154439. lajstromszámú szabadalom • Szelektív elektromágneses vezetőképességszelvényező eljárás és berendezés
154439 A berendezés — a módszerhez igényelt viszonylag nagy frekvenciatartomány miatt szükségszerűen — lyukműszeres kialakítású. Ezért gerjesztőegységének teljesítménye viszonylag alacsony értékre korlátozott. Ismeretes, hogy 5 a mérőerősítő bemenetre redukált zajszintje — gondos konstrukció mellett is — 1—10 ju-V leihet. A stabil működéshez szükséges 20 dB nagyságrendű jel/zaj szint biztosítása tehát 100 fxV nagyságrendű minimális bemenőszintet ki- 10 ván, s az erősítő ez esetben mintegy &)—80 dB erősítésű kell legyen. Nyilvánvaló, hogy a soktekercses csatolt rendszereknél — minthogy a főtekercspár hatás- _ diagramjából levonásra kerülő segédtekercspár 15 hatások által van biztosítva a kívánt érzékelési karakterisztika —' adott kimenő gerjesztő jelszintnél a mérőerősítő bemenetén fellépő hasznos jelszint lényegesen — mintegy nagyságrenddel — csökken. Minthogy a gerjesztő jelszint 20 korlátozott, ez az effektus a mérőrendszer stabilitásának rovására megy, illetve a rendszer méréshatárait mérési pontosságát korlátozza, a mérési karakterisztika labilitását idézi elő. A fenti rendszertani korlátok a műszerkonst- 25 rukciót azon megoldás választására kényszerítették, hogy a működési frekvencia optimális fölé növelésével szolgáltassák a szükséges bemenő jelszintet (minthogy a becsatolt jelszint a frekvencia négyzetével nő). A maximálisan 30 megengedhető felső frekvenciahatár 20 kHz. . A soktekercses csatolt rendszereknél a méretezési követelmények azonban általában csak 35— 40 kHz felett választott üzemi frekvencia mellett, elégíthetők ki. 35 Az üzemi frekvenciának az optimális felett történő megválasztása a gyakorlati alkalmazásban súlyos méréstechnikai problémákat vetett fel, s az indukciós rendszerek elterjedését mindeddig nagyban korlátozta, főként az alábbi két 40 okra , visszavezethetően: a) A magas üzemi frekvencia mellett — az I. Maxwell-egyenlet értelmében — már az eltolási áramok hatása is jelentkezik, a tér nem tekinthető kvazistacionáriusnak. Így az elekt- 45 romos permeábilitás értéke és annak változása is jelentkezik a mérési indikációban. Az elektromos vezetőképesség változását így ezen nem kívánt hatás érvényesülése elhomályosítja, elfedi. Minthogy a víz és olaj £-ja jelentősen el- 50 térő s az f változásának hatása az indikációról nem választható le, a módszer egy felső frekvencia határ felett teljesen használhatatlanná válik. b) A soktekercses rendszer tekercsei között 55 — a gyakorlati megvalósításban — mindig fellép közvetlen csatolás is. Annak érdekében, hogy a közvetlen csatolás változásai téves indikációt ne okozzanak, a mérőerősítő fázjsszelektív kialakítású kell legyen. Az optimális felett 60 megválasztott üzemi frekvencián a környezet vezetőképességének változása a becsatolt jel fázishelyzetének változását vonja maga után. Ez a nem kívánt effektus — fázisszelektív rendszer szükségszerű alkalmazása folytán — szu- g5 perponálódik az indikáció amplitúdójára és ki sem küszöbölhető indikációs torzítást okoz. A fentiekben kifejtett elvi meggondolások a vonatkozó alapösszefüggések bemutatásával és mennyiségileg is igazolhatók. Az indukciós rendszer vizsgálatánál a Maxwell-egyenletrendszer két alapegyenlete szolgáltat kiindulást. (1) I. rot H = i + ot II. rot E = — oB öt ahol i — az elektromos áramsűrűség vektor, H — a mágneses térerősség vektor, E — az elektromos térerősség vektora, D — az elektromos eltolás vektora. Az I. Maxwell-egyenlet alapján felírható gerjesztési törvény: 0R ds -.((' + £ á F (2) A II. Maxwell-egyenletből levezethető indukció törvény: <PE ds öt J B dA (3) Amint az egyenletekből kitűnik, a gerjesztő áram változása által létrehozott mágneses térerősség függ az e elektromos permeábilitásból (D = E • E) és a mágneses indukció (B = ft Hj változása által létrehozott elektromos térerősség függ a /x mágneses permeábilitástól. Szapora változása, tehát nagy frekvencia esetén ezek a tényezők elhomályosítják a kívánt, ß vezetőképességtől függő indikációt. Alacsony frekvencia és gyakorlatilag állandó H mágneses permeábilitás esetén a két Maxwell alapegyenlet a következő formát ölti: I. rot H = i II. rot E = ö t Ilyen feltételek mellett a fenti egyenletek alapján egy gerjesztő és egy mérőtekercsből álló tekercspár tere — a 9. ábra szerinti elrendezés mellett — az alábbiak szerint írható le: A tekercspár 9. ábra szerint helyezkedik el a fúrólyukban. A dg átmérőjű (G) gerjesztőtekercs és a ám átmérőjű i(M) mérőtekercs egymástól L távolságban, koaxiálisán helyezkedik el a fúrólyuk tengelyében. Az ng menetszámú (G) gerjesztőtekercsben f hangfrekvenciás, szinuszos, Ig intenzitású áramot kelt, az (1) áramgenerátor. Az (G) gerjesztőtekercs tere által a fúrólyukban és környezetében keltett örvény-2
