Устройство для измерения магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды

 

Союз Советскин

Социалистическин

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву NÃ 693315 (22) Заявлено 24. 06. 80 (2! ) 2945222/18- 25 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет

Опубликовано 30. 06. 82. Бюллетень.№ 24

Дата опубликования описания 30.06.82 (51) М. Кл.

G 01 Ч 3/26

3Ъеударстеенный комнтет

СССР но делам нэабретеннй н открытнй (53} УДК550. .837(088.8) (72) Авторы изобретения

Э. И. Арш и В. С. Хандецкий

Днепропетровский ордена Трудового ГфЖ питт о=8намащ государственный университет им. 300-летия воссоединения

Украины с Россией (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ

ВОСПРИИМЧИВОСТИ И УДЕЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

СРЕДЫ

Изобретение относится к измерениям магнитной восприимчивости сред и предназначено для выделения магнетитовых руд и определения в них содержания железа при опробовании скважин, стенок горных выработок, оценки качества рудной массы в навалах и вагонетках.

По основному авт. св. 693315 известно устройство для измерения магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды, содержащее источник синусоидального напряжения с целью автоматической регулировки усиления (АРУ), усилитель, по меньшей мере один синхронный выпрямитель с цепью опорного напряжения, регистратор, зонд, который имеет генераторную катушку с ферромагнитным сердечником, первичной и вторичной компен- 2о сационной обмотками, намотанными равномерно в пределах длины ферромагнитного сердечника, приемную катушку, трансформатор тока с первичной и вто2 ричной компенсационной обмотками и балансирующую обмотку, причем первичные обмотки генераторной катушки и трансформатора, тока соединены последовательно и подключены к источнику синусоидального напряжения, вторичные компенсационные обмотки включены последовательно и выполнены с соотношением витков, при котором от-. ношение индуцируемых в них ЭДС равно отношению магнитных моментов ферромагнитного сердечника генераторной катушки и ее первичной обмотки, на генераторной катушке равномерно в пределах длины ферромагнитного сердечника и на трансформаторе тока разме" щена, по меньшей мере по одной управляющей обмотке, выполненной с тем же соотношением витков, что и у компенсационных обмоток, соединенных последовательно и подключенных к входам цепи автоматической регулировки усиления и цепи опорного напряжения, а балансирующая обмотка раэме3 9401 щена на генераторной катушке и подключена к резисторному делителю напряжения, выход которого соединен последовательно с приемной катушкой и вторичными компенсационными обмотками генераторной катушки и трансформатора тока.

К достоинствам указанного устройства следует отнести наличие цепи обратной связи, осуществляющей авто; матическую регулировку усиления в источнике гармонического напряжения, что позволяет увеличить стабильность амплитуды напряжения генераторной катушки и, соответственно, снизить амплитудно-фазовую погрешность синхронных выпрямителей.

Однако так как управляющая обмотка го и первичная обмотка генераторной катушки расположены на одном ферромагнитном сердечнике в пределах его длины, то изменение фазы напряжения на управляющей обмотке происходит не только за счет изменения фазы магнитного момента генераторной катушки под влиянием электропроводности сре-,i ды, но и за счет внесенного в управляющую обмотку активного сопротивлезо ния под влиянием электропроводности.

Кроме того, при изменении электромагнитных свойств среды, через которую замыкается поле сердечника, изменяется величина связи между первичной обмоткой генераторной катушки и управляющей обмоткой, что также приводит к дополнительным фазовым погрешностям. Наконец, из-за сильной связи первичной обмотки генераторной катушки с управляющей обмоткой изменение индуктивного и активного сопротивлений управляющей обмотки за счет внесенных сопротивлений сильно меняет фазу магнитного момента генераторной катушки, что также при- 45 водит к дополнительным фазовым погрешностям. Все эти составляющие фазовой погрешности особенно велики при контроле сред с большой электропроводностью. Фазовая погрешность может быть в значительной степени уменьшена, если скомпенсировать внесенные в первичную обмотку генераторной катушки и в управляющую обмотку активные сопротивления, связанные с влиянием электропроводности среды.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет компенса09 ции вносимых средой фазовых погрешностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды, содержащее источник синусоиадального напряжения с целью автоматической регулировки усиления, усилитель, по меньшей мере один синхронный выпрямитель с цепью опорного напряжения, регистратор, зонд, который имеет генераторную катушку с ферромагнитным сердечником, первичной и вторичной компенсационной обмотками, намотанными равномерно в пределах длины ферромагнитного сердечника, приемную катушку, трансформатор, тока с первичной и вторичной компенсационной обмотками и балансирующую обмотку, причем первичные обмотки генераторной катушки и трансформатора тока соединены последовательно и подключены к источнику синусоидального напряжения, вторичные компенсационные обмотки включены последовательно и выполнены с соотношением витков, при котором отношение индуцируемых в них ЭДС равно отношению магнитных моментов ферромагнитного сердечника генераторной катушки и ее перви ной обмотки, на генераторной катушке равномерно в пределах длины ферромагнитного сердечника и. на трансформаторе тока размещено по меньшей мере по одной управляющей обмотке, выполненной с тем же соотношением витков, что и у компенсационных обмоток, соединенных последовательно и подключенных к входам цепи автоматической регулировки усиления и цепи опорного напряжения, а балансирующая обмотка размещена на генераторной катушке и подключена к резисторному делителю напряжения, выход которого соединен последовательно с приемной катушкой и вторичными компенсационными обмотками генераторной катушки и трансформатора тока, введены автогенератор на полевом транзисторе, включающий два последовательно соединенных резистора и два последовательно соединенных конденсатора, и два управляемых резистора, выполненные на полевых транзисторах, причем сток полевого транзистора автогенератора подключен к точке соединения первичной обмотки генераторной катушки с источ940109 6 ником синусоидального напряжения, последовательно соединенные резисторы подключены между истоком полевого транзистора автогенератора и общей шиной, последовательно соединенные S конденсаторы подключены между стоком полевого транзистора автогенератора и общей шиной, точка соединения конденсаторов подключена к истоку полевого транзистора автогенератора, а точка соединения резисторов подключена к управляющим входам управляемых резисторов, соответственно подключенных параллельно первичной и вторичной компенсационной обмоткам генераторной катушки.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная электрическая схема зонда.

Устройство содержит источник 20

1 синусоидального напряжения с цепью

2 автоматической регулировки усиления, усилитель 3, синхронный выпрямитель 4, цепь 5 опорного напряжения, регистратор 6 и зонд 7, содержа- 2З щий генераторную катушку, имеющую ферромагнитный сердечник 8 цилиндрической формы, первичную обмотку 9 и равномерно распределенные в пределах длины ферромагнитного сердеч- Зо ника вторичные управляющую 10, компенсационную 11 и балансирующую 12 обмотки, приемную катушку с обмоткой

13, трансформатор тока, имеющий магнитопровод 14, первичную обмотку 15 и вторичные управляющую 16 и компенсационную 17 обмотки, резисторный делитель из сопротивлений 18 и

19, соединительные провода 20-25, . автогенератор на полевом транзисто- gO ре 26, два конденсатора 27 и 28, два резистора 29 и 30 и два управляемых резистора 31 и 32, выполненных на полевых транзисторах.

43

Первичная обмотка 9 генераторной катушки соединена последовательно с первичной обмоткой 15 трансформатора тока, образуя генераторную цепь.

Вторичные обмотки 10 и 16 соединены последовательно и образуют управляюSO щую цепь. Компенсационные обмотки

11 и 17 включены последовательно и встречно с обмоткой 13 приемной катушки. Балансирующая обмотка 12 генераторной катушки соединена реэис- >> торным делителем на сопротивлениях

18 и 19. Соединительными проводами

20 и 21 генераторная цепь соединена с выходом источника 1 синусоидального напряжения, проводами 22 и 23 управляющая цепь соединена со входами цепи 2 АРУ и цепи 5 опорного напряжения, проводами 24 и 25 приемная цепь соединена с усилителем 3. Сток полевого транзистора 26 автогенератора подключен к точке соединения первичной обмотки 9 генераторной катушки с источником 1 синусоидального напряжения. Исток транзистора

26 через два последовательно включенных резистора 29 и 30 соединен с общей шиной, а его затвор - непосредственно с общей шиной. Последовательно соединенные конденсаторы 27 и

28 включены между стоком и общей шиной, а точка их соединения с истоком полевого транзистора 26 автогенератора совместно с обмотками

9 и 15 генераторной цепи, полевым транзистором 26 и резисторами 29 и

30 образуют одноконтурный автогенератор гармонических колебаний, работающий в недонапряженном режиме. Управляемый резистор 31 подключен параллельно первичной обмотке 9 генераторной катушки, а управляемый резистор 32 подключен параллельно управляющей обмотке 10, размещенной на генераторной катушке. Управляющие электроды управляемых резисторов 31 и 32 подключены к точке соединения резисторов 29 и 30 в истоковой цени полевого транзистора 26 автогенератора.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 синусоидального напряжения токовое поле первичной обмотки 9 генераторной катушки и вторичное поле окружающей зонд среды совместно намагничивают сердечник 8. Магнитный момент генераторной катушки при этом складывается из магнитного момента феррома-.-. нитного сердечника 8 и магнитного мо мента первичной обмотки 9. Магнитный момент И определяет первичное поле, которое непосредственно действует на приемную катушку, а также намагничивает среду и индуцирует в ней вихревые токи, порождая тем самым вторичное поле среды. Вторичное поле среды, зависящее от величины магнитной восприимчивостиМ и электропроводности

Q среды, воздействует на приемн ю обмотку 13, создавая полезный сигнал, на генераторную обмотку 9, изменяя

7 9401 амплитуду и фазу магнитного момента, на управляющую обмотку 10, изменяя фазу передаваемого напряжения генераторной обмотки 9, за счет внесенного в обмотку 10.активного сопротивления, а также на ферромагнитный сердечник 8, изменяя величину связи между генераторной 9 и управляющей

10 обмотками. Управляющее напряжение с последовательно включенных обмоток 10 и 16 по проводам 22 и 23 поступает на вход цепи 2 АРУ, благодаря которой в пределах заданной точности поддерживается неизменной амплитуда этого напряжения путем ком- 15 пенсирующего изменения на проводах

2 0 и 21 напряжения источника 1. Одновременно стабилизируется амплитуда магнитного момента, сохраняя свое значение, существовавшее в воздухе. 20

В то же время под влиянием электропроводности среды в генераторную обмотку 9 вносится активное сопротивление, уменьшающее добротность контура источника синусоидального напряжения, 25 содержащего обмотку 9, и изменяющее фазу магнитного момента генераторной катушки. Уменьшение добротности контура автогенератора на полевом транзисторе 26, работающего в недонап- зв ряженном режиме, вызывает уменьшение истокового тока и, соответственно, уменьшение напряжения на управляющих электродах управляемых резисторов 31 и 32. При этом управляемые резисторы 31 и 32 увеличивают свое сопротивление и тем самым уменьшают шунтирующее действие на обмот ки 9 и 10 компенсируя в значитель1 ной степени внесенные в обмотки 9 и >

10 активные сопротивления. В качестве управляемых резисторов 31 и 32 использованы ИДП транзисторы со встроенным каналом и-типа. Таким образом обеспечивается компенсация зна- 4> чительной части паразитных фазовых сдвигов в устройстве. Управляющее напряжение по проводам 22 и 23 поступает на вход цепи 5 опорного напряже ния. В итоге происходит автоматическая подстройка фазы опорного напряжения на синхронном выпрямителе 4.

При высокоточных измерениях ЭДС, индуцируемая непосредственно моментом в обмотке 13 приемной катушки, компенсируется. Однако в присутствии среды величина ЭДС изменяется по амплитуде

09 8 и фазе в пределах точности стабилизации магнитного момента. Для предотвращения этих изменений ЭДС компенсируется напряжением, поступающим в при приемную цепь с обмоток 1) и 17 и пропорциональным величине магнитного момента. Настройка цепи компенсации производится выбором числа витков обмоток ll и 17. Точная компенсация осуществляется с помощью балансирующей обмотки 12 путем подбора сопротивлений резисторов 18 и 19.

Предлагаемое устройство позволяет более точно определять содержание железа в магнетитовых рудах за счет более полной коррекции влияния электропроводности руды. Устройство может быть использовано на месторождениях слабомагнитных железных руд, например сидеритовых, ильменитов.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитной восприимчивости и удельной проводимости среды по авт. св. ц 693315, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет компенсации вносимых средой фазовых погрешностей, в него введены автогенератор на полевом транзисторе, включающий два последовательно соединенных резистора и два последовательно соединенных конденсатора, и два управляемых резистора, выполненные на полевых транзисторах, причем сток полевого транзистора автогенератора подключен к точке соединения первичной обмотки генераторной катушки с источником синусоидаль-. ного напряжения, последовательно соединенные резисторы подключены между истоком полевого транзистора автогенератора и общей шиной, последовательно соединенные конденсаторы подключены между стоком полевого транзистора автогенератора и общей шиной, точка соединения конденсаторов подключена к истоку полевого транзистора автогенератора, а точка соединения резисторов подключена к управляющим входам управляемых резисторов, соответственно подключенных параллельно первичной и вторичной компенсационной обмоткам генераторной катушки.

940109

Составитель В. Майоршин

Редактор Н. Чубелко Техред К.Мыцьо Корректор Ю. Макаренко

Заказ 2/ Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал llllll "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,