Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для раздельного измерения параметров комплексных сопротивлений датчиков в гидротермальных скважинах, а тлкже при измерении не- электричоских величин с помощью ре- зистианых и индуктивных датчиков.

Целью изобретения является повышение точнисти и обеспечение измерения параметров п-1, где п - целое число, комплексных величин по одной соединительной линии.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для раздельного измерения параметров комплексных величин; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы.

Устройство для раздельного измерения лараметров комплексных величин содержит управляемые ключи 1.1 - 1.п, экранированный однопроводный кабель 2, генератор 3, диод 4, трансформатор 5, частотные клапаны 6.1 - б.п, блок 7 управления, вычислитель 8, образцовый 9 (R) и измерительные 10.1 - Ю.п (RЈ,. .. Rn) резисторы, .эквивалентные сопротивления 11.1(Rx) IH I1.2 (Rxa) соответственно центрального проводника и экрана экранированного однопроводного кабеля.

Первые выводы образцового 9 и измерительных 10.1 - Ю.п резисторов подключены к входам соответствующих управляемых ключей 1.1-1.п., взаимосвязанные выходы которых подключены к центральному проводнику кабеля 2

05 ND

00 4

3162

с эквивалентным сопротивлением 11.1 и входу многопараметрической первичной обмотки трансформатора 5 через диод 4.

Измерительным резистором 10.1 может являться терморезистор в сЬунк- ции термометра. Измерительными резисторами Ю.п-1 и Ю.п могут являться сопротивления двуплечевого тензо- резисторного моста на упругой мембране (типа кремний на сапфире) серий- но-выпускаемого датчика давления типа Сапфир, изменяющихся в функции давления среды. Причем раздельные выводы резистора Ю.п-1 и резистора Ю.п такого двуплечевого моста подключены к раздельным входам управляемых ключей 1.п-1 и 1,п соответственно, а другие выводы резисторов Ю.п-1 и Ю.п связаны 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 кабеля 2 и к нулевой шине устройства. Вторичные обмотки трансформатора 5 подключены через соответствующие частотные клапаны б.п к управляющим выводам соответствующих управляемых ключей 1 .п.

Управляемые ключи 1,п предназначены для последовательной коммутации резисторов 10.1 и Ю.п и представляют собой тиристоры (магнитодиоды,герко- новые реле и т.д.).

Первичная обмотка трансформатора 5 представляет собой обмотку электромагнита, сердечник которого магнито- связан с упругим стержнем вибрационно частотного многофазного концентрато- мера примесей, работающего в трех разных частотных диапазонах: в первом частотном диапазоне (до 200 Гц) измеряется концентрация твердой фазы, во втором диапазоне (от 200 до 3000 Гц) измеряется концентрация жидкой дисперсной фазы (например, нефти в воде, или наоборот), а в третьем диапазоне (свыше 3000 Гц) - газосодержание исследуемой среды.

Каждый частотный клапан б.п предназначен для выработки управляющего единичного сигнала и выполнен в виде гребенчатого пассивного LC- фильтра, выход которого через диод соединен с интегрирующим конденсатором, являющийся выходом частотного

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.

Генератор 3 представляет собой эквивалент ЭДС помех Е, наводимых на экран кабеля 2, в виде ЭДС поляризации, ЭДС блуждающих токов и т.д. (доходящих до нескольких единиц вольт), Причем для разных длин кабеля 2 изменяются сопротивления его провода в широком диапазоне от 120 до 220 Ом а также его экрана (от 1 до 20 Ом). При этом экранная оплетка кабеля 2 может выполнять две функции: роль электрического провода нулевой шины, а также силовую функцию в процессе спускоподъемных операций прибора.

Блок 7 управления выполнен в виде управляемого частотного генератора тока и частотно-избирательных амплитудных детекторов, аналоговые выходы которых подключены к входам вычислителя 8, являющиеся входами аналого-цифровых преобразователей. Вычислитель 8 представляет собой микро ЭВМ с алгоритмом вычислительных процедур измеряемых сопротивлений Rn резисторных датчиков и сопротивления X первичной многопараметрической обмотки трансформатора 5, когда Х, 2fifwLm, где m 1 , 2, 3 и 4 - коли чество фиксированных частотных режимов с разными индуктивностями Lfl. При одинаковых сопротивлениях Rk RKU ... R«n- R«n управляемых ключей при подключении образцового резистора выполняется условие

Uj

( - I(R, + RK + Rx,+ Ru) + Е„,

при подключении терморезистора U.

+ Е„.

I(.+ RK + RM + Rn ) +

(2)

Вычитая из уравнения (2) уравнение (1) и сокращая эквивалентные члены нового уравнения, получают

Utl - Ut, - IR4- IR, (3) или

№ I(Re- R,) IARt. (4)

Составляя n-2 уравнений для остальных n-2 резисторов, аналогичные уравнению (2), и вычитая из каждого нового уравнения полученное уравнение (1), находят новое выражение,аналогичное (4).

При использовании универсальной индексации уравнение преобразования для любого измерительного резистора представляется в следующем виде:

ДК„ uUn/I.(5)

Принимая во внимание постоянство реактивного сопротивления кабеля 2 уравнение преобразования для первичной многопараметрической обмотки трансформатора 5 вначале находится в виде

ULtm KXLm + Rk + Rxi +

+ RK) + Е„.(6)

Вычитая из уравнения (6) уравнение (1), получают

Uu U4- (

1Хь„- IR«

IAX

Lm

Откуда уравнение преобразования представляется в следующем виде:

„ йицт/Г(8)

Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин работает следующим образом.

При выработке блоком 7 управления униполярной пачки (длительностью пр) импульсов тока с частотой f( 150 Гц, они проходят на проводники кабеля 2 и поступают через разделительный диод 4 на первичную обмотку трансформатора 5, на которую подается амплитуда напряжения этих импульсов только положительной полуяолны, пропорциональная индуктивному сопротивлению этой обмотки.

Исходный сигнал положительной полуволны в противогЬазе наводится во вторичных обмотках трансформатора 5 и выделяется только с первого частотного клапана 6.1 единичным управляющим сигналом через время С01 (эпюра Э2, фиг.2), открывающим в прямом направлении первый управляемый ключ 1 .1. Поэтому к проводнику кабеля 2 подключается образцовый резистор 9 (Е(),«ерез который протекает импульсный ток отрицательной полуволны от исходного электрического сигнала. Поэтому в течгние времени Пр1 производится преобразование индуктивно

го X,, и резистивного образцового

111

R. сопротивлений в величины напряжений (или токов) отдельно при положительной и отдельно при отрицательной полуволновых исходного электрического сигнала (эпюра 31), которые детектируются одновременно в блоке 7 управления в аналоговую форму сигнала JQ для дальнейшего преобразования и обработки в вычислителе 8.

Аналогично рассмотренному во втором цикле преобразования с блока 7 упргвления вырабатываются униполяр- J5 ные импульсы (с длительностью пачки ЈПР2) с частотой fz 9CO Гц,по положительной попуволне которого измеряется индуктивное сопротивление Х первичной обмотки трансф- р- 20 5 с помощью диода 4, а также вырабатывается вторым частотно-избирательным клапаном 6.2 единичный уп- оавляющий сигнал (эпюра ЭЗ,сЬиг,2) через время С , открывающий в пря- 25 мом направлении второй управляемый ключ 1.2. Поэтому в течени; времени L п„ з производится преобразование сопротивления Х при положительной полуволне, а К„ - при отрица- 30 тельной полуволне исходного электрического сигнала, обрабатываемые блоками 7 и 8 и т.д.

Измерения резисторов R п, и Р п осуществляются в разное время 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 осуществляется измерение 40 индуктивных сопротивления X и Х. По величинам этих частот выраг батываются разновременные управляющие сигналы (эпюры 34 и 35 соответственно) через время задержки Сол„ 45 и Ј on для подключения к проводнику кабеля 2 резисторов Ю.п-1 и 10.п. При больших длинах кабеля 2 (свыше 3 км) между разночастотными пачками импульсов используются паут для 50 повышения надежности работы осдла- гаемого устройства.

Формула изобретения

55 Устройство для раздельного измере- ния параметров комплексных величин, содержащее коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом и выходом последова1622841

тельно соединенных образцового и первого измерительного резисторов, выход которого последовательно соединен через соединительную линию с блоком управления и вычислителем, и измерительный индуктивный элемент, отличаю щееся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения измерения параметров п-1, где п - целое число, комплексных величин по одной соединительной линии, введены

п-2

диод п частотных клапанов,

I

коммутаторов, п-2 измерительных

резисторов, соединительная линия выполнена в виде экранированного одно- проводного кабеля, измерительный индуктивный элемент выполнен в виде трансформатора, который имеет много- параметрическую первичную обмотку и р вторичных обмоток, коммутаторы вы- |полнены в виде первого и второго

5

0

8

ключей, причем вход диода соединен с центральным проводником экранированного однопроводного кабеля, а выход его - с входом многопараметрической первичной обмотки трансФорма- тора, управляющие входы каждого из п частотных клапанов соединены соответственно с выходами п вторичных обмоток трансформатора, выходы их соединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей п/2 коммутаторов, входы первого и второго ключей п/2 - 1 коммутаторов соответственно соединены с входами п-2 измерительных резисторов, выходы которых объединены и соединены с общей точкой первого измерительного и образцового резистора и экраном экранированного однопроводного каСиля, выход многопараметрической первичной обмотки трансформатора соединен с общей точкой измерительных резисторов.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для раздельного измерения неэлектрических величин с помощью резистивных и индуктивных датчиков. Целью изобретения является повышение точности и обеспечение измерения параметров n-i, где г - целое число, комплексных величин по одной соединительной линии. Отличием иэ брете- ния является включение диода на вход измерительных датчиков, что позволило ипользовать как положительную, так и отрицательную полуволны контрольного сигнала, сложение которых при обработке исключило влияние сигнала помехи; другой особенностью является использоЕ -зние транссгюрматора с многопараметрической первичной обмоткой и а вторичными , соединенными, с п жесткими клапанами, что позволяет проводить нис п-1 параметров по одному кабел.о. 2 ил. S (Л

з FI л

7W

CZ3

П. 2 3

2,.

CNJ