ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ПОДЗЕМНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА
ELECTROMETRIC DEVICE FOR CONTACT-FREE MEASUREMENT OF CURRENT AND DEPTH OF UNDERGROUND TRUNK PIPELINE BEDDING

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики подземных нефтегазовых трубопроводов.
Известно устройство для бесконтактного обнаружения утечек тока на участке подземного трубопровода, содержащее источник тока, подключенный между трубопроводом и землей, четыре измерительных датчика, укрепляемых на специальных штативах со стойками, четыре датчика ориентации, измерительные усилители, переключатели, вычитающий блок, индикаторы измерительный и ориентации [1]. Известно также устройство для бесконтактного измерения токов в подземных магистральных трубопроводах, содержащее три однокомпонентных датчика магнитного поля, усилитель, три амплитудных детектора, источник постоянного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, переключатель на два направления и три положения, а также индикатор [2].
Общим недостатком этих устройств является их низкая надежность из-за громозкости конструкции и усложненной технологии настройки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является бесконтактный искатель повреждения изоляции коммуникации, содержащий блоки индикации тока, глубины залегания объекта, первый и второй преобразователи напряженности магнитного поля в электрический сигнал, размещенные над трассой коммуникации на вертикальной прямой к трассе, так что первый преобразователь размещен под вторым; блоки деления, вычитания, умножения, при этом выход первого преобразователя соединен с первым входом блока вычитания и блока умножения, выход которого соединен с блоком индикации тока, а второй вход - с входом блока индикации глубины залегания объекта и выходом блока деления, первый вход которого соединен с выходом блока вычитания, а второй вход с вторым входом блока вычитания и выходом второго преобразователя.
Недостатками этого устройства являются низкая помехозащищенность и не высокая точность измерения из-за отсутствия частотной фильтрации очень сильных электрических помех радиопередающих станций, высоковольтных линий передач электрической энергии, подземных кабельных коммуникаций. Использование аналоговых блоков математической обработки измеряемых сигналов приводит к низкой точности их измерения параметров.
Целью данного предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности прибора и точности измерения параметров трубопровода.
Эта цель достигается за счет того, что электрометрический прибор для бесконтактного измерения тока и глубины залегания подземного магистрального трубопровода, содержащий блок генератора гармонических колебаний, расположенные по вертикали к оси трубы один под другим два измерительных преобразователя напряженности магнитного поля в электрический сигнал, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, два цифровых индикатора, набор блоков деления, вычитания, умножения, отличается тем, что он дополнительно снабжен тремя кварцевыми задающими генераторами, двумя аналоговыми перемножителями, параллельным резонансным контуром, усилителем мощности, кварцевым фильтром, аналоговым коммутатором, микропроцессорным программно-управляющим контроллером, при этом в блоке генератора выходы двух задающих кварцевых генераторов подключаются ко входам первого аналогового перемножителя, выход которого через параллельный резонансный контур и усилитель мощности подается на трубопровод, а выходы двух измерительных преобразователей подключаются ко входам аналогового коммутатора, выход которого подсоединяется к первому входу второго аналогового перемножителя, ко второму входу которого подключается выход третьего задающего кварцевого генератора, причем выход перемножителя соединяется с последовательно включенными кварцевым фильтром, усилителем, аналого-цифровым преобразователем; при этом микропроцессорный контроллер через адресную шину и шину данных связан с коммутатором, усилителем, аналого-цифровым преобразователем и двумя цифровыми индикаторами, а функции блоков деления, вычитания, умножения микропроцессорный контроллер выполняет программно.
Структурная схема прибора представлена на фиг.1
Прибор состоит из блока генератора (фиг.1а), содержащего кварцевые задающие генератора 1 и 2, аналоговый перемножитель 3, частотный фильтр в виде параллельного резонансного контура 4, усилитель мощности 5. Генератор подключается потенциальной клеммой к выводимому на поверхность и связанному с металлом трубопровода металлическому вводу, а заземляющей клеммой с окружающим трубопровод грунтом («землей»).
1
2
1
2
Измерительный блок прибора (фиг.1б) состоит из двух преобразователей 7 и 8 напряженности магнитного поля в электрический сигнал, аналогового коммутатора 9, второго аналогового перемножителя 10, третьего кварцевого задающего генератора 11, кварцевого фильтра 12, усилителя 13, аналого-цифрового преобразователя 14, двух цифровых индикаторов 15 и 16 и микропроцессорного программно-управляющего контроллера 17. Прибор работает следующим образом. Частотная селекция организовывается специальным образом. Частоты f и f двух первых кварцевых задающих генераторов 1 и 2 выбирают достаточно близкими, с учетом того, чтобы их разность Δf=f-f была равна примерно 1 кГц (например, 973,5 Гц). При более высоких частотах возрастает погрешность измерения из-за более сильного влияния электропроводимости грунта. Более низкую разностную частоту Δf получить весьма трудно, так как промышленные кварцы не выпускаются с более близкими частотами.
После перемножения двух напряжений задающих генераторов 1 и 2 на выходе перемножителя 3 получается сигнал, в спектре которого будут сигналы с частотами, равными сумме и разности перемножаемых частот.
1
2
1
2
1
2
2
2
2
2
1
2
3
2
1
2
2
1
1
Настроив параллельный резонансный контур 4 на частоту Δf=f-f, получают низкочастотный сигнал, который через усилитель мощности 5 подается на контролируемый трубопровод. Возбужденный в трубопроводе ток создает в окружающей среде переменное электромагнитное поле, напряженность которого преобразуется на выходе преобразователей 7 и 8 в два электрических сигнала U и U, регистрируемых измерительным блоком прибора. При этом низкочастотные сигналы U и U через коммутатор 9 подаются на аналоговый перемножитель 10, где с помощью третьего кварцевого задающего генератора 11 с частотой f снова преобразуются в сигналы с частотами, равными сумме и разности перемножаемых частот (f и Δf). Выходной сигнал после перемножителя 10 будет содержать частоты Δf=f+f-f и Δf=f-f+f=2f-f. С помощью кварцевого фильтра 12, настроенного на частоту f, выделяются очень узкополосные сигналы с суммарной частотой перемножаемых сигналов. Такой способ узкополосной измерительной схемы обусловлен тем, что кварцевые резонаторы с частотой меньше 32 кГц промышленностью не выпускаются. А наиболее эффективным методом подавления электрических помех является резкое снижение полосы пропускания измерительной схемы. Информативные сигналы с выхода перемножителя 10 через кварцевый фильтр 12, усилитель 13 (с регулируемым коэффициентом усиления) и аналого-цифровой преобразователь 14 в цифровом коде поступают через шину данных на микропроцессорный контроллер.
Измеряемые параметры трубопровода рассчитываются по формулам:
глубина залегания
,
ток, протекающей по трубопроводу:
,
0
где K - коэффициент пересчета напряженности магнитного поля в амплитуду сигнала;
l - расстояние между преобразователями 1 и 2.
Измерение проводятся при расположении прибора над центром трубопровода.
Значение h и I представляются в цифровом виде на индикаторах 15, 16.
Источники информации
1. Авторское свидетельство №1821758, G01R 31/02. Опубликовано 15.06.93 г. Бюл. №22.
2. Авторское свидетельство №1746320, G01R 19/00. Опубликовано 07.07.92 г. Бюл. №25.