СПОСОБ ПОВЕРКИ МАГНИТОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Российский патент 1994 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для поверки магнитоизмерительных приборов, в частности, используемых в геоэлектроразведке.

Известен способ поверки коэффициента преобразования магнитоизмерительных приборов. Согласно этому способу поверяемый прибор располагают в геометрическом центре образцовой меры, в которой создают образцовое магнитное поле Н, пропуская ток поверки через эту образцовую меру. На выходе поверяемого прибора измеряют напряжение U(f) на ряде частот рабочего диапазона, включая верхнюю и нижнюю, а затем по измеренным значениям определяют коэффициент преобразования
K(f) = U(f)/H(f). (1)
Из полученного ряда К(f) выбирают экстремальные значения, определяют погрешности и сравнивают полученные данные с заданными допустимыми значениями.

Недостатком этого способа является ограниченная возможность его использования - только для поверки приборов, имеющих весьма малые по сравнению с образцовой мерой габариты. Обусловлено это тем, что используемые в настоящее время для геоэлектроразведки магнитоизмерительные датчики имеют значительные геометрические размеры. Это определяет такие требования к поверочной аппаратуре, как широкополосность образцовой меры (вплоть до 20-25 кГц), обеспечивающей требуемую однородность магнитного поля в достаточно большом рабочем объеме, повышенные требования к точности и ее механической прочности. Такие требования делают эту образцовую меру фактически уникальным и нетиражируемым устройством. Необходимость разработки и изготовления индивидуального образцового устройства для каждого геофизического магнитоизмерительного датчика делает использование этого способа крайне дорогостоящим, трудоемким и в большинстве случаев исключает возможность его использования.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ поверки рабочих средств измерения магнитного поля, по которому на поверяемый прибор воздействуют магнитным полем дипольной меры, расположенной от поверяемого прибора на расстоянии не менее восьми максимальных размеров дипольной меры, измеряют выходное напряжение поверяемого прибора и определяют его коэффициент преобразования. В качестве дипольной меры используется многовитковая катушка, у которой любой из размеров сечения обмотки более чем на порядок меньше среднего радиуса витка.

Для обеспечения однородности магнитного поля с погрешностью не более 1% рассчитывается расстояние между образцовой дипольной мерой и поверяемым прибором, которое для данного типа дипольной меры и поверяемого прибора составляет не менее восьми максимальных размеров дипольной меры.

Измерение напряжения на выходе поверяемого прибора осуществляют на ряде частот рабочего диапазона, включая верхнюю и нижнюю частоты. Используя измеренные значения, определяют коэффициент преобразования для каждой из частот, выбирают экстремальные значения и, определив погрешности, сравнивают их с допустимыми.

Практически можно использовать два варианта взаимной установки образцовой меры и поверяемого прибора. Их магнитные оси находятся на одной прямой, при этом в приемнике поверяемого прибора создается однородное магнитное поле амплитудой напряженности
H= (2) где S - площадь витка образцовой меры;
n - количество витков этой меры;
I - амплитуда тока в образцовой мере, образцовая мера и поверяемый прибор находятся в одной плоскости, а их магнитные оси взаимопараллельны. В этом случае напряженность поля
H= .

Реализация этого способа обеспечивает высокую однородность образцового поля с погрешностью не более 1% .

Однако этот способ не может быть использован для поверки магнитоизмерительных приборов индукционного типа. Известно, что коэффициент преобразования индукционного измерительного прибора зависит от текущей частоты входного воздействия. Принимая во внимание, что верхняя и нижняя частоты рабочего диапазона отличаются в q = 10³. . . 10⁴раз, а требуется обеспечить на всех частотах уровень поля, соответствующий 0,7-0,9 от номинального, получают, что для нижней частоты f_н уровень тока в образцовой мере должен быть больше, чем на верхней частоте f_в соответственно в 10³. . . 10⁴ раз. Расчеты необходимых величин тока для осуществления поверки конкретного преобразователя ПМПИ проводят в соответствии с формулами (1) и (2). Преобразователь с характерным размером рамочного магнитоприемника 0,6 м, номинальным выходным сигналом 5 В, коэффициентом преобразования К(f) = 0,1 В ˙ м ˙ А^-1. Образцовая дипольная мера имеет четыре витка с диаметром витка 0,51 м. Поверяемый прибор и дипольная мера установлены на расстоянии 6 м при расположении их магнитных осей на одной прямой. Воспользовавшись формулами (1) и (2), получают значения тока на верхней и нижней частотах соответственно
I(f_в) = 4,15 А; I(f_н) = 8,3 ˙ 10³ А.

Очевидно, что требуемые в данном случае параметры тока делают этот способ поверки такого типа преобразователей практически не применимым.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет поверки индукционных приборов.

Цель достигается тем, что по способу поверки магнитоизмерительных приборов, включающему воздействие на поверяемый прибор магнитным полем дипольной меры, расположенной от него на расстоянии не менее восьми максимальных размеров дипольной меры, измерение выходного напряжения поверяемого прибора и определение его коэффициента преобразования, согласно изобретению сначала на поверяемый прибор воздействуют магнитным полем частоты, соответствующей максимуму номинального коэффициента преобразования поверяемого прибора, затем сближают его с образцовой мерой и снижают напряженность магнитного поля меры до момента достижения выходным напряжением поверяемого прибора измеренного значения и фиксируют величину тока в обмотке дипольной меры, после чего устанавливают требуемую частоту магнитного поля, регулируют ток в обмотке дипольной меры и определяют коэффициент преобразования поверяемого прибора на требуемой частоте.

При регулировке тока в обмотке дипольной меры устанавливают расчетное значение тока, в процессе определения коэффициента преобразования поверяемого прибора на требуемой частоте измеряют выходное напряжение поверяемого прибора, а расчетное значение тока и коэффициент преобразования и поверяемого прибора определяют из соотношений
I(f) = I_pK(f_p)/K(f);
K(f) = K(f_p) ˙ U(f)/U_p, где I(f) и U(f) - текущие значения тока в образцовой мере и напряжение на выходе поверяемого прибора;
I_p и U_p - реперные значения тока в образцовой мере и напряжения на выходе поверяемого прибора.

Регулировку тока в обмотке дипольной меры проводят до момента равенства выходного напряжения поверяемого прибора значению, измеренному на частоте, соответствующей максимуму номинального коэффициента преобразования, а в процессе определения коэффициента преобразования поверяемого прибора на требуемой частоте фиксируют величину тока в обмотке дипольной меры и определяют коэффициент преобразования поверяемого прибора из соотношения
K(f) = K(f_p) ˙ I_p/I(f).

Сущность способа заключается в том, что поверку прибора проводят в два этапа, сначала определяют значение коэффициента преобразования на частоте, соответствующей максимуму номинального коэффициента преобразования, а затем, изменив взаиморасположение образцовой меры и поверяемого прибора, осуществляют поверку на других частотах. Это позволяет проводить поверку во всем рабочем диапазоне частот с разумными величинами тока в образцовой мере до 5-10 А.

На чертеже приведена схема поверки магнитоизмерительного прибора.

На поверочном столе 1 расположены поверяемый преобразователь 2 и образцовая дипольная мера 3. Для измерения тока к дипольной мере 3 подключен цифровой амперметр 4. Дипольная мера 3 через усилитель 5 мощности соединена с низкочастотным генератором 6. Для контроля частоты используется частотомер 7. К поверяемому преобразователю 2 подключен вольтметр 8.

Осуществление способа рассмотрим на конкретном примере аттестации индукционного преобразователя магнитного поля ПМПИ, разработанного для электроразведочных геофизических работ. ПМПИ осуществляет измерения скорости изменения ортогональных компонент индукции магнитного поля в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц. Преобразователь ПМПИ включает в себя рамочный магнитоприемник с диаметром 0,6 м и номинальным выходным сигналом 5 В. Для проведения поверки использовали образцовую дипольную меру ИГ 519.000.010 (количество витков четыре, диаметр 0,51 м) и стандартные средства измерений: цифровой вольтметр В7-34, генератор низкой частоты Г3-118, электронно-счетный частотоизмеритель Ч3-64, цифровой амперметр В7-21.

Перед проведением измерений установили на поверочном столе 1 поверяемый преобразователь 2 и дипольную меру 3 так, чтобы их плоскости были параллельны, а расстояние между их центрами r = 6 м (десять характерных размеров ПМПИ). На дипольную меру 3 от низкочастотного генератора 6 через усилитель 5 мощности подавали ток поверки с частотой f_в = 10000 Гц амплитудой I = 2,08 А. Измерение тока осуществляли цифровым амперметром 4. Контроль частоты производили частотомером 7.

Ток поверки, поданный в дипольную меру 3, создает в плоскости рамочного магнитоприемника равномерное магнитное поле напряженностью Н в соответствии с выражением (2). На выходе преобразователя 2 вольтметром 8 измерили напряжение U и приняли его за реперное U_р. Используя измеренное значение напряжения и ток поверки, вычислили коэффициент преобразования К(f_в) из выражения (1) и сравнили с заданным.

Далее дипольную меру 3 установили также соосно с рамочным магнитоприемником на расстоянии r = 0,3 м, исходя из условия, чтобы на этом расстоянии погрешностью за счет паразитных электромагнитных связей можно было пренебречь. Регулируя амплитуду тока на верхней частоте, на выходе преобразователя 2 установили сигнал, равный U_p. При этом фиксировали вольтметром 4 величину тока I_p в дипольной мере 3 и приняли его за реперное. Затем проводили изучение поведения К(f) на ряде рабочих частот ПМПИ: 10, 20, 105, 305, 1005 и 5005 Гц. Для каждой из указанных частот в мере 3 устанавливали ток K(f) = I_p ˙ q, где q = f_в/f_н, измеряли U(f) и вычисляли коэффициент преобразования
K(f) = K(f_в) U(f)/U_p.

Погрешность ε = -1100% сравнивали с данными на преобразователь. Получили, что при требованиях Iε I ≅ 4,5% реальные значения I ε I не превышают 3,5% . При этом I_p = 2,010 мА, а амплитуда I(20 Гц) ≃ 1,043 А. (56) Штамбергер Г. А. Устройства для создания слабых постоянных магнитных полей. Новосибирск: Наука, 1972, с. 12-14, 35, 110.

Сущность изобретения: на прибор воздействуют полем дипольной меры, расположенной на фиксированном расстоянии от прибора. Сначала устанавливают частоту, соответствующую максимальному коэфициенту передачи, и определяют ею реперное значение. Затем сближают меру и поверяемый прибор и измеряют значение тока в обмотке меры при фиксированном напряжении. После этого проводят измерения на выбранной частоте и определяют коэффициент передачи по приведенным соотношениям. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ПОВЕРКИ МАГНИТОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ , включающий воздействие на повеpяемой пpибоp магнитным полем дипольной меpы, pасположенной на pасстоянии не менее 8 максимальных pазмеpов дипольной меpы от повеpяемого пpибоpа, измеpение выходного напpяжения повеpяемого пpибоpа и опpеделение его коэффициента пpеобpазования, отличающееся тем, что сначала на повеpяемый пpибоp воздействуют магнитным полем частоты, соответствующей максимуму номинального коэффициента пеpедачи и, после измеpения выходного напpяжения повеpяемого пpибоpа, опpеделяют pепеpное значение коэффициента пpеобpазования повеpяемого пpибоpа, затем сближают его с обpазцовой меpой и снижают напpяженность магнитного поля до момента достижения выходным напpяжением повеpяемого пpибоpа измеpенного значения и фиксиpуют величинну тока в обмотке дипольной меpы, после чего устанавливают выбpанную частоту магнитного поля, pегулиpуют ток в обмотке дипольной меpы и опpеделяют коэффициент пеpедачи повеpяемого пpибоpа на выбpанной частоте. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пpи pегулиpовке тока в обмотке дипольной меpы устанавливают pасчетное значение тока, в пpоцессе опpеделения коэффициента пеpедачи повеpяемого пpибоpа на выбpанной частоте измеpяют входное напpяжение повеpяемого пpибоpа, а pасчетное значение тока и коэффициент пеpедачи повеpяемого пpибоpа опpеделяют из соотношений
J(f)= J_pK(f_p)K(f),
K(f)= K(f_p)· U(f)/U_p,
где J(f), U(f) - текущие значения тока в образцовой мере и напряжение на выходе поверяемого прибора;
J_p, U_p - реперные значения тока в образцовой мере и напряжения на выходе поверяемого прибора;
K(f), K(f_p) - коэффициенты передачи поверяемого прибора на выбранной и соответствующей максимуму номинального коэффициента передачи частотах. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что pегулиpовку тока в обмотке дипольной меpы, пpоводят до момента pавенства выходного напpяжения повеpяемого пpибоpа значению, измеpенному на частоте, соответствующей максимуму номинального коэффициента пеpедачи, а в пpоцессе опpеделения коэффициента пеpедачи повеpяемого пpибоpа на выбpанной частоте фиксиpуют величину тока в обмотке дипольной меpы и опpеделяют коэффициент пpедачи повеpяемого пpибоpа из соотношения