Устройство для измерения удельной электропроводности пластичного вещества

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2498283:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам определения электрических свойств материалов, и может быть использовано для создания веществ, обладающих требуемыми зависимостями удельной электропроводности от давления, которые применяются, например, при оценке изменения во времени горного давления в породных массивах. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества. Технический результат достигается за счет возможности определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества от давления. Устройство включает диэлектрическую трубку, в один конец которой вставлена первая металлическая втулка с внутренней резьбой, в нее вкручен винт, а во второй ее конец вставлена вторая металлическая втулка с установленным на ней датчиком давления, подключенным кабелем к регистратору давления. Электродами являются первая и вторая металлические втулки, подключенные проводниками тока к регистратору сопротивления. Диэлектрическая трубка герметизирована. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к устройствам определения электрических свойств материалов, и может быть использовано для тестирования веществ, электропроводность которых зависит от давления, применяемые, например, при оценке изменения во времени горного давления в породных массивах.

Известно устройство для измерения удельного электрического сопротивления земли по патенту РФ №2284531, кл. G01R 27/08, опубл. в БИ №27, 2006 г., содержащее диэлектрическую трубу, токовые электроды, измерительные электроды. Диэлектрическая труба по периметру своего нижнего основания оснащена кольцевым токовым электродом, торец которого имеет пилообразную форму с зубьями, режущие острия которых расположены под углом 30-45° к линии, касательной к окружности трубы. На внутренней поверхности диэлектрической трубы расположен ряд кольцевых измерительных электродов, каждый из которых подключен самостоятельным проводником, заложенным в стенку диэлектрической трубы, к выводным контактам. На верхнем торце диэлектрической трубы установлены стойки для направления винтовой штанги с дисковым электродом и диэлектрической прижимной шайбой. Стойки выполнены разъемными и закреплены на трубе шарнирно с возможностью поворота в горизонтальное положение для использования их в качестве рукояток при вращении диэлектрической трубы во время погружения ее в землю и подготовки образца земли к измерениям.

В этом устройстве отсутствует возможность изменения внутри диэлектрической трубы давления и, следовательно, измерения удельного электрического сопротивления образца при разных давлениях, что обуславливает его низкую эффективность.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для измерения удельной электропроводности жидких сред по авт. свид. СССР №1684724, кл. G01R 27/22, G01N 27/07, опубл. в БИ №38, 1991 г., содержащее диэлектрическую трубку, первый, второй и третий измерительные электроды, первый и второй токовые электроды, первый и второй регистраторы напряжений, регистратор тока. Первый регистратор напряжений соединен с первым и вторым измерительными электродами. Первая клемма второго регистратора напряжений соединена с третьим измерительным электродом. Первая клемма регистратора тока соединена с первым токовым электродом. Первый и второй токовые и третий измерительный электроды соответственно расположены внутри диэлектрической трубки по ее длине. В устройство введены переменный резистор и диэлектрическая прокладка. Первый и второй токовые электроды выполнены в виде дисков. Диэлектрическая прокладка расположена между первым и вторым токовыми электродами. Первый и второй измерительные электроды расположены снаружи диэлектрической трубки соответственно под вторым токовым и третьим измерительными электродами. Вторая клемма регистратора тока соединена через переменный резистор со вторым токовым электродом, который соединен со второй клеммой второго регистратора напряжений.

В этом устройстве отсутствуют система измерения давления и механизм нагнетания в диэлектрическую трубку вещества, из-за чего оно не позволяет определять зависимости электропроводности испытуемой среды от создаваемого в ней давления. Кроме этого, оно может использоваться только для измерения электропроводности жидкостей, способных изменять свою форму под действием собственного веса. Поэтому это устройство обладает относительно низкой эффективностью.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности устройства за счет возможности его использования для определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества от давления.

Задача решается тем, что в устройстве для измерения удельной электропроводности пластичного вещества, включающем диэлектрическую трубку, электроды, проводники тока и регистраторы измеряемых физических величин, согласно предлагаемому техническому решению в один конец диэлектрической трубки вставлена первая металлическая втулка с внутренней резьбой, в которую вкручен винт, а во второй ее конец вставлена вторая металлическая втулка с установленным на ней датчиком давления, подключенным кабелем к регистратору давления, при этом электродами являются первая и вторая металлические втулки, подключенные проводниками тока к регистратору сопротивления, а диэлектрическая трубка герметизирована.

Устройство создано с целью совершенствования способов и средств обеспечения безопасной добычи полезных ископаемых подземным способом путем непрерывного контроля состояния породных массивов. В частности, оно требуется для реализации способа, в котором через скважины в породный массив внедряют пластичное вещество, электропроводность которого существенно зависит от давления, а затем фиксируют изменение горного давления во времени по изменению удельной электропроводности внедренного пластичного вещества. В связи с этим к устройству предъявляются требования создания в пластичном веществе давления, адекватного горному давлению в породном массиве, измерение этого давления и для конкретных его значений определение удельной электропроводности пластичного вещества. Требуемое давление обеспечивается тем, что вставленная в один конец диэлектрической трубки первая металлическая втулка с внутренней резьбой, в которую вкручен винт, позволяют дальнейшим вкручиванием винта создавать в помещенном в нее пластичном веществе давление до 100 МПа. Этого вполне достаточно, чтобы смоделировать горное давление для любых действующих в настоящее время горных предприятий. Измерение давления пластичного вещества внутри диэлектрической трубки достигается вставленной во второй конец диэлектрической трубки второй металлической втулкой с установленным на ней датчиком давления, подключенным кабелем к регистратору давления. Измерение удельной электропроводности пластичного вещества без дополнительных электродов обеспечивается использованием в качестве электродов первой и второй металлических втулок, подключенных проводниками тока к регистратору сопротивления. Герметизация диэлектрической трубки необходима для создания в ней требуемого давления. Таким образом, совокупность указанных признаков повышает эффективность устройства за счет возможности его использования для определения зависимости удельной электропроводности пластичного вещества от давления.

Целесообразно диэлектрическую трубку поместить в металлический цилиндр, состоящий из толстостенной металлической трубы с закрепленными на обоих ее концах посредством резьбового соединения накидными гайками с центральными отверстиями для пропуска концов соответственно первой и второй металлических втулок, при этом накидные гайки электрически изолировать от первой и второй металлических втулок диэлектрическими втулками с внешними кольцевыми выступами. Это повышает эффективность устройства за счет возможности измерения удельной электропроводности пластичного вещества во всем диапазоне изменения давления без применения дорогостоящих высокопрочных диэлектрических материал.

Целесообразно устройство снабдить системой стабилизации, изменения и измерения температуры. Это исключает бесконтрольное изменение температуры во время измерений, а также позволяет определять зависимость удельной электропроводности пластичного вещества не только от давления, но и от температуры, что существенно расширяет возможности и, следовательно, эффективность устройства.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором показан общий вид устройства для измерения удельной электропроводности пластичного вещества, продольный разрез.

Устройство (см. чертеж) для измерения удельной электропроводности пластичного вещества (далее - устройство) включает диэлектрическую трубку 1 (далее - трубка 1), в один конец которой вставлена первая металлическая втулка 2 (далее - втулка 2) с внешним кольцевым выступом 3 на конце и внутренней резьбой 4, в которую вкручен винт 5 с рукояткой 6 для вращения. Во второй конец трубки 1 вставлена вторая металлическая втулка 7 (далее - втулка 7) с внешним кольцевым выступом 8 на конце и установленным на ней датчиком 9 давления, подключенным кабелем 10 к регистратору давления (на чертеже не показан). Электродами являются втулки 2 и 7, подключенные проводниками 11 тока к регистратору сопротивления (на чертеже не показан). Трубка 1 герметизирована и помещена в металлический цилиндр, состоящий из толстостенной металлической трубы 12 (далее - труба 12) с закрепленными на обоих ее концах посредством резьбового соединения 13 накидными гайками 14 с центральными отверстиями (на чертеже не обозначены) для пропуска свободных от кольцевых выступов 3 и 8 соответствующих концов втулок 2 и 7. Втулки 2 и 7 электрически изолированы от металлического цилиндра диэлектрическими втулками 15 с внешними кольцевыми выступами 16. Трубка 1 заполнена пластичным веществом 17, удельная электропроводность которого зависит от давления. Устройство снабжено системой (на чертеже не показана) стабилизации, изменения и измерения температуры.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Включают регистраторы. С помощью рукоятки 6 вкручивают винт 5 во втулку 2 до ощущения сопротивления вкручиванию винта 5. В веществе 17 в зоне контакта с винтом 5 возникает давление, которое начинает перераспределяться по всему его объему. В отличие от жидкости, в пластичном веществе 17 выравнивание давления по всему объему происходит сравнительно длительное время, исчисляемое десятками минут и даже часами в зависимости от реологических особенностей пластичного вещества 17 и размеров вмещающей его полости. Дальнейшее вкручивание винта 5 во втулку 2 производят после практически полного прекращения изменений в показаниях давления и сопротивления. Далее винт 5 во втулку 2 вкручивают периодически с заданным интервалом времени и фиксированным числом оборотов, которые определяются экспериментально для каждого пластичного вещества в зависимости от поставленных условий. Показания давления и сопротивления после каждой их стабилизации записывают и затем используют при построении зависимости удельной электропроводимости пластичного вещества 17 от давления. Известны пластичные вещества 17, на удельную электропроводность которых оказывает влияние не только давление, но и температура. В таких случаях, их электрические свойства предполагается определять с использованием стандартной климатической камеры, содержащей систему стабилизации, изменения и измерения температуры. Устройство помещают в климатическую камеру, а измерение осуществляют по вышеприведенной методике с указанием лишь температуры, при которой они проводились. Затем находят соответствующие зависимости.

Отметим, что давление измеряют тензометрическим датчиком с соответствующим регистратором, а электропроводность определяют по величине электрического сопротивления, измеряемого мостом, одно из плеч которого выполнено в виде магазина эталонных резисторов. Объемное расширение устройства, обусловленное создаваемым внутри него давлением, не учитывают из-за его малого влияния, оцениваемого долями процента, на конечный результат.

Устройство предполагается использовать для подбора типа и процентного содержания компонентов пластичных веществ с зависимой от давления электропроводностью, которые представляют собой смеси графитового порошка и пластичного связующего, например, воска, смолы, солидола, сырой резины и т.д. Такие смеси, нагнетаемые под фиксированным начальным давлением в замкнутую полость, например герметизированный участок скважины, позволяют затем по изменению их удельной электропроводности оценивать изменение горного давления практически во всем диапазоне значений, проявляющихся на рудниках и шахтах.

1. Устройство для измерения удельной электропроводности пластичного вещества, включающее диэлектрическую трубку, электроды, проводники тока и регистраторы измеряемых физических величин, отличающееся тем, что в один конец диэлектрической трубки вставлена первая металлическая втулка с внутренней резьбой, в которую вкручен винт, а во второй ее конец вставлена вторая металлическая втулка с установленным на ней датчиком давления, подключенным кабелем к регистратору давления, при этом электродами являются первая и вторая металлические втулки, подключенные проводниками тока к регистратору сопротивления, а диэлектрическая трубка герметизирована.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диэлектрическая трубка помещена в металлический цилиндр, состоящий из толстостенной металлической трубы с закрепленными на обоих ее концах посредством резьбового соединения накидными гайками с центральными отверстиями для пропуска концов соответственно первой и второй металлических втулок, при этом накидные гайки электрически изолированы от первой и второй металлических втулок диэлектрическими втулками с внешними кольцевыми выступами.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено системой стабилизации, изменения и измерения температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехнических измерений, в частности к измерениям активного сопротивления обмоток различного электротехнического оборудования.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к аналоговому измерительному устройству защиты и автоматики, например омметру защиты, обладающему функцией определения сопротивления защищаемого объекта системы электроснабжения промышленной частоты f: линии электропередачи, блока трансформатор-линия электропередачи, генератора, двигателя и других объектов.

Изобретение относится к энергетике и, в частности, к строительству линий электропередачи, трансформаторных подстанций и других объектов. .

Изобретение относится к энергетике, в частности к строительству воздушных линий электропередачи. .

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании линейного токоограничивающего реактора/резистора на основе его модели.

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к антенно-фидерным устройствам ДКМВ диапазона. .

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при управлении линией электропередачи (ЛЭП), на основе ее Г-образной адаптивной модели, перестраиваемой по текущей информации о параметрах электрического режима ЛЭП.

Изобретение относится к энергетике, к строительству линии электропередачи и трансформаторных подстанций. .

Изобретение относится к энергетике и, в частности, к предпроектным изысканиям при строительстве объектов электроэнергетики, линий электропередачи. .

Изобретение может быть использовано для контроля материалов, изначально свободных и защищенных от водорода для космических аппаратов, активных зон водоохлаждаемых ядерных энергетических установок (ЯЭУ), вентиляторов двигателей самолетов, дисков турбин высокого и низкого давления, их планетарных редукторов и других изделий, подвергаемых наводороживанию в процессе производства и эксплуатации.

Изобретение относится к методам анализа физических и химических свойств биологических тканей и материалов биологического происхождения путем регистрации электрохимических параметров и математической обработки полученных данных и может быть использовано в пищевой промышленности для аналитического контроля (диагностики) и оценки показателей качества и безопасности продуктов питания и сырья для их изготовления, а также в медицине для диагностики различных заболеваний и оценки степени патологических изменений в тканях и органах.

Изобретение относится к области измерения электрофизических параметров жидкостей, а именно измерения электропроводности, диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь жидкостей, преимущественно электролитов в связи с изучением и контролем их состава и строения.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к сенсорам концентрации газов, и предназначено для селективного определения концентрации аммиака и некоторых его производных (например, гидразина и несимметричного диметилгидразина), и может быть использовано для медицинской диагностики, для экологического мониторинга в химической, нефтехимической, металлургической, холодильной, пищевой, электронной, авиакосмической и некоторых других областях промышленности.

Изобретение относится к исследованию свойств порошкообразных материалов по величине электропроводности или электросопротивления и может быть использовано для контроля качества материала в порошковой металлургии и пиротехнике.

Изобретение относится к области эксплуатации подземных и наземных металлических трубопроводов, а именно - к мониторингу их коррозионного состояния. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и средствам определения параметров газовой среды (температура, влажность, давление, расход, вакуум и т.п.).

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности для исследования пластов, определения их остаточной водонасыщенности, для оперативного контроля влажности на нефтепромысловых скважинах. Способ определения водонасыщенности керна и других форм связанной воды в материале керна включает приготовление образца из керна, экстракцию и высушивание образца, моделирование пластовых условий в образце керна, фильтрацию минерализованной воды через образец керна и последовательное измерение в процессе фильтрации промежуточных значений тока, проходящего через образец при подаче на него переменного напряжения, построение зависимости значения электрического сигнала от водонасыщенности образца керна, при этом дополнительно, согласно изобретению, перед измерениями керн изолируют тонкой диэлектрической оболочкой и помещают между электродами емкостной измерительной ячейки, а значения тока, проходящего через образец при различных значениях водонасыщенности (от 0 до 100%), определяют методом бесконтактной высокочастотной кондуктометрии, например методом нелинейного неуравновешенного моста, питаемого высокочастотным напряжением с частотой 2-10 МГц, на полученной зависимости значений электрического сигнала от водонасыщенности образца керна выделяют три области с различными значениями крутизны подъема графика с ростом водонасыщенности, а границы энергетически различных категорий связанной воды в керне, в том числе остаточной водонасыщенности, определяют как точки перегиба между упомянутыми областями с различными значениями крутизны сигнала. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений и упрощение процесса определения остаточной водонасыщенности керна с одновременным расширением области применения разрабатываемого способа, в частности и других форм связанной воды в материале керна. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх