Бесконтактный измеритель тока в трубопроводе

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уточнения местоположения и глубины заложения трубопроводов, оценки состояния их изоляционного покрытия и бесконтактного контроля работы станций катодной защиты. Цель изобретения - повышение производительности при измерении и расширение функциональных возможностей. Устройство состоит из датчиков 1,2,3 магнитного поля, индикатора 4 нуля, индикатора 5 уровня, шарнира 6 со шкалой поворота, регулятора 7 усиления, переключателя 8 с контактами 9,10,11,12,13, усилителя 14, амплитудного детектора 15 и выходного индикатора 16. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН дд 4 С 01 R 19/00, 33/02

gggCPgSHAH

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЛ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4221062/24-21 (22) 01.04.87 (46) 07.04,89, Бюл. М 13 (71) Физико-механический институт им. Г.В,Карпенко (72) P.È .Äæàëà и Б,Я .Вербенец (53) 62!.317.44(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 785768, кл. С 01 R 19/00, 1980,, (54) БЕСКОНТАКТНБ!Й ИЗМЕРИТГЛЬ ТОКА

В ТРУБОПРОВОДЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уточнения местоположения и глубины заложения трубопроводов, оценки состояния их изоляционного покрытия и бесконтактного контроля работы станций катодной защиты.

Цель изобретения - повышение производительности при измерении и расширение функциональных возможностей.

Устройство состоит из датчиков 1,2,3 магнитного поля, индикатора 4 нуля, индикатора 5 уровня, шарнира 6 со шкалой поворота, регулятора 7 усиления, переключателя 8 с контактами

9 10 11 12,13, усилителя 14, амплитудного детектора 15 и выходнсго индикатора 16, 2 ил.

1471138

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к бесконтактным измерителям тока в протяженных цилиндрических токопроводах, и предназначено для использова" ния при электромагнитных обследованиях на предмет уточнения местоположения и глубины заложения трубопроводов, оценки состояния их изоляционного покрытия и бесконтактного контРоля работы станций катодной защиты (СКЗ) путем воспроизведения,циаграммы распределения тока вдоль контролируемой магистрали. 15

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в определении не толькс тока, протекающего по трубо-,2g проводу, но и положения оси и удаления датчика от трубопровода, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства, связанное с расширением его функциональных возможностей, а 25 также состоящее в расширении диапазона изменений расстояния от датчиков до трубопровода и в обеспечении возможности непрерывного контроля пратзильности расгтоло>кения да гчиков 3О поля относительно трубопровода при б есконтак тном измерении тотса в 1тро цессе перемещения устройства вдоль трассьг трубопровода, Иа фиг,1 представлена функциональ- З ная схема бесконтактного измерителя тока в трубопроводе; на фиг.2 — распоЛожение датчтттсов относительно тру а бопровода в исходном положении а также положение датчнтса 2 при прибли- 4О женин устройства к трубопроводу.

13 состав устройства (фиг.1) входят три однокомпонентных датчитса магнитного поля 1-3, индикатор 4 нуля, индикатор 5 уровня, шарнир 6 со шкалой углов поворота„ регулятор 7 усиления, переключатель 8 с контактамн 9-13, избирательный усилитель 14, амплитудный детектор 15 и выходной индикатор 16, 50

Датчики 1 и 3 взаимно ортогональны и жестко связаны между собой,причем ось чувствительности датчика 3 проходит через центр датчика 1, Датчик 2 установлен на оси шарнира 6, 55 который посрецством жесткой базы со" единен с датчиками 1 и 3, при этом ось шарнира 6 расположена перпендикулярно осям датчиком 1 и 3 на расстоянии Ь (база) от оси датчика 3 (фиг.2), а датчик 2 установлен перпендикулярно оси шарнира 6 и таким образом все три датчика расположены в одной плоскости (перпендикулярной трубопроводу). С поворотным датчиком 2 соединен указатель углов. поворота (функцию которого в частности, может выполнять одна из граней корпуса датчика 2) и с ним связан регулятор 7 усиления избирательного уси" лителя 14, Регулятор усиления 7 может быть выполнен, например, в виде регулируемого сопротивления или набора сопротивлений, включаемых в пепь обратной связи усилителя 14 таким образом, чтобы коэффициент усиления последнего был пропорционален тангенсу угла oL поворота датчика 2. В качестве датчиков магнитного поля могут быть использованы однокомпонентные магнитоприемникв, например, катушки (могут оыть с ферритовыми сер,цечниками)или рамочные антенны, Устройство работает следующим образом.

Датчики 1-3, усилитель 14 и индикаторы 4 и 5 настраивают на частоту измеряемого тока (па вторую гармони- ку сетевого напряжения при контроле работы СКЗ, или на частоту генератора, подключенного выходттькги клеммами к трубопроводу и заземлению). Для поиска местоположения трубопровода переключатель 8 ставят в первое положение, подключая через контакты 9 и 11 датчик 1 к усилителю 14, Перемещая и поворачивая базу с датчиками поперек трассы, добиваются максимального показания выходного индикато-. ра 16, которое соответствует азимутальной ориентации измерительного датчика 1 относительно трубопровода (фиг.2); по минимальному показанию индикатора 4 уточняют ориентацию датчиков 1 и 3 (используя при этом острый минимум сигнала от ориентированного на ось трубы датчика 3, по сравнению с гладким максимумом сигнала от расположенного азимутального датчика 1, при перемещении связанных датчиков над трубопроводом поперек оси), Целесообразно удерживать базу в горизонтальном положении.

Для отгределения расстояния h между измерительным датчиком H трубопро1471138 водом ставят переключатель 8 в третье

55 положение, подключая через контакты 11 и 13 датчик 2 к усилителю 14, Не изменяя положения базы (при нуле5 вом показании индикатора 4), изменением угла Ы поворота датчика 2 добиваются минимального показания выходного индикатора 16, ч То соответствует совмещению оси датчика 2 с осью трубопровода ° По шкале углов наклона датчика 2, установленной на шарнире 6 и проградуированной в метрах расстояния Ь, определяют расстояние от датчика I до оси трубопровода, При повороте датчика 2 регулятор 7 усиления автоматически устанавливается в положение, соответствующее значению коэффициента усиления усилителя 14, пропорциональному расстоянию h.

Для измерения тока в трубопроводе ставят переключатель 8 во второе положение, подключая через контакты 10 и 12 последовательно соединенные измерительный и корректирующий датчи- 25 ки 1 и 2 к входу усили-.еля 14, и по выходному индикатору 16 (проградуированному в амперах) считывают величину тока, протекающего по трубопроводу, При этом по нулевому пока- 30 занко подключенного к датчику 3 индикатора 4 и допустимому уровню корректирующего сигнала от датчика 2, показываемому индикатором 5, контролируют правильность положения измерительного датчика 1 относительно трубопровода (контролируют ориентацию датчиков и расстояние h соответственно) . Оператор с данным устройством перемещается вдоль трубопровода 40 и по выходному индикатору 16 считывает величину протекающего по трубопроводу тока; одновременно по индикаторам 4 и 5 оператор контролирует положение оси трубы и заданный,диа- 45 пазон расстояния до нее и (при необходимости перемещая базу в перпендикулярной трубопроводу плоскости) удерживает датчики в правильном для измерения тока положении.

Датчик 1 реагирует на полный вектор Н напряженности магнитного поля создаваемого током Т, протекающим по трубопроводу:

Тд

Н (1)

2" h

Датчик 2 воспринимает составляющую

Н поля Н = /2Т р того же тока, l(о

В исходном положении датчиков (фиг,2) Н = О, а расстояние от датчика 1 до оси трубопровода определяется выражением.

h,=- Ье8а,+ с, (2) где Ы, — у-а.п ме> -,у осями чувствительности датчиков и 2 в исходном положении„ когда датчж ориентироBBk азимутально, а датчик 2 — радиально относительно оси трубопровода; с — расс тоян:e от центра датчика 2 до оси чувствительнооти датчика 1, в частности (например, когда h) Ь), можцо принять с = О.

При; отклонениях расстояния h между цатчиком 1 и трубопроводом от его исходного значения h, сигналы датчиков изменяются, Сигнал от датчика 1 иэм няется по гиперболическому закону (1) . Сигчал от датчика 2 изменяет свою полярность при отклонениях цатчиков в разные стороны (бли-же — дальше) от исходного положения

h ; он пропорционален величине

Н = - — з1п(Iî

2II 0

Ф (3)

I б где (р — угол между перпендикуляром к оси чувствительности датчика 2 и вектором напряженности магнитного поля Н (фиг,2); (h-с) + Ь вЂ” parr cííèå от

2 датчика 2 до оси трубопровода, а его значение в исходном положении (при h = h ), Используя теорему сичусов, находят

b Аh

sin Ц! р.р 7 (4) где $h = h-h — отклонение расстоя! ния h от его исходного значения h<.

Измерительные обмотки датчиков 1 и 2 соединены между собой таким образом, что при удалении датчиков от трубопровода сигналы в них складываются, а при приближении датчиков к трубопроводу сигнал датчика 2 вычитается из сигнала датчика 1, Во втором положении переключателя 8 суммарный сигнал от датчиков 1 и 2 поступает на вход усилителя 14, а результат измерения тока, показываемый индикатором 6, определяется согласно выражениям (1), (3), (4) и составляет

1 АЬ Ь

I = k -- — (— — ---- + (5)

2п h+ dh (PI где k - постоянная прибора, характеризующая преобразование напряженности магнитного поля в электрический ем

У

И - h

+ о Ь1

hh b h< (6) 25

5 147 сигнал, его усиление и преобразование в показания индикатора; для конкретно выбранного исходного положения численное значение составляет

1с< = 2II h<.

Суммарный сигнал практически не меняется при изменениях расстояния между датчиками и трубопроводом в . определенном диапазоне hh, В устройстве осуществляется коррекция входного сигнала при изменении расстояния

h а изменения значения входного сигнала определяются однозначно изменением силы тока в трубопроводе, если

1 Ь не велико.

Погрешность

b +(h, -c) x $b +(h, — c +Ah

1<ак видно иэ полученного выражения (6), погрешность измерения тока, обусловленная изменением расстоянИя

h между датчиком 1 и трубопроводом, стремится к нулю, когда а Ь--О, т.е, при малых отклонениях расстояния h от его исходного значения h,, а с увеличением hh погрешность измерений тока увеличивается, Например, если в исходном положении oL =, 63,5,что при с = 0 соответствует h = 2b, то согласно (6) относительная погрешность измерения тока не превьш ает

10Х если изменение расстояния не вы" ходит за пределы диапазона 0,35Ь> г h,h ) -0,3Ь, т.е. если расстояние

h находится в диапазоне 1,70Ь

При больших отклонениях расстояния h от исходного значения h< вслед" ствие изменения рельефа местности сигнал датчика 2 увеличивается, однако коррекция входного сигнала усилителя . осуществляется не полностью и погрешность измерения тока (6) может превысить допустимую величину, Поскольку погрешность измерения тока связана с величиной корректирующего сигнала датчика 2 (второй член в формуле (6)), то по величине последнего можно контролировать рельефную погрешность измерения тока, 1138 6 используя введенный для этого индикатор 5 уровня. Если индикатор 5 покаэвает, что сигнал датчика 2 превыша5 ет допустимый уровень то для правиль1 ного измерения тока надо исправить положение датчиков, что предлагаемым устройством можно сделать двумя путями. Сохраняя радиальную ориентацию

10 датчика 3 (по нулевому показанию индикатора 4), сперва перемещают базу с датчиками ближе-дальше относительно трубопровода, добиваясь уменьшения показаний индикатора 5 уровня сигнала датчика 2, Если этим путем удается добиться снижения величины корректирующего сигнала датчика 2 ниже допустимого уровня, то это означает, что датчики установлены на рас20 стоянии, близком к исходному (в допустимом диапазоне изменения Ьh), и можно продолжать измерение тока с требуемой точностью, Если же этот путь неэффективен (например, при большом изменении глубины залегания трубопровода или при практической потребности (удобстве) проводить измерения тока, находясь в стороне от трубопровода, а не над ним), тогда изменяют исходное значение расстояния. Для этого, изменяя угол поворота датчика 2, добиваются уменьшения величины сигнала показываемого индикатором 5 ниже допустимого уровня; затем продолжают измерение тока. При этом регулятор 7 усиления автоматически устанавливается в новое положение, соответствующее коэффициенту усиления усилителя 14, пропорциональному новому исходному расстоянию h = btgk + с. Постоянная прибора принимает значение 1 = 2 h .

В случаях, когда требуется уточнить значение расстояния h минимальную величину корректирующего сигнала устанавливают по выходному индикатору 16, предварительно переставив переключатель 8 в третье положение затем, ° возвратив переключатель 8 во в.торое положение, продолжают измерение тока, Например, если в новом положении

oL = 80,5, то h = 6Ь и новый диапазон изменения расстояния составляет 5,4Ь (h с 6,8Ъ, Чтобы перекрыть расстояние h от Ъ до бЪ для измерений тока с указанной выше точностью, 1471138

50 согласно формуле (6) надо восемь исходных положений Ь „ (или соответствующих им значений g„), Для предлагаемого устройства принципиально нет границ расширения диапазона h при измерениях. Для конкретной реализации устройства ограничение определяется точностью определения угла Ы и установки соответствующего ему коэффициента усиления усилителя. Значение длин b и с (фиг.2), от которых зависит диапазон допустимух изменений расстояния 6h определяются расчетным путем на основе выражения:(6) исходя иэ допустимой погрешности компенсации изменений сигнала датчика 1 сигналом датчика 2, а также с учетом конструктивных соображений и удобства эксплуатации устройства. Например, если выбрать b=h то наилучшая коррекция входного сигнала усилителя при малых

hh имеет место при с=Ъ| т.е. когда датчики 1 и 2 расположены каждый о под углом 45 к линии, соединяющей их центры. Если же заранее известно, что b(h т,е. длина базы не превышает минимально возможное расстояние от датчиков до оси трубы (например, ее внешний радиус), то можно принять с=О, т,е. установить центр датчика 2 (ось шарнира) на оси чувствительности датчика 1.

Допустимый уровень корректирующего сигнала датчика 2 определяется расчетным путем с помощью выражений (5) и (6) или может быть установлен опытным путем при измерениях тока в каждом конкретном случае. Для этого устанавливают датчики 1-3 в исходное положение, а затем перемещают их ближе — дальше относительно трубопровода при нулевом показании индикатора 4, Наибольшие отклонения расстояния h от его исходного значения при которых показание выходного индикатора 16 (результат изменения тока) остается неизменным (или изменяется в пределах допустимой погрешности), определяют диапазон изменения расстояния h а соответствующее им по10

40 казание индикатора 5 уровня является допустимым уровнем корректирующего сигнала в данном случае.

Формула изобретения

Бесконтактньй иэм-рн;г". ..:ока в трубопроводе, содержащий первый и второй однскомпонентные датчики магнитного поля„ расположенные в плоскости„ перпендикулярной трубопроводу, последовательно включенные усилитель, амплитудный детектор и выходной индика-ор, причем обмотки датчика, оединены последовательно, о т личающийся тем,что,с цслью говьшения производительности за счет улучшения эксплуатационных свойс тв и расширения функциональных возможностей устройства за счет расширения количества измеряемых параметров и диапазсноь измерения, в него дополнительно введены третий однокомпонентный датчик магнитного пола., нуль-индикатор, индикатор уровня, регулятор усиления и переключатель „ причем третий датчик подключен к нуль-индикатору и установлен ортогонально первому датчику, жестко с ним связан и ориентирован вдоль линии проходившей чер=-з ;.;-ч,р первого датчика перпендикулярно трубог:роводу, второй датчик ус-.ановлен на шарнире с указателем углов поворота, соединенным с регулятором усиления, при этом ось шарнира связана с пер- вым и третьим датчиками, выход регулятора усиления подключен к первому входу усилителя, первый вывод первого датчика соединен с первым и вторым контактами переключателя, второй вывод первого и первый вь1вод второго датчиков подключены к третьему контакту переключателя, второй вывод второго датчика соединен с четвертым и пятым контактами переключателя, оба вывода второго датчика подключены также к входу индикатора уровня, первый и второй выходные контакты переключателя подсоединены, соответственно, к второму и третьему входам усилителя.

1471138

Тираж 711

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Е.Папп

Заказ 1604/47

Составитель А.Дивеев

Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай