Спосіб багатозондового нейтронного каротажу для визначення пористості і характеру насичення колекторів та пристрій для його здійснення

Корисна модель належить до області газового аналізу, а конкретніше до термокондуктометричних газоаналізаторів, що призначені для виміру компонентів бінарних і псевдо бінарних газових сумішей.

Відомо про автоматичний датчик газоаналізатора ТП1126, призначений для визначення вмісту водню в повітрі, виробництва Вируського заводу газоаналізаторів (Естонія), який є аналогом пристрою, що заявляється.

Основним вузлом датчика - аналога є блок чутливих елементів по теплопровідності. У латунному корпусі блоку є чотири вертикальних канали, в яких встановлені чутливі елементи. Два з них - відкриті елементи омиваються аналізованим повітрям, два інших - заповнені чистим повітрям і запаяні.

Чутливий елемент представляє собою оскловану спіраль із платинового дроту діаметром 0,02мм, яка розміщена в скляній ампулі.

У датчику використаний мостовий метод виміру електричного опору. Мірою вмісту водню є напруга на вимірювальній діагоналі моста, що лінійно залежить від вмісту водню. Живлення мосту здійснюється стабілізованою перемінною напругою.

Вихідна напруга моста надходить на вхід вимірювального перетворювача, де перетворюється й підсилюється до значення уніфікованого вихідного сигналу 0-10В.

Принципова схема вимірювального моста датчика газоаналізатора ТП1126 зображена на малюнку 1, стор.6, прикладеного документа [«Описание и инструкция по монтажу и эксплуатации. Автоматический датчик газоанализатора для определения содержания водорода в воздухе ТП1126, СССР, Выруский завод газоанализаторов, 1969г.»].

Недоліком датчика - аналога є низька чутливість і істотна залежність від температури навколишнього середовища, складна схема перетворення його сигналу у вихідний уніфікований сигнал.

Найбільш близьким до заявленого пристрою - прототипом є відомий датчик газоаналізатора ГТВ-1101М, що випускається ФГУП СПО «Аналитприбор» (м.Смоленськ). Датчик представляє собою металевий блок чутливих елементів циліндричної форми з чотирма вертикальними каналами, в яких встановлені чотири терморезистори, включені у мостову вимірювальну схему - надалі МВС, дивися прикладений документ ["Газоанализаторы ГТВ - 1101М. Руководство по эксплуатации ИБЯЛ. 413211.003 РЭ, стр.9, 10, 25"].

Терморезистори R1, R4 - вимірювальні чутливі елементи (надалі BE) омиваються аналізованою газовою сумішшю, терморезистори R2, R3 - порівняльні чутливі елементи (надалі ПЕ) знаходяться в запаяних скляних ампулах, заповнених порівняльною газовою сумішшю.

Зазначені пари BE й ПЕ включені по одному в протилежні плечі МВС, яка живиться постійним струмом стабілізованого значення (Імвс).

Вихідний сигнал МВС датчика - прототипу надходить у пристрій вторичного перетворення на вхід попереднього підсилювача для подальшого перетворення у вихідний уніфікований сигнал.

Основний недолік прототипу - низька чутливість і надійність, обмеженість і нераціональність можливих способів їх підвищення, складна схема перетворення сигналу МВС у вихідний електричний уніфікований сигнал.

Обумовлено це наявністю наступних факторів.

При аналізі датчиком газової суміші, що відповідає по своєму складу початку діапазону виміру, опори всіх BE й ПЕ рівні між собою, тобто, усі RВЕ=RПЕ.

Опір ПЕ не залежить від вмісту визначуваного компонента й умовно (тому що залежить від зміни не вимірюваних величин) вважається постійним.

Зміна опору BE пропорційна зміні вмісту визначуваного компонента аналізованої газової суміші і дорівнює різниці

DRВЕ=RВЕ-RПЕ.

(1)

Вихідний сигнал (U) МВС, яка має однаковий (у початковому стані) опір плечей, дорівнює

U=0,5 Імвс DRВЕ=Іве DRВЕ

(2)

З рівняння (2) випливає, що підвищення чутливості датчика - прототипу, наприклад у два рази, можливо двома способами:

1) збільшенням загальної кількості чутливих елементів - до восьми (до двох BE і ПЕ у відповідних плечах МВС), що істотно ускладнить конструкцію датчика, збільшить його габарити й масу, а також підвищить споживану потужність і значно - вартість датчика;

2) збільшенням струму живлення МВС (згідно розрахунковим і експериментальним даним) як мінімум на 35%, що, при найчастіше використовуваних значеннях струму живлення МВС-150±30мА, приведе до значного підвищення температури, а значить і до істотного зниження надійності чутливих елементів і датчика в цілому.

Задачею цієї корисної моделі є підвищення чутливості і надійності термокондуктометричного датчика газу без збільшення числа термочутливих елементів при зменшеному у два рази струму живлення датчика.

Рішення поставленої задачі досягається тим чином, що у пропонованому термокондуктометричному датчику газу підвищеної чутливості (ДГ), який містить металевий блок та установлені в його каналах як мінімум два термочутливих елементи (порівняльний та вимірювальний), перетворення зміни вмісту визначуваного компоненту в аналізованій газовій суміші в уніфікований вихідний електричний сигнал виконують порівняльний та вимірювальний елементи, що з'єднані послідовно у схему дільника напруги (надалі ДН), який живиться стабілізованим струмом, та подальша мікроелектрона схема (надалі МЕС).

На рисунку, що поданий нижче, зображена електрична схема пропонованого термокондуктометричного датчика газу підвищеної чутливості. З неї видно, що ДН має два плеча : верхнє порівняльне (надалі ПП) та нижнє вимірювальне (надалі ВП), які містять по два ПЕ та BE, установлених в каналах блока термочутливих елементів (БЧЕ).

ДН живиться стабілізованим постійним струмом (Іст), рівним за своїм значенням струму BE в МВС датчика - прототипу, і виконує первинне перетворення зміни вмісту визначуваного компонента в послідовну зміну опору та напруги двох BE.

Вимір зміни напруги двох BE стосовно напруги двох ПЕ, що немає залежності від вмісту визначуваного компоненту аналізованої газової суміші, та подальше її перетворення в уніфікований сигнал виконує МЕС.

Така схема первинного та подальшого перетворення вимірюваної величини у запропоновану датчику забезпечує підвищення чутливості у два рази.

У прототипі, при однаковій кількості BE й ПЕ, з'єднаних у МВС, у формуванні вихідного електричного сигналу враховується зміна опору та напруги тільки одного BE, в результаті чого його чутливість до вимірюваної величини у два рази менше.

До складу МЕС входять дві мікросхеми повторювачів напруги DA1, DA2 із резисторами R1, R2, на виході яких дублюються, відповідно повна напруга ДН - Uдн і напруга ВП ДН – UВП. Отримані напруги надходять на вхід диференціального підсилювача, виконаного на мікросхемі DA3 з резисторами R3, R4, R5, R6. На виході DA3 у результаті вирахування одержуємо напругу ППДН.

UПП=ПДН–UВП

(3)

З виходу DA2, DA3 відповідні сигнали Uвп, UПП надходять на вхід мікросхеми вимірювального підсилювача DA4, на виході якого одержують уніфікований вихідний сигнал датчика газу (Uдг), рівний

UДГ=K(UВП-UПП)=[UBE1+UBE2)-UПE1+UПE2)], В

(4),

де К - коефіцієнт підсилення вимірювального підсилювача, що задається опором резистора R7; при відсутності R7 К=1.

Усі перелічені мікросхеми живляться від одного джерела напругою постійного току ± Uж.

Запропоноване технічне рішення дозволить:

1) підвищити чутливість термокондуктометричного датчика газу у два рази без збільшення кількості термочутливих елементів та при зниженому в два рази струмі живлення, що забезпечить відповідне підвищення надійності датчика;

2) спростити в цілому схему перетворення зміни опорів BE, викликаної зміною вмісту визначуваного компонента в аналізованій газовій суміші, у вихідний електричний уніфікований сигнал напруги постійного струму 0-1 В чи 0-10 В і ін.

3) застосовувати схему ДН із двома термочутливимими елементами (по одному BE і ПЕ) для аналізу газових сумішей, що містять компоненти з значно різними коефіцієнтами теплопровідності, а також, з достатнім для формування необхідного рівня вихідного сигналу датчика діапазоном зміни визначуваного компонента, що значно зменшить розміри й масу блоку чутливих елементів, істотно знизить вартість датчика;

4) спростити процедуру настроювання й ремонту датчика.

Викладений матеріал підтверджує новизну й ефективність моделі термокондуктометричного датчика газу, що заявляється, і доцільність її застосування в складі термокондуктометричних газоаналізаторів.