Датчик электрического поля в электролите Советский патент 1992 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения напряженности постоянного и медленно изменяющегося электрического поля в проводящих средах, например в морской воде, и может быть использовано в геофизических исследованиях, в том числе в электроразведке полезных ископаемых и океанографии.

Цель изобретения - увеличение точности измерений за счет повышения стабильности коэффициента преобразования.

На фиг. 1 изображен датчик, продольный разрез: на фиг. 2 - то же, вид сбоку.

Датчик содержит диэлектрические трубы 1 и 2 диаметром ФТр. заполненные электролитом из внешней среды, образующие гидроканалы, ведущие к диэлектрическому корпусу 4, выполненному в виде цилиндра высотой d с плоскопараллельными торцами, с которыми трубы 1 и 2 скреплены герметично. Открытые концы труб 1 и 2 выведены во внешнюю среду. В корпусе 4 выполнены сквозные осепараллельные отверстия 5 и 6 диаметром См, центры которых .смещены на одинаковые расстояния D в противоположные стороны от оси корпуса 4. В корпусе 4 выполнены также электродные камеры 7 и 8, сообщающиеся с помощью каналов 9 и 10 с отверстиями 5 и 6. В электродных камерах установлены контактные электроды 11 и 12. По оси корпуса 4 выполнено сквозное отверстие, .1 краях которого установлены, например, на резьбе с возможностью регулировки v x вылетов кольцевые продольно-радиальные подшипники 13 и 14. Сквозь осевое отверстие в корпусе 4 проходит вал 15, на концах которого жестко закреплены диэлектрические диски 16 и 17 с диаметром Фг, несколько меньшим диаметра труб ФТР. Расстояние I между дисками несколько больше размера d корпуса, при

этом зазоры ($i и ($2 между дисками и корпусом регулировкой подшипников 13 и 14 установлены равными между собой. В дисках 16 и 17 выполнены сквозные осепараллельные отверстия 18 и 19 диаметром (. центры которых на расстояние D смещены в противоположные от оси стороны. Таким образом, оси отверстий 5, 6, 18 и 19 лежат на окружности, центр которой находится на

оси датчика.

Датчик работает следующим образом. Датчик погружают в электролит (в море), в результате чего трубы 1 и 2. отверстия 5, 6, 18 и 19,каналы: 9 и 10 и электродные

камеры 7 и 8 заполняются электролитом. Измеряемое электрическое поле во внешней среде создает между концами труб 1 и 2, удаленными на расстояние L, разность потенциалов, которая через гидрокэналы,

отверстия 18 и 19 в дисках и 5 и 6 в корпусе, а также через каналы 9 и 10 и электродные камеры 7 и 8 оказывается приложенной к измерительным электродам 11 и 12. Корпус 4 совместно с дисками 16 и 17 образует

гидроключ. Активная часть гидроключа, выполненная в виде скрепленных валом 15 дисков 16 и 17с отверстиями приводится во вращение механическим приводом е ре- эультате чего полярность приложенного к

электродам 11 и 12 напряжения меняется с частотой вращения. При нахождении активной части гидроключа в положении, указанном на фиг. 1, электрод 11 электрически соединен с концом трубы 1. а электрод 12 с концом трубы 2. При повороте активной части гидроключа на 180° электрод 11 оказывается соединенным с концом трубы 2, а электрод 12 - с концом трубы 1. Наличие зазоров между дисками и корпусом вследствие их шунтирующего действия приводит к снижению коэффициента преобразования

датчика по сравнению с прототипом, однако позволяет повысить его стабильность, так как попадание в зазор твердых частиц, например песчинок, практически не сказывается на электрическом сопротивлении зазора, следовательно, не изменяет выходного напряжения датчика. С целью повышения надежности работы датчика величина зазо- ра выбирается большей, чем возможный размер крупных твердых частиц, присутствующих в области расположения датчика, и может составлять от сотых долей до единиц миллиметров.

Наличие осевого люфта вала 15 практически не сказывается на величине коэффициента преобразования, так как увеличение зазора с одной стороны корпуса 4 сопровождается уменьшением в равной степени зазора с другой стороны, в результате чего коэффициент преобразования изменяется незначительно. В частности, при люфте 0,1 мм и номинальном размере зазоров 0,5 мм для датчика с размером L 1 м, Фтр 0,2 м, d - 0,025 м. - 0,035 м, D 0,0438 м изменение коэффициента преобразования составляет 0,1%. Величина коэффициента преобразования зависит от относительного смещения е 20/Ф2 центров отверстий 5, 6 от оси датчика. Условие максимума коэффициента преобразования определяет эмпирическая формула

Ј 0.4Г2 -0,08г+0,44. гдег-Ф1/Ф2.

Уменьшению коэффициента преобразования на 10% соответствуют два значения Ј:

е i(r) 0.4Г2 + 0,32г - 0,002с 1 157 + 0,24;

Е2(г) 0.4Г2 - О.бОг + 0,00044г 1 774 + 0,70.

Расположение измерительных электродов в специальных электродных кзмерах, а не в отверстиях 5 и б, позволяет уменьшить сопротивление электролита в отверстиях (современные неполяризующиеся электро- ды заключены в непроводящие корпуса), что также повышает коэффициент преобразования датчика.

Дополнительным преимуществом датчика является уменьшение паразитных электрокинетических потенциалов, снижающих чувствительность датчика, которое достигается за счет отсутствия трения между подвижной и неподвижной частями гидроключа, что также приводит к уменьшению мощности привода, к упрощению технологии изготовления датчика, так как не требуется точное сопряжение рабочих поверхностей гидроключа.

Формула изобретения

1. Датчик электрического поля в электролите, содержащий гидроканалы, открытые концы которых сообщаются с окружающей средой, а другие концы герметично соединены по периметру с корпусом, выполненным в виде диэлектрического цилиндра и имеющим три сквозных торцовых отверстия, одно из которых расположено по оси цилиндра, а два других, электрически соединенных с измерительными электродами, расположены диаметрально противоположно на одинаковом удалении от оси. а также гидроключ, выполненный в виде двух расположенных с разных сторон корпуса диэлектрических дисков, каждый из которых имеет по одному торцовому сквозному отверстию, расположенному диаметрально противоположно отверстию другого диска на том же удалении от оси, что и отверстия в корпусе, при этом диски установлены на валу, проходящем сквозь осевое отверстие в корпусе и соединенном с механическим приводом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет повышения стабильности коэффициента преобразования, диски жестко закреплены на валу на расстоянии, превышающем толщину корпуса, причем зазоры между дисками и корпусом равны.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования, отверстия в дисках расположены на расстоянии D от оси, удовлетворяющем условию

D--iOAt2 - 0,08г+0,44).

где г Фот/Ф ;

Фот - диаметр отверстия в корпусе; Фк - диаметр корпуса.

3. Датчик по пп. 1 и 2, отличающий- с я тем, что измерительные электроды расположены в электродных камерах корпуса, с помощью электролитических каналов сообщающихся с соответствующими отверстиями корпуса.

16 1 5; 18

7 9

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения напряженности постоянного и медленно изменяющегося электрического поля в проводящих средах, например в морской воде, и может быть использовано в геофизических исследованиях, в том числе в электроразведке полезных ископаемых и океанографии, Цель изобретения -увеличе

Фиг.2