SU1622841A1

SU1622841A1 - Apparatus for separate measuring of parameters of complex values

Info

Publication number: SU1622841A1
Application number: SU884470016A
Authority: SU
Inventors: Сергей Алексеевич Баталов; Юрий Денисович Коловертнов
Original assignee: Уфимский Нефтяной Институт
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1991-01-23

Abstract

Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано дл раздельного измерени неэлектрических величин с помощью резистивных и индуктивных датчиков. Целью изобретени вл етс повышение точности и обеспечение измерени параметров n-i, где г - целое число, комплексных величин по одной соединительной линии. Отличием иэ брете- ни вл етс включение диода на вход измерительных датчиков, что позволило ипользовать как положительную, так и отрицательную полуволны контрольного сигнала, сложение которых при обработке исключило вли ние сигнала помехи; другой особенностью вл етс использоЕ -зние транссгюрматора с многопараметрической первичной обмоткой и а вторичными , соединенными, с п жесткими клапанами , что позвол ет проводить нис п-1 параметров по одному кабел.о. 2 ил. S (ЛThe invention relates to electrical measuring technology and can be used for separate measurement of non-electric quantities using resistive and inductive sensors. The aim of the invention is to improve the accuracy and ensure the measurement of the parameters n-i, where r is an integer, of complex values along a single connecting line. The difference between the brethren is the inclusion of a diode at the input of the measuring sensors, which allowed us to use both positive and negative half-waves of the control signal, the addition of which during processing eliminated the influence of the interference signal; Another peculiarity is the use of a trans-surge generator with a multi-parametric primary winding and a secondary one connected to five rigid valves, which makes it possible to carry out the parameters n-1 along a single cable. 2 Il. S (l

Description

Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано дл раздельного измерени параметров комплексных сопротивлений датчиков в гидротермальных скважинах, а тлкже при измерении не- электричоских величин с помощью ре- зистианых и индуктивных датчиков.The invention relates to electrical measuring technology and can be used to separately measure the parameters of the impedances of sensors in hydrothermal wells, and also when measuring non-electrical quantities with resistive and inductive sensors.

Целью изобретени вл етс повышение точнисти и обеспечение измерени параметров п-1, где п - целое число, комплексных величин по одной соединительной линии.The aim of the invention is to increase the precision and to ensure the measurement of parameters n-1, where n is an integer, of complex values along a single connecting line.

На фиг.1 приведена структурна электрическа схема устройства дл раздельного измерени параметров комплексных величин; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие принцип работы.Figure 1 shows the structural electrical circuit of the device for separately measuring the parameters of complex quantities; FIG. 2 shows timing diagrams explaining the principle of operation.

Устройство дл раздельного измерени лараметров комплексных величин содержит управл емые ключи 1.1 - 1.п, экранированный однопроводный кабель 2, генератор 3, диод 4, трансформатор 5, частотные клапаны 6.1 - б.п, блок 7 управлени , вычислитель 8, образцовый 9 (R) и измерительные 10.1 - Ю.п (RЈ,. .. Rn) резисторы, .эквивалентные сопротивлени 11.1(Rx) IH I1.2 (Rxa) соответственно центрального проводника и экрана экранированного однопроводного кабел .The device for separate measurement of complex parameter lameters contains controllable keys 1.1-1.p, shielded single-wire cable 2, generator 3, diode 4, transformer 5, frequency valves 6.1-bp, control unit 7, calculator 8, model 9 (R ) and measuring 10.1 - Yu.p (RЈ, ... Rn) resistors, equivalent resistance 11.1 (Rx) IH I1.2 (Rxa), respectively, of the central conductor and the screen of the shielded single-wire cable.

Первые выводы образцового 9 и измерительных 10.1 - Ю.п резисторов подключены к входам соответствующих управл емых ключей 1.1-1.п., взаимосв занные выходы которых подключены к центральному проводнику кабел 2The first terminals of the exemplary 9 and measuring 10.1 - Yu.p resistors are connected to the inputs of the corresponding controlled switches 1.1-1.p., the interconnected outputs of which are connected to the central conductor of the cable 2

05 ND 05 ND

00 400 4

31623162

с эквивалентным сопротивлением 11.1 и входу многопараметрической первичной обмотки трансформатора 5 через диод 4.with an equivalent resistance of 11.1 and the input of the multiparameter primary winding of the transformer 5 through the diode 4.

Измерительным резистором 10.1 может вл тьс терморезистор в сЬунк- ции термометра. Измерительными резисторами Ю.п-1 и Ю.п могут вл тьс сопротивлени двуплечевого тензо- резисторного моста на упругой мембране (типа кремний на сапфире) серий- но-выпускаемого датчика давлени типа Сапфир, измен ющихс в функции давлени среды. Причем раздельные выводы резистора Ю.п-1 и резистора Ю.п такого двуплечевого моста подключены к раздельным входам управл емых ключей 1.п-1 и 1,п соответственно , а другие выводы резисторов Ю.п-1 и Ю.п св заны с выводами резисторов 9 и Ю.п-1, Ю.п и выходом многопараметрической первичной обмотки трансформатора 5 и дополнительно подключены через генератор 3 и эквивалент- ное сопротивление 11.2 экрана кабел 2 и к нулевой шине устройства. Вторичные обмотки трансформатора 5 подключены через соответствующие частотные клапаны б.п к управл ющим выводам соответствующих управл емых ключей 1 .п.The measuring resistor 10.1 may be a thermistor in the function of the thermometer. The measuring resistors Y.p-1 and Y.n can be the resistance of a double-shoulder strain-resistor bridge on an elastic membrane (such as silicon on sapphire) of a commercially available Sapphire-type pressure sensor, varying as a function of medium pressure. Moreover, the separate pins of the Yu.p-1 resistor and the Yu.p resistor of such a double-arm bridge are connected to the separate inputs of the controlled keys 1.n-1 and 1, n, respectively, and the other terminals of the Yu.p-1 and Yu.n. resistors are connected with the leads of resistors 9 and Yu.p-1, Yu.n. and the output of the multiparameter primary winding of the transformer 5 and are additionally connected via the generator 3 and the equivalent resistance 11.2 of the shield of cable 2 and to the zero bus of the device. The secondary windings of the transformer 5 are connected through the corresponding frequency valves bp to the control terminals of the respective controlled switches 1 .p.

Управл емые ключи 1,п предназначены дл последовательной коммутации резисторов 10.1 и Ю.п и представл ют собой тиристоры (магнитодиоды,герко- новые реле и т.д.).The controllable switches 1, p are intended for the series switching of resistors 10.1 and Yu.p and are thyristors (magnetodiodes, reed relays, etc.).

Первична обмотка трансформатора 5 представл ет собой обмотку электромагнита , сердечник которого магнито- св зан с упругим стержнем вибрационно частотного многофазного концентрато- мера примесей, работающего в трех разных частотных диапазонах: в первом частотном диапазоне (до 200 Гц) измер етс концентраци твердой фазы, во втором диапазоне (от 200 до 3000 Гц) измер етс концентраци жидкой дисперсной фазы (например, нефти в воде, или наоборот), а в третьем диапазоне (свыше 3000 Гц) - газосодержание исследуемой среды.The primary winding of the transformer 5 is a winding of an electromagnet, the core of which is magnetically connected to an elastic rod of a vibration-frequency multiphase impurity concentrator operating in three different frequency ranges: in the first frequency range (up to 200 Hz) the concentration of the solid phase is measured, the second range (from 200 to 3000 Hz) measures the concentration of the liquid dispersed phase (for example, oil in water, or vice versa), and the third range (above 3000 Hz) measures the gas content of the test medium.

Каждый частотный клапан б.п предназначен дл выработки управл ющего единичного сигнала и выполнен в виде гребенчатого пассивного LC- фильтра, выход которого через диод соединен с интегрирующим конденсатором , вл ющийс выходом частотногоEach frequency valve bp is designed to generate a control single signal and is made in the form of a comb-shaped passive LC filter, the output of which through a diode is connected to an integrating capacitor, which is the output frequency

клапана б.п. При этом гребенчатый фильтр частотного клапана 6.1 настроен на резонансную частоту 150 Гц, фильтр клапана 6.2 - на частоту 900 Гц; фильтр клапана 6.п-1 - на частоту 1800 Гц, а фильтр клапана б.п - на частоту 7200 Гц.valve bp In this case, the comb filter of the frequency valve 6.1 is tuned to the resonant frequency of 150 Hz, the valve filter 6.2 to the frequency of 900 Hz; 6.p-1 valve filter - at a frequency of 1800 Hz, and valve filter bp - at a frequency of 7200 Hz.

Генератор 3 представл ет собой эквивалент ЭДС помех Е, наводимых на экран кабел 2, в виде ЭДС пол ризации , ЭДС блуждающих токов и т.д. (доход щих до нескольких единиц вольт), Причем дл разных длин кабел 2 измен ютс сопротивлени его провода в широком диапазоне от 120 до 220 Ом а также его экрана (от 1 до 20 Ом). При этом экранна оплетка кабел 2 может выполн ть две функции: роль электрического провода нулевой шины, а также силовую функцию в процессе спускоподъемных операций прибора.Generator 3 is the equivalent of an emf of interference E, induced on the screen of the cable 2, in the form of polarization emf, emf of stray currents, etc. (reaching up to several volts), Moreover, for different cable lengths 2, the resistances of its wire vary in a wide range from 120 to 220 ohms as well as its shield (from 1 to 20 ohms). In this case, the screen braid of the cable 2 can perform two functions: the role of the electrical wire of the zero bus, as well as the power function in the process of launching the device.

Блок 7 управлени выполнен в виде управл емого частотного генератора тока и частотно-избирательных амплитудных детекторов, аналоговые выходы которых подключены к входам вычислител 8, вл ющиес входами аналого-цифровых преобразователей. Вычислитель 8 представл ет собой микро ЭВМ с алгоритмом вычислительных процедур измер емых сопротивлений Rn резисторных датчиков и сопротивлени X первичной многопараметрической обмотки трансформатора 5, когда Х, 2fifwLm, где m 1 , 2, 3 и 4 - коли чество фиксированных частотных режимов с разными индуктивност ми Lfl. При одинаковых сопротивлени х Rk RKU ... R«n- R«n управл емых ключей при подключении образцового резистора выполн етс условиеControl unit 7 is designed as a controlled frequency current generator and frequency selective amplitude detectors, the analog outputs of which are connected to the inputs of the calculator 8, which are the inputs of analog-to-digital converters. The calculator 8 is a microcomputer with an algorithm for computing the measured resistances Rn of the resistor sensors and the resistance X of the primary multiparameter winding of the transformer 5 when X, 2fifwLm, where m 1, 2, 3 and 4 are the number of fixed frequency modes with different inductances Lfl. With the same resistance Rk RKU ... R "n-R" n controlled keys, when connecting the reference resistor, the condition

UjUj

( - I(R, + RK + Rx,+ Ru) + Е„,(- I (R, + RK + Rx, + Ru) + Е „,

при подключении терморезистора U.when you connect a thermistor U.

+ Е„.+ E „.

I(.+ RK + RM + Rn ) +I (. + RK + RM + Rn) +

(2)(2)

Вычита из уравнени (2) уравнение (1) и сокраща эквивалентные члены нового уравнени , получаютSubtracting equation (1) from equation (2) and reducing the equivalent terms of the new equation, get

Utl - Ut, - IR4- IR, (3) илиUtl - Ut, - IR4-IR, (3) or

№ I(Re- R,) IARt. (4)No. I (Re-R,) IARt. (four)

Составл n-2 уравнений дл остальных n-2 резисторов, аналогичные уравнению (2), и вычита из каждого нового уравнени полученное уравнение (1), наход т новое выражение,аналогичное (4).Compiling n-2 equations for the remaining n-2 resistors, similar to equation (2), and subtracting the resulting equation (1) from each new equation, find a new expression similar to (4).

При использовании универсальной индексации уравнение преобразовани дл любого измерительного резистора представл етс в следующем виде:When using universal indexing, the conversion equation for any measuring resistor is as follows:

ДК„ uUn/I.(5)DK „uUn / I. (5)

Принима во внимание посто нство реактивного сопротивлени кабел 2 уравнение преобразовани дл первичной многопараметрической обмотки трансформатора 5 вначале находитс в видеConsidering the resistance of the cable 2, the conversion equation for the primary multi-parameter winding of the transformer 5 is initially in the form

ULtm KXLm + Rk + Rxi +ULtm KXLm + Rk + Rxi +

+ RK) + Е„.(6)+ RK) + E „. (6)

Вычита из уравнени (6) уравнение (1), получаютSubtracting from equation (6) equation (1), get

Uu U4- (Uu U4- (

1Хь„- IR«1Hb „- IR“

IAX IAX

Lm Lm

Откуда уравнение преобразовани представл етс в следующем виде:From where the transformation equation is presented as follows:

„ йицт/Г (8)„Eyes / years (8)

Устройство дл раздельного измерени параметров комплексных величин работает следующим образом.A device for separately measuring the parameters of the complex values works as follows.

При выработке блоком 7 управлени унипол рной пачки (длительностью пр) импульсов тока с частотой f( 150 Гц, они проход т на проводники кабел 2 и поступают через разделительный диод 4 на первичную обмотку трансформатора 5, на которую подаетс амплитуда напр жени этих импульсов только положительной полу олны, пропорциональна индуктивному сопротивлению этой обмотки.When the control unit 7 produces a unipolar packet (length dc) of current pulses with a frequency f (150 Hz, they are passed to the conductors of cable 2 and fed through separation diode 4 to the primary winding of the transformer 5, to which the amplitude of the voltage of these pulses is only positive semi-full, is proportional to the inductive resistance of this winding.

Исходный сигнал положительной полуволны в противогЬазе наводитс во вторичных обмотках трансформатора 5 и выдел етс только с первого частотного клапана 6.1 единичным управл ющим сигналом через врем С01 (эпюра Э2, фиг.2), открывающим в пр мом направлении первый управл емый ключ 1 .1. Поэтому к проводнику кабел 2 подключаетс образцовый резистор 9 (Е(),«ерез который протекает импульсный ток отрицательной полуволны от исходного электрического сигнала. Поэтому в течгние времени Пр1 производитс преобразование индуктивно The source signal of the positive half-wave in the gas mask is induced in the secondary windings of transformer 5 and is separated only from the first frequency valve 6.1 with a single control signal through time C01 (plot E2, Fig.2), opening in the forward direction the first control key 1 .1. Therefore, an exemplary resistor 9 (E (), "through which the pulsed current of the negative half-wave flows from the original electrical signal, is connected to the conductor of cable 2. Therefore, inductively conversion occurs in Pr1 over time.

го X,, и резистивного образцовогоth x ,, and resistive exemplary

111111

R. сопротивлений в величины напр жений (или токов) отдельно при положительной и отдельно при отрицательной полуволновых исходного электрического сигнала (эпюра 31), которые детектируютс одновременно в блоке 7 управлени в аналоговую форму сигнала JQ дл дальнейшего преобразовани и обработки в вычислителе 8.R. resistances to the values of voltages (or currents) separately for positive and separately for negative half-wave of the original electrical signal (plot 31), which are detected simultaneously in control unit 7 into the analog waveform JQ for further conversion and processing in calculator 8.

Аналогично рассмотренному во втором цикле преобразовани с блока 7 упргвлени вырабатываютс унипол р- J5 ные импульсы (с длительностью пачки ЈПР2) с частотой fz 9CO Гц,по положительной попуволне которого измер етс индуктивное сопротивление Х первичной обмотки трансф- р- 20 5 с помощью диода 4, а также вырабатываетс вторым частотно-избирательным клапаном 6.2 единичный уп- оавл ющий сигнал (эпюра ЭЗ,сЬиг,2) через врем С , открывающий в пр - 25 мом направлении второй управл емый ключ 1.2. Поэтому в течени; времени L п„ з производитс преобразование сопротивлени Х при положительной полуволне, а К„ - при отрица- 30 тельной полуволне исходного электрического сигнала, обрабатываемые блоками 7 и 8 и т.д.Similar to the one considered in the second conversion cycle, the control unit 7 produces unipole p-J5 pulses (with a burst duration Ј ПР2) with a frequency of fz 9CO Hz, on the positive wavelength of which the inductive resistance X of the primary winding of the transducer p-20 5 is measured using a diode 4 and a single control signal is produced by the second frequency-selective valve 6.2 (plot EZ, snig, 2) in time C, which opens the second control key 1.2 in the forward direction. Therefore, in the course of; of the time L p, the resistance X is converted at a positive half-wave, and K "is converted at a negative half-wave of the original electrical signal, processed by blocks 7 and 8, etc.

Измерени резисторов R п, и Р п осуществл ютс в разное врем ЈПрпн 35 и пр п ио Г-.ВУМ пачкам импульсов с частотами fnH 1800 Гц и Ј„ 7200 Гц (эпюра 31) при отрицательной полуволне, а при положительной полуволне осуществл етс измерение 40 индуктивных сопротивлени X и Х. По величинам этих частот выраг батываютс разновременные управл ющие сигналы (эпюры 34 и 35 соответственно ) через врем задержки Сол„ 45 и Ј on дл подключени к проводнику кабел 2 резисторов Ю.п-1 и 10.п. При больших длинах кабел 2 (свыше 3 км) между разночастотными пачками импульсов используютс паут дл 50 повышени надежности работы осдла- гаемого устройства.Measurements of resistors Rn and Rn are carried out at different times ЈPrn 35 and right G-VUM for pulse packets with frequencies fnH 1800 Hz and ЈЈ 7200 Hz (plot 31) at a negative half-wave, and at a positive half-wave a measurement is taken 40 inductive resistances X and X. According to the values of these frequencies, time-varying control signals (plots 34 and 35, respectively) are extracted through the Sol-45 and и on delay times for connecting to the cable conductor 2 resistors Yu.P-1 and 10.p. For longer cable lengths 2 (over 3 km) between different-frequency bursts of pulses are used to increase the reliability of the device.

Claims

Invention Formula

55 A device for separate measurement of parameters of complex quantities, containing a switch, the first and second inputs of which are connected respectively to the input and output of a series 222 2841

model and first measuring resistors, the output of which is connected in series through a connecting line with a control unit and a calculator, and measuring inductive element, characterized in that, in order to improve accuracy and ensure measurement of parameters n-1, where n is an integer, complex values for one connecting line introduced

p-2

diode n frequency valves

I

switches, p-2 measuring

of the resistors, the connecting line is made in the form of a shielded single-wire cable, the measuring inductive element is made in the form of a transformer, which has a multi-parametric primary winding and p secondary windings, the switches are made in the form of the first and second

five

0

eight

keys, the diode input is connected to the center conductor of the shielded single wire cable, and its output is connected to the multiparameter primary winding of the Transformer, the control inputs of each of the frequency valve n are connected respectively to the output n of the secondary windings of the transformer, their outputs are connected respectively to the control the inputs of the first and second switches of the n / 2 switches, the inputs of the first and second keys of the n / 2 - 1 switches, respectively, are connected to the inputs of p-2 measuring resistors, the outputs of which are are united and connected to the common point of the first measuring and reference resistor and the screen of the shielded single-wire power, the output of the multi-parameter primary winding of the transformer is connected to the common point of the measuring resistors.

z FI l

7W

CZ3

P. 2 3

2 ,.

77.2 5.-. Have

CNJ