Устройство для бесконтактного измерения токов в подземных магистральных трубопроводах

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при электромагнитных обследованиях подземных трубопроводов. Сущность изобретения: за счет введения в устройство новых связей и дополнительной обработки возможно измерение тока, протекающего в трубопроводе, вне зависимости от расстояния до трубопровода. Устройство состоит из датчиков 1, 2, 3 магнитного поля, усилителя 4, амплитудным детекторов 5, 6, 7, источника 8 постоянного напряжения, АЦП 9 и ЦАП 10, переключателя 11 и индикатора 12. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (st)s 6 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4825557/21 (22) 15.05.90 (46) 07.07.92. Бюл. tk 25 (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (72) P.M.Äæàëý и П.П.Драбич (53) 621,317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1308905, кл, G 01 R 19/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 6ECKOHTAKTHQI

ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ В ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХХ ТРУБОПРОВОДАХ (57) Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для использования при электромагнитных обследованиях подземньа трубопроводов.

Сущность изобретения. за счет введения в устройство новых связей и дополнительной обработки возможно измерение тока, протекающего в трубопроводе, вне зависимости от расстояния до трубопровода.

Устройство состоит из датчиков 1, 2, 3 магнитного поля, усилителя 4, амплитуднык детекторов 5, 6, 7, источника 8 постоянного напряжения, АЦП 9 и ЦАП 10, переключателя 11 и индикатора 12. 2 ил.

1746320

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при электромагнитных обследованиях подземных трубопроводов.

Целью изобретения является повыше- 5 ние достоверности измерений.

На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— амплитудный детектор, вариант технической реализации. 10

Устройство для бесконтактного измерения тока в подземных магистральных трубопроводах состоит из первого 1, второго 2 и третьего 3 датчиков магнитного поля, усилителя 4, первого 5, второго 6 и третьего 7 15 амплитудных детекторов, источника 8 постоянного напряжения, аналого-.цифрового (АЦП) 9 и цифроаналогового (ЦАП) 10 преобразователей, переключателя 11 на два направления и три положения и индикатора 20

12. Кроме того, обозначены жесткая база 13, соединяющая датчики 1-3, вход 14 и выход 15 амплитудного детектора 5 соответственно, К выходу первого датчика 1 магнитного поля 25 подключен вход усилителя 4, Выходы второго 2 и третьего 3 датчиков соединены с входами второго.6 и третьего 7 амплитудных детекторов соответственно. Выход усилителя 4 подключен к входу первого амплитуд- 30 ного детектора 5, выход которого соединен с неподвижными контактами третьего положения первого направления и первого положения второго направления переключателя 11. К объединенным неподвижным 35 контактам первого и второго положения первого направления переключателя 11 подсоединен выход источника 8 постоянного напряжения. Выход второго 6 и третьего

7 амплитудных детекторов подключены к 40 аналоговому и опорному входам АЦП 9 соответственно. Выход "Конец преобразования"

АЦП 9 соединен с входом синхронизации

ЦАП 10, цифровые входы которого подклю.чены к цифровым выходам АЦП 9. Аналого- 45 вый вход ЦАП 10 подключен к подвижному контакту первого направления переключателя 11. К выходу ЦАП 10 подсоединены неподвижные контакты второго и третьего положений второго направления переклю-. 50 чателя 11, а подвижный контакт второго направления переключателя 11 соединен с входом индикатора 12.

В качестве датчиков 1-3 магнитного поля могут быть использованы индукционные 55 рамки или катушки, феррозондовые датчики или датчики Холла, Поскольку феррозондовые и холловские датчики требуют специальных схем возбуждения, что приводит к усложнению схемы устройства, то предпочтительно использовать индукционные датчики в виде катушек, которые обладают достаточной чувствительностью и меньшими (по сравнению с рамками) габаритами. Последнее очень важно при работе в полевых условиях на трассах магистральных трубопроводов. Датчики 2 и 3 взаимно ортогональны, с совмещенными центрами и одинаковой чувствительностью (одинаковы геометрические и электрические параметры — площадь и количество витков), а оси максимальной чувствительности датчиков 1 и

2 направлены вдоль прямой (базы), соединяющей их центры. База и оси чувствительности всех датчиков расположены в. плоскости, перпендикулярной к трубопроводу.

Конструктивно двухкомпонентная система датчиков 2 и 3 может быть выполнена путем разделения каждой катушки на две части и симметричного (относительно центра) разнесения этих частей на минимально возможное расстояние вдоль осей катушек.

Устройство работает следующим образом.

Датчики 1-3 и усилитель 4 настраиваются на частоту измеряемого тока, т.е. на вторую гармонику сетевого напряжения при контроле работы станции катодной защиты, или на частоту генератора, подключенного к трубопроводу и заземлителю. Оператор устанавливает переключатель 11 в крайне верхнее положение (фиг.1) перемещается с данным устройством вблизи трубопровода и по индикатору 12 наблюдает за изменением напряженности магнитного поля, наведенного в датчике 1 протекающим по трубопроводу током, по максимальному показанию индикатора 12 устанавливает датчик 1 в азимутальном направлении относительно оси трубопровода. Этим определяется положение трубопровода. Положение оси трубопровода более точно можно определить по минимуму (между двумя максимумами) значения вертикальной компоненты поля. Для этого базу 13 с датчиком надо расположить вертикально и, перемещая ее поперек трассы, найти минимум сигнала от датчика 1.

Для определения глубины залегания трубопровода переключатель 11 переводят во второе (среднее) положение, Глубина залегания трубопровода определяется по индикатору 12, когда база расположена параллельно поверхности грунта, а датчик 1— над осью трубопровода в азимутальном направлении. В этом случае и

Н2 (1)

Нз где L — длина базы 13;

1746320! в = 2_#_1 Н1 —, Нг

Нз

Следовательно, если выполнить условие, что k4kskaqnkqan иоит $1W1 численно раано 2 aL, то показание индикатора 12 Оиид(() совпадает со значением тока l в трубопроводе.

Амплитудный детектор 5 (6 и 7) содержит дозирующий 16 и накопительный 17

10 конденсаторы, усилитель 18 постоянного тока, ключевые диоды 19 и 20 и разрядный резистор 21.

Принцип действия амплитудного детектора при поступлении на его вход синусои15 дального напряжения описывается дифференциальным уравнением

Сн — — -1 fî Сд 2 0т — д ., (31

20 где С>, Сд — емкости накопительного 17 и дозирующего 16 конденсаторов соответственно;

UA,o(t) — значение выходного напряжения амплитудного детектора;

fo — частота входного синусоидального напряжения;

R — сопротивление разрядного резистора 21.

Решение линейного дифференциального уравнения (3) при начальном условии

Од.о.(0) = Uo имеет вид:

E2 =. софо,ит $2уугН2;

Ез = й)/с„ит $ЗИ/ЗНЗ, (2) 50

0HH4(l) - k4kskAgnkqanpo/4т $1М 1Н1 —, Нз

Н2 и Нз — компоненты напряженности переменного магнитного поля, принимаемого катушками датчиков 2 и 3 соответственно, Показание индикатора 12 при определении глубины залегания трубопровода определяется согласно выражения

ks Е2

Оинд = — Ь ЦП вЂ” koran Ео, кт Ез где ks, k7 — постоянные коэффициенты пропорциональности, определяемые параметрами элементов амплитудных детекторов 6 и 7 соответственно; . karen, k n — коэффициенты преобразования АЦП 9 и ЦАП 10;

Ео — значение напряжения на выходе источника 8;

Е2, Ез — значения ЭДС, наведенных.во втором и третьем датчиках..

Если учесть, что где со —. круговая частота; ,ио ит — магнитные проницаемости воздуха и сердечника, на котором намотаны катушки датчиков 2 и 3;

$2, $З-средняя площадь витка катушки, И/г = ЧЧЗ количество витков в катушках датчиков 2 и 3, то

UHH4(t) = kaqnkqAnEp я-, Нг . з т.е. значение Оиид пропорционально глубине h залегания трубспровода.

Если принять, что kqankaqnE, численно равно L, то выражение (2) сводится к (1), следовательно, индикатор 12 показывает значение глубины в единицах L.

Измерение тока! в трубопроводе производится при установке переключателя 11 в третье (нижнее) положение. В этом случае показание индикатора 12 определяется выражением где k4 — коэффициент усиления усилителя 4;

ks — коэффициент пропорциональности, определенный параметрами элементов амплитудного детектора 5.

Как известно из (2) величина тока 1, протекающего по трубопроводу, определяется из выражения

Од.o. (t) = КоОв (1 exp())+

+ Оо ехр (- -), t где l4 = 2f CAR — масштабный коэффициент; г= RCH — постоянная времечки, характеризующая инерционность амплитудного детектора.

После окончания переходного процесса на выходе амплитудного детектора устанавливается постоянное напряжение

UA.0.() КоОе т..е. прямо пропорциональное амплитуде входного синусоидального напряжения.

Устройство может быть дополнительно снабжено четвертым датчиком и соединенным с ним нуль-индикатором. Четвертый датчик можно установить перпендикулярно к первому датчику, жестко е ним соединить и сориентировать таким образом, чтобы ось чувствительности этого четвертого датчика (датчика оси трубопровода) проходила через середину первого датчика параллельно третьему датчику. Это позволяет по нуль-индикатору контролировать положение оси

1746320 трубопровода (без постановки переключателя в верхнее положение) и обеспечивает возможность непрерывного измерения величины тока (или расстояния до трубы) при перемещении вдоль магистрального трубопровода, Измерение предлагаемым устройством распределения тока вдоль трубопровода позволяет судить о состоянии изоляционного покрытия трубопровода и делать выводы об эффективности работы антикоррозионной защиты на различных участках магистрали. Очевидно, что устройство может быть использовано и для поиска трассы-протяженного токопровода, измерений тока и координат токопровода в отдельных пунктах трассы, что часто требуется при проведении строительных и ремонтных работ, а также при регулировке режима работы станций катодной защиты.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения токов в подземных магистральных трубопроводах, содержащее первый, второй и третий однокомпонентные датчики магнитного поля, связанные жесткой базой между собой.и расположенные в плоскости, перпендикулярной трубопроводу, последовательно соединенные с первым датчиком усилитель и первый амплитудный детектор и индикатор, причем оси чувствительности первого и второго датчиков параллельны и направлены вдоль связывающей их жесткой базы, а третий датчик перпендикулярный второму датчику и образует с ним двухкомпонентную систему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности.. измерений, оно дополнительно содержит второй и третий амплитудные детекторы, источник постоянного напряжения, аналого-цифовой и цифроаналоговый преобразо5 ватели и переключатель на два направления и три положения, при этом входы второго и третьего амплитудных детекторов подсоединены к выходам второго и третьего датчиков магнитного поля соот10 ветственно, выходы второго и третьего амплитудных детекторов соединены с, аналоговым и опорным входами аналогоцифрового преобразователя, к выходу первого амплитудного детектора подключены

15 объединенные неподвижные контакты третьего положения первого направления и первого положения второго направления переключателя, аналоговый вход цифроаналогового преобразователя соединен с

20 подвижным контактом первого налравле- ния переключателя, вход синхронизации цифроаналогового преобразователя соединен с выходом "Конец преобразования" аналого-цифрового преобразователя, ин25 формационные входы цифроаналогового преобразователя подключены к цифровым выходам аналого-цифрового преобразователя, выход цифроаналогового преобразователя подключен к объединенным

30 неподвижным контактам второго и третьего положений второго направления переключателя, обьединенные неподвижные контакты второго и третьего положений первого направления переключателя соеди35 нены с выходом источника постоянного напряжения, а подвижный контакт второго направления переключателя подсоединен к входу индикатора..