RU2185654C2

RU2185654C2 - Current stabilization device

Info

Publication number: RU2185654C2
Application number: RU2000111663/09A
Authority: RU
Inventors: рский В.М. Канцел; В.М. Канцелярский; Г.В. Воробьев
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат"
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2002-07-20

Abstract

FIELD: isotopic analysis of uranium and transuranium elements. SUBSTANCE: invention can be used for analysis of isotopic composition in separation of uranium and transuranium elements, predominantly for charging of electrochemical cells in plants of electrolytic deposition of samples of alpha-emitting isotopes. Device includes current controller and current pickup connected to inputs of operational amplifier that is coupled with its output to base of power controlling transistor 3, load in which capacity electrochemical cell is employed, pulse-duration stabilizer fitted with voltage controller. Output of stabilizer is connected to collector of transistor 3 and emitter of transistor is linked to controlling input of stabilizer and anode of electrochemical cell which cathode is connected to current pickup. EFFECT: high efficiency and operational reliability of device with provision for maintenance of preset value of current in electrochemical cell with high accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к стабилизаторам тока и может быть использовано для анализа изотопного состава в производстве разделения урановых и трансурановых элементов, преимущественно для запитки электрохимических ячеек (далее ЭХЯ) в установках электролитического нанесения проб альфа-излучающих изотопов. The invention relates to current stabilizers and can be used to analyze the isotopic composition in the separation of uranium and transuranium elements, mainly for feeding electrochemical cells (hereinafter ECH) in installations for the electrolytic deposition of samples of alpha-emitting isotopes.

Пробы наносятся на подложку путем электролиза в виде тонкого, почти мономолекулярного слоя. Для получения проб высокого качества к источникам тока, с помощью которых осуществляется электролиз, предъявляются высокие требования: ток, протекающий через ЭХЯ, должен оставаться неизменным (изменения допускаются не более 1%) даже при изменениях сопротивления ЭХЯ в процессе электролиза в широких пределах. Пробы, полученные в таких условиях, обсчитываются в импульсной ионизационной камере по энергиям альфа-частиц и их интенсивности для получения энергетического спектра. Спектр затем обрабатывается и определяется изотопный состав пробы, т.е. какие изотопы и в каком количестве присутствует в пробе. Samples are applied to the substrate by electrolysis in the form of a thin, almost monomolecular layer. In order to obtain high quality samples, high requirements are imposed on the current sources by which electrolysis is carried out: the current flowing through the ECM must remain unchanged (changes are allowed no more than 1%) even when ECC resistance changes during the electrolysis over a wide range. Samples obtained under such conditions are calculated in a pulsed ionization chamber by the alpha particle energies and their intensities to obtain the energy spectrum. The spectrum is then processed and the isotopic composition of the sample is determined, i.e. what isotopes and in what quantity is present in the sample.

Известно устройство импульсной стабилизации напряжения С.А. Эраносян, Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями, "Энергоатомиздат", 1991 г., Ленинград, стр. 22, рис. 1.4а. A device for pulse voltage stabilization S.A. Eranosyan, Network power supplies with high-frequency converters, "Energoatomizdat", 1991, Leningrad, p. 22, Fig. 1.4a.

В этом устройстве осуществляется регулирование выходного напряжения. Устройство содержит низкочастотный выпрямитель с высокочастотным и низкочастотным фильтрами, устройство ограничения зарядного тока, высоковольтный транзисторный преобразователь, силовой выпрямитель с фильтром и схему управления. При использовании этого устройства для стабилизации тока схема соединена с датчиком тока (резистор порядка 10^-2 Ом), подключенным последовательно с нагрузкой.This device controls the output voltage. The device comprises a low-frequency rectifier with high-frequency and low-pass filters, a charging current limiting device, a high-voltage transistor converter, a power rectifier with a filter, and a control circuit. When using this device to stabilize the current, the circuit is connected to a current sensor (resistor of the order of 10 ^-2 Ohms) connected in series with the load.

Устройство обладает высоким КПД. Однако сопротивление ЭХЯ в процессе работы меняется в широких пределах, включающих области, в которых схема стабилизации из-за "длинной" обратной связи возбуждается и устройство становится непригодно для работы. The device has high efficiency. However, the resistance of ECM during operation varies widely, including areas in which the stabilization circuit is excited due to the "long" feedback and the device becomes unsuitable for operation.

Известно устройство стабилизации тока А.Г. Алексеенко, И.И. Шагурин, Микросхемотехника, издательство "Радио и связь", Москва, 1982 г., стр. 380, рис.11б - прототип. A device for stabilizing the current A.G. Alekseenko, I.I. Shagurin, Microcircuitry, Publishing House "Radio and Communications", Moscow, 1982, p. 380, Fig. 11b - prototype.

Устройство содержит датчик и задатчик тока, операционный усилитель, силовой транзистор и нагрузку. Разность напряжений с датчика и задатчика тока через операционный усилитель управляет силовым транзистором, в эмиттерной цепи которого включена нагрузка. Обратная связь: датчик тока - операционный усилитель - силовой транзистор - нагрузка - датчик тока, "короткая", поэтому устройство не возбуждается при любых нагрузках и пригодно для запитки ЭХЯ. The device contains a sensor and a current setter, an operational amplifier, a power transistor, and a load. The voltage difference from the sensor and the current generator through the operational amplifier controls the power transistor, in the emitter circuit of which the load is connected. Feedback: current sensor - operational amplifier - power transistor - load - current sensor, "short", so the device is not excited at any load and is suitable for feeding ECM.

В этом устройстве силовой транзистор запитан постоянным напряжением, которое в процессе поддержания постоянного тока в нагрузке распределяется между нагрузкой и силовым транзистором. При падении сопротивления нагрузки напряжение на ней также падает, что приводит к росту напряжения на силовом транзисторе его перегреву и выходу из строя. In this device, the power transistor is powered by a constant voltage, which, in the process of maintaining a constant current in the load, is distributed between the load and the power transistor. When the load resistance drops, the voltage on it also drops, which leads to an increase in the voltage on the power transistor, its overheating and failure.

При этом не только расходуется лишняя энергия на нагрев транзистора, но и снижается КПД и надежность работы всего устройства. At the same time, not only extra energy is spent on heating the transistor, but also the efficiency and reliability of the entire device are reduced.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства для стабилизации тока с высокой точностью и поддержания стабильно низкого (до 2 В) падения напряжения на силовом транзисторе с обеспечением высокого КПД и надежности работы устройства. The problem to which the invention is directed, is to create a device for stabilizing the current with high accuracy and maintaining a stable low (up to 2 V) voltage drop on the power transistor with high efficiency and reliability of the device.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство для стабилизации тока, содержащее датчик и задатчик тока, соединенные с входам операционного усилителя, подключенного своим выходом к базе силового регулирующего транзистора, эмиттер которого через нагрузку соединен с датчиком, при нагрузке, в качестве которой является электрохимическая ячейка (ЭХЯ), устройство дополнительно содержит, снабженный задатчиком напряжения широтно-импульсный стабилизатор, выход которого подключен к коллектору транзистора, а эмиттер транзистора соединен с управляющим входом широтно-импульсного стабилизатора и анодом ЭХЯ, катод которой подключен к датчику. The problem is solved in that the known device for stabilizing the current, containing a sensor and a current regulator connected to the inputs of an operational amplifier connected by its output to the base of a power regulating transistor, the emitter of which is connected through a load to the sensor, under load, which is an electrochemical cell (ECJ), the device further comprises, equipped with a voltage adjuster, a pulse-width regulator, the output of which is connected to the collector of the transistor, and the emitter of the transistor with of the connections to the control input of the pulse width of the stabilizer and EHYA anode, a cathode which is connected to the sensor.

На чертеже представлена блок-схема заявленного устройства для стабилизации тока. The drawing shows a block diagram of the claimed device for stabilizing the current.

Устройство содержит широтно-импульсный стабилизатор напряжения (ШИС) 1, включенный в сеть ~ 220 В, напряжение на выходе которого определяется его задатчиком напряжения 2, силовой регулирующий транзистор 3, операционный усилитель 4, задатчик тока 5, датчик тока 6, электрохимическую ячейку (ЭХЯ) 7, общую точку 8 и балластные резисторы 9, 10, 11. The device contains a pulse-width voltage stabilizer (SIS) 1, connected to a ~ 220 V network, the voltage at the output of which is determined by its voltage setpoint 2, power regulating transistor 3, operational amplifier 4, current setter 5, current sensor 6, electrochemical cell (ECC) ) 7, common point 8 and ballast resistors 9, 10, 11.

Стабилизатор 1 своим силовым выходом подключен к коллектору транзистора 3 и далее через его эмиттер, анод-катод ЭХЯ-7 и датчик тока 6 - к общей точке 8. Управляющий вход ШИС 1 подключен к эмиттеру транзистора 3. На положительный вход операционного усилителя 4 через балластный резистор 11 подключен регулируемый задатчик тока 5. Выход операционного усилителя 4 соединен с базой управляемого им транзистора 3, эмиттер которого через анод-катод ЭХЯ-7 и датчик тока 6 связан с общей точкой 8. Напряжение с датчика 6 через балластный резистор 9 подается на отрицательный вход операционного усилителя 4. The stabilizer 1 is connected by its power output to the collector of transistor 3 and then through its emitter, an anode-cathode EChA-7 and current sensor 6 to a common point 8. The control input of the SIS 1 is connected to the emitter of the transistor 3. To the positive input of the operational amplifier 4 through the ballast resistor 11 is connected to an adjustable current controller 5. The output of the operational amplifier 4 is connected to the base of the transistor 3 controlled by it, the emitter of which is connected to the common point 8 through the ECHO-7 anode-cathode and current sensor 6. The voltage from the sensor 6 is supplied to the negative through a ballast resistor 9 solid input operational amplifier 4.

Работа устройства стабилизации осуществляется следующим образом. The operation of the stabilization device is as follows.

Основным элементом управления в устройстве является транзистор 3, управление которым осуществляется по двум петлям (цепочкам) обратной связи. The main control element in the device is a transistor 3, which is controlled by two feedback loops (chains).

Первая цепочка высокоточная, с большим коэффициентом усиления (К>2•10⁵).The first chain is highly accurate, with a large gain (K> 2 • 10 ⁵ ).

Она содержит: задатчик тока 5, балластный резистор 11, положительный вход операционного усилителя 4, база силового транзистора 3, анод-катод ЭХЯ-7, балластный резистор 9, отрицательный вход операционного усилителя 4. Эта цепь обеспечивает поддержание тока в ЭХЯ-7 на заданном значении. Величина тока задается с помощью задатчика тока 5 и поддерживается на заданном уровне путем сравнения напряжений на задатчике 5 и датчике 6, отработки разности этих напряжений операционным усилителем 4 и далее транзистором 3 до нулевого уровня. It contains: current controller 5, ballast resistor 11, positive input of operational amplifier 4, base of power transistor 3, anode-cathode EChA-7, ballast resistor 9, negative input of operational amplifier 4. This circuit maintains the current in ECH-7 at a given value. The magnitude of the current is set using the current master 5 and maintained at a predetermined level by comparing the voltages at the master 5 and the sensor 6, working out the difference of these voltages by the operational amplifier 4 and then by the transistor 3 to the zero level.

Вторая цепочка имеет небольшой коэффициент усиления К=10, установленный опытным путем. The second chain has a small gain K = 10, established experimentally.

Она содержит: задатчик напряжения 2, широтно-импульсный стабилизатор ШИС 1, коллектор-эмиттер транзистора 3, управляющий вход ШИС 1, который поддерживает напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 3 на уровне 1...2 В. Это напряжение задается задатчиком напряжения 2 и поддерживается на этом уровне путем отработки разницы напряжений между задатчиком 2 и падением напряжения на коллекторно-эмиттерном переходе транзистора 3 до нулевого уровня с помощью ШИС 1. It contains: voltage regulator 2, pulse-width regulator SIS 1, collector-emitter of transistor 3, control input SIS 1, which maintains the voltage between the collector and emitter of transistor 3 at a level of 1 ... 2 V. This voltage is set by voltage regulator 2 and maintained at this level by working out the voltage difference between the master 2 and the voltage drop at the collector-emitter junction of the transistor 3 to zero with the help of SIS 1.

Введение в устройство широтно-импульсного стабилизатора ШИС 1 с задатчиком напряжения 2, коэффициент усиления которого подобран опытным путем и равен К=10, позволяет исключить влияние ШИС 1 как на первую высокоточную цепь управления, так и на собственную цепь ШИС 1. Introduction to the device of a pulse-width stabilizer SIS 1 with a voltage adjuster 2, the gain of which is selected empirically and is equal to K = 10, eliminates the influence of SIS 1 both on the first high-precision control circuit and on its own SIS 1 circuit.

В результате введения в устройство широтно-импульсного стабилизатора с задатчиком напряжения и его связей достигнуто стабильно низкое падение напряжения на силовом транзисторе и, таким образом, обеспечен высокий КПД и надежность работы всего устройства. При этом обеспечивается поддержание заданного значения тока в ЭХЯ с высокой точностью. As a result of introducing a pulse-width stabilizer with a voltage adjuster and its connections into the device, a stably low voltage drop across the power transistor is achieved, and thus, high efficiency and reliability of the entire device are ensured. This ensures the maintenance of the set current value in the ECM with high accuracy.

Claims

A device for stabilizing the current, comprising a sensor and a current master connected to the corresponding inputs of the operational amplifier connected to the base of the power regulating transistor, characterized in that the load is an electrochemical cell (ECC), in addition, the device further comprises a wide pulse stabilizer, the output of which is connected to the collector of the power regulating transistor, the emitter of which is connected to the control input of the pulse-width stub and recuperators through the anode-cathode EHYA and a current sensor connected to a common point.