УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА В ВОДОЕМАХ

Полезная модель относится к электротехническим измерениям и может быть использована для измерения электрического потенциала в водоемах.
Известно устройство, содержащее контактную измерительную ячейку, подключенную к измерительной цепи, включающей регулируемый усилитель, питающий и измерительный трансформаторы, размещенные в диэлектрическом корпусе, выполненном в виде тора каплевидного сечения с отверстием для протекания жидкости, источник переменного напряжения, подключенный к обмотке, расположенной на тороидальном сердечнике питающего трансформатора, детектор, подключенный к обмотке, расположенной на тороидальном сердечнике измерительного трансформатора, первый и второй полосовые фильтры, входы которых подключены к выходам соответственно детектора и регулируемого усилителя, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам схемы сравнения, выход которой через интегратор подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, причем, в диффузорной части отверстия для протекания жидкости соосно этому отверстию расположен кольцевой электрод, в устройство введены два усилителя, последовательно соединенные сумматор, синхронный детектор, детектор абсолютного значения, пороговый блок и индикатор засорения, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и компаратор, выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, а также стробируемый блок и инвертор, при этом первые входы первого и второго усилителей соединены с кольцевым электродом с помощью соответственно первого и второго проводников, охватывающих тороидальный сердечник питающего трансформатора, вторые входы первого и второго усилителей и компаратора соединены с шиной нулевого потенциала, с которой соединен корпус кондуктометра, выполненный из электропроводящего материала, выходы первого и второго усилителей соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора и дифференциального усилителя, а выход порогового блока через инвертор соединен с управляющим входом стробируемого блока, включенного на выходе измерительной цепи [RU 35895, U1, G01N 27/02, 10.02.2004].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно позволяет производить измерения в загрязненных средах, но оно не приспособлено для проведения измерений в водоемах.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, состоящее из погружного зонда, имеющего корпус, соединенный с экранирующей блендой, внутри которой расположены датчики, причем окна в бленде для протока воды находятся вне области, в которой расположены чувствительные элементы потенциометрических датчиков, а в корпусе находится передающий многоканальный преобразователь, одни входы которого подключены к выходам датчиков, а другие входы - к выходам блока формирования тестов, а выход соединен со стабилизатором напряжения, наземного блока, содержащего стабилизатор тока, вход которого подключен к выходу блока питания, а выход - ко входу приемного преобразователя, блок идентификации, вход которого подключен к выходу приемного преобразователя, блок подавления помех, вход которого подключен к выходу приемного преобразователя, вычислительного устройства, один вход которого соединен с выходом приемного преобразователя, другой - с выходом блока идентификации, третий - с выходом блока подавления помех, а выход - с устройством индикации и регистрации, блок хранения параметров, соединенный с вычислительным устройством, одножильного каротажного кабеля, соединяющего стабилизатор напряжения погружного блока с выходом стабилизатора тока наземного блока, отличающийся тем, что металлический корпус погружного зонда соединен с дополнительным входом передающего многоканального преобразователя, а наземный блок содержит блок анализа электрических полей, вход которого соединен с выходом приемного преобразователя, а выход подключен к дополнительному входу вычислительного устройства [RU 3335789, Cl, G01V9/02, 10.10.2008].
Недостатком устройства является относительно высокая опасность его использования в водоемах с неизвестным электрическим потенциалом.
Для обеспечения безопасности работ, проводимых в водоемах, в частности, измерения различных параметров водной среды, проведения очистки водоемов, их переоборудования и т.п. требуется проверка наличия электрического потенциала в различных точках водоема.
Используемые при этом электрические приборы могут быть неисправны («пробивать» на корпус, иметь поврежденную изоляцию и т.п.). Поэтому, прежде чем использовать приборы желательно измерить потенциал с берега, и только убедившись в его отсутствии, проводить процедуры измерения и работы.
Требуемый технический результат заключается в повышении безопасности проведения измерительных процедур в водоемах.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее погружной измерительный зонд и источник питания, введены измеритель электрического потенциала, ключ подачи постоянного напряжения и ключ подачи переменного напряжения, первые клеммы которого соединены, соответственно, с клеммой постоянного напряжения и клеммой переменного напряжения источника питания, клемма заземления которого соединена с устройством заземления, а также погружной питающий зонд, причем, вторые клеммы ключа подачи постоянного напряжения и ключа подачи переменного напряжения соединены с погружным питающим зондом, а клемма заземления измерителя электрического потенциала соединена с устройством заземления.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, погружной измерительный зонд и погружной питающий зонд выполнены из пластин корозиоустойчивого материала и установлены на единой диэлектрической рамке, причем, погружной питающий зонд закреплен жестко, а погружной измерительный зонд закреплен с возможностью удаления из рамки и закрепления на диэлектрической штанге.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, блок питания выполнен в виде источника постоянного и переменного напряжения.
На чертеже представлена электрическая структурная схема устройства для измерения электрического потенциала в водоемах
Устройство для измерения электрического потенциала в водоемах содержит погружной измерительный зонд 1 и источник 2 питания, выполненный в виде источника постоянного и переменного напряжения.
Кроме того, устройство для измерения электрического потенциала в водоемах содержит измеритель 3 электрического потенциала, ключ 4 подачи постоянного напряжения и ключ 5 подачи переменного напряжения, первые клеммы которых соединены, соответственно, с клеммой постоянного напряжения и клеммой переменного напряжения источника 2 питания, клемма заземления которого соединена с устройством заземления.
Устройство для измерения электрического потенциала в водоемах содержит также погружной питающий зонд 6, причем, вторые клеммы ключа 4 подачи постоянного напряжения и ключа 5 подачи переменного напряжения соединены с погружным питающим зондом 6, а клемма заземления измерителя 3 электрического потенциала соединена с устройством заземления.
В устройстве для измерения электрического потенциала в водоемах погружной измерительный зонд 1 и погружной питающий зонд 6 преимущественно выполнены из пластин корозиоустойчивого материала, плоскости которых при измерениях ориентированы параллельно. Для удобства использования измерительный зонд 1 и погружной питающий зонд 6, выполненные в виде пластин, например, размером 100×150 мм, целесообразно жестко установить на единой диэлекрической рамке 7, причем, погружной питающий зонд 6 может быть закреплен жестко, а погружной измерительный зонд 1 закреплен с возможностью удаления из рамки 7 и закрепления на диэлектрической штанге для осуществления, при необходимости, расширенных измерений с изменением пространственного положения погружного измерительного зонда 1. Блок 2 питания может быть выполнен в виде источника постоянного и переменного напряжения, а измеритель 3 электрического потенциала выполнен в виде вольтметра.
Работает устройство для измерения электрического потенциала в водоемах следующим образом.
При исследовании водоемов, проведении их очистки, переоборудовании и т.п. процедурах часто требуется проверка наличия электрического потенциала в различных точках водоема.
Используемый при этом электрические приборы могут быть неисправны («пробивать» на корпус, иметь поврежденную изоляцию и т.п.). Поэтому, прежде чем заходить в водоем с такими приборами желательно измерить потенциал с берега, и только убедившись в его отсутствии, заходить в водоем.
С этой целью необходимо использовать устройство заземления рядом с водоемом, измеритель электрического потенциала, например, электронный вольтметр с большим входным сопротивлением, например ~1 ГОм, и источник питания, например, источник постоянного и переменного напряжения 12 V, а также погружной измерительный зонд и погружной питающий зонд, которые желательно выполнить из пластин корозиоустойчивого материала, плоскости которых при измерениях ориентированы параллельно.
Погружной питающий зонд 6, выполненный в виде пластины, используется для калибровки измерителя 3 электрического потенциала и определения факта его работоспособности.
Для измерения постоянного потенциала следует включить измерителя 3 электрического потенциала и измерить потенциал в воде относительно погружного измерительного зонда 1, последовательно переключая измерителя 3 на максимальную чувствительность (ключ 4 подачи постоянного напряжения и ключ 5 подачи переменного напряжения разомкнуты). И если потенциал обнаружен, дальнейшее измерения проводить не обязательно и в водоем для проведения работ заходить опасно.
Если потенциал не обнаружен, тогда для определения наличия постоянного потенциала следует подать на погружной питающий зонд 6 постоянное напряжение 12 V, замыкая ключ 4 подачи постоянного напряжения. С помощью погружного измерительного зонда 1 следует произвести калибровку шкалы измерителя 3 электрического потенциала (электронного вольтметра) до полного отклонения стрелки на последнее деление шкалы. После этого следует отключить постоянное напряжение и отклонение при этом стрелки до нулевого значения означает, что электрического потенциала в водоеме нет, измерительный прибор исправен и водоем безопасен по постоянному потенциалу.
В случае если измеритель 3 при измерении показал какой-либо потенциал, подавать постоянное и переменное напряжение на погружной питающий зонд 6 не следует, поскольку факт наличия потенциала в водоеме зафиксирован и заходить в водоем для проведения работ опасно. А в случае, когда потенциала в водоеме не обнаружен, следует подать последовательно постоянное и переменное напряжения, чтобы убедиться в работоспособности измерителя 3 и в правильности его калибровки. Поэтому погружной измерительный зонд 1 и погружной питающий зонд 6, выполненные в виде пластин, сначала погружаем в воду, соблюдая их параллельную взаимную ориентацию, на определенном расстоянии друг от друга, например, 100 мм.
Далее, при необходимости, можно вынуть погружной измерительный зонд 1 из рамки 7, закрепить ее на диэлектрической штанге и провести измерения потенциала в непосредственной близости от погружного оборудования, находящегося в водоеме.
Если при этом, показания измерителя 3 отличаются от нулевого значения и показывает какое-то напряжение, то в водоеме обнаружен потенциал и, при необходимости, следует обесточить и отремонтировать погружное оборудование.
Для определения наличия переменного потенциала следует включить измеритель 3 и измерить потенциал в воде (на погружном измерительном зонде 1), последовательно переключая измеритель 3 на максимальную чувствительность. И если потенциал обнаружен, дальнейшее измерения проводить не обязательно и в водоем для проведения работ заходить опасно. Если потенциал не обнаружен, тогда для определения наличия переменного потенциала следует подать на погружной питающий зонд 6 переменное напряжение 12 V, замыкая ключ 5 подачи переменного напряжения.
С помощью погружного измерительного зонда 1 можно откалибровать шкалу измерителя 3 электрического потенциала (электронного вольтметра) до полного отключения стрелки на последнее деление шкалы. После этого следует отключить переменное напряжение и следить, чтобы стрелка отклонилась до нулевого значения (близкого к нулевому с учетом возможных наводок). Это означает, что электрического потенциала в воде нет, измеритель 3 работоспособен и откалиброван, а водоем безопасен по постоянному потенциалу. Далее, при необходимости, можно вынуть погружной измерительный зонд 1 из рамки 7, закрепить ее на диэлектрической штанге и провести измерения потенциала в непосредственной близости от погружного оборудования, находящегося в водоеме. Для уменьшения наводок при измерениях желательно использовать измеритель 3 с аккумуляторным источником питания.
Если стрелка не отклонилась до нулевого значения, а показывает какое-то напряжение, значит, в воде есть напряжение и, при необходимости, следует обесточить и отремонтировать погружное оборудование.
Далее, если обе предыдущие процедуры указали на безопасность проведения работ в водоеме, следует с помощью измерителя 3 электрического потенциала произвести необходимые исследования.
Устройство характеризуется также тем, что, дополнительный (собственный) потенциал 12 V постоянного и переменного тока в водоем практически не подается, а подается только при отсутствии потенциала в водоеме для проверки работоспособности и калибровки измерительного прибора, что повышает безопасность и надежность измерений.
Таким образом, благодаря проведенным усовершенствованиям известного устройства в предложенном техническом решении достигается требуемый технический результат, заключающийся повышении безопасности проведения измерений электрического потенциала в водоемах, поскольку обеспечивается возможность предварительного контроля безопасности проведения измерений.