Устройство для измерения электропроводности жидкости

Авторы патента:


 

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для измерения электропроводности жидких сред. Устройство для измерения электропроводности жидкости содержит генератор синусоидальных сигналов, управляемый делитель напряжения, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, замкнутый виток из электропроводящей исследуемой жидкости, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), виток, охватывающий трансформатор возбуждения, виток, охватывающий измерительный трансформатор, ключ, образцовая проводимость известной величины, схема управления, вычислительное устройство. Полезная модель позволяет повысить точность измерений электропроводности жидких сред за счет устранения влияния погрешностей связанных с нестабильностью напряжения и частоты источника питания, магнитной проницаемости сердечников трансформаторов, а также позволяет исключить помеху, которая может представлять собой наводку в сердечниках трансформаторов. Предлагаемое изобретение относится к устройствам измерения и может быть использовано для измерения электропроводности жидких сред в различных целях.

Полезная модель относится к области электроизмерений и может быть использована для измерения электропроводности жидких сред в различных целях.

Известно устройство для измерения электропроводности жидкости, содержащее генератор синусоидального напряжения, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, петлю из электропроводящего материала и замкнутый виток из исследуемой жидкости, охватывающий сердечники обоих трансформаторов, первый и второй пиковый детектор, схему сравнения, усилитель напряжения, измерительную схему, аттенюатор, усилитель мощности, источник опорного напряжения и регулятор, причем петля через первый пиковый детектор, измерительную схему, регулятор и аттенюатор введена в цепь обратной связи генератора, обмотка питающего трансформатора соединена с генератором через усилитель мощности и аттенюатор, а обмотка измерительного трансформатора соединена с измерительным прибором через усилитель напряжения и второй пиковый детектор [Авторское свидетельство РФ 2079851, кл. G01R 27/22].

Для реализации данного устройства требуется особо стабильный регулятор переменного напряжения, который позволяет одновременно поддерживать постоянными амплитуду, форму и частоту генерируемого напряжения. Изменение одного из этих параметров приводит к искажению результатов измерений. Кроме того, сказывается изменение магнитной проницаемости сердечников трансформаторов под действием температуры. Если даже выбрать термостабильный феррит 2000НМ3, то изменение температуры на 1° приведет к изменению магнитной проницаемости на 0,2%, что влияет на индуктивности обмоток, а следовательно на результат измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения электропроводности жидкости, состоящее из генератора синусоидальных сигналов, питающего трансформатора с обмоткой возбуждения, измерительного трансформатора с измерительной обмоткой, замкнутого витка из электропроводящей исследуемой жидкости, фазочувствительного нуль-органа, дополнительных многосекционных компенсационных обмоток с секциями и ключами, магазина проводимостей и схемы управления, причем генератор соединен с обмоткой возбуждения питающего трансформатора, к секциям компенсационных обмоток через ключи подключен магазин проводимостей, к входу которого подсоединена схема управления, которая подключена к фазочувствительному нуль-органу, на вход которого подключены измерительная обмотка измерительного трансформатора и генератор. Ключи, соединяющие магазин проводимостей с секциями компенсационных обмоток, также подсоединены к схеме управления [Патент на полезную модель РФ 122777, кл. G01R 27/22].

Для реализации данного устройства необходим многоразрядный магазин проводимости высокого класса точности, также в данном устройстве невозможно добиться полной компенсации магнитных потоков из-за помех, связанных с наводкой в обмотках трансформаторов. Задачей полезной модели является создание устройства для измерения электропроводности жидкости с достижением следующего технического результата: повышение точности измерения электропроводности жидких сред за счет устранения влияния погрешностей связанных с нестабильностью напряжения и частоты источника питания, магнитной проницаемости сердечников трансформаторов, а также за счет исключения помехи, которая может представлять собой наводку в сердечниках трансформаторов.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в устройство, содержащее генератор синусоидальных сигналов, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатора с измерительной обмоткой, замкнутый виток из электропроводящей исследуемой жидкости, схему управления введены управляемый делитель напряжения, образцовая проводимость известной величины, ключ, дополнительные витки, охватывающие питающий и измерительный трансформаторы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и вычислительное устройство. При этом генератор соединен через управляемый делитель напряжения с обмоткой возбуждения питающего трансформатора, к дополнительным виткам через ключ подключена образцовая проводимость известной величины, ключ подключен к схеме управления, которая также подключена к делителю напряжения, АЦП и вычислительному устройству. Измерительная обмотка подключена к АЦП, который, в свою очередь, подключен к вычислительному устройству.

Полезная модель позволяет повысить точность измерений электропроводности жидких сред за счет устранения влияния погрешностей связанных с нестабильностью напряжения и частоты источника питания, магнитной проницаемости сердечников трансформаторов, а также позволяет исключить помеху, которая может представлять собой наводку в сердечниках трансформаторов. На фиг. 1 изображено устройство для измерения электропроводности жидкости, на фиг. 2 изображена схема, иллюстрирующая первый такт работы прибора, на фиг. 3 изображена схема, иллюстрирующая второй такт работы прибора, на фиг. 4 изображена схема, иллюстрирующая четвертый такт работы прибора.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1. Устройство для измерения электропроводности жидкости состоит из генератора 1 синусоидальных сигналов, управляемого делителя 2 напряжения, обмотки 3 возбуждения, питающего трансформатора 4, замкнутого витка 5 из электропроводящей исследуемой жидкости, измерительного трансформатора 6, измерительной обмотки 7, аналого-цифрового преобразователя 8, дополнительных витков 9, 10, ключа 11, образцовой проводимости 12 известной величины, схемы 13 управления, вычислительного устройства 14.

Устройство работает следующим образом. Напряжение от генератора 1 поступает через управляемый делитель 2 напряжения на обмотку 3 возбуждения питающего трансформатора 4, причем напряжение передается либо с коэффициентом k=1 либо k<1 (U1=kUг). При этом в жидкостном витке 5 и дополнительном витке 9, 10 наводятся ЭДС. ЭДС, действующая в жидкостном витке 5, вызывает ток, величина которого зависит от электропроводности жидкости, и который индуцирует напряжение в измерительной обмотке 7 измерительного трансформатора 6. ЭДС, действующая в дополнительном витке 9, 10 в зависимости от положения ключа 11 может создавать ток через образцовую проводимость 12, если ключ замкнут, или этот ток равен нулю, если ключ разомкнут.Схема 13 управления позволяет выбрать режим работы делителя 2 напряжения, положение ключа 11, а также управляет работой АЦП 8 и вычислительного устройства 14. Измерение проводится в три такта через короткие промежутки времени t0. В первый такт коэффициент деления управляемого делителя 2 k=1, напряжение после делителя 2 равно напряжению генератора 1, ключ 11 разомкнут, и ток через него не проходит. АЦП 8 определяет напряжение на измерительной обмотке 7 и его значение заносится в память вычислительного устройства 14. Во втором такте измерение проводится при коэффициенте деления управляемого делителя 2 k<1, напряжение на возбуждающей обмотке 3 в k раз меньше, чем напряжение генератора 1, ключ 11 разомкнут. АЦП 8 определяет значение напряжения на измерительной обмотке 7 и его значение заносится в память вычислительного устройства 14. В третьем такте измерение проводится, когда коэффициент деления управляемого делителя 2 k=1, напряжение после делителя 2 равно напряжению генератора 1, ключ 11 замкнут, токи в жидкостном витке 5 и в дополнительном витке 9, 10 имеют одинаковое направление. АЦП 8 определяет напряжение на измерительной обмотке 7 и его значение заносится в память вычислительного устройства 14. После трех тактов схема 13 управления подает сигнал на вычислительное устройство 14, в котором определяется значение электрической проводимости жидкости в жидкостном витке 5. Рассмотрим работу прибора.

1) Первый такт. Коэффициент деления управляемого делителя k=1. Напряжение после делителя равно напряжению генератора, ключ разомкнут (фиг. 2):

система уравнений, описывающих работу схемы:

где Uг - напряжение источника питания;

U21 - напряжение в измерительной обмотке измерительного трансформатора в первом такте;

I1 - ток в возбуждающей обмотке питающего трансформатора;

Ix - ток в жидкостном витке;

Id - ток в дополнительном витке;

L 1 - индуктивность возбуждающей катушки;

Lx - индуктивность жидкостного витка;

Ld - индуктивность дополнительного витка;

M12 - взаимная индуктивность возбуждающей обмотки и жидкостного витка;

M23 - взаимная индуктивность измерительной обмотки и жидкостного витка;

M14 - взаимная индуктивность возбуждающей и дополнительного витка;

M34 - взаимная индуктивность измерительной и дополнительного витка;

Gx - проводимость жидкостного витка;

Gd - образцовая проводимость в дополнительном витке;

- частота гармонических синусоидальных колебаний.

Решая систему уравнений, получаем, что выходной сигнал, измеряемый вольтметром равен [Иванов, В.В., Латышев, Л.Н. Анализ методов и средств измерения электропроводности жидких сред // Нефтегазовое дело 2013 2. - Уфа: УГНТУ, 2013. - С. 93.]:

2) Второй такт. Коэффициент деления управляемого делителя k<1. Напряжение на возбуждающей обмотке в k раз меньше чем напряжение генератора, ключ разомкнут (фиг. 3):

система уравнений, описывающих работу схемы:

где U22 - напряжение в измерительной обмотке измерительного трансформатора во втором такте.

Решая систему уравнений получаем:

3) Третий такт. Коэффициент деления управляемого делителя k=1 Напряжение после делителя равно напряжению генератора, ключ замкнут (фиг. 4):

система уравнений, описывающих работу схемы:

где U23 - напряжение в измерительной обмотке измерительного трансформатора в третьем такте.

Решая систему уравнений, получим значение выходного сигнала:

Таким образом, получили систему из трех независимых уравнений:

При измерении напряжений U21 , U22, U23 дополнительно действует напряжение помехи Uп, которое возникает в результате действия внешних электромагнитных полей на сердечники трансформаторов. С учетом помехи система уравнений принимает вид:

такая система имеет единственное решение:

где

k - коэффициент делителя напряжения.

Как видно из выражения , значение измеряемой проводимости зависит только от класса точности выбранных элементов. Данное устройство позволяет повысить точность измерений электропроводности жидких сред за счет устранения влияния погрешностей связанных с нестабильностью напряжения и частоты источника питания, магнитной проницаемости сердечников трансформаторов, а также позволяет исключить дополнительную составляющую, которая может представлять собой наводку в сердечниках трансформаторов.

Также, в отличие от кондуктометра с компенсационными обмотками, отсутствует необходимость в многоразрядном магазине проводимостей высокой точности.

Устройство для измерения электропроводности жидкости, содержащее генератор синусоидального напряжения, питающий трансформатор с обмоткой возбуждения, измерительный трансформатор с измерительной обмоткой, замкнутый виток из исследуемой жидкости, охватывающий сердечники обоих трансформаторов, схему управления, отличающееся тем, что в него введены управляемый делитель напряжения, виток, охватывающий трансформатор возбуждения, виток, охватывающий измерительный трансформатор, ключ, образцовая проводимость известной величины, АЦП, вычислительное устройство, причем генератор через управляемый делитель напряжения соединен с обмоткой возбуждения питающего трансформатора, к дополнительным виткам через ключ подключена образцовая проводимость известной величины, ключ подключен к схеме управления, которая также подключена к управляемому делителю напряжения, к АЦП и вычислительному устройству, измерительная обмотка подключена к АЦП, который, в свою очередь, подключен к вычислительному устройству.



 

Похожие патенты:
Наверх