Измеритель вариаций электропроводимости Российский патент 2022 года по МПК G01R27/06 G01R27/02 G01N27/02 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для непрерывного измерения электропроводимости, минерализации и температуры в природной и техногенной среде, накопления и выдачи результатов цифровых измерений в систему мониторинга состояния окружающей среды в период изысканий, строительства и эксплуатации сооружений.

Известно устройство (RU №2365909, 27.08.2009), содержащее генератор, выход которого соединен с входом переключателя и с опорным входом синхронного детектора, к выходу которого подсоединен блок индикации, кондуктометрический преобразователь, включающий первый сердечник с первой обмоткой, второй сердечник с второй и третьей обмотками, первый элемент связи, внутри которого имеется полость, заполняемая исследуемой или образцовой жидкостью, и который охватывает первый и второй сердечники, третий сердечник с четвертой обмоткой, второй элемент связи, внутри которого имеется полость, заполняемая образцовой жидкостью, и который охватывает третий сердечник, причем первые выводы первой, второй, третьей и четвертой обмоток соединены с общей шиной, второй вывод первой обмотки соединен с первым выходом переключателя, второй вывод третьей обмотки соединен с входом усилителя, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора, резистор, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений введены четвертый сердечник с пятой и шестой обмотками, охватываемый вторым элементом связи, второй переключатель и преобразователь "код-напряжение", причем первые выводы пятой и шестой обмоток соединены с общей шиной, второй выход первого переключателя соединен со вторым выводом четвертой обмотки, вход питания преобразователя "код-напряжение" соединен с выходом генератора, а выход преобразователя "код-напряжение" соединен через резистор с входом второго переключателя, первый выход которого соединен со вторым выводом второй обмотки, второй выход второго переключателя соединен со вторым выводом пятой обмотки, второй вывод шестой обмотки соединен со вторым входом усилителя.

Недостатком известного устройства является невозможность его использования в составе системы мониторинга в период изысканий, строительства и эксплуатации сооружений, так как это лабораторный прибор, используемый в метрологии в качестве образцового средства измерений при поверке и калибровке средств измерений более низкой точности, а также при аттестации стандартных растворов.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка измерителя вариации электропроводимости, которая позволит устранить недостатки предшествующего уровня техники.

Технический результат, на который направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности измерений электропроводимости при непрерывной работе измерителя вариаций солености (электропроводимости) в составе системы мониторинга.

Указанный технический результат, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, достигается благодаря тому, что измеритель вариаций электропроводимости включающий корпус, внутри которого размещены индуктивный преобразователь проводимости, виток связи, датчик температуры, блок калибровки, блок измерения проводимости, блок измерения температуры, блок сопряжения реального времени, блок памяти, блок температурной коррекции значений электропроводимости, блок сравнения, блок оповещения, терминал грозозащиты, управляющий процессор, при этом блок измерения проводимости соединен с выходом индуктивного преобразователя проводимости, который соединен с блоком калибровки посредством витка связи, блок измерения температуры соединен с датчиком температуры, блоком сопряжения реального времени и входом блока памяти, вход блока памяти соединен с выходом блока измерения проводимости, два выхода блока памяти соединены с входами блока температурной коррекции, а выход блока температурной коррекции соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен со входом блока оповещения, выход которого соединен со входом терминала грозозащиты, управляющий процессор соединен со входами блока калибровки и двухсторонней связью с блоком сопряжения реального времени, блоком памяти, блоком температурной коррекции, блоком сравнения и блоком оповещения.

Индуктивный преобразователь проводимости содержит приемную и передающую катушки.

Выход терминала грозозащиты дополнительно соединен с сервером системы мониторинга через систему вспомогательных блоков, которая содержит коммутационную коробку, батарею резервного питания, AC/DC преобразователь, датчик несанкционированного доступа и блок сбора- передачи данных.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема измерителя вариаций электропроводимости.

На фиг. 2 представлена блок-схема элементов конструкции измерителя вариаций электропроводимости отвечающих за электронную калибровку.

На фиг. 3 представлен общий вид измерителя вариаций электропроводимости (в разрезе).

Измеритель вариаций электропроводимости (солености) (фиг. 1-3), содержит корпус (1), внутри которого размещаются индуктивный преобразователь проводимости (3), виток связи (4) (калибровочный), датчик температуры (7), блок калибровки (5), блок измерения проводимости (6), блок измерения температуры (8), блок сопряжения реального времени (9), блок памяти (10), блок температурной коррекции (11) значений электропроводимости (солености), блок сравнения (12) с пороговыми значениями электропроводимости (солености), блок оповещения (13), терминал грозозащиты (14), управляющий процессор (15).

Выход индуктивного преобразователя проводимости (3) соединен с блоком измерения проводимости (6), от блока калибровки (5) виток связи (4) (калибровочный) идет на индуктивный преобразователь проводимости (3). Датчик температуры (7) соединен с блоком измерения температуры (8). Блок сопряжения реального времени (9) соединен с блоком измерения температуры (8) и с блоком измерения проводимости (6), два входа блока калибровки (5) соединены с двумя выходами управляющего процессора (15). Вход блока памяти (10) соединен с выходом блока измерения проводимости (6), а два выхода блока памяти (10) соединены с входами блока температурной коррекции (11) значений проводимости (солености). Выход блока температурной коррекции (11) значений проводимости (солености) соединен с входом блока сравнения (12) с пороговых значений (проводимости) солености, выход которого соединен со входом блока оповещения (13), выход которого соединен со входом терминала грозозащиты (14). Управляющий процессор (15) соединен двухсторонней связью с блоком сопряжения реального времени (9), блоком памяти (10), блоком температурной коррекции (11), блоком сравнения (12) с пороговыми значениями и блоком оповещения (13). Выход терминала грозозащиты (14) через расположенную вне скважины (21) систему вспомогательных блоков, которая содержит коммутационную коробку (16), батарею резервного питания (17), AC/DC преобразователь (18), датчик несанкционированного доступа (19) и блок сбора-передачи данных (20) соединен с сервером системы мониторинга.

Измеритель вариаций электропроводимости (солености) работает следующим образом. Блок (3) с блоком (6) измеряет электропроводимость (соленость), привязанную к текущему значению времени с помощью блока (9) сопряжения реального времени. Блок (7) и блок (8) измеряет температуру, также привязанную к текущему значению времени с помощью блока (9) сопряжения реального времени. Сигналы об измеренных значениях электропроводимости (солености) и температуры поступают соответственно на первый и второй входы блока памяти (10). Из блока памяти (10) оба значения сигнала поступают на первый и второй входы блока (11) температурной коррекции значения электропроводимости (солености). В блоке (11) проводится анализ и температурная коррекция измеренного значения электропроводимости (солености) в зависимости от измеренной температуры. Скорректированные значения электропроводимости (солености) поступают в блок (12), где сравниваются с пороговыми значениями, хранящимися в его памяти. При превышении порогового значения на блок оповещения (13) поступает сигнал тревоги, который после прохождения блока грозозащиты (14), коммутационной коробки (16), блока сбора-передачи данных (20), входящих в состав оборудования, расположенного вне скважины, вместе со значением измеренной электропроводимости (солености) поступает на сервер системы мониторинга.

Блоки измерения температуры (8), сопряжения реального времени (9), памяти (10), температурной коррекции значений (11) и сравнения с пороговыми значениями (12) обеспечивают учет влияния изменений температуры среды, что уменьшает погрешность измерения электропроводимости (солености). Часть прибора, отвечающая за электронную калибровку, состоит из блока калибровки (5), витка связи (4), который проходит через приемную и передающую катушки индуктивного преобразователя проводимости (3). Вне процесса калибровки виток связи (4) разомкнут.Управление калибровкой проходит с помощью сигналов Вкл. S1 и Вкл. S2, формируемых управляющим процессором (15).

Калибровка измерителя электропроводимости производится с помощью 2-х ступенчатой коммутации образцовых резисторов, формирующих ток через калибровочный виток связи (4), охватывающий приемную и передающую катушки (индуктивности).

По своей сути электропроводимость будет зависеть от количества соли, находящейся в исследуемой среде.

Управляющим процессором (15) подается команда УПР S1, на блок калибровки (5), которая замыкает первый электронный ключ. Через виток связи (4) протекает ток, ограниченный сопротивлением R1. При этом измеряется показание электропроводимости (солености) S1. За тем сигнал УПР S1 снимается и на блок калибровки (5) подается сигнал УПР S2, замыкающий второй электронный ключ. В витке связи (4) протекает ток, ограниченный сопротивлением R2. При этом измеряется показатель электропроводимости (солености) S2.

Обработка показаний процесса калибровки происходит следующим образом

S0 - значение измеренной электропроводимости (солености) в среде без калибровки;

S1=S0+Sк1 - значение измеренной электропроводимости (солености) в среде при первом состоянии калибровки;

S2=S0+Sк2 - значение измеренной электропроводимости (солености) в среде при втором состоянии калибровки

Определяется ΔSк как разность значений измеренной электропроводимости (солености):

ΔSк=S1-S2=Sк1-Sк2

ΔSк - это и есть константа калибровки, не зависящая от электропроводимости (солености) среды S0, т.е. S0 не влияет на процесс калибровки, которую можно проводить без извлечения прибора из контролируемой среды.

Неизменность константы калибровки характеризует стабильность метрологических характеристик прибора.

Заявленное устройство может применяться в автоматизированных системах мониторинга опасных геологических процессов с целью раннего предупреждения о начале события, которое может привести к катастрофическим последствиям, и принятия необходимых мер, уменьшающих величину возможного ущерба от таких событий.

Может быть использовано для изучения гидрофизических свойств воды в шельфовых зонах океана и в скважинах криолитозоны.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для непрерывного измерения электропроводимости, минерализации и температуры в природной и техногенной среде, накопления и выдачи результатов цифровых измерений в систему мониторинга состояния окружающей среды. Измеритель вариаций электропроводимости включает в себя корпус (1), внутри которого размещены индуктивный преобразователь проводимости (3), виток связи (4), датчик температуры (7), блок калибровки (5), блок измерения проводимости (6), блок измерения температуры (8), блок сопряжения реального времени (9), блок памяти (10), блок температурной коррекции (11) значений электропроводимости, блок сравнения (12), блок оповещения (13), терминал грозозащиты (14), управляющий процессор (15). Блок измерения проводимости (6) соединен с выходом индуктивного преобразователя проводимости (3), который соединен с блоком калибровки (5) посредством витка связи (4), блок измерения температуры (8) соединен с датчиком температуры (7), блоком сопряжения реального времени (9) и входом блока памяти (10), вход блока памяти (10) соединен с выходом блока измерения проводимости (6), два выхода блока памяти (10) соединены с входами блока температурной коррекции (11), а выход блока температурной коррекции (11) соединен с входом блока сравнения (12), выход которого соединен с входом блока оповещения (13), выход которого соединен с входом терминала грозозащиты (14), управляющий процессор (15) соединен с входами блока калибровки (5) и двухсторонней связью с блоком сопряжения реального времени (9), блоком памяти (10), блоком температурной коррекции (11), блоком сравнения (12) и блоком оповещения (13). Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение точности измерений электропроводимости при непрерывной работе измерителя вариаций солености (электропроводимости) в составе системы мониторинга. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Измеритель вариаций электропроводимости, включающий корпус, внутри которого размещены индуктивный преобразователь проводимости, виток связи, датчик температуры, блок калибровки, блок измерения проводимости, блок измерения температуры, блок сопряжения реального времени, блок памяти, блок температурной коррекции значений электропроводимости, блок сравнения, блок оповещения, терминал грозозащиты, управляющий процессор, при этом блок измерения проводимости соединен с выходом индуктивного преобразователя проводимости, который соединен с блоком калибровки посредством витка связи, блок измерения температуры соединен с датчиком температуры, блоком сопряжения реального времени и входом блока памяти, вход блока памяти соединены с выходом блока измерения проводимости, два выхода блока памяти соединены с входами блока температурной коррекции, а выход блока температурной коррекции соединен с входом блока сравнения, выход которого соединен с входом блока оповещения, выход которого соединен с входом терминала грозозащиты, управляющий процессор соединен с входами блока калибровки и двухсторонней связью с блоком сопряжения реального времени, блоком памяти, блоком температурной коррекции, блоком сравнения и блоком оповещения.

2. Измеритель вариаций электропроводимости по п. 1, в котором индуктивный преобразователь проводимости содержит приемную и передающую катушки.

3. Измеритель вариаций электропроводимости по п. 1, в котором выход терминала грозозащиты дополнительно соединен с сервером системы мониторинга через систему вспомогательных блоков, которая содержит коммутационную коробку, батарею резервного питания, AC/DC преобразователь, датчик несанкционированного доступа и блок сбора-передачи данных.