Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин

 

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 бретения 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (I9) (П) А1 (Sl)S С О! R 27 02 с с с с .с ..t!

>ссс.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! » с..

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2I> 4470016/21 (22) 01.08.88 (46) 23,0!.9!. Бюл. !Ф 3 (7!) Уфимский нефтяной инсгитут (72) С.A.Баталов и Ю.Д,Коловертнон (53) 621.3!7.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !!> 765752, кл. G 01 R 27/02, 1978. ! (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ >1АРА!с1ЕТРОВ КОИПЛГКСНЫХ ВЕЛИ IИН (57) Изобретение относится к злектроизмерительной технике и может быть использовано для раздельного измерения неэлектрических величин с помощью резистивных и индуктивных датчиков.

Целью изобретения является повышение

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для раздельного измерения параметров комплексных сопротивлений датчиков н гидротермальных скважинах, а т:;кже лри измерении неэлектрическия неличин с гомощью резистивных и индуктивных датчиков.

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

На фиг.! приведена структурная электрическая схема устройства для раздельнсго измерения параметров комплексных величин; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие принциг, работы. точности и обеспечение измерения параметров п-i где n — целое число, комгсчексных Величин по одной соеди нительной линии. Отличием из,бретения янляетсл включение диода на вход измеригельных датчиков, что позволило ис тользовать как положительную, так и отрицательную полуволны контрольного сигнала, сложение которых при обработке исключило влияние сиг .ала помехи; другой особенностью являет<-я использование трансформатора с многопараметрической первичной обмоткой и п вторичными обмоiKами, соединенными, с и жесткими клапанами, что позволяет проводить измерение п-1 параметров по одному кабел.о, 2 ил.

Устройство для раздельного измерения лараметров комплексных величин содержит управляемые ключи 1.1 — !,n, экранированный однопроводный кабель

2, генератор 3, диод 4, трансФорматор 5, частотные клапаны 6.1 — 6.п блок 7 управления> вычислитель 8, oF раэцовый 9 (К,) и измерительные !

О 1 10 n (Rg »»» R>>) резисторы эквивалентные сопротивления 11.1(Кх ) и 11.2 (R> ) соответственно центрального проводника и экрана экранированного однопроводного кабеля.

Первые выводы образцового 9 и измерительных 10.1 — 10.п резисторов подключены к входам соответствующих управляемых ключей 1.! — I.п, взаимосвязанные выходы которых подключены к центральному проводнику кабеля 2

1622841 с эквивалентным сопротивлением 11.1 и входу многопараметрической первичной обмотки трансформатора 5 через диод 4.

Измерительным резистором 10.1 может являться терморезистор в Ьункции термометра. Измерительными резисторами 10.п-l и 10,п могут являться сопротивления двуплечевого тензорезисторного моста на упругой мембране (типа кремний на сапфире) серийно-выпускаемого датчика давления типа Сапфир ) изменяющихся в функции давления среды. Причем раздельные выводы резистора 10.п-l и резистора

10.п такого двуплечевого моста подключены к раздельным входам управляемых ключей l,п-1 и l.п соответственно, а другие выводы резисторов 10.п-l 20 и 10.п связаны с выводами резисторов

9 и 10.п-l, 10.п и выходом многопараметрической первичной обмотки трансформатора 5 и дополнительно подключены через генератор 3 и эквивалентное 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 30 соответствующих управляемых ключей

l,п.

Управляемые ключи l.п предназначены для последовательной коммутации резисторов 10.1 и 10.п и представляют 3 собой тиристоры (магнитодиоды,герконовые реле и т.д,) °

Первичная обмотка трансформатора

5 представляет собой обмотку электромагнита, сердечник которого магнито- 10 связан с упругим стержнем вибрационночастотного многофазного концентратомера примесей, работаюшего 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) гаэосодержание исследуемой среды.

Каждый частотный клапан б.п предназначен для выработки управляющего единичного сигнала и выполнен в

55 вотще гребенчатого пассивного LCфильтра, выход которого через диод соединен с интегрирующим конденсатором, являющийся выходом частотного клапана Ь.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 б,п-l - на частоту 1800 Гц, а фильтр клапана б,n — - на частоту 7200 Гц.

Генератор 3 представляет собой эквивалент ЭДС помех Е1,, 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 микроЭВИ с алгоритмом вычислительных процедур измеряемых сопротивлений R резисторных датчиков и сопротивления

Х L,< первичной многопараметрической обмотки трансформатора 5 когда Х4

Р.

) 4))

2

При одинаковых сопротивлениях R

К(Rye RKn- Rkn мых ключей при подключении образцового резистора выполняется условие

U) I(R) + R1 + К„1+ К„) + Е, ) (1) при подключении терморезистора

Ц4 I(R Кк Кк4 R)

+ Е (2)

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

ua, - U<, - П,— тК, (3) (4) Ди = I(Re — R,) = IdR

Составляя и-2 уравнений для остальных п-2 резисторов, аналогичные урав5 I 622841 нению (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: (5) И

= I4XLrn

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

ULt = I(Xl„„+ Кк + Кх1+

+ Ки) + Ея (6)

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

IX — IR

lm (7)

Д Х„= ЙБ /I. (8)

Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин работает следующим образом.

При выработке блоком 7 управления униполярной пачки (длительностью „р1) импульсов тока с частотой fI

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 полуволны, пропорциональная индуктивному сопротивлению этой обмотки.

Исходный сигнал положительной полуволны в противофазе наводится во вторичных обмотках транс111орматора 5 и вьделяется только с первого частотного клапана 6.1 единичным управляющим сигналом через время с 1 (эпюра Э2, фиг,2), открывающим в прямом направлении первый управляемый ключ

1.1. Поэтому к проводнику кабеля 2 подключается образцовый резистор 9 (R1),Håðåç который протекает импульсный ток отрицательной полуволны от исходного электрического сигнала.

Поэтому в течение времени ЕЙ 1 про-, л изводится преобразование индуктивноОткуда уравнение преобразования представляется в слепующем виде:

ro Х и резистивного образцового

LI

R сопротивлений в величины напряже-! ний (или токов) отдельно при положительной и отдельно при отрицательной полуволновых исходного электрического сигнала (эпюра 3!), которые детектируются одновременно в блоке 7 управления в аналоговую форму сигнала для дальнейшеro преобразования и обработки в вычислителе 8.

Аналогично рассмотренному во втором цикле преобразования с блока 7 управления вырабатываются униполярные импульсы (с длительностью гачки д ) с частотой f< = 900 Гц,по положительной попуволне которого измеряется индуктивное сопротивлеННе Х1 первичной обмотки трансф. р29 I< гора 5 с помощью диода 4, а также вырабатывается вторым часToTHQ избирательным клапаном 6,2 единичный управляющий сигнал (эпюра ЭЗ,фиг,2) через время, открывающий в пря25 мом направлении втсрой управляемый ключ !.2. Поэтому в течени» времени

/1 ь я производится преобразование сопротивления Х Lg при положительной полуволпе, p R „ — щ и отрицательной полуволне исходного электрического сигн ла, обрабатываемые блоками 7 и 8 и т.д.

Измерения резисторов R „ и Р. осуществляются в разное время с „ и л и pp g 11o J;âóì пачкам импульсов с частотами f „1 =- 1800 Гц и — 7200 Гц (эпюра Эl) при отрицательной полуволне, а при положительной полуволне осуществляется измерение

4О индуктивных сопротивления X ь 1 и

Х .„ . По величинам этих частот выра-.

4h батываются разновременные управляющие сигналы (эпюры 34 и 35 соответственно) через время задержки

45 H L оп для подключения к проводнику л кабеля 2 резисторов 10.п-l и !О.п.

При больших длинах кабеля 2 (свыше

3 км) между разночастотными пачками импульсов используются пауз. для повышения надежности работы :.редлагаемого устройства.

Формула изобретения

Устройство для раздельногп измере ния параметров комплексных величин, содержащее коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом и выходом последова1622841 коммутаторов, n — 2 измерительных резисторов, соединительная линия выполнена в виде экранированного однопроводного кабеля, измерительный индуктивный элемент выполнен в виде трансформатора, который имеет многопараметрическую первичную обмотку и вторичных обмоток, коммутаторы выполнены в виде первого и второго

20 тельно соединенных образцового и первого измерительного резисторов, выход которого последовательно соединен через соединительную линию с блоком управления и вычислителем, и измерительный индуктивный элемент, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и обеспечения измерения параметров п-1, где и — целое число, комплексных величин по одной соединительной линии, введены и-2 диод и частотных клапанов

1 15 ключей, причем вход диода соединен с центральным проводником экранированного однопроводного кабеля, а выход его — с входом многопараметрической первичной обмотки трансформатора, управляющие входы каждого из и частотных клапанов соединены соответственно с выходами и 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 и-2 измерительных резисторов, выходы которых объединены и соединены с общей точкой первого измерительного и образцового р=зистора и экраном экранированного однопроводного кабеля, выход многопараметрической перви . ной обмотки трансформатора соединен с обшей точкой измерительных резисторов.

1622841

Составитель В.Ежов

Редактор M.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор С.Черни »Заказ 109 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

tl lt

Производственно-издательс кий комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101