Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 19) (П 1)5 001 227 О с ссс .,ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯА ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ертно ССР8(54) МЕРЕ 1 И (57) РОИЗ обретениеительной тносится к электожет быть ехнике и раздельно их величи зовано для мере ния нреэис Целью электричесивных и индиэобретени 1 ОМОЩЬЮ уктивн тчиков,ОВЫШЕНИЕ ляется Устройстрения ларам лектрот быть иэмередержит ован опротивьных эк2 енерато 5, част 7 упра ении не щью реор ло к эцовыи 9(ы ся новые измереЕЛ ОЕ одной ально одника и эк о пр го о экра опроводного кабеоды образцового0.1 - 10.и резисвходам соответстлючей 1.1-1.п, в ван Пе ля. 9 и из- торов 1 Е В рн мерителподклю троиства для параметров а фиг.2 ны мых ующих зимоавл комплексных величин;менные диаграммы, пояработы,врепринциг,люченыеля 2 яющи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Уфимский нефтяной инсгитут(56) Авторское свидетельство СН 765752, кл. С О 1 К 27/02, 197 УСТРОИСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗИЯ с 1 АРА 1 с 1 ЕТРОВ КОМПЛГКСНсХ ВЕЛИ Изобретение относится кизмерительной технике и мож использовано для раздельногния параметров комплексныхлений датчиков в гидротермал скважинах, а т:,кже лри изм электрических величин с го зистивных и индуктивных датЦелью изобретения являет шение точнОсти и обеспечени ния параметров п, где п число, комплексных величин соединительной линии.На фиг, приведена струк электрическая схема ус раздельного измерения точности и ооеспечение измерения параметров п, где г. - целое число,КОМГсЧРКСНЫХ ВЕЛИЧ 11 Н 11 О ОДНОЙ СОЕДИнительной линии. Отличием изс.,бретения является включение диода на входизмеригельных датчиков, что позволило ис 11 ользовать как положительную,так и отрицательную полуволны контрольного сигнала, сложение которыхпри обработке исключило влияние сиг.ала помехи; другой особенностьюяВЛяЕт я ИСПОЛЬЗОВаНИЕ траНС 1 сОрМатора с многопараметрической первичнойобмоткой и и вторичными 1 бмо 1 ками,соединенными, с и жесткими клапанами, что позволяет проводить измерРние ппараметров по одному кабел.о,2 ил. во для раздельного измеетров комплексных величин равляемые ключи 1.1 - ,и, ный однопроводный кабель р 3, диод 4, трансФормаотные клапаны 6.1 - 6.и, вления вычислитель 8, об- (В.,) и измерительные (К 2 ус К 11) РРЗИСТОРЫые сопротивления 11,1(Кк)) соответственно центсвязанные выходь 1 которых по к центральному проводнику кс эквивалентным сопротивлением 11.1и входу многопараметрической первичной обмотки трансформатора 5 черездиод 4.5Измерительным резистором 10.1 может являться терморезистор в Ьункции термометра. Измерительными резисторами 10.пи 10,п могут являться сопротивления двуплечевого тензорезисторного моста на упругой мембране (типа кремний на сапФире) серийно-выпускаемого датчика давления типа Сапфир , изменяющихся в Функциидавления среды. Причем раздельныевыводы резистора 10,пи резистора10,п такого двуплечевого моста подключены к раздельным входам управляемых ключей 1,пи 1,п соответственно, а другие выводы резисторов 10.п20и 10,п связаны с выводами резисторов9 и 10.п, 10.п и выходом многопараметрической первичной обмотки трансформатора 5 и дополнительно подключены через генератор 3 и эквивалентное сопротивление 11.2 экрана кабеля2 и к нулевой шине устройства. Вторичные обмотки трансдорматора 5 подключены через соответствующие частотные клапаны б.п к управляющим выводам 30соответствующих управляемых ключей1,п,Управляемые ключи 1,п предназначены для последовательной коммутациирезисторов 10.1 и 10.п и представляют 3собой тиристоры (магнитодиоды,герконовые реле и т.д,)Первичная обмотка трансформатора5 представляет собой обмотку электромагнита, сердечник которого магнитосвязан с упругим стержнем вибрационночастотного многофазного концентратомера примесей, работающего в трехразных частотных диапазонах: в первом частотном диапазоне (до 200 Гц)измеряется концентрация твердой фазы,во втором диапазоне (от 200 до3000 Гц) измеряется концентрацияжидкой дисперсной фазы (например,нефти в воде, или наоборот), а втретьем диапазоне (свыше 3000 Гц)гаэосодержание исследуемой среды.Каждый частотный клапан б.п предназначен для выработки управляющего единичного сигнала и выполнен в55вйде гребенчатого пассивного ЬСфильтра, выход которого через диодсоединен 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- на частоту 1800 Гц, а фильтр клапана б,п - на частоту 7200 Гц.Генератор 3 представляет собой эквивалент ЭДС помех Е 11, 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 микро- ЭВИ с алгоритмом вычислительных процедур измеряемых сопротивлений Кп резисторных датчиков и сопротивления Х 1, первичной многопараметрической обмотки трансформатора 5 когда Х 4Э2 и 1 1., где ш = 1, 2, 3 и 4 - коли чество Фиксированных частотных режимов с разными индуктивностями Ь. При одинаковых сопротивлениях КК(К ка " Ккя- Ккм управляе мых ключей при подключении образцового резистора выполняется условие+ Е (2)Вычитая из уравнения (2) уравнение (1) и сокращая эквивалентные члены нового уравнения, получают(4)Составляя иуравнений для остальных презисторов, аналогичные урав5 1622841 нению (2), и вычитая из каждого нового уравнения полученное уравнение (1), находят новое выражение,аналогичное (4).При использовании универсальнойиндексации уравнение преобразования для любого измерительного резистора представляется в следующем виде: Д" й(5) Ь 1 ДХ 1 в Принимая во внимание постоянство реактивного сопротивления кабеля 2 уравнение преобразования для первичной многопараметрической обмотки трансформатора 5 вначале находится в виде 01 = 1(Х + К+ К,+Ки) Ея (6) Вычитая иэ уравнения (6) уравнение (1), получают 1 Х - 1 КЬв(7)ДХ =ЫЛ /1(8)Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин работает следующим образом.При выработке блоком 7 управления униполярной пачки (длительностью р,) импульсов тока с частотой Г150 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 трансформатора 5 и вьделяется только с первого частотного клапана 6.1 единичным управляющим сигналом через время 1(эпюра Э 2, фиг,2), открывающим в прямом направлении первый управляемый ключ 1,1. Поэтому к проводнику кабеля 2 подключается образцовый резистор 9 (К),через который протекает импульсный ток отрицательной полуволны от исходного электрического сигнала. Поэтому в течение времени с р прол изводится преобразование индуктивноОткуда уравнение преобразованияпредставляется в слепующем виде: го Х и резистивного образцовогоИК сопротивлений в величины напряжений (или токов) отдельно при положительной и отдельно при отрицательнойполуволновых исходного электрического сигнала (эпюра Э), которые детектируются одновременно в блоке 7 управления в аналоговую форму сигналадля дальнейшего преобразования иобработки в вычислителе 8.Аналогично рассмотренному во втоРом цикле преобразования с блока 7управления вырабатываются униполярные импульсы (с длительностью пачки д) с частотой Г = 900 Гц,поположительной попуволне которогоизмеряется индуктивное сопротивление Х первичной обмотки трансф.р 20 магора 5 с помощью диода 4, а такжевырабатывается вторым частотно-избирательным клапаном 6,2 единичный управляющий сигнал (эпюра ЭЗ,фиг,2)через время С, открывающий в пря 25 мом направлении втсрой управляемыйключ 1.2. Поэтому в течени времениДпроизводится преобразованиесопротивления Х 1 при положительной полуволпе, а К- при отрицательной полуволне исходно.о электрического сигнала, обрабатываемые блоками 7 и 8 и т,д,Измерения резисторов Ки К яосуществляются в разное времял,я ллия по двум пачкам импульсов счастотами Г . - 800 Гц и Г- 7200 Гц (эпюра Э 1) при отрицательной полуволне, а при положительнойполуволне осуществляется измерение40 индуктивных сопРотивления Х ьиХ . . По величинам этих частот выра-,ььбатываются разновременные управляющие сигналы (эпюры 34 и 35 соответственно) через время задержки45 и ьдля подключения к проводникулкабеля 2 резисторов 1 О.пи О.п.При больших длинах кабеля 2 (свыше3 км) между разночастотными пачками импульсов используются пауз. дляповышения надежности работы :;редлагаемого устройства. формула изобретения Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин, содержащее коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом и выходом последова1622841 ФигЛ тельно соединенных образцового и первого измерительного резисторов, выходкоторого последовательно соединенчерез соединительную линию с блокомуправления и вычислителем, и измерительный индуктивный элемент, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности и обеспечения измерения параметров п, где и - целое число, комплексных величин по одной соединительной линии, введены и диод и частотных клапанов,1 15 коммутаторов, и - 2 измерительных резисторов, соединительная линия выполнена в виде экранированного однопроводного кабеля, измерительный индуктивный элемент выполнен в виде трансФорматора, который имеет многопараметрическую первичную обмотку ивторичных обмоток, коммутаторы выполнены в виде первого и второго ключей, причем вход диода соединенс центральным проводником экранированного однопроводного кабеля, а выход его - с входом многопараметрической первичной обмотки трансФорматора, управляющие входы каждого изи частотных клапанов соединены соответственно с выходами п вторичныхобмоток трансформатора, выходы ихсоединены соответственно с управляющими входами первого и второго ключей п/2 коммутаторов, входы первого и второго ключей п/2 - 1 коммутаторов соответственно соединены свходами иизмерительных резисторов,выходы которых объединены и соединены с общей точкой первого измерительного и образцового р:зистора иэкраном экранированного однопроводного кабеля, выход многопараметрической первичной обмотки трансФорматора соединен с обшей точкой измерительных резисторов.1622841 орректор С.Черни Подписно ри ГКНТ СССР е ка зводственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, ул. Гагарина, 10н н Составитель В.Ежоведактор М.Бобкова Техрел М Лоргентал Заказ 09 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, Рауш