RU143663U1

RU143663U1 - Устройство для измерения электропроводности жидкости

Info

Publication number: RU143663U1
Application number: RU2014107086/28U
Authority: RU
Inventors: Лев Николаевич Латышев; Валерий Владимирович Иванов
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-07-27

Abstract

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.

Description

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=kU_г). 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 t→0. 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 U_г - напряжение источника питания;

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

I₁ - ток в возбуждающей обмотке питающего трансформатора;

I_x - ток в жидкостном витке;

I_d - ток в дополнительном витке;

L₁ - индуктивность возбуждающей катушки;

L_x - индуктивность жидкостного витка;

L_d - 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;

G_x - проводимость жидкостного витка;

G_d - образцовая проводимость в дополнительном витке;

ω - 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):

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):

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 U_п, 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.