Устройство бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления проводящей среды Советский патент 1992 года по МПК G01R27/22 

Изобретение относится к электромагнитным измеоениям, а именно к /стоойст- вам бесконтактного опрея пения электрической проводимости просодящих сред, работа которых основана на использовании взаимодействия бегущего олектро- магчитного поля с вихревыми г0ками, наведенными в электропроводящей среде.

Известно устройство для измерения удельного электрического сопротивления материалов, включаюшее индуктор для возбуждения в материале вихрезых токов вы- полненныи в виае вращающегося постоянного магнита и с сругельной ка- тушкм, расположенной между полюсами магнита. Г роволимость материала определяют по разности фаз между ЭДС холостого хода катушки в аоздухе и ЭДС ропэрцмо нальной тангенциальной состзалягсмей поля вихревых токов на повеохностм материала

Известно также устройство для бесконтактного определения электрической проводимости жидкости, включаюшее двухфазные- индуч-пю, с бегущее спе которого помешают измеряемую жидкость а проводимость хидчости определяю 1 -о ве- фазового сдзигз токов з сЬззах ин- дуктооа

Указание ; устоойства имеют низкую точность измерения из-за того, что в них измеряется величина параметра, который ьелинеино зависит от проводимости среды. Известнее устройства используют косвенные приемы определения искомой величины, и в чих отсутствуют компенсационное приемы измерения, что также снижает гоч- измерений.

Целью изобретения чвпяе сч повь °- ние точности измерения илинезризоц/ в оедаточной xs )Ј П е|зистигси,

учазаннгс. ,зо i ойю cv, -re- r

УСТРОЙСТВО. 3i TfO rt Ci s«C ICSepf-TOf МЬОГСфазного , соедичечний с индук котоо лй распслсжеп ч , проводящей среде, датчик параметре «з . ;ск

rd

трических цепей индуктора в виде датчика юча, и регистратор, дополнительно введен сравнения и блок задания (источник опорного сигнала), причем, первый и в горой входы блока сравнения соединены, соответственно, с выходной цепью датчика тока и источником опорного сигнала. Генератор напряжения выполнен управляемым по частоте, а в качестве регистратора используется частотомер. Выход блока сравнения соединен с входом управления по частоте генератора напряжения, а вход частотомера соединен с частотным выходом генератора.

Таким образом, образуется замкнутая система автоматического регулирования. Задача системы - поддерживать ток в цепи индуктора на заданном уровне путем изменения частоты генератора напряжения.

Линеаризация передаточной характеристики достигается включением между выходом генератора и входом частотомера счетно-решающего блока.

Линеаризацию можно осуществить также путем выполнения генератора управляемым по напряжению, а между входом частотомера и управляющим входом генератора включить блок управления, изменяющий напрях ение питания фаз индуктора обратно пропорционально частоте.

Таким образом, в отличие от известных технических решений, введены следующие новые признаки:

- использование частотомера в качестве регистратора;

-генератор напряжения выполнен управляемым по частоте;

-блок сравнения;

-блок задания (источник опорного сигнала);

-новые функциональные связи, отсутствующие в прототипе;

-счетно-решающий блок;

-блок управления.

Наличие указанных новых признаков по сравнению с прототипом свидетельствует о том, что заявляемое решение отвечает критерию изобретения новизна.

Совокупность указанных признаков приводит к появлению новых свойств, а именно, однозначной зависимости частоты генератора от сопротивления среды с возможностью получения линейной зависимости.

Указанные свойства невозможно получить, применяя отдельно перечисленные выше признаки, следовательно, появление новых свойств обусловлено совокупностью этих признаков что обеспечивает соответствие заявляемого технического решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из многофазного индуктора 1, помещенного в емкость 2 с

измеряемой проводящей средой, генератора многофазного напряжения 3, который содержит вход управления частотой Xf и частотный выход f, датчика тока в фазах индуктора 4, блока сравнения 5, частото0 мера 6 в качестве регистратора, блока задания 7.

На фиг.2 показана блок-схема устройства, в котором, с целью линеаризации передаточной характеристики, дополнительно

5 введен счетно-решающий блок 6,

На фиг.З показана блок-схема устройства, в котором, с целью линеаризации передаточной характеристики, дополнительно введен блок управления 9, а генератор мно0 гофазного напряжения дополнительно снабжен входом управления напряжением на обмотках индуктора.

Устройство работает следующим образом.

5Генератор многофазного напряжения 3

питает индуктор 1. У полюсов индуктора образуется бегущее электромагнитное поле, скорость которого определяется частотой питающего напряжения. Конструкция ин0 дуктора может быть самой разнообразной; линейной, круговой, односторонней, двухсторонней, двухфазной или многофазной, электростатической и т.д. На основании изложенных выше принципов в фазах индук5 тора появляется ток, определяющий мощность, передаваемую в измеряемую среду. Этот ток измеряется датчиком тока А. Выходной сигнал датчика, например, напряжение, пропорциональное эффективно0 му значению тока, подается на первый вход блока сравнения 5. На второй вход блока сравнения с блока задания 7 подается сигнал, задающий ток в индукторе. Происходит сравнение сигнала измеренного тока с вы5 ходным сигналом блока задания. Результат сравнения в виде сигнала подается на вход управления частотой Xf генератора 3 и изменяет ее в нужном направлении.

Управление частотой построено таким

0 образом, что когда измеряемый ток превышает заданный, частота генератора снижается, и наоборот. Таким образом, например, при большой проводимости среды (малом сопротивлении) во вторичной цепи (прово5 дящей среде) и, соответственно, в первичной цепи, ток возрастает. Система авторегулирования уменьшает частоту генератора, что вызывает уменьшение скорости бегущего поля и, соответственно, ЭДС и тока во вторичной цепи. Ток в первичной цепи

(фазах индуктора) также пропорционально уменьшается. Вследствие указанных процессов частота в системе автоматически устанавливается такой, при которой ток в фазах индуктора устанавливается равным заданному значению.

Используя известные зависимости, можно показать, что

f

или ,(i)

2 1 . U4., Л 1 Уф Л,,.

L

К Нуср К И где f - частота напряжения, питающего индуктор;

Уф - действующее напряжение фаз индуктора;

11 - действующее значение тока в фазах индуктора;

Уср. - проводимость среды;

К - постоянный коэффициент, обусловленный конструктивными постоянными ин- дуктора;

/Эср. - сопротивление среды.

Отсюда можно сделать вывод, что при неизменном токе и напряжении питания индуктора частота питания индуктора полно- стью определяется проводимостью (сопротивлением среды).

Частотомер 6, подключенный к частотному выходу f генератора 3, измеряет частоту генератора, значение которой однозначно определяет сопротивление измеряемой среды.

Для линеаризации зависимости частоты генератора от сопротивления проводящей среды в устройство может быть дополни- тельно введен счетно-решающий блок (см. фиг.2).

В блоке происходит возведение в квадрат значения частоты, зарегистрированной частотомером. Таким образом, согласно (1) зависимость сигнала на выходе блока 8 от сопротивления среды становится линейной.

Еще один вариант линеаризации зависимости частоты генератора от сопротивления проводящей среды показан на фиг.З. Если управлять напряжением на обмотках

и К

индуктора по закону: Уф -т- , то, учитывая (1), получим: f -т- Pep., т.е. линейную зависимость, а не квадратичную. Генератор на фиг.З дополнительно снабжен входом управления выходным напряжением Хи. В устройство дополнительно введен также блок управления 9, который преобра- зует значение частоты на выходе генератора 3 в сигнал управления подаваемый на вход Хотаким образом, чтобы напряжение на обмотках индуктора менялось обратно пропорционально частоте. Например, при

увеличении сопротивления среды в 2 раза частота генератора увеличится также в 2 раза, а в устройстве по фиг.1 и фиг.2 - в J1 раз.

Диапазон измеряемых значений сопротивления среды в предлагаемом устройстве легко задавать, например, ступенчатым изменением величины стабилизируемого тока, путем изменения задания или изменением величины выходного напряжения генератора, питающего индуктор (начального значения напряжения в варианте по фиг.З).

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления проводящих сред за счет прямого преобразования сопротивления среды в частоту электрических колебаний, измерения частоты, а не фазы., применения компенсационного приема измерения, возможности контроля всей передаточной характеристики только в одной точке диапазона.

Предлагаемое устройство может найти применение для точных измерений прово- димостей жидкостей и растворов, например, буровых растворов, т.к. датчик устройства (индуктор) может быть выполнен полностью изолированным от измеряемой среды и без сквозного отверстия, которое необходимо в известных датчиках из двух тороидальных трансформаторов.

Устройство может быть применено также для поверки и градуировки менее точных средств измерений.

Формула изобретения 1.Устройство бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления проводящей среды, включающее генератор напряжения, индуктор, который расположен в измеряемой проводящей среде, а обмотки которого соединены с выходами генератора напряжения, датчик тока индуктора, регистратор, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, генератор напряжения выполнен управляемым по частоте, в качестве pf- гистратора использован частотомер, введены блок сравнения и блок задания тока, причем первый и второй входы блока сравнения соединены соответственно с выходом датчика тока и блока задания, выход блока сравнения соединен с входом управления по частоте генератора напряжения, а вход частотомера соединен с частным выходом генератора напряжения.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью линеаризации завилимости частоты генератора напряжения от сопротивления проводящей среды между частотным выходом генератора напояже- HI.,J и входом частотомера, включен о етмо- решающий блок.

3.Устройство по п.1, о т 1; и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью линеаризации зависимости частоты генератора напряжения от сопротивления проводящей среды, генератор напряжения выполнен управляемым по напряжению, а между входом частотомера и входом генератора напряжения, который управляет напряжением, включен блок управления.

Использование: относится к ьтектро- магнитним измерениям, з именно к устройСТРЭМ бесчонтактнопэ определения р ческой проводимое л . иг срег осиозанным на ИСПОЛЬЗОРЭРЬ . азаммода 7.- СТВИР берущего злвгстромагн;-1.гного попя с вихревыми точамп, иаагденны в олектро- посводящей с,1еде -i мох-з7 бь ть спользо- заю тс1, j, i лсг сргний нрово лмост |Дкос Сй ./ рзсгзорэв, .к гозеркм 14 грз- дуирозки менее точ -ь х средств мсмэрэнкй. Сущность мзобрегечич зю.ючае индуктор 1 емкость 2 геиера ор 3, ДЕТЧ.С 4, олски 37, час 5. Особеннеегь г изобретения является зесдэн -- блоков 5,7, что обестечивае1 повь-шгчис точности. 2 з.п ф-ль1, 3 ил

Редактор

Составитель Е.Катышев

Техред М.МоргенталКорректор Т.Вашкович

5

®-

4

Фиг. 3