Пристрій для контролю якості ізоляційного покриття труб

Пристрій для контролю якості ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труб, який містить джерело високої напруги, зондуючий електрод зі щіткою для забезпечення електричного контакту з торцем труби та контролюючий електрод зі щіткою для забезпечення контакту з поверхнею ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труби, які з'єднані послідовно з джерелом високої напруги, датчик положення труби, пристрій відключення джерела високої напруги та блок індикації, який відрізняється тим, що в нього введені низькоомний резистор високої напруги, два низькоомних резистори низької напруги, автоматичний ключ, включений паралельно двом низькоомним резисторам низької напруги, перемикач, магазин резисторів та польовий транзистор, стік якого з'єднаний з одним виходом перемикача, другий вихід якого з'єднаний з високопотенційним затискачем магазину резисторів, низькопотенційний затискач якого з'єднаний з витоком польового транзистора та заземлений, послідовно включені випрямляч, фільтр нижніх частот, перший диференційний підсилювач, підсилювач низької частоти, фазочутливий випрямляч та електричний Винахід відноситься до області вимірювання електричних характеристик матеріалів та може бути використаний для контролю якості ІЗОЛЯЦІЙНИХ покрить на поверхні труб на стадії їх виготовлення в заводських умовах та в процесі будівництва нафтогазопроводів У вигляді ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття, наносимого на труби в заводських умовах, частіше всього використовують поліетилен високого тиснення з клейовим прошарком з поліетиленового сополі інтегратор, вихід якого з єднаний із затвором польового транзистора, вхід випрямляча з'єднаний з середньою точкою з'єднання двох низькоомних резисторів низької напруги та входом першого вольтметра блока індикації, низькочастотний мультивібратор, вихід якого з'єднаний з керуючим входом автоматичного ключа та з керуючим входом фазочутливого випрямляча, блок опірних напруг, один вихід якого з'єднаний з другим входом першого диференційного підсилювача, другий диференційний підсилювач, перший вхід якого з'єднаний з виходом інтегратора, другий вихід підключений до другого виходу блока опірних напруг, приводи ЛІНІЙНОГО переміщення труби та її обертального руху, двоканальний самописець, один вхід якого з'єднаний з виходом першого диференційного підсилювача, другий вхід з'єднаний з виходом другого диференційного підсилювача, стрічкопротяжний механізм двоканального самописця кінематично з'єднаний з приводом ЛІНІЙНОГО переміщення труби, що механічно зв'язаний з контролюючим електродом та датчиком положення труби, електричний вихід якого з'єднаний з керуючим входом двоканального самописця, з керуючим входом приводу обертального руху труби та керуючим входом пристрою відключення джерела високої напруги, вихід якого з'єднаний з керуючим входом джерела високої напруги, між виходом якого та зондуючим електродом включений низькоомний резистор високої напруги, а другий вольтметр блока індикації підключений до виходу фазочутливого випрямляча меру Ці покриття відрізняються високою ударною МІЦНІСТЮ та хорошими діелектричними властивостями в широкому діапазоні температур Застосовують також багатошарові покриття, що містять шари епоксидної смоли, полівінілхлориду, поліуретану та неокрену, а також покриття на основі епоксидних порошкових композицій Захисні властивості ІЗОЛЯЦІЙНИХ покрить оцінюються перехідним опором ланцюга трубопровід -земля та електричною МІЦНІСТЮ ДЛЯ ЦИХ цілей викорис О со Ю СЧ 00 48253 товують прилади для виміру великих опорів та дефектоскопи електричного пробою (див Молдованов А И , Андрианов В Р , Молдованова Н Г Метрологическое обеспечение трубопроводного строительства-м Недра, 1984, стор 139) Відомий пристрій для контролю якості ІЗОЛЯЦІЙНИХ покрить труб (див Грибанов Ю И Измерения в высокоомных цепях -М -Л Энергия, 1967, стор 121-123), що містить джерело високої напруги, взірцевий високоомний резистор на високу напругу, два низькоомних резистори та вольтметр, при цьому опір ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття з першим низькоомним резистором утворює один високовольтний подільник напруги, високоомний взірцевий резистор з другим низькоомним резистором утворює другий високовольтний подільник напруги, а між низькоомними резисторами включений вольтметр При нульовому показнику вольтметра по значенню високоомного взірцевого резистора та по відношенню опорів низькоомних резисторів визначають опір ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття Проте нестабільність опору високоомного резистора внаслідок неминучих струмів втечі, впливу коронних розрядів, мікропробоїв та других дестабілізуючих чинників не дозволяє вірогідно оцінювати зміни опору ІЗОЛЯЦІЙНИХ покрить труб Крім того, ручне регулювання опорів низькоомних резисторів не дозволяє вимірювати опір ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття в процесі сканування поверхні труби Відомий також пристрій для контролю якості ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труб (див Технические средства диагностирования Справочник / В В Клюев, П П Пархоменко, В И Атрамчук и др Под общ ред В В Клюева-М Машиностроение 1989 с 594-596), який містить джерело високої напруги, зондуючий електрод зі щіткою для забезпечення електричного контакту з торцем труби та контролюючий електрод зі щіткою для забезпечення контакту з поверхнею ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труби, які з'єднані послідовно з джерелом високої напруги, датчик положення труби, пристрій відключення джерела високої напруги та блок індикації Крім того, пристрій включає формувач струмової ВІДСІЧКИ, підключений до джерела високої напруги, прилади світлової та звукової сигналізації, підключені до виходу формувача струмової ВІДСІЧКИ, формувач сигналу про дефект, підключений паралельно контролюючому електроду, а також дефектовідмітчик, лічильник дефектів та пристрій імпульсної сигналізації, підключений до виходів формувача сигналу про дефект Існуючий пристрій дозволяє виявляти дефекти в ізоляційному покритті по наявності електричного пробою повітряних проміжків між електродом, що контактує з поверхнею ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труби, та самою трубою Проте він не дозволяє незалежно вимірювати опір покриття, профіль зміни опору ізоляції по довжині труби, а також реєструвати зміни електричної МІЦНОСТІ покриття труби, тобто оцінювати захисні властивості ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття по всій поверхні труби В основу винаходу покладене завдання створення такого приладу для контролю якості ІЗОЛЯ ЦІЙНИХ покрить труб, в якому введення нових елементів та зв'язків дозволило б автоматично реєструвати зміни опору ізоляції та зміни и електричної МІЦНОСТІ по всій поверхні труби Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрій для контролю якості ІЗОЛЯЦІЙНИХ покрить труб, який містить джерело високої напруги, зондуючий електрод зі щіткою для забезпечення електричного контакту з торцем труби та контролюючий електрод зі щіткою для забезпечення контакту з поверхнею ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труби, які з'єднані послідовно з джерелом високої напруги, датчик положення труби, пристрій відключення джерела високої напруги та блок індикації, згідно винаходу, введені низькоомний резистор високої напруги, два низькоомних резистори низької напруги, автоматичний ключ, включений паралельно двом низькоомним резисторам низької напруги, перемикач, магазин резисторів та польовий транзистор, сток якого з'єднаний з одним виходом перемикача, другий вихід якого з'єднаний з високопотенційним зажимом магазину резисторів, низькопотенційний зажим якого з'єднаний з витоком польового транзистору та заземлений, послідовно включені випрямляч, фільтр нижніх частот, перший диференційний підсилювач, підсилювач низької частоти, фазочутливий випрямляч та електричний інтегратор, вихід якого з'єднаний із затвором польового транзистору, вхід випрямляча з'єднаний з середньою точкою з'єднання двох низькоомних резисторів низької напруги та входом першого вольтметру блоку індикації, низькочастотний мультивібратор, вихід якого з'єднаний з керуючим входом автоматичного ключа та з керуючим входом фазочутливого випрямляча, блок опорних напруг, один вихід якого з'єднаний з другим входом першого диференційного підсилювача, другий диференційний підсилювач, перший вхід якого з'єднаний з виходом інтегратора, другий вихід підключений до другого виходу блоку опорних напруг, приводи ЛІНІЙНОГО переміщення труби та її обертального руху, двоканальний самописець, один вхід якого з'єднаний з виходом першого диференційного підсилювача, другий вхід з'єднаний з виходом другого диференційного підсилювача, стрічкопротяжний механізм двоканального самописця кінематичне з'єднаний з приводом ЛІНІЙНОГО переміщення труби, що механічно зв'язаний з контролюючим електродом та датчиком положення труби, електричний вихід якого з'єднаний з керуючим входом двоканального самописця, з керуючим входом приводу обертального руху труби та керуючим входом пристрою відключення джерела високої напруги, вихід якого з'єднаний з керуючим входом джерела високої напруги, між виходом якого та зондуючим електродом включений низькоомний резистор високої напруги, а другий вольтметр блоку індикації підключений до виходу фазочутливого випрямляча Введення автоматичного ключа, включеного паралельно двом низькоомним резисторам низької напруги, управління ключом від низькочастотного мультивібратора дозволяє виявляти нерівність між опором ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття, котре визначає високовольтне плече подільника напру 48253 ги, та опором магазину резисторов або каналу польового транзистору, що входить в склад низьковольтного плеча подільника напруги Підключення до середньої точки сполучення двох низькоомних резисторов послідовно включених випрямляча, фільтру нижніх частот, диференційного підсилювача, підсилювача низької частоти, фазочутливого випрямляча та інтегратора дозволяє усувати виявлену нерівність впливом вихідної напруги інтегратора на затвор польового транзистора чи впливом на магазин резисторов по показанням другого вольтметра, підключеного до виходу фазочутливого випрямляча Введення другого диференційного підсилювача та блоку опорних напруг, виходи якого з'єднані з другими входами диференціиних підсилювачев дозволяє формувати різності напруги, які пропорцюнальні змінам ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труби та його електричній МІЦНОСТІ Введення в схему прилада двухканального самописця, підключеного до виходів диференціиних підсилювачів, стрічкопротяжний механізм якого кінематичне з'єднаний з приводом ЛІНІЙНОГО переміщення труби та контролюючим електродом, а також з датчикам положення електрода щодо труби, забезпечує запис зміни опору ізоляції та електричної МІЦНОСТІ залежно від довжини труби, що дозволяє реєструвати профіль зміни опору та електричної МІЦНОСТІ ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття по всієй поверхні труби На фігурі представлена структурна схема пристрою для контролю якості ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труб Пристрій містить джерело високої напруги 1, низькоомний резистор високої напруги 2, зондуючий електрод 3, щітку 4, трубу 5, ізоляційне покриття труби 6, щітку 7, контролюючий електрод 8, гнучкий кабель 9, потенційний зажим 10, низькоомні резистори низької напруги 11 та 12, перемикач 13, польовий транзистор 14, магазин резисторів 15, автоматичний ключ 16, низькочастотний мультивібратор 17, перший вольтметр 18, випрямляч 19, фільтр 20 нижніх частот, перший диференційний підсилювач 21, блок опорних напруг 22, підсилювач низької частоти 23, фазочутливий випрямляч 24, другий вольтметр 25, електричний інтегратор 26, другий диференційний підсилювач 27, двоканальний самописещ28, привод 29 ЛІНІЙНОГО переміщення, датчик положення ЗО, привод обертального руху 31 та пристрій відключення 32 Джерело високої напруги 1 через низькоомний резистор високої напруги 2 з'єднане з зондуючим електродом 3, щітка 4 якого контактує з поверхнею металевої труби 5 з ІЗОЛЯЦІЙНИМ покриттям 6 Щітка 7 рухомого контролюючого електроду 8 з'єднана через гнучкий кабель 9 з потенційним зажимом 10 подільника напруги, включаючого низькоомні резистори низької напруги 11 та 12, перемикач 13 та польовий транзистор 14, з яких останній може заміщатися перемикачем 13 магазином резисторов 15 Паралельно резисторам 11 та 12 включений автоматичний ключ 16, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом низькочастотного мультивібратора 17 До середньої точки з'єднання резисторов 11 та 12 підключений вольтметр 18 та послідовно включені випрямляч 19 та фільтр 20 нижніх частот Вихід фільтру 20 нижніх частот з'єднаний з одним входом диференційного підсилювача 21, другий вхід якого з'єднаний з одним з виходів блоку 22 опорних напруг До виходу диференційного підсилювача 21 підключені послідовно з'єднані підсилювач низької частоти 23, фазочутливий випрямляч 24 та вольтметр 25 До виходу фазочутливого випрямляча 24 підключений також електричний інтегратор 26, вихід якого з'єднаний із затвором польового транзистору 14 та одним з входів диференційного підсилювача 27, другий вхід якого з'єднаний зі другим виходом блоку 22 опорних напруг Вихід диференційного підсилювача 27 з'єднаний з одним входом двухканального самописця 28, другий вхід якого з'єднаний з виходом диференційного підсилювача 21 Стрічкопротяжний механізм самописца 28 кінематичне з'єднаний з приводом 29 ЛІНІЙНОГО переміщення, що механічно пов'язаний з контролюючим електродом 8 та датчиком положення ЗО Електричний вихід датчика положення ЗО з'єднаний з керуючим входом самописця 28, з керуючим входом приводу обертального руху 31 труби 5 та з керуючим входом приладу відключення 32, вихід якого з'єднаний з керуючим входом джерела високої напруги 1 Пристрій працює слідуючим чином Висока перемінна напруга Ui промислової частоти від джерела 1 високої напруги через низькоомний резистор 2 високої напруги, зондуючий електрод 3 та щітку 4 поступає на торець обертової труби 5 з ІЗОЛЯЦІЙНИМ покриттям 6 За допомогою щітки 7 та рухомого контролюючого електрода 8 напруга з поверхні ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття крізь гнучкий кабель 9 поступає на потенційний зажим 10 подільника напруги, що утворений низькоомними резисторами 11 та 12 низької напруги та каналом польового транзистору 14 Паралельно до резисторів 11 та 12 включено автоматичний ключ 16, що керується прямокутною напругою низькочастотного мультивібратора 17 з частотою Q, меншої частоти со змінної напруги (Q= 0 1 0 2со) Опір ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття б представляє собою високоомний резистор, що спільно з низькоомними резисторами 11, 12 та 14 утворюють комутаційний подільник напруги, коефіцієнт передачі якого визначається станом ключа 16 При розімкненому ключі в діленні напруги беруть участь всі послідовно включені резистори (11, 12 та 14 ), а при замкнутому КЛЮЧІ-ТІЛЬКИ резистор 14, що утворить з ІЗОЛЯЦІЙНИМ покриттям двоелементний подільник напруги Вихідна напруга подільника, що знімається з точки сполучення резисторів 11 та 12, поступає на вольтметр 18 та випрямляч 19, до виходу якого підключений фільтр 20 нижніх частот Внаслідок періодичного замикання ключа 16 коефіцієнт ділення подільника напруги змінюється від значення (ключ 16 розімкнений) RH k -= + R 2 + R 3 +R4 R U ! • до значення (ключ 16 замкнутий) (1) 48253 kg = R1+R4 R, (2) НЯ Rде R 1 - опір ізоляції 6, R2 и R3- опір низькоомних резисторів 11 т а 12, R4- опір каналу польового транзистору 14 Із-за періодичних змін коефіцієнту ділення комутаційного подільника на випрямляч 19 діють пакети змінних напруг тривалістю з амплітудами U^LVk'a, (3) и^Ц/ka, (4) де U r амплітуда високої перемінної напруги на трубі 5 При якісному ізоляційному покритті труби опір ізоляції Ri набагато більше ніж опір низькоомного резистора 2 Тому напруга на трубі практично дорівнює напрузі джерела 1 високої напруги Внаслідок випрямлення пакетів змінних напруг випрямлячем 17 та згладжування їх в фільтрі 18 утворяться імпульси постійних напруг з амплітудами, що пропорцюнальні амплітудам пакетів змінних напруг (3) та (4) Ці імпульси поступають на один вхід диференційного підсилювача 2 1 , на другий вхід якого поступає опорна напруга від блоку 22 опорних напруг В разі рівності амплітуд імпульсів вихідна напруга диференційного підсилювача компенсується опорною напругою, а вольтметр 18 зазначає напругу на трубі 5 з урахуванням коефіцієнту ділення комутаційного подільника напруги (кд = кд = кд) При нерівності амплітуд імпульсов (k5^k5) підсилювачем 22 низької частоти підсилюється напруга частоти комутації з амплітудою R3+K4 U3=kBky(•R1+R2+R3+R4 R1+R4 де kB- коефіцієнт передачі випрямляча 19 з урахуванням фільтру 20, ку- коефіцієнт підсилення підсилювача 23 з обліком диференційного підсилювача 21 Підсилена напруга з амплітудою U3 випрямляється фазочутливим випрямлячем 24, що керується напругою мультивібратора 17 Випрямлена напруга заряджає електричний інтегратор 26, вихідна напруга якого впливає на один вхід диференційного підсилювача 27, на другий вхід якого поступає опорна напруга від блоку 22 Одночасно вихідна напруга інтегратора 26 впливає на затвор польового транзистору 14, змінюючи опір каналу СТІК-ВИТІК Напрям регулювання опору R4 транзистору обрано вбік зменшення амплітуди перемінної напруги (5) При здобутку нульового значення перемінної напруги (ІІз=0) маємо R 3 +R4 R = R 4 (Q) R., + R 2 + R 3 +R4 1 +R4 Із рівності (6) слідує, що опір каналу стокісток польового транзистору 14 приймає значен -R U) Підставляючи значення опору R4 із (7) в рівняння (1) та (2), одержуємо k's=k; = k = - ^+ 1 (8) к з Із рівняння (8) видно, що автоматично дорівнюються коефіцієнти ділення комутаційного подільника напруги при двох положеннях автоматичного ключа 16 При цьому коефіцієнт ділення (8) не залежить від опору ізоляції Ri Тому вольтметр 18 показує значення напруги на трубі 5 незалежно від опору її ізоляції s Для визначення опору ізоляції транзистор 14 перемикачем 13 заміщується магазином резисторів 15 Опір магазину змінюється до тих пір, поки змінна, що складає напруги також не обернеться в нуль, що фіксується по нульовому показанню вольтметра 25 Із співвідношення (7) слідує, що опір ізоляції R 1 = ^ R 4 , (Ю) де R4 - опір градуйованого магазину резисторів 15 Таким чином за показаннями вольтметру 18 та магазину резисторів 15 визначаються початкові значення напруги на трубі 5 та початкове значення опору м ізоляції Для реєстрації мікропробоїв в ізоляції, що визначають її електричну МІЦНІСТЬ, та змін її опору по довжині труби включається двохканальний самописець 28, на входи якого подаються ВИХІДНІ напруги диференційних підсилювачів 21 та 27 Опорні напруги від блоку 22 встановлюються такими, щоб ВИХІДНІ напруги диференційних підсилювачів були нульовими Стрічкопротяжний механізм самописця 28 кінематично пов'язаний з приводом 29 ЛІНІЙНОГО переміщення контролюючого електрода 8 та з датчиком положення ЗО, що фіксує довжину труби 5 Одночасно з включенням самописця 28 включається привод 31 обертання труби 5 Внаслідок обертання труби та поступального руху контролюючого електрода, щітка 7 переміщується щодо ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труби по гвинтовій ЛІНИ Виявлення в процесі контролю мікропробої ізоляції типу сквозних пор, тріщин чи електропровідних вмикань, викликають появу відносно великого струму, який на опорі резистора 2 створює падіння напруги, а отже знижує напругу на трубі 5 Так як коефіцієнт ділення комутаційного подільника напруги не залежить від опору ізоляції, зміни напруги на трубі ВІДПОВІДНО ДО виразу (9) однозначно передаються на вхід диференційного підсилювача 21 Вихідна різністна напруга цього підсилювача, що пропорцюнальна зменшенню напруги на трубі із-за микропробоїв, реєструється першим каналом самописця 28 по мірі руху контролюючого електрода уздовж труби 48253 Зміни опору ізоляції викликають зміни коефіцієнту ділення комутаційного подільника напруги при двох станах ключа 16, а це в свою чергу викликає появу змінної складової напруги (5), яка після підсилення та випрямлення змінює заряд інтегратора 26 Перемикачем 13 знов в схему вводиться польовий транзистор 14 замість магазина резисторів 15 Зміни напруги на виході інтегратора змінюють опір каналу польового транзистору 14 та одночасно викликають появу різностної напруги на виході диференційного підсилювача 27 Вихідна напруга диференційного підсилювача 27 пропорційна змінам опору ізоляції труби та реєструється другим каналом самописця 28 Таким чином, по мірі руху контролюючого електрода уздовж труби по гвинтовій лінії на діаграмній стрічці самописця реєструється профіль електричної МІЦНОСТІ ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття та профіль зміни опору ізоляції по всій довжині труби При наближенні контролюючого електрода до протилежного торця труби 5 датчик положення 10 ЗО видає сигнал, який крізь пристрій відключення 32 знімає високу напругу з контролюючої труби, вимикає привод обертання труби 31 та спиняє стрічкопротяжний механізм самописця 28 Відтиск діаграмної стрічки самописця можна використовувати як сертифікат якості ІЗОЛЯЦІЙНОГО покриття труби Ширина контрольованої поверхні покриття визначається шириною щітки контролюючого електрода (100 150мм) при діаметрі трубопроводу 219 1420мм При швидкості переміщення електрода 0 25 0 3м/с, товщині покриття 0 5 6мм та зондуючій напрузі 2 ЗОкВ можлива реєстрація дефектів суцільністі ізоляції, починаючи із 0 1 0 2мм та відносних змін опору ізоляції, починаючи із 0 05 0 1% Незалежність виміру високої напруги на трубі від опору ізоляції дозволяє проводити контроль електричної МІЦНОСТІ покриття на фоні великого та нестабільного питомого електричного опору матеріалу покриття ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71