Зонд для измерения магнитной восприимчивости и удельной электропроводности (его варианты)

Номер патента: 1231448

Авторы: Уральский, Кудрявцев, Микляев

Скачать ZIP архив.

Текст

.8)етельстЧ 3/18,ельствоЧ 3/18 о СССР1970.СССР16.07 ЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСЕЛЬНОИ ЭЛЕКТРОПРОИАНТЫ)(54) ЗОНД ДЛЯ ИЗМ ПРИИМЧИВОСТИ И УД ВОДНОСТИ (ЕГО ВАР (57) Изобретение вано при измерени ристик горных пор стенках горных вь и т.д. Цель изобр точности измерени может быть использои заданных характеод в обнажениях, наработок, в скважинахетения - повышениея. Устройство содерГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ А ВТОРСНОМУ СВИ(51) 4 С 01 М 27/72, С 01 к 33/1 жит ферромагнитный сердечник (С) 1, намагничивающую обмотку 2, коммутирующую обмотку 3, приемную катушку, включающую обмотку 4 и С 7, компенсационную катушку, содержащую обмотку 6, С 7 и обмотку 8 балансирующей катушки,Р Измерительная схема 16 образована усилителем 12, выпрямителем 13 и регистратором 14. Предусмотрен второй вариант выполнения устройства, отличающийся от первого введением балансирующего резистора 10 и наличием С 9 балансирующей катушки. Введение балансирующих резистора и катушки в одном варианте конструкции устройства и размещение балансирующей катушки на щ С 7 компенсационной катушки в другом варианте позволило на порядок снизить уровень помех на приемной катушке, а погрешность измерений - на 10-207. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.М 5 20 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано. в геофизике при измерении магнитной восприимчивости и удельнойэлектропроводности горных пород в обнажениях, на стенках горных выработок,в скважинах, на дне моря, в образцах,а также при опробовании руд черныхметаллов.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет снижения нестабильности емкостных токовприемной катушки и наводок в ней, атакже повышения степени компенсациимагнитного момента сердечника приемной катушки в присутствии неоднородной среды,На фиг. 1 и 2 изображены схемы зонда по первому и второму вариантам; нафиг.3 - расчетный график геометрического фактора зонда,Генераторная катушка зонда содержит ферромагнитный сердечник 1, на-магничивающую обмотку 2 и коммутирующую обмотку 3 (фиг. 1,2), Приемная катушка имеет обмотку 4 и ферромагнитный сердечник 5, а компенсационная катушка - обмотку б и ферромагнитный сердечник 7, Обмотка 6 компенсационной катушки соединена согласно с обмоткой 4 приемной катушки в замкнутую компенсационную цепь, в которую также входят обмотка 8 балансирующей катушки индуктивности с замкнутым ферромагнитным сердечником 9 и балансирукяций резистор 10 (фиг.1). Намагничивающая обмотка 2 генераторной катушки подключена к генератору 11 синусоидаль ного напряжения, а обмотка 4 приемной катушки - к входу усилителя 12, выход которого соединен с входом синхронного выпрямителя 13. К опорному входу синхронного выпрямителя 13. подключена коммутирующая обмотка 3 генераторной катушки. Выход синхронного выпрямителя 13 соединен с регистратором 14. Блок питания 15 подключен к генератору 11 и усилителю 12. Таким образом, измерительная схема 16 образована последовательно соединенными усилителем 12, выпрямителем 13 ирегистратором 14.Устройство работает следующим образом.В результате протекания переменного синусоидального тока генератора 11 через намагничивающую обмотку 2 генераторной катушки в окружающем пространстве создается переменноемагнитное поле. Это поле индуцирует ЭДС в обмотках 4 и 6 приемной и компенсационной катушек. Обе эти ЭДС,деиствующие в одном направлении, создают ток в замкнутой компенсационной цепи. В воздухе в отсутствие исследуемой среды падение напряжения, появляющееся при протекании тока на полном сопротивлении приемной катушкис обмоткой 4, компенсирует ЭДС этойкатушки. Предварительная настройка амплитуды и фазы компенсационноготока производится подбором параметров балансирующей катушки с обмоткой 8 исопротивления резистора 10. В этомслучае полное напряжение на обмотке4 приемной катушки близко к нулю, аее ферромагнитный сердечник 5 оказывается раэмагниченным, так как в объеме сердечника 5 магнитное поле токакомпенсирует магнитное поле генераторной катушки. В присутствии исследуемой среды компенсация нарушается и на обмотке 4 приемной катушки появляется сигнал, который имеет реактивнуюсоставляющую, пропорциональную магнитной восприимчивости. среды, и активную составляющую, пропорциональнуюЗО удельной электропроводности среды. Этот сигнал поступает на усилитель 12, а эаФем на синхронный выпрямитель 13, который при измерении магнитной восприимчивости подавляет активную составляющую сигнала и выпрямляет его реактивную составляющую, апри измерении удельной электропроводности - наоборот, Выпрямленный сигналфиксируется регистратором 14. Исследуемая геологическая среда обычно слабомагнитна и плохо проводит электрический ток. Сигнал на обмотке 4 приемной катушки, появляющийся под воздействием такой среды, весьма мал по сравнению с полной ЭДС приемной катушки. Таким образом, как в воздухе, так и и присутствии среды напряжение на обмотке 4 приемной катушки сохраняется практически на нулевом уровне, а ее сердечник 5 остается раэмагниченным, При таких условиях почти отсутствуют емкостные токи в обмотке 4 приемной катушки и нет взаимодействия ее ферромагнитного сердечника 5 со средой. Кроме того, значительно уменьшается влияние внешних помех на приемную катушку, параллельно которой подключена цепь иэ обмо з 123 ток 6, 8 и резистора 1 О.,Все это повышает точность измерений.Напряжение на приемной катушке выражается на основании закона Ома в комплексной форме5ф (1)и = Е.,-т СЗы" и+.Рп 1где 6 - напряжение на приемной катушке;Е- ее ЭДС; 1 О Ь и К- соответственно индуктивностьи активное сопротивление приемной катушки;1 - сила тока в компенсационнойцепи; 15Я - круговая частота тока.Сила тока определяется также с помощью закона Ома, примененного в замкнутой компенсационной цепи с учетом согласованного включения приемной и компенсационной катушекЕпфЕк (2)пф к)ди+ Р ио 1 к ф Р к где Е - ЭДС компенсационной ка- Итушки;Ь и К - полная индуктивность иполное активное сопротивление последовательновключенных компенсацион- З 0ной катушки с обмоткой б,балансирующей катушки собмоткой 8 и балансирующего резистора 10. В общем случае ЭДС приемной и компен 35 сационной катушек выражаются соотношениями:Еп= Епоф д ЕпЕк - Еко+ д Ек1 гдетоо, Гко - ЭДС катушек в воздухе;дЕ, д Е" - приращения ЭДС под воздействием исследуемой среды.На основании формул (1), (2) и (3) напряжение на приемной катушке сос- тавляет1448 4 Как видно иэ формулы (5) требование нулевого напряжения в воздухе 0 = О о К Кп Ь(7) В соответствии с этой формулой для обеспечения баланса фаэ необходимо равенство добротностей приемной катушки и цепи, образованной катушками с обмотками 6 .и 8 и резистором 10юЬ, аЬй (8)Кк Кп При выполнении условия (7) формула(9)о по Обращение правой части равенства (9) в ноль происходит при выполнении второго амплитудного условия балансаЕ(10)по которое выражает требование равенства параметра о отношению ЭДС компенсационной и приемной катушек. При этом оба условия баланса представляются одним соотношением (7), при соблюдении которого достигается наибольшая глубина компенсации ЭДС приемной катушки.Из формулы (5) при подстановке в нее условий (7) получается выражение для сигнала, появляющегося под воздействием исследуемой среды соблюдается при выполнении двух условий баланса. Фазовое условие балансавыражает равенство отношений как индуктивности Ь и Ь, так и активныхсопротивлений К и Кд одному и томуже безразмерному параметру ,.Приняв дЕ= дЕ= О и предполагая практическое постоянство величин индуктивностей Ь, Ьк и активных сопротивлений К, К, получаем выражение для напряжения на приемной катушке в воздухе(5)Лпо Еко 5 о и+ "и)0 =Ея 1.ф РпооЬкР Общий знак в формуле (11) изменяется на обратный при заземлении другого вывода обмотки 5 приемной катушки. Использование при выводе формулы (11) предположения о постоянстве индуктивЙости Ь и активного сопротивления Кп оправдано пренебрежимо малым воздействием среды на параметры приемной катушки с размагниченным ферромагнитным середечником 5. Постоянство же величин Ьк и К достигается, нап(14) 5 1231 ример, удалением компенсационной катушки от среды на расстояние, при котором воздействием среды на эти величины можно также пренебречь. При этом уменьшается и приращение ЭДС д Е по5 сравнению с приращением ь ЕТот же результат получится, если отказаться от использования сердечника 7 в компенсационной катушке, разместив ее обмотку 6 на сердечнике 1 генераторной катушки (не показано), Необходимая величина компенсационной ЭДС Е в этом случае достигается при очень малом количестве витков обмот:ки 6, индуктивность которой оказывается пренебрежимо малой.по сравнению с индуктивностью катушки, имеющей обмотку 8. Кроме того, величина ЭДС Е, образуемая в результате трансформации в обмотку компенсационной катушки стабилизированного по амплитуде синусоидального напряжения генерато- ра 11, остается неизменной и в присутствии среды. Таким образом, ьЕ = 0 и из формулы (11) следует выра жение/П=- --- -ьЕ (12) 1 +о слабления о действи их элемен елик и оц+и) вания обм ушка имее тушкой фо ной йрониц а 7 ико о фаэовое 1 вып ким образ балансир удное усл ом значен приемной в воздухеКак видно, коэффициент о30 ЭДС ьЕ из-за шунтирующегя на приемную катушку друг тов компенсационной цепи нев енивается величиной И (1Если за счет использо отки 8 компенсационная кат т35 одинаковые с приемной ка Рму размеры, величину магнит аемости материала сердечник личество витков обмотки, тусловие баланса (7) приолняется автоматически. Та ом, отпадает необходимость вщем резисторе 10. Амплит овне баланса (10) при укаэанн4соблюдается, если ЭДСи компенсационной катушекодинаковыЕо Епо50 что достигается расположением катушек 6 и 8 на одном сердечнике 7 (фиг.2). В этом случае согласно соотношению (11) сигнал, появляющийся под воздействием среды, составляет половину разностного приращения ЭДС55 б = 0,5 (ьд - ьЕк )448 Ь Благодаря идентичности компенсаци,онной и приемной катушек и их парал 1 лельному соединению увеличивается стабильность компенсации и обеспечивается размагничивание не только сердечника 5 приемной катушки, но и сердечника 7 компенсационной катушки.Кроме того, при параллельной ориентировке осей приемной и компенсационной катушек влияние внешней однородной помехи согласно формуле (14) полностьк исключается. Все это повышаетточность измерений. Для экспериментальной проверки предлагаемого устройства был изготов лен макет зонда из одинаковых приемной и компенсационной катушек, гене"раторная катушка отличалась от них лишь количеством витков. Оси всех катушек были параллельны, а их центры располагались в плоскости, перпендикулярной осям. Расстояния от оси генераторной катушки Р и 2 до осей приемной и компенсационной катушек были одинаковы и совпадали с длиной каждой катушки (1 = 1 = 34,5 мм). Угол между плоскостями, проходящими через ось генераторной катушки и соответственно через оси каждой из двух других катушек, составлял 90о При питании генераторной катушки синусоидальным напряжением 1,5 В, частотой 1000 Гц в приемной и компенса" ционных катушках в воздухе индуцировались практически одинаковые ЭДСГщ = = Е = 0,58 В. При согласном соединении компенсационной и приемной катушек в замкнутую компенсационную цепь ЭДС небаланса составила лишь 1,6 мВ, в дальнейшем она была скомпенсирована на входе. усилителя. Почти полное отсутствие напряжения на выводах параллельно соединенных приемной и компенсационной катушек свидетельствует о размагниченном состоянии их сердечников, отсутствии емкостных токов и о глубокой компенсации ЭДС катушек в воздухе. Благодаря взаимному шунтированию обеих катушек существенно снизилось влияние внешних помех, причем однородная помеха полностью устранялась. Измерения с макетом зонда.)также показали высокую стабильность компенсации, так как параметры идентичных катушек с измерением внешних условий, например температуры, изменяются одинаковым образом, в результате чего сохраняются условия балан(15) ьЕ =Е,(;ж 71231 са. В качестве модели магнитной среды использовалась масса глауконитового песчаника с магнитной восприимчивостью Ж = 1320 " 15 . При измерении-5разностного приращения ЭДС ь Е =ьЕ -ОЕ оси генераторной и приемной катушек располагались на одинаковом расстоянии Ь от плоской поверхности модели. Результаты измерений сопоставлялись с теоретической формулой 10 где С - геометрический фактор, характеризующий влияние геометрических ус ловий измерения. На основании этой формулы вычислялись экспериментальные значения геометрического фактора для различных расстояний Ь. На фиг.З изображен расчетный график геометричес кого фактора макета зонда как функция отношения Ь/1 , точками обозначенынэкспериментальные значения С. Совпадение теоретических и экспериментальных данных свидетельствует о высоких 25 метрологических характеристиках зонда, обусловленных отсутствием взаимодействия со средой размагниченных сер. дечников приемной и компенсационной катушек. 30аким образом, предлагаекай зонд позволит повысить точность измерения благодаря исключению взаимодействия ферромагнитного сердечника приемной катушки со средой, уменьшению емкост ных токов, а также снижению влияния внешних помех и неоднородности среды, За счет устранения указанного взаимодействия относительная погрешность измерения, оцениваемая отношением геометрического фактора приемной катушки к геометрическому фактору системы генераторная катушка - приемная . катушка, снижается на 10-202.Экспериментальные исследования 45 показали, что с переходом от известного зонда к предлагаемому, уровень помех на приемной катушке в лабора 448 8торных условиях снижается более чем на порядок. Соответственно уменьшается и абсолютная погрешность измеФормула изобретения 1. Зонд для измерения магнитной восприимчивости и удельной электропроводности, содержащий генераторную катушку, приемную катушку с ферромагнитным сердечником, последовательно соединенную с компенсационной катушкой, и измерительную схему, первая входная клемма которой соединена с первым выводом цриемной катушки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены балансирующие резистор и катушка, приемная и компенсационная катушки соединены согласно между собой и последовательно с балансирующим резистором и катушкой в цепь, начало и конец которой объединены, а второй вывод приемной катушки соединен с второй входной клеммой измерительной схемы.2. Зонд для измерения магнитной восприимчивости и удельной электропроводности, содержащий генераторную катушку последовательно соединенные приемную и компенсационную катушки с ферромагнитным сердечником и измерительную схему, первая входная клемма которой соединена с первым выводом приемной катушки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него ,введена балансирующая катушка, размещенная на ферромагнитном сердечнике компенсационной катушки,.приемная и компенсационная катушки соединены согласно между собой и последовательно с балансируняцей катушкой в цепь, начало и конец которой объединены, а второй вывод приемной катушки соединен с второй входной клеммой измерительной схемы.1231448 Яие.2 ф/ге фиг 5 оставитель С.Шумилишскаяехред И.Гайдош Корректор М.Дем Редактор Н.Слободяник Заказ 2559/49В Подписноеомитета СССР Тираж НИИПИ Государст по делам изоб 13035, Москва, ен ного етений -35, Р и открытииушская наб д. 4/ Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Смотреть

Заявка

3691656, 06.01.1984

ЛГУ ИМ. А. А. ЖДАНОВА

КУДРЯВЦЕВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ, МИКЛЯЕВ ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, УРАЛЬСКИЙ ЛЕВ НИКОЛАЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 27/72, G01R 33/12

Метки: удельной, его, магнитной, варианты, зонд, восприимчивости, электропроводности

Опубликовано: 15.05.1986

Код ссылки

<a href="http://patents.su/6-1231448-zond-dlya-izmereniya-magnitnojj-vospriimchivosti-i-udelnojj-ehlektroprovodnosti-ego-varianty.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Зонд для измерения магнитной восприимчивости и удельной электропроводности (его варианты)</a>

Похожие патенты