Устройство для измерения магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды Советский патент 1979 года по МПК G01V3/06 G01V3/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ

ВОСПРИИМЧИВОСТИ И УДЕЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТИ СРЕДЫ тушки зонда окружающей среды, а также переменной температуры, происходит изменение амплитуды ифазы магнитного момента генераторной катушки, что снижает точность, фазовую избирательность и чувствительность измерений. К тем же результатам приводит влияние переменной температуры на величины сопро- тивлений резисторов делителя напряжения. Цель изобретения - увеличение точ- ности, фазовой .избирательности и чувствительности измерений. Поставленная цель достигается тем, Что в известном устройстве для измерений магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды на генераторной катушке равномерно в пределах длины ферромагнитного сердечника и на трансформаторе тока размещено, по меньшей мере, по одной управляющей .обмотке, вы полненной с тем же соотношением витков, что и у компенсационных обмоток, соединенной последовательно и подключенной ко входам цепи автоматической регулировки усиления и цепи опорного напряжения, введена балансирующая обмотка, размешенная, например, на генераторной катушке и подключенная к резисторному делителю напряжения, выход которого соединен последовательно с приемной катушкой и вторичными компен сационными обмотками генераторной катушки и трансформатора тока. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; j на фиг. 2 - электрическая схема зонда. Устройство для измерений магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды включа.ет источник 1 синусоидального напря)Кения с цепью 2 автоматическо регулировки усиления, усилител 3, синхронный вьтрямитель 4 с цепью 5 опорного Напряжения, регистратор 6 и зонд 7. Зонд 7 содержит генераторную катушку, имеющую ферромагнитный сердечник 8 цилиндрической формы, первич. ную обмотку 9 и равномерно распределе ные в пределах длины ферромагнитного сердечника вторичные обмотки - управляющую Id, компенсационную 11, балан сирующую 12, приемную катушку с обмоткой 13, трансформатор тока, имеющий магнитопровод 14, первичную обмо ку 15 и вторичные обмотки - управляю щую 16 и компенсационную 17. Первич ная обмотка 9 генераторной катушки и первичная обмотка 15 трансформатора В 54 ока соединены.последовательно и обра- уют генераторную цепь, вторичная упавляющая обмотка 10 генераторной каушки и вторичная управляющая обмотка 16 трансформатора тока выполнены с соотношением витков, при котором отношение индуцируемых в них ЭДС равно отношению магнитных моментов ферромагнитного сердеч.нйка 8 генераторной катушки и ее первичной обмотки 9, включены последовате/1ьно и образуют управляющую цепь. Вторичная компенсационная обмотка 11 генераторной катушки и вторичная компенсационная обмотка 17 трансформатора тока выполненьг с таким же соотношением витков, а количество витков в этих обмотках подобраны так, что индуцируемая на них суммарная ЭДС примерно равна ЭДС приемной катушки в отсутствие среды (в воздухе). Компенсационные обмотки 11 и 17 включены последовательно и встречно с обмоткой 13 приемной катушки. Балансирующая обмотка 12 генераторной катушки соединена с делителем напряжения, образованным резисторами. 18 и 19, причем резистор 18 является выходом, который также соединен последовательно с приемной катушкой. Величина сопротивления резистора 18 подбирается так, чтобы ЭДС приемной цепи, образованной приемной катушкой и всеми последовательно . включенными элементами, в воздухе равнялась нулю. Проводами 20 и 21 генераторная цепь соединена с выходом источника 1 синусоидального напряжения, проводами 22 и 23 управляющая цепь соединена со входами цепи 2 автоматической регулировки усиления и цепи 5 опорного напряжения, проводами 24 и 25 приемная цепь соединена с усилителем 3. Устройство работает следующим о.б- разом. При включении источника 1 синусоидального напряжения токовое поле первичной обмотки 9 генераторной катушки и вторичное поле окружающей зонд среды совместно .намагничивают ферромагнитный сердечник 8. Магнитный момент генераторной катушки при этом складывается из магнитног;о момента ферромагнитного сердечника 1 и магнитного момента первичной обмотки 9. Магнитный момент М определяет первичное поле, которое непосре.дственно действует на приемную катушку, а также намагничивает среду и индуцирует в ней вахревые токи, порождая тем самым вто- 56 ричное поле среды. Вторичноэ поле сред зависяитее от магнитной восприимчивости среды и ее удельной проводимости, воздействует на приемную катушку, создава полезный сигнал, и на генераторную катушку, изменяя амплитуду и фазу магнитного момента и создавая тем самым noMe.xjS при измерениях, В данном устройстве эта помеха устраняется следующими мерами. Можно показать, что амплитуда и фаза как напряжения Uy на выходе управляющей цепи, так и нааряжения }} на выходе компенсационной цепи изменяются синхронно с изменением амплитуды и фазы магнитного момента. Напряжение J с последовательно включенных обмоток 1О и 16 по проводам 22 и 23 поступает на вход цепи 2 автоматической регулировки усиления, благодаря которой в пределах заданной точности поддерживается неизменной амп литуда этого напряжения путем компенсирующего изменения на проводах 20 и 21 напряжения источника 1 и, сдедоьательно, тока в обмотке 9 в процесса воздействия вторичного поля среды и изменяющейся температуры. Одновременно стабилизируется амплитуда магнитного момента, сохраняя свое значение, сущест вовавшее в воздухе. Несмотря на стабилизацию амплитуды под воздействием перечисленных факторов происходит фазовый сдвиг магнитног момента ген.ераторной катушки. Для искл чения его влияния напряжение Uy фаза которого изменяется синхронно с отклонением фазы М, с выхода управляющей цепи по проводам 22 и 23 поступает на вход цепи 5 опорного напряжения. В ито ге происходит автоматическая подстройка фазы опорного наЯряжения на синхронном выпрямителе 4 так, что между опорным напряжением и моментом М сохраняется строго определенное фазовое соотношение независимое от воздействия на генераторную катушку вторичного поля среды и изменяющейся температуры. При высокоточных измерениях ЭДС -,индуцируемая непосредственно моментом М в обмотке 13 приемной катушки, компенсируется. Однако в присутствии среды величина д изменяется по фазе а также по амплитуде - в пределах точности стабилизации М. Для предотвращения влияния эткх факторов в устройстве ЭДС 6д компенсируется напряжением Un, поступающим в приемную цепь с об56моток 11 и 17 и пропорциональным величине М. Настройка цепи компенсации производится выбором числа витков обмо-ток И и 17. Точная компенсация осуществляется с помощью балансирующей обмотки 12 путем подбора сопротивлений резисторов 18 и 19. Влияние температуры на величины сопротивлений лишь незначительно сказывается на величине полного компенсационного напряжения, так как основная часть его, снимается с незашунтированных обмоток 11 и 17 и лишь малая доля - с резистора 18. В присутствии среды на выходе приемной цепи (проводах 24 и 25) появляется разностная ЭДС f-Eo которая индуцируется вторичным полем среды. Составляющая ЗДС -Со; находящаяся в фазе с g,y создается в основном за счет намагничивания среды (влиянием магнитной восприимчивости), а составляющая d-to образующая с Е фазовыи сдвиг в 90, создается ви.хревыми токами (влиянием удельной проводимости). Синхронный выпрямитель 4 с цепью 5 опорного напряжения настраивается намаксимальную чувствительность к одной изсоставляющей 6 о и, соответственно, к подавле- нию другой, ортогональной составляющей. Благодаря этому регистратор 6 вьщает величину, пропорциональную магнитной восприимчивости среды или ее удельной проводимости. При наличии двух синхронных выпрямителей возможна одновремен„ад регистрация обоих параметров среды. Формула изобретения Устройство для измерения магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды, содержащее источник синусоидального напряжения с цепью автоматической регулировки усиления, усилитель, по меньшей мере один сиахронный выпрямитель с цепью опорного напряжения, регистратор, зонд, который имеет генераторную к-атушку с ферромагнитньп сердечником, первичной и вторичной компенсационной обмотками, намотанными равномерно в пределах длины ферромагнитного сердечника, приемную катушку и трансформатор токас первичной и вторичной компенсационной обмотками, причем первичные обмотки генераторной катушки и трансформатора тока соединены последовательно и подключены к источнику синусоидального напряжения. Вторичные ком