SU1471138A1 - Бесконтактный измеритель тока в трубопроводе - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  уточнени  местоположени  и глубины заложени  трубопроводов, оценки состо ни  их изол ционного покрыти  и бесконтактного контрол  работы станций катодной защиты. Цель изобретени  - повышение производительности при измерении и расширение функциональных возможностей. Устройство состоит из датчиков 1,2,3 магнитного пол , индикатора 4 нул , индикатора 5 уровн , шарнира 6 со шкалой поворота, регул тора 7 усилени , переключател  8 с контактами 9,10,11,12,13, усилител  14, амплитудного детектора 15 и выходного индикатора 16. 2 ил.

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к бесконтактным измерителям тока в протяженных цилиндрических токопроводах, и предназначено для использования при электромагнитных обследованиях на предмет уточнения местоположения и глубины заложения трубопроводов, оценки состояния их изоляционного покрытия, и бесконтактного контроля работы станций катодной защиты (СКЗ) путем воспроизведения диаграммы распределения тока вдоль контролируемой магистрали,

Цель ·' изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в определении не только тока, протекающего по трубопроводу, но и положения оси и удале- ния датчика от трубопровода, а также улучшение эксплуатационных’свойств устройства, связанное с расширением· его функциональных возможностей, а также состоящее в расширении диапазона изменений расстояния от датчиков до трубопровода и в обеспечении возможности непрерывного контроля правильности расположения датчиков поля относительно трубопровода при ¹ бесконтактном измерении тока в процессе перемещения устройства вдоль трассы трубопровода, ' На фиг,1 представлена функциональная схема бесконтактного измерителя тока в трубопроводе; на фиг.2 - расположение датчиков относительно трубопровода в исходном положении, а :· '.

также положение датчика 2 при приближении устройства к трубопроводу.

В состав устройства (фиг.1) входят три однокомпонентных датчика магнитного поля 1-3, индикатор 4 нуля, индикатор 5 уровня, шарнир б со шкалой углов поворота, регулятор 7 усиления, переключатель 8 с контактами 9-13, избирательный усилитель 14, амплитудный детектор 15 и выходной индикатор 16.

Датчики 1 и 3 взаимно ортогональны и жестко связаны между собой,причем ось чувствительности датчика 3 проходит через центр датчика 1« Датчик 2 установлен на оси шарнира 6, который посредством жесткой базы со. единен с датчиками 1 и 3, при этом ось шарнира б расположена перпендику лярно осям датчиком 1 и 3 на расстоянии Ъ (база) от оси датчика 3 (фиг.2), а датчик 2 установлен перпендикулярно оси шарнира 6 и таким образом все три датчика расположены в одной плоскости (перпендикулярной трубопроводу), С поворотным датчиком 2 соединен указатель углов, поворота (функцию которого в частности, может выполнять одна из граней корпуса датчика 2) и с ним связан регулятор 7 усиления избирательного усилителя 14, Регулятор усиления 7 может быть выполненнапример, в виде регулируемого сопротивления или набора сопротивлений, включаемых в цепь обратной связи усилителя 14 таким образом, чтобы коэффициент усиления последнего был пропорционален тангенсу угла ot поворота датчика 2. В качестве датчиков магнитного поля могут быть использованы однокомпонентные магнитоприемники, например, катушки (могут быть с ферритовыми сердечниками) или рамочные антенны.

Устройство работает следующим образом.

Датчики 1-3, усилитель 14 и индикаторы 4 и 5 настраивают на частоту измеряемого тока (на вторую гармонику сетевого напряжения при контроле работы СКЗ, или на частоту генератора, подключенного выходными клеммами к трубопроводу и заземлению). Для поиска местоположения трубопровода переключатель 8 ставят в первое положение, подключая через контакты 9 и 11 датчик 1 к усилителю 14, Перемещая и поворачивая базу с датчиками поперек трассы, добиваются максимального показания выходного индикатора 16, которое соответствует азимутальной ориентации измерительного датчика 1 относительно трубопровода (фиг.2); по минимальному показанию индикатора 4 уточняют ориентацию датчиков 1 и 3 (используя при этом острый минимум сигнала от ориентированного на ось трубы датчика 3, по сравнению с гладким максимумом сигнала от расположенного азимутального датчика 1j при перемещении связанных датчиков над трубопроводом поперек оси), Целесообразно удерживать базу в горизонтальном положении.

Для определения расстояния h между измерительным датчиком и трубопро3 водой ставят переключатель 8 в третье положение, подключая через контакты 1 1 и 13 датчик 2 к усилителю 14. Не изменяя положения базы (при нулевом показании индикатора 4), изменением угла об поворота датчика 2 добиваются минимального показания выходного индикатора 16, что соответствует совмещению оси датчика 2 с осью трубопровода. По шкале углов наклона датчика 2, установленной на шарнире 6 и проградуированной в метрах расстояния h, определяют расстояние от датчика 1 до оси трубопровода. При повороте датчика 2 регулятор 7 усиления автоматически устанавливается в положение, соответствующее значению коэффициента усиления усилителя 14, пропорциональному расстоянию h. . 20

Для измерения тока в трубопроводе ставят переключатель 8 во второе положение, подключая через контакты 10 и 12 последовательно соединенные измерительный и корректирующий датчи- 25 ки 1 и 2 к входу усилителя 14, и по выходному индикатору 16 (проградуированному в амперах) считывают величину тока, протекающего по трубопроводу. При этом по нулевому пока- 39 занию подключенного к датчику 3 инди- . катора 4 и допустимому уровню корректирующего сигнала от датчика 2, показываемому индикатором 5, контролируют правильность положения измерительного датчика 1 относительно трубопровода (контролируют ориентацию датчиков и расстояние h соответственно) , Оператор с данным устройством перемещается вдоль трубопровода и по выходному индикатору 16 считывает величину протекающего по трубоН_к= 0, а расстояние от датчика 1 до оси трубопровода определяется выражением .

h, = b tg<x'₍ + с, (2) где о£, - угол между осями чувствительности датчиков Ϊ и 2 в исходном положении, когда датчик 1 ориентирован азимутально, а датчик 2 - радиально относительно оси трубопровода: с - расстояние от центра датчика 2 до оси чувствительности датчика 1, в частности (например, когда h>b), можно принять .с = 0.

При,-отклонениях расстояния h между датчиком 1 и трубопроводом от его исходного значения h, сигналы датчиков изменяются. Сигнал от датчика 1 изменяется по гиперболическому закону (1). Сигнал от датчика 2 изменяет свою полярность при отклонениях датчиков в разные стороны (ближе - дальше) от исходного положения h₍; он пропорционален величине

I * где ψ - угол между перпендикуляром к оси чувствительности датчика 2 и вектором напряженности магнитного поля·Н₂(фиг.2);

р =4(Ь-с)^г + Ъ¹ ~ расстояние от датчика 2 до оси трубопровода, а р, - его значение в исходном положении (при h = h,), Используя теорему синусов, находят sin ψ = -р-р-- У (4) где ДИ = h-h^ - отклонение расстояния h от его исходного значения h,.

Измерительные обмотки датчиков 1 и 2 соединены между собой таким обпроводу тока; одновременно по индикаторам 4 и 5 оператор контролирует положение оси трубы и заданный диапазон расстояния до нее и (при необходимости перемещая базу в перпендикулярной трубопроводу плоскости) удерживает датчики в правильном для измерения тока положении. ,Датчик 1 реагирует на полный вектор Н₍ напряженности магнитного поля, создаваемого током I , протекающим по трубопроводу:

^Н< ⁼ 2$Ъ~“ ⁵⁵

Датчик 2 воспринимает составляющую Н_ч поля Н₂ = 1₀/2~р того же тока.

В исходном положении датчиков (фиг. 2) разом, что при удалении датчиков от трубопровода сигналы в них складываются, а при приближении датчиков к трубопроводу сигнал датчика 2 вычитается из сигнала датчика 1. Во втором положении переключателя 8 суммарный сигнал от датчиков 1 и 2 поступает на вход усилителя 14, а результат измерения тока, показываемый индикатором 16, определяется согласно выражениям (1), (3), (4) и составляет _k _±о_ (---1---+ ADIS- (5)

L ^k h,+ 4h p^z p_t ’ ^W где k,- постоянная прибора, характеризующая преобразование напряженнос ти магнитного поля в электрический

I сигнал, его усиление и преобразование в показания индикатора; для конкретно выбранного исходного положения численное значение составляет k₍ = 24l· h ₍.

Суммарный сигнал практически не меняется при изменениях расстояния между датчиками и трубопроводом в определенном диапазоне Ah, В устройстве осуществляется коррекция входного сигнала при изменении расстояния h, а изменения значения входного сигнала определяются однозначно изменением силы тока в трубопроводе, если Ah не велико.

Погрешность AI измерения тока 1₀, согласно (5), определяется выражением ,

AI ₌ Ah ₊,

Х h,+ Ah , A h · b · h _{( +} --------------------.(6) +(h,-c)¹ x £b² + (h,~ c +Ah^a

I

Как видно из полученного выражения (6), погрешность измерения тока, обусловленная изменением расстояния h между датчиком 1 и трубопроводом, стремится к нулю, когда Ah->0, т.е, при малых отклонениях расстояния h от его исходного значения h₍, ас увеличением Ah погрешность измерений тока увеличивается. Например, если в исходном положении о(, = 63,5°,что при с = 0 соответствует h^ = 2Ь, то согласно (6) относительная погреш используя введенный для этого индикатор 5 уровня. Если индикатор 5 показвает, что сигнал датчика 2 превышает допустимый уровень, то для правильного измерения тока надо исправить положение датчиков, что предлагаемым устройством можно сделать двумя путями. Сохраняя радиальную ориентацию 1θ датчика 3 (по нулевому показанию индикатора 4), сперва перемещают базу с датчиками ближе-далыпе относительно трубопровода, добиваясь уменьшения показаний индикатора 5 уровня 15 сигнала датчика 2, Если этим путем удается добиться снижения величины корректирующего сигнала датчика 2 ниже допустимого уровня, то это означает, что датчики установлены на рас2Q стоянии, близком к исходному (в допустимом диапазоне изменения Ah), и можно продолжать измерение тока с требуемой точностью.

Если же этот путь неэффективен (например, при большом изменении глубины залегания трубопровода или при практической потребности (удобстве) проводить измерения тока, находясь в стороне от трубопровода, а не над ним), тогда изменяют исходное значение расстояния. Для этого, изменяя угол поворота датчика 2, добиваются уменьшения величины сигнала показыва35 емого индикатором 5 ниже допустимого уровня; затем продолжают измерение тока. При этом регулятор 7 усиления ность измерения тока не превышает 107, если изменение расстояния не выходит за пределы диапазона 0,35Ь> ?Ah> -0,3b, т.е. есди расстояние h находится в диапазоне 1,7Ob<h < <2,35b, где база устройства b в дан-; ном случае равна расстоянию между центрами датчиков 1 и 2.

При больших отклонениях расстояния h от исходного значения h₍ вследствие . изменения рельефа местности сигнал датчика 2 увеличивается, однако коррекция входного сигнала усилителя .осуществляется не полностью и погрешность измерения тока (6) может превысить допустимую величину. Поскольку погрешность измерения тока связана с величиной корректирующего сигнала датчика 2 (второй член в формуле (6)), то по величине последнего можно контролировать рельефную погрешность измерения тока, автоматически устанавливается в новое положение, соответствующее коэффициенту усиления усилителя 14, пропорциональному новому исходному рас- стоянию h₂= btgoi_z+ с. Постоянная прибора принимает значение к₂= 2^Ь₂.

В случаях, когда требуется уточнить значение расстояния h, минимальную величину корректирующего сигнала устанавливают по выходному индикатору 16, предварительно переставив переключатель 8 в третье положение; затем, · возвратив переключатель 8 во второе положение, продолжают измерение тока.

Например, если в новом положении о0_г= 80,5°, то h₂ = 6Ь, и новый диапазон изменения расстояния составляет 5,4b<h<6,8b, Чтобы перекрыть расстояние h от b до 6Ь для измерений тока с указанной выше точностью, согласно формуле (6) надо восемь исходных положений h_n (или соответствующих им значений ), | Для предлагаемого устройства принципиально нет границ расширения диапазона h при измерениях. Для конкретной реализации устройства ограничение определяется точностью определения угла с£ и установки соответствующего ему коэффициента усиления усилителя. Значение длин b и с (фиг.2), от которых зависит диапазон допустимух изменений расстояния йИ, определяются расчетным путем на ос- 15 нове выражения (б) исходя из допустимой погрешности компенсации изменений сигнала датчика 1 сигналом датчика 2, а также с учетом конструктивных соображений и удобства эксплуата- 2G ции устройства. Например, если выбрать b=h , то наилучшая коррекция входного сигнала усилителя при малых Ah имеет место при с=Ь, т.е. когда, датчики 1 и 2 расположены· кащцый 25 под. углом 45° к линии, соединяющей их· центры. Если же заранее известно, что b<h, т.е. длина базы не превышает минимально возможное расстояние от датчиков до оси трубы (например, 30 ее внешний радиус), то можно принять с=0, т.е. установить центр датчика 2 (ось шарнира) на оси чувствительности датчика 1 .

* 35

- Допустимый уровень корректирующего сигнала датчика 2 определяется ^расчетным путем с помощью выражений (5) и (6) или может быть установлен опытным путем при измерениях тока в 40 каждом конкретном случае. Для этого устанавливают датчики 1-3 в исход- ι ное положение, а затем перемещают их ближе - дальше относительно трубопровода при нулевом показании индикато- 45 ра 4. Наибольшие отклонения расстояния h от его исходного значения, при которых показание выходного индикатора 16 (результат изменения тока) остается неизменным (или изменяется 59 в пределах допустимой погрешности), определяют диапазон изменения расстояния h, а соответствующее им по казание индикатора 5 уровня является допустимым уровнем корректирующего сигнала в данном случае·.

Claims (1)

1. Формул а изобретения

   Бесконтактный измеритель тока в трубопроводе, содержащий первый и второй однскомпонентные датчики магнитного поля, расположенные в плоскости, перпендикулярной трубопроводу, последовательно включенные усилитель, амплитудный детектор и выходной индикатор, причем обмотки датчика соединены последовательно, о т личающий.ся тем, что, с целью повышения производительности за счет улучшения эксплуатационных свойств и расширения функциональных возможностей устройства за счет расширения количества измеряемых параметров и диапазонов измерения, в него дополнительно введены третий однокомпонентный датчик магнитного поля, нуль-индикатор, индикатор уровня, регулятор усиления и переключатель, причем третий датчик подключен к нуль-индикатору и установлен ортогонально первому датчику, жестко с ним связан и ориентирован вдоль линии, проходящей через центр первого датчика перпендикулярно трубопроводу, второй датчик установлен· на шарнире с указателем углов поворота, соединенным с регулятором усиления, при этом ось шарнира связана с пер-¹ вым и третьим датчиками, выход регулятора усиления подключен к первому входу усилителя, первый вывод первого датчика соединен с первым и вторым контактами переключателя, второй вывод первого и первый вывод второго датчиков подключены к третьему контакту переключателя, второй вывод второго датчика.соединен с четвертым и пятым контактами переключателя, оба вывода второго датчика подключены также к входу индикатора уровня, первый и второй выходные контакты переключателя подсоединены, соответственно, к второму и третьему входам усилителя.

   Фи,г.2