Зонд для измерения магнитной восприимчивости жидких и сыпучих сред Советский патент 1983 года по МПК G01R33/16 

2. Зонд по п., отличающийся тем, что механизм периодического перемещения выполнен в виде электродвигателя и общей рамы, на которой жестко укреплены источник магнитного поля, магниточувствительный преобразователь и измерительный блок, периодически, перемещающиеся электродвигателем, также жестко укрепленным на общей раме, по немагнитным направляющим, установленным внутри корпуса.

1. ЗОНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ЖИДКИХ И СЫПУЧИХ СРЕД, содержащий источник магнитного поля и магниточувствительный преобразователь, жестко связанные между собой и заключенные в немагнитный цилиндрический герметичный корпус, и измерительный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительноети измерений, корпус выполнен из двух отличающихся по длине цилиндрических частей, диаметр одной из которых превышает диаметр другой в 2-5-раз , с механизмам периодического перемещения источника магнитного поля и Mai- ниточувствительного преобразователя, расположенным внутри части корпуса с большим диаметром. W. г VAf. //J-/г/ . -J i -f Фм f

Изобретение относится к измерениям магнитной восприимчивости жидких и сыпучих сред непосредственно в исследуемой среде и предназначено для определения магнитных характеристик илистых донных отложений, придонных слоев воды в морях и океанах с целью изучения их свойств и разведки полезных ископаемых, для контроля концентрации химических растворов в сосудах и реакторах (магнитное титрование), для контрол содержания магнитных примесей в жид костях, в том числе контроля качест ва очистки промышленных сточных вод от железосодержащих примесей. Известны зондовые устройства для измерения магнитной восприимчивости горных пород и руд в скважинах,содержащие источник магнитного поля и магнитомувствительный преобразователь, заключенные в цилиндрически немагнитный корпус СJ. Однако стабильность нуля и чувствительность их недостаточны. Известны зонды, использующиеся для измерения магнитной восприимчивости донных морских отложений, которые содержат заключенные в цилинд рический немагнитный корпус источни магнитного поля (цилиндрическая намагничивающая катушка ) и магниточув ствительный преобразователь (датчик Холла, вставленный в катушку, или измерительная катушка, разнесенная по оси корпуса с намагничивающей ка тушкой ) С2 3. Недостатками известных зондов яв ляются низкая температурная и. време ная стабильность нуля, что обусловлено изменением температуры окружаю щей среды, во времени и в результате разогрева питающим током размеров намагничивающей и измерительжэй катушки и их взаимного расстояния. Со ответственно, зонды имеют высокий порог чувствительности, не позволяющий измерять магнитную восприимчивость слабомагнитных жидкостей, в том числе морской воды, водных растворов химических веществ и примесных вод. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерений за счет повышения стабильности нуля и снижения порога чувствительности. Указанная цель достигается тем, что в зонде, содержащем источник магнитного поля и магниточувствительный преобразователь, жестко связанные между собой и заключенные в немагнитный цилиндрический герметичный корпус, и измерительный блок, корпус выполнен из двух отличающихся по длине цилиндрических частей, диаметр одной из которых превышает диаметр другой в 2-5 раз , с механизмом периодического перемещения источника магнитного поля и магниточувствительного преобразователя, расположенном внутри части корпуса с большим диаметром. Кроме того, механизм периодического перемещения выполнен в виде электродвигателя и общей рамы, на которой жестко укреплены источник магнитного поля, магниточувствительный преобразователь и измерительный блок, периодически перемещающиеся электродвигателем, также жестко укрепленным на одной раме, по немагнитным направляющим, установленным внутри корпуса. На фиг.1 изображено устройство зонда; на фиг.2 - вариант конструкции зонда с размещенными на общем каркасе источником магнитного поля, магниточувствительным преобразователем, узлами измерительного устройства и электродвигателем. Зонд {фиг.1 Xсодержит немагнитный цилиндрический герметичный корпус состоящий из узкой концевой масти 1 и широкой -ости 2 в 2-5 раз большего диаметра.Внутри корпуса размещены источник 3 магнитного поля, магниточувствительный преобразователь k, жестко связанные между собой звеном 5, и механизм 6 периодического перемещения источника поля и преобразователя из узкой концевой части 1 корпуса (фиг.1а;в широкую часть 2 (фиг.16).Внутри корпуса могут размещаться также узлы измерительного блока 7 и блока 8 управления перемещением и измерением. Приводом механизма перемещения может служить электродвигатель 9 либо пнев мо-или гидроцилиндр. Вариант реализа ции устройства перемещения содержит длинный вал электродбигателя 10 с резьбой, направляющие штыри 11, жест ко закрепленные по отношению к элект родвигателю 9, трубки 12, в которые входят штыри 11 и которые жестко укреплены на раме 13, несущей блоки 7 и 8, источник 3 магнитного поля и первичный преобразователь k. На конце трубок установлен фланец 1 с резьбой по оси корпуса, в которую ввинчивается вал двигателя 10. Устройство работает следующим образом. При измерениях зонд вводят в исследуемую среду с магнитной восприимчивостью зе. целиком или до установ ленного уровня (,отметки на широкой части корпуса. Механизм 6 перемещения, управляемый блоком 8, осуществляет периодическое перемещение источника 3 поля и магниточувствительного преобразователя из узкой части корпуса 1 (фиг.1а)в широкую часть 2 (фиг.1 б). Это достигается вращением вала электродвигателя 10, который ввинчиваясь или вывинчиваяс из фланца И, скользящего вместе с трубками 12 по штырям 11, перемещают раму 13 с установленными на ней источником 3 поля и преобразователем k. В крайнем нижнем и в крайнем верх нем положениях источника поля и пре образоватеяя электродвигатель 9 откл чается, и преобразователем произво дится измерение индукции магнитного поля источника 3. Начальное значение магнитной индукции источника 3 в преобразователе t компенсируется при настройке зонд с помощью дополнительного источника поля или электрической схемы).В полож нии, когда источник 3 поля и преобра ователь введены в узкую часть орпуса зонда 1, исследуемая среда риближена к ним, поэтому магнитное оле источника 3 замыкается через реду и измеряется преобразователем . При этом магнитная индукция в пребразователе изменяется в зависимости от знака восприимчивости среды и ориентации источника поля и преобразователя. В положении,.когда источник 3 поля и преобразователь перемещены в широкую часть корпуса {фиг.15), силовые линии источника магнитного поля, действующего на. преобразователь , замыкаются внутри корпуса, практически не проникая в среду. Измеряемая преобразователем k магнитная индукция в этом случае является нулем отсчета магнитной восприимчивости и характеризует температурное или временное смещение нуля зонда. . Значение магнитной восприимчивости среды определяется по разности показаний измерительного устройства в одном и другом положениях источника поля и преобразователя, благодаря чему обеспечивается высокая стабильность нуля измерений и низкий порог чувствительности. Получение разности показаний обеспечивается либо в самом измерительном устройстве, либо на его выходе по ступенчатому приращению показаний. При перемещениях источника 3 поля и преобразователя важно обеспечить удаление от них ферромагнитных элементов и узлов зонда, неподвижно установленных внутри корпуса ( например, электродвигателя 9) либо перемещение этих элементов и узлов вместе с источником поля ц преобразователем, иначе нулевой уровень показаний зонда будет смещаться при перемещениях источника поля и преобразователя внутри зонда. В представленном на фиг.2 варианте выполнения зонда все его узлы, включая электродвигатель 9 и редуктор 15, неподвижно укреплены на общей раме 16, что обеспечивает постоянство их положения по отношению к источнику 3 поля и преобразователю 4 при перемещении последних внутри корпуса. Перемещение обеспечивается с помощью шестеренок с бортиками 17, приводимых в движение электродвигателем 9 с редуктором 15, и таких же пассивных шестеренок 18, установленных на рдме 16 и перемежающихся по немагнитным зубчатым рейкам 19, жестко установленным внутри корпуса. Перемещение источника 3 поля и преобразователя из одного положени в другое осуществляется с периодом 10г20 с. При этом в течение 3.5 с осуществляется измерение в одном и столько же в другом положениях, и по 2-5 с расходуется на перемещение из одного положения в другое.В интер времени, когда происходят измерения, двигатель выключается и не создает помех измерительному устройству. В качестве источника 3 магнитного поля целесообразно использовать намагничивающую катушку, питаемую током с частотой, выбираемой из усло вия исключения погрешности от электропроводности среды. Использование переменного намагничивающего поля вместо постоянного исключает влияни магнитного поля Земли на результат измерений магнитной восприимчивости среды, Магниточувствительным преобразователем 4 может служить феррозонд, преобразователь Холла, измерительная катушка. Использование феррозонда и преобразователя Холла предпочтительнее, так как измерительная катушка имеет выходной сигнал, совпадающий по частоте с намагничивающим полем, что затрудняет борьбу с наводками от источника поля на измерительную цепь Оси намагничивающей катушки и маг ниточувствительного преобразователя могут быть ориентированы вдоль оси зонда или перпендикулярно к ней. Расстояние между источником 3 поля и преобразователем 4 выбирается приблизительно равным наружному диаметру широкой части 2 зонда. Такое расстояние обеспечивает проникновение намагничивающего поля в среду в положении, когда источник поля и преобразователь введены в узкую часть зонда, и практически полное замыкание-его внутри зонда в положении, когда они находятся в широкой части зонда. Возможно также размещение магниточувствительного преобразователя внутри намагничивающей катушки. Благодаря выполнению зонда в положении, при котором источник поля и преобразователь находятся в широкой части корпуса, производится автоматически корректировка нуля, а в положении,при котором источник поля и преобразователь введены в узкую часть корпуса, - измерение магнитной восприимчивости.среды,чем и обеспечивается высокая стабильность нуля и низкий порог чувствительности. Размещение источника поля, преобразователя узлов измерительного устройства и электродвигателя на общем каркасе, перемещающемся внутри немагнитного корпуса зонда, исключает смещение нуля магнитной восприимчивости за счет изменения положения источника поля и преобразователя по отношению к ферромагнитным эле юнтам зонда (электродвигатель, детали узлов измерительного устройства ).