압 및 전류 세기의 실효 및 무효치가 결정되고, 위상 기준 신호는 인가된 교류 전원 발생기로 부터 구해진다. 다음에 R과 비등하게 R'를 추론하고, 그 값으로 부터 역기전력 E를 결정한다. 이 정보는 계수화 되어 전자 계산기에 의하여 정시간 내에 계산된다.

상술한 방법은 특정의 산업적 전해조에서의 경험에 따르지 않고 몇몇 가정에 기초를 두고 있다. 첫째, 교류 저항시의 전해조의 동작은 수동소자들의 장치의 동작과 동등 하다고 하여 구해진다. 그러나, 경험에 의하면 임피던스의 실수부 즉 교류 저항은 소멸되고 음이 되어 능동소자들이 필요하게 된다. 발명자는 또한 △L = m△X 라고 가정 하였다. 이것은 △L의 변동이 매우 적을 때만 성립하고, 이러한 근사치는 일련의 현상이 직선 특성을 가질 때만 가능하다.

본 발명은 위에서 지적한 불편을 제거한 전해조의 내부 저항을 연속적으로 결정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 방법에서, 주파수(f)의 약한 교류(i_f)는 전해에 사용된 직류에 중첩되며, 전해조에 이러한 교류로서 주어진 임피던스의 실효부(r_f)는 주파수(f)에 무관한 임피던스의 실효부(r_f)로 주어진 함수의 0 주파수에서 외삽법으로 결정되고, 따라서 이러한 실효치는 그 전해조의 내부 저항(R)에 가까워 진다.

본 발명에 의한 방법에는 전해조의 급전용 막대기의 양측 두점 사이에 연결된 전류 변환기에 연결된 정현파 출력 및 그 전해조를 통하여 흐르는 직류(I)에 중첩된 정현파 전류(i_f)와 전기적으로 절연된 기준 증폭기와 상술된 두점 사이에 위치된 유도 전류 프로우브(i_f)와 전기적으로 절연된 기준 신호증폭기의 출력에 연결된 제 1 동기 검파기에 인가되는 구형파 출력을 포함하는 저주파 발생기와 전해조의 극들에서의 전압(V)의 교류 성분(u_f)로 주어진 출력이 전기적으로 절연된 기준신호 증폭기의 출력에도 연결된 기준 신호 입력을 갖는 제 2 동기 검파기에 인가되는 교류-직류 분리 증폭기와 입력이 각각 (u_f) 및 (i_f)에 관련된 동기검파기들의 출력들(u_0f) 및 (i_0f)에 연결된 분할기가 사용된다.

본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면에서 동일 소자들은 동일 지시번호로 표기되어 있다.

전해조의 내부 저항을 연속적으로 결정하는 방법에서는 젼해 전류에 약한 교류를 중첩하여 사용한다. 그 전해조에서는 주어진 주파수에서 연속적으로 결정 되는 유효 및 무효부의 임피던스로서 결정된다. 주파수의 함수인 유효부에서의 변동은 그 전해조의 직류저항 값(R)을 0 주파수에서 외삽법으로 결정 하는데 사용 된다. 다음에 전해조의 단자들에서의 직류 전압(U) 및 그것을 통하여 흐르는 직류의 세기(I)가 측정 되어서 전해 역기전력(E)이 결정된다.

즉 E = U-RI

이와 같이 결정된(R)의 값은 예를 들면 불란서 특허증 제 1, 397, 946 호에 기술된 회로를 사용하여 양극판의 위치를 조절하기 위한 기준점으로서 사용 된다.

다음에 그 전해조를 통하여 흐르는 세기(I)의 직류는 10^-4내지 10^-5I 정도의 세기(i_f) 및 주파수(f)의 교류에 중첩된다. 따라서 그 전해조의 단자 들에서의 전체 전압(V)는

V = U+U_f= E + RI + Z_fi_f가 된다.

여기서 u_f는 전류 i_f에 의하여 생성된 교류 전압이고, z_f는 주파수 f에서 그 전해조의 임피던스 이다.

(V)가 결정되면, 이것의 직류성분(U)는 그것의 교류 성분(u_f)를 여파 함으로써 분리된다. (i_f)도 귀납법으로 동시에 결정된다.

다음에 (i_f)와 동상인 (u_f)의 성분과 (i_f)와 90° 위상차가 있는 성분은 동기 검파기를 사용하여 결정된다.

이들의 두 성분이 결정되면 다음과 같이 추론된다. 즉

여기서 r_f및 x_f는 (i_f)와 각각 동상이거나 90° 위상차인(z_f)의 성분들이고,

는 (i_f)를 기준으로 한 (u_f)의 위상각이다.

그 임피던스의 실효부(r_f)는 주파수(f)의 교류에 의하여 그 전해조 내에서 소모되는 에너지와 일치하며, 한편 쥬울의 법칙(Joule effect)에 의하여 소모되는 그 에너지는(R)과 일치한다. 만일 그 주파수(f)가 0에 가까워지면, (r_f)는 거의 (R)이 된다. r(f=0)=R을 얻기 위하여 그 변동에서 0치를 외삽법으로 결정한 후에 주파수(f)의 함수로서 (r_f)가 주어진 곡선이 결정된다.

실제로는, 이러한 산출은 좀 더 복잡하다. 사용된 기준 신호로는 중첩된 전류(i_f)를 얻기 위하여 전해전류를 변조 하는데 사용된 저주파 신호가 되고, (u_f) 및 (i_f)는 개별적으로 동기 검파기에서 처리 되며, 이와 같이 처리된 결과치는 후에(r_f)를 결정하기 위하여 분할된다.

제 1 도는 상세히 설명 하고자 각 회로의 소자들을 다음과 같은 번호들로 표기한 본 발명을 실시하기 위한 장치의 회로도를 계통도로 도시한 것이다. 본 장치는 양극(1)과 음극(2)과 도전봉(3)으로 구성된 전해조상에 장착된다. 본 장치는 전류 측정용 프로우브(4)와 임피던스 어댑터/적분기(5)로 구성되어 전환 전류(i_f)를 측정하는 회로와, 과전압 보호장치(6) 및 임피던스 어댑터/교류 분리기(7), 저주파 발생기(9)에 의하여 제어 되며 전해조의 극들 사이에 연결된 전류 변환기(8), 전기적으로 절연된 기준신호 증폭기(10) 및 한단에서 전압(u_f)이고 다른 단에서 전류(i_f)이며 지시번호(12)로 표기된 분할기(u_fi_f)에 연결된 두개의 상관 동기 검파기들(11)로 구성된 전해전압(V) 측정회로로 구성된다. f 값이 측정되는 주파수 측정기(13)과 (r_f)가 측정되는 판독기(14)가 연결 됨으로써 회로도는 완성된다.

전체 전자 장치에는 양극 STP, 음극 STN 및 접지된 중심점 STO를 갖는 대칭형 전압원 ST가 인가된다. 본 실시예에서, 이러한 전압원의 전압은 15V의 2배이다.

본 장치를 구성하는 각 소자들에 대해서 설명 하겠다. 이들 소자들의 일부는 특별히 설계 되며 이것들은 상세히 설명하겠다. 그러나 보통 소자들은 보편적으로 설명 하겠다. 특정 소자들은 전체 회로 내에서 여러번 사용 된다는 것도 알아 두자.

변환 전류를 측정하는 회로에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제 2 도에서 도시한 바와 같이, 유도 프로우브(4)는 측정할 전류(i_f)가 흐르는 도전봉(3)에 권취된 환형 솔레노이드로 구성된다. 이 솔레노이드는 비자성 재료의 가소성 코일 형성자(15) 상에 균일 분포된 표면 권선들(S)를 (N)형으로 형성하는 도전 선 A' B'(16)를 권취하여 제작된다. 프로우브의 귀환 도선을 형성하는 길이들(AA') 및 (BB')는 그 권선의 중심을 통과한다.

만일 봉(3)을 통하여 흐르는 전류(i_f)가 다음식과 같다면, 즉

i_f= Ii·(f)·sin 2πft

여기서 t는 시간, 단자들 A와 B사이에 걸리는 전압(e_f)는 다음과 같다.

여기서

μ₀는 그 공극의 자성 투자율(4π·10^-7),

은 단위 메터당 권선수, S는 입방메터당 권선의 면적이다. 전압(e_f)는 전류의 세기(i_f)보다

위상이 뒤떨어져 있음을 알 수 있다.

본 실시예에서, 프로우브는 각각의 길이가 1.50과 2.50m이고 각각의 전기 저항이 22.9와 46.5Ω이며 직렬인 2개의 환형 솔레노이드들(17) 및 (18)로 구성된다. 그 프로우브의 계수 K는 MKSA 단위로 2.065×10^-6이고 무게는 10kg이다. 이러한 프로우브는 알루미늄 생산용의 대형 전해조 예를들면 전류의 세기가 200KA에 달하는 전해조에서 측정용으로 적합하다.

임피던스 어댑터/적분기(5)는 제 3 도에 도시된 기본 회로도 같이 차동 루우프 작동단들로 구성된다. 한단(19), 예를들면, 트랜지스터 증폭기 즉 적분 회로는 2개의 차동 입력들(20) 및 (21)과 1개의 출력단자(22)를 갖는다. 또한 이것은 회로를 보정하기 위한 단자들과 전원 ST에 연결되는 공급단자들도 포함한다. 이러한 단자들은 도면에 도시 되지 않았다. 입력들(20) 및 (21)은 임피던스들(Z1) 및 (Z3)에 의하여 2개의 보통 입력 단자들(23) 및 (24)에 연결된다. 이때-입력(20)에는 임피던스(Z2)에 의하여 출력(22)이 연결되며, +입력(21)은 임피던스(Z4)에 의하여 접지된다.

이 단에서의 이득은 다음과 같다.

여기서 전달함수들(W₁) 및 (W₂)는 다음과 같다. 즉

제 4 도에서 도시한 것 같이, 임피던스 어댑터/적분기(5)는 3개의 단들(25), (26) 및 (27)로 구성된 고입력 임피던스 차동 증폭기와 단(28)로 형성되는 적분기로 구성 된다.

단 (25)의 +입력(29)는 코일(17)의 한 단자 및 접지에 연결되며, 단 (26)의 +입력(30)은 코일(18)의 대응 단자에 연결된다. 이러한 코일들(17) 및 (18)의 다른 단자들은 직렬로 연결된다. 단들 (25) 및 (26)의 출력들(31) 및 (32)는 각각 같은 단의 -입력들(33) 및 (34)에 연결된다. 단 (25)의 출력 (31)은 저항(35)에 의하여 단 (27)의 -입력(36)에 연결되며 이 입력(36)은 한편으로는 저항(35)의 값과 같은 저항(38)에 의하여 출력(37)에 연결된다. 단 (27)의 +입력(39)는 접지와 단(26)의 출력(32) 사이에 연결된 전위 차계(40)의 슬라이드(slide)에 연결된다.

단 들(25) 및 (26)의 출력에서 (29) 및 (30)에 인가된 입력 전압과 동상이며 동등한 전압들이 제 3 도에 따라 상술한 전압을 인가 함으로써 (31) 및 (32)에서 각각 구해진다. 제 3 도에서 Z₁=

, Z₂= 0, Z₃= 0, Z₄=

이다. 따라서 W₁= 0이고 W₂=

이다. 단 들(25) 및 (26)은 고 이득이므로 입력 임피던스는 수백 MΩ에 달할 정도로 매우 높으며, 출력 임피던스는 수 Ω정도로 매우 낮다. 단 (27)에 인가된 전압은 입력 전압들(29) 및 (30) 사이의 차이와 같으며, (36) 및 (39)에서의 전압들을 갖게 함으로써 전위차계(40)의 영점 조정을 허용한다.

단 (28)의 -입력(41)은 저항(43)과 직렬인 캐패시터(42)에 의하여 단 (27)의 출력(37)에 연결되고, +입력(44)는 접지된다. 이 단(28)의 출력(45)는 병렬 연결된 캐패시터(46)과 저항(47)로 구성된 적분 회로에 의하여 -입력(41)에 연결된다.

단(28)에 제 3 도에서 설명한 전압을 인가 함으로써, (45)에서의 출력 전압은 W₁에 의하여 곱해져서 부호가 바뀐 입력 전압과 동등하다. 이때

이며

T=R(47)·C(42)

T₁=R(43)·C(42)

T₂=R(47)·C(46)이다.

여기서 R(43)은 Ω으로 나타낸 저항(43)의 값이며, C(42)는 캐패시터(42)의 패러드 값이다. 예를 들면, R(43)=4.75KΩ, R(47)=10MΩ, C(42)=100μf, C(46)=0.47μf 이라면

통과 대역 여파기로는 제 5 도에서 도시한 것 같은 특성을 취한다. 적분 영역은 주파수 f₂이후에 존재하므로 위상은

가 된다. 단(28)에서 부호가 바뀌었으므로 출력 신호는 이 적분 영역에서 (i_f)와 동상이다.

프로우드의 계수 K를 고려 할때, 한게 주파수 f₀의 선정은 I의 측정된 암페어당 1mV의 신호를(45)에 주는 적절한 값에 이득을 위치시킬 수 있게 한다.

변환 전류 측정용 회로의 정확도는 전적으로 프로우브에 의하여 결정된다. 프로우브는 일정 단면의 권선들을 가지며, 환형을 따라서 균일 분포되며 각 권선의 면이 코일 지지체의 축에 수직일 필요가 있다.

전해전압 측정용 회로에 대하여 설명 하겠다.

과전압 보호장처(6)은 전압 리미터(48)과 증폭기(49)로 구성된다.

전압 리미터(48)은 그 전해조의 +극(50) 즉 양극과 -극(51) 즉 음극 사이에 연결된다(제 6 도). 이 전압 리미터는 +극 (50)과 그 리미터의 +출력(52) 사이에 연결된 가변 저항(53)으로 구성된다. +출력(52)과 -출력(51) 사이에는 리미터로서 동작하는 제너 다이오드(54)가 연결된다. 즉 그 제너 다이오우드(54)의 "+"극은 +출력(52)에 연결 되고, 그 다이오드(54)와 직렬로 동등한 다이오드(55)가 역 방향으로 연결된다. 즉 (54)의 "-"극에 "-"극이 연결되고 그 리미터의 -출력(51)에 "+"극이 연결된다.

이러한 리미터는 2가지 기능을 수행한다. 한편으로는 전해조의 양극의 극성화의 경우 측정 회로용의 안전한 값으로 신호를 제한한다. 다른 한편으로는 전류 회로의 위상 변위를 보상하기 위하여 전압 신호의 위상을 보정한다. 정상동작, 즉 입력 신호가 제너 다이오우드의 동작 전압 이하 일때, 이 회로는 이 경우에 저항(53)인 직렬 저항과 이 경우에 다이오우드들의 캐패시턴스들인 병렬 캐패시턴스 C와 선로와 증폭기(49)의 입력으로 구성되는 형의 회로와 비교된다. 이러한 회로의 전달 함수는

여기서 T=R(53)·C

R(53)의 값을 변화 시킴으로써, 한계 주파수

을 가감할 수 있으며 입력신호 U의 위상에 비례하여 출력 신호의 위상을 조정 할 수 있다. 따라서 본질적으로 유도 프로우브에 의한 전류 회로의 위상 변위를 보상하는 위상 보정을 전압 신호에 인가할 수 있다.

측정용 증폭기(49)는 고 입력 임피던스의 차동 증폭기와 23개의 교류/직류 분리기로 구성된다(제 7 도).

차동 증폭기는 단들(56), (57) 및 (58)로 구성된다. 이것은 제 4 도에서 설명된 차동 증폭기와 동등하다. 제 4 도의 설명에서 지시 번호들(25), (26), (27), (29), (30), (31), (32), (33), (34), (35), (36), (37), (38), (39), 및 (40)으로 설명된 소자들은 각각 (56), (57), (58), (51), (52), (59), (60), (61), (62), (63), (64), (65), (66), (67), 및 (68)로 대체된다.

단 한가지 다른 점은 베이스(70)가 단(58)의 출력(65)에 연결되고 콜렉터(71)가 직류 전압원 ST의 -극 STN에 연결되며 제 4 도에서의 일처하는 저항(38)과 달리 저항(66)이 그 단(58)의 출력(65)에 직접 연결되지 않고 트랜지스터(69)의 에미터에 연결시킨 트랜지스터(69)가 존재 한다는 것이다.

교류 분리기(7)은 단들 (73), (74) 및 (75)로 구성된다.

트랜지스터(69)의 에미터(72)는 전위 차계(76)을 거쳐서 출력(78)이 트랜지스터(80)의 베이스에 연결된 단(73)의 +입력에 연결된다. 이러한 트랜지스터의 콜렉터(81)는 직류 전압원 ST의 -극 STN에 연결되며, 에미터(82)는 저항(83)에 의하여 직류 전압원 ST의 +극 STP에 연결되는 한편 저항(84)를 거쳐서 그 단(73)의 -입력(85)에 연결된다. 이러한 입력은 저항(84)의 값과 같은 저항(86)에 의하여 또 한편으로는 저항(89)에 의하여 그 단의 -입력(88)에 연결된 단(74)의 출력(87)에 연결된다. 이 단의 +입력(90)은 접지된다. 단 (75)의 +입력(91)은 접지 되며, -입력(92)는 저항(93)에 의하여 트랜지스터(80)의 에미터(82)에 연결되는 한편 캐패시터(95)에 의하여 그 단의 출력(94)에도 연결된다. 단(75)의 출력(94)는 저항(96)에 의하여 단 (74)의 -입력(88)에 연결된다. 교류출력(97)은 트랜지스터(80)의 에미터(82)에 위처된다.

(+1)의 전압 이득을 갖는 전력 증폭기를 설치하여 트랜지스터(80)을 무시하면, 단 (73)은 제 3 도와 유사한 제 8 도와 같이 도시 될 수 있다. 제 3 도에서 유도한 공식에 의하면, 다음의 결과가 얻어진다. 즉 S = -E₁+ E₂에서 :

및

만일 출력이 단들(75) 및 (74)에 표현된 전달 할수 W'로 입력 E₁에 귀환 된다면, 다음 결과가 얻어진다.

S = -SW'+E₂즉

여기서 W' = W(75)·W(74)이고

이고

이다.

만일

이라면

여기서

만일 R(93)=220KΩ이고 C(95)=100μf이면

따라서

따라서 이득이 1 즉 0dB인 고역 여파기가 제 9 도에 도시된 바와 같이 얻어진다. 한계 주파수 f₀위에서, 출력은 입력과 동상이다. 전위 차계(76)은 그 증폭기의 입력에 단속 신호가 없을 때에 영점 조정된다.

교류 분리기는 양단이 각각 직류 전원이 +극 STP와 -극 STN에 연결된 전위 차계(100)의 슬라이드에 연결된 +입력(99)를 갖는 증폭단(98)로 구성된다. 이단의 입력은 저항(101)을 거쳐서 트랜지스터(69)의 에미터(72)에 한 단자가 연결된 저항(103)과 접지에 한 단자가 연결된 캐패시터(104) 사이의 공통점(102)에 연결된다. 그 단(98)의 출력(105)는 트랜지스터(107)의 베이스에 연결 되며, 이 트랜지스터의 콜렉터(108)은 직류 전원 ST의 -극 STN에 연결되며, 에미터(109)는 하기의 점들에 연결된다. 즉 직류 출력(110)에 직접 연결 되며, 저항(111)을 거쳐서 직류 전원 ST의 +극 STP에 연결되며, 캐패시터(112)를 거쳐서 그 단의 -입력(113)에 연결되며, 저항(114)를 거쳐서 공통점(102)에도 연결된다. 저항들(101), (103) 및 (114)는 동등한 값임을 알아두자.

만일 트랜지스터(69)의 에미터(72)가 이 회로 배열의 기본으로서 정해 지면, 전달 특성은 다음과 같아진다.

여기서 R은 저항들 (101), (103) 및 (115)의 공통값이며, b가 다음과 같다고 가정 하면,

이다.

제 2 차의 저역 여파기가 구해진다.

만일 R=R(101)=R(103)=R(114)=100K

C(104)=4.7μf이고 C(112)=1μf이면 b=1.38, C=2.17μf, T=0.217초이고 f₀=0.733c/s

따라서 저역 여파기는 교류 분리기에 관계 된 고역 여파기에서와 실질적으로 같은 한계 주파수가 구해진다. 출력은 입력과 위상이 반대이다.

각각의 단들 (58), (73) 및 (98)의 출력에는 공통 콜렉터의 PNP형 트랜지스터들(69), (80) 및 (107)이 있다는 것이 지적되었다. 이러한 회로 배열은 대응되는 단 의 출력이 증가 될수 있도록 고 입력 임피던스, 저 출력 임피던스, 1 보다 조금 작은 전압 이득 및 매우 넓은 대역폭을 갖는다. 이러한 트랜지스터들은 그 단들이 충분히 강력하고 충분히 낮은 출력 임피던스를 갖는다면 생략 할 수 있다.

전해 전류용 변환기(8)로는 다음의 3가지 형중 하나가 사용 된다.

-정류기의 레벨에서 전원의 직류 변환

-전류의 주입

-전류의 파생

자동 변압기 및 가변 리액턴스를 사용한 산업용 전해 설비의 제어 장치는 직접 변환 및 어떠한 경우라도 중심 주파수 이하의 주파수 영역에 이 장치를 제한 시키는 것은 적합하지 않다.

후술되는 회로에서는 보조 전원을 사용하여 전해조 내에 전류 파생 및 전류 주입 두 가지가 함께 사용된다.

파생 회로를 도시한 제 10 도는 역기전력(E') 및 저항(R)과 함께 부하 회로가 가해진 저항(r)의 기전력 발생기(E)를 보여준다. 변환기(M)에는 세기(i₂)의 전류가 유기되며, 부하 회로에는 전류(i₁)이 흐르며 기전력 발생기에서는 전류(i)가 공급된다. 따라서

이다.

주입 회로를 도시한 제 11도는 동일한 기전력 발생기 및 동일한 부하 회로와 이들 회로와 병렬이며 변환기(M)과 직렬인 보조 기전력(E") 발생기와 저항(r')이 보여준다. 따라서

이러한 두 회로들은 다음에 지적한 사항들을 상기 시킨다.

R=r일때, 즉 전원 내부 저항이 부하 저항과 정합하면,

이고, 보통의 경우 전해조를 통하여 흐르는 변환 전류는 변환기로 부터 들어 오는 전류의 절반과 같다.

그 변환기에서 소모되는 전력은 P=(VM+ΔV) ix가 된다. 여기서 VM은 변환기의 양호한 동작에 필요한 최소 전압이다. 즉 소모 전력은 안정용 트랜지스터의 최소 에미터-콜렉터 전압 더하기 내부 전압 강하가 된다. ΔV는 정상 동작 전해조의 전압 강하의 최종 값들 사이의 차이이다.

그 기전력 발생기(즉 수신기)의 단자들에서의 전압(V)가 (VM)보다 적은 경우에, 주입 회로에는 필수적으로 기전력(E") 및 내부 저항(r')의 보조 전원이 필요하고 따라서 E"=(VM+r'i₂)〉V가 된다.

모든 경우에, 보조 전원을 절약하기 위하여 파생 회로를 사용하는 것이 유리하다.

변환기(제 12 도)는 직렬 안정기로서 동작하는 전력 트랜지스터(115)를 포함한다. 이 트랜지스터의 콜렉터(116)은 전해조의 +극(50)에 연결 되며, 에미터(117)은 보호 저항(118)을 거쳐서 다음 소자들 즉 전류 측정용 출력단자(119), 증폭단(121)의 입력(120) 및 분로를 형성하며 전해조의 -극(51)에 한 단자가 연결된 낮은 저항(122)에 연결된다. 트랜지스터(115)의 베이스(123)은 제2트랜지스터(128)의 에미터(127)에 연결된 베이스(126을 갖은 트랜지스터(125)의 에미터(124)에 연결된다. 이들 2개의 트랜지스터들의 콜렉터들은 트랜지스터(115)의 콜렉터(116)에 연결된다. 트랜지스터(128)의 베이스(129)는 단(121)의 출력에 연결된다.

2개의 단들(131) 및 (132)를 통과한 기준 전압은 단 (121)의 +입력(133)에 인가된다. 단(131)의 +입력(134)는 저항(135)를 거쳐서 접지에 연결된다. 이것의 -입력(136)은 저항(138)에 의하여 그 단의 출력(137)에 연결되며, 저항(140)을 거쳐서 교류 전원에 연결된 탭(139)에 연결 되며, 저항(141)을 거쳐서 직류 전압원 ST의 +극(STP)과 극 STO에 연결된 접지 사이에 연결된 전위차계(142)의 슬라이드에 연결된다. 저항들(138), (140) 및 (141)은 같은 값이다. 단 (132)의 +입력(143)은 접지에 직접 연결 되며, -극(144)는 저항(145)를 거쳐서 단(131)의 출력(137)에 연결되는 한편 저항(147)에 의하여 그 자체의 출력(146)에도 연결된다. 또한 이 단의 출력(146)은 단(121)의 +입력에 연결된다.

제 3 도를 참조하면, 단(131)은 다음과 같이 표기된다. 즉

S(131) = -(a₁E₁+a₂E₂)

여기서 E₁은 전위 차계(142)의 슬라이드에서의 전압이며 E₂는 (139)에서의 교류 전압이다.

따라서

이면 S(131)=-(E₁+E₂)

같은 방법으로 단 (132)에서는

만일 R(145)=10·R(1467),

이면 S(132)=0.1(E₁+E₂)

전위 차계를 사용 함으로써, E₁의 값 및 극성화 전류의 값을 선택 할수 있으며, E₂는 저주파 발생기에 의하여 공급된다. 즉 E₂=E·sin2πft이다.

트랜지스터(115)는 직렬 안정기로서 동작 하도록 설계 되었다. 실제로는, 몇개의 병렬 연결된 트랜지스터들(115) 및 저항들(118)이 그들을 통과하여 흐르는 전류의 크기의 관점에서 사용 된다. 증폭단(121)은 +입력(133)에 인가된 기준 전압과 안정된 전류의 전형을 표시하며 그 저항을 통과하여 흐르는 전류(i)의 세기에 의하여 그 저항(122)의 값에 곱해진 것과 같은 전압 사이의 오차를 영구적으로 측정한다. 만일(i)가 증가하면, 출력전압(130)은 감소하며, 그곳을 통과하여 흐르는 전류(i)를 감소 시키기 위하여 트랜지스터(115)의 베이스 극성화는 감소한다. (i)가 감소하면 반대 현상이 얻어진다. 기준 전압은 교류 성분을 가지고 있으므로, 전류의 세기(i)는 그 성분의 주파수에 따라서 변화한다. 안정 레벨은 0.1% 이상이다.

동기 검파기 회로(11)에 대하여 설명 하겠다. 본 명세서에서, 동기 검파기의 원리는 먼저 제 13 도를 기준으로 하여 설명된다.

다시 말하면 검색장치(148)는 동기 검파기를 제어 하기도 하는 발생기(9)에 의하여 변조된다. 검색장치(148)은 정현신호 E₂=E·sin(2πf+φ)를 발생 시킨다. 여기서 f는 그 발생기(9)의 주파수이다. φ는 그 발생기(9)의 신호에 관계된(Ef)의 위상 변위이다.

이러한 신호(Ef)는 잡음내에 잠복되어, 그 장치가 검색 되도록 한다. 이 신호는 먼저 주파수 f에 동조된 선택 증폭기(149)를 통과하여, 실제 동기 검파기(150)의 입력들 중의 하나에 인가된다. 그 발생기(9)는 또한 그 정현파 변조 신호와 동상인 주파수(f)의 구형파를 발생 시킨다. 이러한 구형파는 이상기(phase shifter)(151)에 인가 되어 위상을 편이시킨 후에, 동기 검파기(150)의 제 2 입력에 인가된다. 그 동기 검파기의 출력 신호는 적분기(152)에 인가 되고, 그 곳에서 다시 측정 장치의 형으로 도시된 부하에 인가된다.

실제 동기 검파기(150)은 그 발생기(9)에 의하여 제어 되며 주파수(f)에서 그 전압(E_f)의 방향을 변환시키는 복 변환기(154)에 비교 된다. 이것은 그 신호(E_f)를 연속적으로 그 자신의 주파수와 같은 주파수에서(+1) 및 (-1)이 곱해지는 것 즉 그 신호(E_f)를 정류하는 것과 동등하다.

따라서 출력신호(S_f)는 제 15 도에 도시한 것 같이 굵은 선으로 표시된 성분으로 구성된다. 이 신호의 평균치는 다음과 같다. 즉

만일 측정된 신호(E_f)가 그 발생기(9)로 부터의 신호와 동기되지 않는다면, 항(cosφ)는 (+1)과 (-1) 사이에서 진동하여 시간이 지남에 따라 평균치는 0에 가까워 지고, 따라서 그 검파기(150)의 출력에서 높은 시정수의 적분기(152)를 제공하게 되는 이점이 있다. 만일 그 신호가 그 발생기(9)로 부터의 신호와 동기 된다면, (φ)는 정수가 되며 명확히 한정된 평균치를 갖는다. 첫째 경우에는 잡음의 평균치이며, 둘째 경우에는 검색된(E_f) 신호의 평균치이다.

신호의 고조파들은 그들의 기수 고조파냐 우수 고조파냐에 따라 다른 영향을 갖는다. 제 16 도는 제 3 고조파 즉 기수 고조파에 관한 것이며, 제 17 도는 제 2 고조파 즉 우수 고조파에 관한 것이다. 평균치 내의 +신호의 아아치들(arches)은 검사선으로 표시 되었으며, -신호의 아아치들은 단 사선으로 표시 되었다. 평균치는 기준 신호의 위치에 따라 구해진다. 즉

…제 16 도(기수 고조파)의 경우

…제 17 도(우수 고조파)의 경우 0

우수 고조파들에서는 0인 평균치 주위에서 불규칙 진동을 하며, 기수 고조파들에서는 0이 아닌 평균치를 갖는다.

대역폭은 시정수 즉 R(Ω)의 직렬 저항과 C(f)의 병렬 캐패시터 형태의 적분기(152)에서 T=RC에 의하여 결정되며 RC가 증가함에 따라 대역폭은 감소한다. 만일

이라면, 다음 주파수 대역들이 취급된다. 즉 f±f₀, 3f±f₀, 5f±f₀……

이것은 검파기(150)에 앞서서 그 주파수 f에 동조하는 선택 증폭기(149)에 제공되는 이러한 결핍을 제거한다. 이러한 증폭기는 그 주파수들 3f, 5f 등을 거부하여, 그 신호의 주파수 폭을 f±f₀로 감소 시킨다.

이상기(151)의 함수는 검파되는 그 신호 E_f에 비례하는 각 φ에 의하여 기준신호를 동요 시킨다. 제 18 도에서와 같이 동상 즉 φ=0인 때 검파되는 경우에 그 신호의 평균치는 최대가 되며, 제 19 도에서와 같이 위상차가 90°

)인 경우에 그 신호의 평균치는 0가 된다.

이것의 감도를 응용하여, 0 신호의 검파는 측정되는 그 신호(E_f)에 기준 신호를 동상으로 조정 하는데 사용된다.

도익 검파기는 통상으로 사용할 수 있는 장치 이므로 더 이상 상세히 설명할 점은 없다. 이것은 제 13 도에서 점선으로 둘러싸인 소자들(149) 내지 (153)으로 구성된다.

그 장치들로는 하나의 (U_f)와 관련 되며 다른 하나는 (i_f)와 관련되는 2개의 검파기들이 사용된다.

제 20 도는 전기 전열된 기준신호 증폭기(10)의 회로도이다.

저 주파 발생기(9)로 부터 발산된 기준 신호는 전류 변환기(8)에 의하여 그 전해조의 전위와 같아 지며, 따라서 그 전해조의 전압 신호로 부터 그 신호를 흡수 할 필요가 있다. 이것은 전기적 절연에 의하여 수행되는 함수이다.

기준신호 증폭기(10)은 에미터(155)가 저항(156)를 거쳐서 접지에 연결 되며, 베이스(157)은 -극이 접지된 보조 전압원의 +극(159)에 연결된 가변 저항 형태의 전위 차계(158)과 한 단자는 접지에 연결된 저항(160)에 연결되어 있는 트랜지스터(154)로 구성된 교류 입력을 갖는 임피던스 어댑터 단으로 시작 된다. 탭(161)에 가해진 교류 전압은 캐패시터(162)를 거쳐서 그 트랜지스터의 베이스(157)에 릴레이 된다.

그 트랜지스터(154)의 콜렉터(163)은 한 단자가 보조 전압원의 +극(159)에 연결된 발광 다이오드(164)의 -극에 연결된다. 이 다이오드(164)를 마주 보고 이 다이오드에서 방사되는 빛을 수신하는 포토다이오드(165)가 있다. 이러한 방법으로, 트랜지스터(154)의 출력 신호와 동등한 신호가 비록 이들 2개의 다이오드들 사이에 금속 결합이 없을지라도 그 다이오드(165)의 단자들에 유기된다. 따라서, 전기적 절연은 완전하게 된다. 이러한 포토다이오드(165)의 +극은 에미터(168)가 접지 되어 있고 콜렉터(169)가 저항(170)을 통하여 공통 직류 전압원의 +극에 연결되어 있는 임피던스 가감용 트랜지스터(167)의 베이스에 연결된다. 그 포토다이오드(165)의 -극은 전원 ST의 +극 STP에 연결된다.

그 트랜지스터(167)의 콜렉터(169)는 또한 저항(171)에 의하여 단(173)의 입력(172)에 연결된다. 이러한 입력(172)는 또한 저항(174)에 의하여 단의 출력(175) 및 "기준 신호" 출력(176)에 연결되는 한편 저항(177)에 의하여 전원 ST의 -극 STN과 접지 STO 사이에 연결된 전위차계(178)의 슬라이드에도 연결된다. 그 단의 다른 입력(179)는 접지에 연결된다. 그 단의 출력(175)는 저항(180)에 의하여 단(182)의 입력에 연결되고 이러한 입력은 저항(180)과 같은 값의 저항(184)에 의하여 그 단의 출력(183)에도 연결된다. 이러한 출력은 "주파수"탭(185)에 연결된다. 그 단의 제 2 입력(186)은 접지 된다.

그러므로 이러한 전기적으로 절연된 기준 신호 증폭기는 다음과 같이 구성된다. 즉

-교류 입력(161)을 갖는 임피던스 가감단(154),

-확실하게 전기 절연된 광전단(164-165),

-전위차계(178)의 동작에 의하여 출력 신호의 직류 성분을 제거 시킬수 있으며 입력 신호의 위상으로 그 출력 신호를 귀환 시킬 수 있는 어댑터 증폭단(173-182).

저 주파 발생기(9)는 통상의 방법으로 가능한 형태이다. 이것은 같은 주파수(f)의 정현파 신호 및 구형파 신호 2가지를 발생 시킨다. 이들 두 신호들은 동상이다. 동기 검파기가 정현파 신호를 구형파 신호로 변형 시키는 회로로 구성 될때, 기준 신호 증폭기(10)은 저 주파 발생기의 정현파 출력에 연결 될 것이다.

분할 작동기(12)는 분할기 모듈(module)(186)을 포함한다. "X"로 표시된 입력(187)은 "S"로 표시된 출력(188)을 통하여 출력 탭(189)에 연결된다. "Y"로 표시된 입력(190)은 전류의 세기가(i₀)인 탭(191)에 연결되며, "Z"로 표시된 입력(192)는 전압이 (u₀)인 탭(193)에 연결된다. "Gain"으로 표시된 입력(194)는 직류 전원 ST의 -극 STN과 접지 사이에 연결된 전위 차계(195)의 슬라이드에 연결 되며, "Bal"로 표시된 탭(196)은 직류 전원 ST의 +극 STN과 접지 사이에 연결된 전위 차계(197)의 슬라이드에 연결된다. 그 모듈의 다른 탭들은 각각 직류 전압원 ST의 3개의 극들 STP, STO 및 STN에 연결된다. 그 모듈(186)에 분할기 특성을 주는 것은 "X-S" 연결이라는 것을 알아 두자.

탭(189)에 나타나는 출력 신호는

가 된다. 이것은 상술한 바와 같이

의 영상(image) 값이다.

본 장치의 동작은 제 1 도에서 도시한 단순화한 회로를 기준으로 하여 설명 되겠다.

저 주파 발생기(9)는 전류 변환기(8)의 입력탭(139)에 연결된 주파수(f)의 정현파 전류용 출력과 전기적으로 절연된 기준신호 증폭기(10)의 탭(158)에 연결될 주파수(f)의 구형파 신호용 출력을 갖는다. 따라서 그 전해조(1-2)의 단자들(50)-(51)에 연결된 전류 변환기(8)은 주파수(f)의 정현 곡선에 따라 그 전해조를 통과하여 흐르는 전류 I를 반전 시킨다.

그 전류 I에 비례하는 전류(i_f)는 유도 프로우브(4)에 의하여 측정되며, 임피던스는 어댑터/적분기(5)에 의하여 측정된다. 임피던스 어댑터/적분기(5)는 그 프로우브(4)로 부터 방사되는 신호를 같은 위상으로 하여 주어서 그 신호를 안정 시킨다.

전위차계(40)은 그것의 입력에 신호가 없을 때에 영점 조정을 허용한다.

적분된 출력(45)는 전류의 세기(i_f)에서 비교 동기 검파기(11)의 선택 증폭기(149)의 입력에 인가 된다. 그 동기 검파기의 이상기(151)에는 전기적으로 절연된 기준 신호 증폭기(10)을 통과하여 저주파 발생기(9)로 부터 들어오는 주파수(f)의 구형파 신호가 인가 되는데, 이러한 기준신호 증폭기의 기능은 그 전해조의 전압에서 동기 검파기 증폭기(11)로 부터 그 발생기(9)를 분리하는 것이다. 동기 검파기의 입력에 인가된 전압이 i_f=i₀sin(2π+φ')에 비례하고, 이상기(151)은 위상 변위(φ')를 보상하기 위하여 조절 되므로,

에 비례하는 출력 신호는 동기 검파기를 기준으로 하여 상술한 바와 같이 하여 구해진다.

그 전해조의 단자들에서의 전압 V는 특히 양극의 극성화에 의한 과전압의 경우 집중된 전압을 제한하는 전압 리미터(48)의 입력에 인가된다. 그 리미터의 출력(52)은 입력에 신호가 없을 때에 전위차계(68)을 동장시켜 0점을 조절하는 차동 증폭기(56-57-58)와 입력에 신호가 없을 때에 전위차계 (76)을 동작시켜 0점을 조절하는 교류-직류 분리기(73-74-75)로 구성되는 임피던스 어댑터/교류-직류 분리기(7)의 입력에 연결된다. 어댑터/분리기의 출력(97)은 전기적으로 절연된 기준신호 증폭기(10)을 통과하여 저주파 발생기(9)로 부터 들어 오는 구형파 신호가 인가 되는 이상기(151)을 포함하고 있는 증폭기/동기 검파기(11) 내의 선택 증폭기(149)의 입력에 연결된다. 그 동기 검파기의 입력에 인가된 전압이 u_f=u₀sin(2πf+φ')이고, 이상기(151)은 위상 변위(φ')를 보정하기 위해 조절 되므로, 출력 신호는 상술한 바와 같이

에 비례한다.

(i₀)와 일치하는 신호가 분할 작동기(12)의 입력(191)에 인가 되며, (u₀)와 일치하는 신호가 동일한 분할기의 입력(193)에 인가된다.

에 비례하는 신호가 그 출력(189)에서 구해진다. 이러한 신호는 (u_f)의 값으로 직접 눈금 매겨진 판독기(14)에 의하여 측정된다.

그 주파수(f)의 값을 감소 시키면, (f)의 함수로서(r_f)가 주어지는 곡선이(f)의 0값에서 외삽법에 의하여 구해진다. 따라서 r(f=0)=R 즉 그 전해조의 저항이 구해진다.

이러한 회로는 그 전해조의 저항 R 및 역기전력 E를 구하기 쉽게 한다. 본 실시예에서, 이것은 상사법 또는 계산법이 사용된다.

제 22 도에 의하면, 기준 신호는 전류 위상(i_f)에 종속된다.

저주파 발생기(9)는 그 전해조의 + 및 -극들(50)-(51)(1-2)사이에 연결 되어 있는 전류 변환기(8)의 입력에 전달되는 정현파 출력을 갖는다. 그 발생기(9)의 구형파 출력 신호는 서로 90°위상차를 갖는 2개의 구형파 신호들을 전달하는 종속 이상기(198)의 입력에 연결된 출력을 갖는 전기적으로 절연된 기준 신호 증폭기(10)의 입력에 연결된다.

전류(i_f) 측정용 유도 프로우브(4)는 제 13 도에서 도시한 증폭기(번호 149)와 동등한 선택 증폭기(199)에 연결되는 증폭기/적분기(5)에 연결된다. 이러한 증폭기(199)의 출력은 제 13 도에서 도시된 검파기(150)과 동등한 동기 검파기를(200) 및 (201)에 연결된다. 이러한 동기 검파기들 중의 하나(200)은 기준 신호와 90° 위상차가 나는 신호에 의하여 제어 되며, 다른 하나 (201)는 기준 신호와 동상인 신호에 의하여 제어된다. 이들 두 신호들은 종속 이상기(198)에 의하여 공급된다. 검파기(200)의 출력은 이상기(198)의 제어입력에 연결된다.

그 전해조의 단자들(1-2)은 임피던스 어댑터/직류-교류 분리기(7)에 출력이 연결되어 있는 리미버(6)의 입력에 연결된다. (7)의 출력은 종속 이상기(198)에 의하여 공급되는 기준 신호와 동상인 구형파 신호에 의하여 제어 되는 동기 검파기(203)에 출력이 연결되어 있는, 제 13 도의 (149)와 동등한, 선택 증폭기(202)의 입력에 연결된다.

동기 검파기들(201) 및 (203)의 각각의 출력들은 이후 설명되는 보정인수 K를 진행 시키기 위한 단(205)에 연결되는 제 3 입력을 갖는다는 것을 제외 하고는 제 21 도에서 도시한 것과 동일한 분할 작동기(204)의 입력들에 연결된다. 분할 작동기의 출력은 그 전해조의 저항값 R이 나타나는 판독기(206)에 연결된다.

매우 낮은 값의 저항(207)은 극(51) 뒤에서 그 전해조와 직렬로 연결된다. 설비된 장치의 모든 전해조들에 공통인 이러한 저항은 그 전해조를 통과하여 흐르는 전류 I를 측정할 수 있는 분로를 형성한다. 이러한 저항의 양 단자들은 차동 입력을 갖는다는 것을 제외 하고는 제 20 도에 도시한 것과 동등한 전기적으로 절연된 측정용 증폭기(208)의 입력에 연결된다. 이러한 증폭기의 출력은 분할 작동기(204)의 출력에 "저항"입력이 연결되어 있는 배율기(209)의 "전류세기" 입력에 연결된다.

배율기(209)의 출력은 그 전해조의 역기전력을 나타내는 측정장치(211)에 출력이 연결되어 있는 감쇄기(210)의 입력에 연결된다.

전류 I도 역시 유도 프로우브를 사용하여 측정된다. 이러한 경우에, 전기적 절연은 더 이상 필요하지 않다. 제 22 도에 도시된 회로의 동작을 설명 하겠다.

저주파 발생기(9)로 부터 전기적으로 절연된 기준 증폭기(10)을 거쳐서 들어오는 주파수(f)에서의 구형파 기준 신호는 서로 90°위상변이 되는 2개의 구형파 신호들을 구동 시키는 종속 이상기(198)의 입력에 인가된다.

유도 프로우브(4)로 부터 들어오는 신호(i_f)는 증폭기(5)에서 증폭되고, 선택증폭기(199)에서 여파된 다음 2개의 동기 검파기들(200) 및 (201)에 의하여 측정된다. 이들 동기 검파기들 중 하나(200)는 종속 이상기(198)의 "90°"출력에 의하여 결정되어 기준 신호와 90°위상차가 있는 신호에 의하여 제어되며, 다른 하나는 종속 이상기(198)의 "0°"출력에 의하여 결정되어 기준 신호와 동상인 신호에 의하여 제어된다. 이러한 동기 검파기(200)은 0 검파기로서 동작하며 부궤환으로 이상기(198)의 제어 입력에 인가된다. 따라서 기준 신호와 (i_f)의 계수 사이의 어떠한 위상편차는 그 검파기(200)의 동작에 의하여 종속 이상기(198)에서 검출된다. 따라서 그 이상기(198)의 "0°"출력은 (i_f)의 계수와 동상이 되고, 동기 검파기(201)에서는 (i₀)가 측정된다.

그 전해조의 단자들에서 검출된 전압(V)는 리미터(6)에 의하여 제한 된 다음에 교류성분(u_f)로 부터 직류 성분(U)를 분리하는 입피던스 어댑터/직류-교류 분리기(7)에 인가된다. 교류 성분은 선택 증폭기(202)를 통과한 다음에 종속 이상기(198)의 "0°"출력에 의하여 구동된 기준 신호를 갖는 동기 검파기 (203)에 의하여 측정되며, 그 교류 성분은(i_f)와 동상이 된다. 따라서 이러한 검파기(203)의 출력에서는 U₀cosφ라는 성분이 나타난다. 여기서(φ)는 (i_f)를 기준으로 한 u_f의 위상각이다.

분할기(204)는 다음식과 같이 동작된다.

분로(207)의 단자들에서 검출된 I의 영상값인 그 전압은 전기적으로 절연된 측적용 증폭기(208)을 통과한 다음에 또 한편으로는 신호(R_f)가 가해지는 배율기(209)에 인가 된다. 따라서 여기에서는 다른 한편으로는 제 7 도에서 탭(110)으로 표시된 곳에서 부터 증폭기/분리기(7)에 의하여 방사된 신호(U)를 받아들이는 감쇄기(210)에 인가되는(R_f·I)를 진행 시켜서 U-R_fi 값 즉(E_f) 값이 장치(211)에서 측정된다.

만일 그 발생기(9)의 주파수가 거의 0가 되도록 할수 있다면, R_f는(R)에 근사하고 (E_f)는 (E)에 근사한다. 그러나, 실험실에서는 그 주파수의 정도를 0.1 내지 0.2c/s까지 감소시킬 수 있지만 산업상의 이용에서는 불가능하다. 따라서, 수 c/s의 주파수 까지만 강하시킬 수 있으며, 그 주파수의 함수에 외삽법을 사용하여 그 곡선의 0 주파수에서 (R_f)및 (E_f)가 구해진다.

실제로는, 이것은 간단한 경험적 방법을 사용 함으로써 충분하다. 저 주파수에서 (R_f)를 알게 되면, 그 주파수의 함수로서 R 및 계수

를 계산 할 수 있다. 점확히 선택된 단일 주파수(f)에서 측정하게 되면, 그 결과(R_f)에 계수 K를 곱함으로서 R=KR_f를 구할 수 있다.

따라서 K의 값은 분할기(204)에 K의 영상 값을 전달하는 진행기(205)에 인가된다. 다음에 이러한 분할기는 동작하여 KR_f즉 R이 산출된다. 따라서 감쇄기(21)도 동작하여 E=U-RI가 산출된다.

제 1 도-21 도에 대하여 전술한 본 발명에서의 모든 소자들은 배율기(209) 및 감쇄기(210)을 제외 하고는 보통 사용되는 것들이다. 이러한 두 소자들의 회로는 제 23 도에 도시 되었다.

배율기 모듈(211)은 I로 표시된 전기적으로 절연된 측정용 증폭기(208)의 출력에 연결되는 "X"로 표시된 제 1 입력(212)과 R로 표시된 분할기(204)의 출력에 저항(217)에 의하여 연결되어 있는 한펀 저항(217)과 등가인 저항(218)에 의하여 출력(214)에도 연결되어 있는 -입력(216)을 갖는 임피던스 가감단(215)의 출력(214)에 연결된 "Y"로 표시된 제 2 입력을 갖는다. 그 단(215)의 +입력은 접지에 연결된다. 그 모듈(211)의 "G"로 표시된 제 3 입력(220)은 전압원의 -단자들 즉 단자들 STO와 STN 사이에 연결된 전위차계(221)의 슬라이드에 연결 되며, 제 4 입력(222)는 출력(223)에 연결 되어서 배율 특성을 수행한다. "Bal"로 표시한 보조 출력(224)는 전압원 ST의 STO와 STP 사이에 연결된 전위차계(225)의 슬라이드에 연결된다. 3개의 공급도선들(226), (227) 및 (228)이 그 전압원 ST의 STN, STO 및 STP에 각각 연결된다.

(229)로 표시된 입력 U는 제 7 도에서 도시된 분리기(7)의 출력(110)에 연결된다. 그 입력 U는 다른 한편으로는 (230)과 등가인 저항(233)에 의하여 단(232)의 출력에 연결되어 있는 단(232)의 -입력에 저항(230)을 거쳐서 연결된다.

그 단의 +입력(235)는 접지에 연결된다.

그 단(232)의 출력(234)는 저항 (236)에 의하여 단(238)의 +입력(237)에 연결된다. 이러한 입력(237)은 또한 저항(239)에 의하여 그 모듈(211)의 출력에 연결되는 한편 저항(240)에 의하여 접지에도 연결된다. 3개의 저항들(236), (239) 및 (240)은 등가이다.

(U)와 (RI)는 같은 계수의 균형을 가져야만 한다.

그 단(238)의 출력(241)은 직류 전압원 ST의 -극 STN에 연결되어 있는 콜렉터(244)와 (E)로 표시된 출력(246)에 연결되어 있으며 동시에 저항(247)에 의하여 전압원 ST의 +극 STP에도 연결되어 있으며 또 동시에 그 자체가 접지되어 있는 즉 저항(250)에 의하여 전압원 ST의 중심점 STO에 연결되어 있는 그 단(238)의 -입력(249)에도 연결되어 있는 에미터(245)를 갖는 임피던스 어댑터/전력 증폭 트랜지스터(243)의 베이스(242)에 연결된다.

배율기 및 감쇄기의 동작은 명백하다. 그 모듈(211)은 (212)로 신호 I를 받아들이며, 낮은 임피던스하에서 단(215)에서 연결된 신호 R을 (213)으로 받아 들인다. 입력(Z)는 출력(S)에 연결되어 있으므로, 그 모듈은 배율기로서 동작하며, 그 모듈의 출력(223)에서 (XY) 즉 (RI)에 비례하는 신호를 방출한다. 단(232)에 의하여 적합한 임피던스로 조절된 신호(U)는 단(238)의 입력(237)에서 신호(RI)에 가해지고, 낮은 임피던스 및 고전력하에서 트랜지스터(243)에 의하여 출력(246)에 전달된다.

실제로는, 본 발명의 모든 단들은 다음의 단들을 제외하고는 2, 301 A 직접회로들로 구성된다. 즉 제 4 도의 (28)은 8, 018형이고, 제 12 도 (121)은 1, 322형이며, 제 20 도의 (173) 및 (182)는 AD 301 AH형이다.

제 6 도에서 제너 다이오드들 (54) 및 (55)는 110Ω 가변저항(53)용 207 Z4형이다. 제 7 도에서 트랜지스터들 (69), (80) 및 (107)은 2N 2, 905형이다. 제 12 도에서, 트랜지스터들 (115) 및 (125)는 1Ω과 등가인 저항들(118)을 위하여 2N 3, 055형이고 분로(122)는 0.01Ω이다. 트랜지스터들(115)는 환기법에 의하여 냉각된다. 또한 트랜지스터 128은 2N 2, 219형이다. 제 20 도에서, 트랜지스터(154)는 2N 3, 053이며, 제 23 도에서 트랜지스터(243)은 2N 2, 905이고, 다이오드들(164), (165) 및 트랜지스터(167)로 구성되는 장치는 기준 5, 082-4, 350내에서 보통 실행 가능한 형태이다. 제 21 도의 배율-분할회로들(186) 및 제 23 도의 (211)은 둘 다 107C형 이다.

구해진 R의 값은 그 전해조의 양극 거리를 조절하기 위하여 자동장치를 제어하는데 사용될 것이다. R및 E의 값들의 동시 증가는 그 전해조의 알루미늄 공급을 감소시킬 것이다.

본 발명에 의한 방법은 전해조의 저항 특히 알루미나의 화상 전해에 의하여 알루미늄을 생산하는데 사용되는 전해조의 저항을 결정하는데 사용된다.

Claims (1)

1. 전해용으로 사용하는 직류(I)에 주파수(f)의 약한 교류(i_f)를 중첩시켜 전해조에 가해지는 상기 교류의 임피던스의 실효부(r_f)를 결정한 다음에, 외삽법에 의하여 상기 주파수(f)의 함수로서 0 주파수에서의 임피던스의 실효부(r_f)의 값을 결정하여 상기 실효부(r_f)의 값을 전해조의 내부 저항(R)에 근사 시킴으로써, 전해조의 단자들 사이의 전압(U) 및 이 전해조를 통하는 전류(I)로 부터 상기 전해조의 내부 저항 (R)을 연속적으로 결정하는 방법.

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