Безконтактний вимірювач струму в трубопроводі

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уточнения местоположения и глубины заложения трубопроводов, оценки состояния их изоляционного покрытия и бесконтактного контроля работы станций катодной защиты. Цель изобретения - повышение производительности при измерении и расширение функциональных возможностей. Устройство состоит из датчиков 1,2 9 3 магнитного поля, индикатора 4 нуля, индикатора 5 уровня, шарнира 6 со шкалой поворота, регулятора 7 усиления, переключателя 8 с контактами 9,10,11,12,13, усилителя 14э амплитудного детектора 15 и выходного индикатора 16. 2 ил. .. \ Фиг.1 *—.if L._. -л 1 1471138 лярно осям датчиком 1 и 3 на расстоянии b (база) от оси датчика 3 ( ф и г , 2 ) , а датчик 2 установлен п е р пендикулярно оси шарнира 6 и таким образом все три датчика расположены в одной плоскости (перпендикулярной трубопроводу), С новоротным датчиком 2 соединен указатель углов, поворота (функцию которого в частности, может выполнять одна из граней к о р пуса датчика 2) и с ним связан регулятор 7 усиления избирательного усилителя 14* Регулятор усиления 7 может быть выполнен, например, в виде регулируемого сопротивления или набора сопротивлений, включаемых в цепь Цель • изобретения - расширение обратной связи усилителя 14 таким функциональных возможностей устройобразом, чтобы коэффициент усиления ства, заключающееся в определении не последнего был пропорционален тангентолько тока, протекающего по трубо20 су угла oi поворота датчика 2, В к а проводу, но и положения оси и удале- 'v честве датчиков магнитного поля мония датчика от трубопровода, а т а к гут быть использованы однокомпонентже улучшение эксплуатационных свойств вдо магнитодриемники, например, к а устройства, связанное с расширением тушки (могут быть с ферритовыми с е р его функциональных возможностей, а 25 дечшшами)или рамочные антенны. также состоящее и расширении диапазона изменений' расстояния от датчиУстройство работает следующим обков до трубопровода и в обеспечений разом. возможности непрерывного контроля Датчики 1-3, усилитель 14 и индиправильности расположения датчиков 30 каторы 4 и 5 настраивают на частоту поля относительно трубопровода при измеряемого тока (на вторую гармони-' 1 бесконтактном измерении тока в проку сетевого напряжения при контроле цессе перемещения устройства вдоль работы СКЗ, или на частоту генератотрассы трубопровода. ра, подключенного выходными клемма1 На фиг.1 представлена функциональ- 35 ми к трубопроводу її заземлению) , Для поиска местоположения трубопровода пая схема бесконтактного измерителя тока в трубопроводе; на фиг,2 - р а с переключатель 8 ставят в первое полоположение датчиков относительно тружение, подключая через контакты 9 бопровода в исходном положении, а ; • и И датчик 1 к усилителю 14, Переметакже положение датчика 2 при прибли- 40 щая и поворачивая базу с датчиками жении устройства к трубопроводу. поперек трассы, добиваются максимального показания выходного индикатоВ состав устройства (фиг.1) вхора 16, которое соответствует азимудят три однокомпонентних датчика магтальной ориентации измерительного нитного поля 3-3, индикатор 4 нуля, 5 датчика І относительно трубопровода индикатор 5 уровня, шарнир б со шка( ф и г . 2 ) ; по минимальному показанию лой углов поворота, регулятор 7 усииндикатора 4 уточняют ориентацию д а т ления, переключатель 8 с контактачиков 1 и 3 (используя при этом о с т ми 9~13, избирательный усилитель 14, рый минимум сигнала от ориентированамплитудный детектор 15 и выходной ного на ось трубы датчика 3 , по сравиндикатор 16, 50 нению с гладким максимумом сигнала Датчики 1 и 3 взаимно ортогональот расположенного азимутального д а т ны и жестко связаны между собой,причика 1, при перемещении связанных чем ось чувствительности датчика 3 датчиков над трубопроводом поперек проходит через центр датчика 1, Дато с и ) , Целесообразно удерживать базу чик 2 установлен па оси шарнира 6, 55 в горизонтальном положении» который посредством жесткой базы с о Для определения расстояния h межединен с датчиками 1 и 3, при этом ду измерительным датчиком и трубопроось шарнира 6 расположена перпендикуИзобретение относится к электроизмерительной технике, а "именно к бесконтактным измерителям тока в протяженных цилиндрических токолрово5 дах, и предназначено для использования при электромагнитных обследования х на предмет уточнения местоположения и глубины заложения трубопроводов, оценки состояния их изоляционfg ного покрытия и бесконтактного контроля работы станций катодной защиты (СКЗ) путем воспроизведения диаграммы распределения тока вдоль контролируемой магистрали, 15 147П38 водом с т а в я т переключатель 8 в третье положение, подключая через контакты М и 13 датчик 2 к усилителю 14, Не изменяя положения базы (при нулевом показании индикатора 4 ) , измене-4нием угла oi поворота датчика 2 -добиваются минимального показания выходного индикатора 16, что соответствует совмещению оси датчика 2 с осью «л трубопровода, По шкале углов наклона датчика 2, установленной на шарнире 6 и проградуированнои в метрах р а с с т о я ния h, определяют расстояние от д а т чика 1 до оси трубопровода. При п о щ вороте датчика 2 регулятор 7 усиления автоматически устанавливается в положение, соответствующее значению коэффициента усиления усилителя I 4 , пропорциональному расстоянию h. , 20 EL" 0, а расстояние от датчика I до оси трубопровода определяется выражением . h,= h tgoi, + с , (2) где oi, - угол между осями чувствительности датчиков 1 и 2 в исходном положении, когда датчик 1 ориентирован азимутально, а датчик 2 - радиально относительно оси трубопровода j с - расстояние от центра датчика 2 до оси чувствительности датчика ! ( в частности (например, когда h > b ) , можно принять с = 0, При отклонениях расстояния h между датчиком J и трубопроводом от его исходного значения h ( сигналы датчиков изменяются, Сшгнал от датчика 1 изменяется по гиперболическому закону ( І ) . Сигнал от датчика 2 и з меняет свою полярность при отклонениях датчиков в разные стороны (ближе - дальше) от исходного положения 25 h . ; он пропорционален величине Для измерения тока в трубопроводе ставят переключатель 8 во второе положение, подключая через контакты 10 и 12 последовательно соединенные и з мерительный и корректирующий датчики 1 и 2 к входу усилителя 14, и по выходному индикатору 16 (проградуированному в амперах) считывают в е личину тока„ протекающего по трубопроводу. При этом по нулевому пока- зо занию подключенного к датчику 3 инди- , катора 4 и допустимому уровню корректирующего сигнала от датчика 2В показываемому индикатором 5, контролируют правильность положения измерительного датчика 1 относительно тру- 35 бопровода (контролируют ориентацию датчиков и расстояние h соответственно) . Оператор с данным устройством перемещается вдоль трубопровода • и по выходному индикатору 16 считывает величину протекающего по трубопроводу тока; одновременно по индикаторам 4 и 5 оператор контролирует положение оси трубы и заданный диапазон расстояния до нее и (при необходимости перемещая базу в лерп'ендикулярной трубопроводу плоскости) удерживает датчики в правильном для измерения тока положении, _. Датчик 1 реагирует на полный вектор Н, напряженности магнитного поля, создаваемого током 1 а , протекающим по трубопроводу: н - JSu к оси чувствительности датчика 2 и вектором напряженности магнитного поля Н 2 ( ф и г . 2 ) ; О =^j(h-c)** + Ъ~ - расстояние от * датчика 2 до оси трубопровода % а р, - его значение в исходном положении (при h - h f ) , Используя теорему синусов, находят s i n Ц = -«-и— у » W где i h • h-h - отклонение расстояния h от его исходного значения h , . Измерительные обмотки датчиков ] и 2 соединены между собой таким образом, что при удалении датчиков от трубопровода сигналы в них складываются, а при приближении датчиков к трубопроводу сигнал датчика 2 вычитается из сигнала датчика 1. Во в т о ром положении переключателя 8 суммарный сигнал от датчиков 1 и 2 поступает на вход усилителя 14 t а результат измерения тока, показываемый индикатором 16, определяется с о г л а с но выражениям ( l ) j ( 3 ) , (4) и составляет = К ^ * - * — *~ tL U і *-•**•*• ^ ^ — ™ \Л і [лі* + 7? І' f-t . V-J і ' где к , - постоянная прибора, характеризующая преобразование напряженности магнитного поля в электрический 5 1A7 6 38 используя введенный для этого индикасигнал, его усиление и преобразовав тор 5 уровня. Если индикатор 5 поканиє в показания индикатора; для конз в а е т , что сигнал датчика 2 превышакретно выбранного исходного положеет допустимый уровень, то для правильния численное значение составляет ного измерения тока надо исправить к, = 2 Г П ) . положение датчиков, что предлагаемым Суммарный сигнал практически не устройством можно сделать двумя путяменяется при изменениях расстояния ми. Сохраняя радиальную ориентацию между датчиками и трубопроводом в определенном диапазоне ДЬ, В устрой- 10 датчика 3 (по нулевому показанию индикатора 4 ) , сперва перемещают базу стве осуществляется коррекция входнос датчиками ближе-дальше относительго сигнала при изменении расстояния но трубопровода, добиваясь уменьшеh, а изменения значения входного сигния показаний индикатора 5 уровня нала определяются однозначно измене15 сигнала датчика 2. Если этим путем нием силы тока в трубопроводе, если удается добиться снижения величины &h не велико. корректирующего сигнала датчика 2 ниПогрешность ДІ измерения тока Х о , же допустимого уровня, то это означасогласно (5), определяется выражение т , что датчики установлены на р а с ем 20 стоянии, близком к исходному (в д о М -Ah + • пустимом диапазоне изменения A h ) , и t0 h,+ &h можно продолжать измерение тока с bh-bh, требуемой точностью, (6) [ b 2 + ( h , - с +uh* Как видно из полученного выражения ( 6 ) , погрешность измерения тока, обусловленная изменением расстояния h между датчиком 1 и трубопроводом, стремится к нулю, когда uh~»O, т . е . при малых отклонениях расстояния h от его исходного значения h 7 uh > ~0,ЗЪ, т . е . если расстояние h находится в диапазоне l , 7 0 b ^ h ^ -^•2,35b, где база устройства b в д а н ном случае равна расстоянию между центрами датчиков 1 и 2, 25 Если же этот путь неэффективен (например, при большом изменении глубины залегания трубопровода или при практической потребности (удобстве) проводить измерения тока, находясь 30 в стороне от трубопровода, а не над ним), тогда изменяют исходное значе-ние расстояния. Для этого % изменяя угол поворота датчика 2, добиваются уменьшения величины сигнала показыва35 емого индикатором 5 ниже допустимого уровня; затем продолжают измерение тока. При этом регулятор 7 усиления автоматически устанавливается в новое положение, соответствующее коэф40 фициенту усиления усилителя 14, пропорциональному новому исходному р а с стоянию Ъг- b t g o i a + с . Постоянная / прибора принимает значение k 2 = 2 "~h 2 , 45 В случаях, когда требуется уточПри больших отклонениях расстоянить значение расстояния h, минимальния h от исходного значения h ( вследную величину корректирующего сигнала ствие, изменения рельефа местности устанавливают по выходному индикатосигнал датчика 2 увеличивается, однару 16, предварительно переставив ко коррекция входного сигнала усили- 5 0 переключатель 8 в третье положение; теля осуществляется не полностью и затем, • возвратив переключатель 8 погрешность измерения тока (6) можетво второе положение, продолжают и з превысить допустимую величину. Померение тока. скольку погрешность измерения тока Например, если в новом положении = связана с величиной корректирующего 54 °^2. 80,5 t то h 2 = 6b, и новый диасигнала датчика 2 (второй член в пазон изменения расстояния составляформуле (6)), то по величине последет 5,4Ь