автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Розробка первинних вимiрювальних перетворювачiв квазiпостiйного електричного поля у свiтовому океанi

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ • Г.В.КАРПЕНКА

РГВ ОД

1 0 ИЮН >996

На ¡¡¡птах рукопису

ПІДГІРНЯК Ярослав Євстахович

УДК 621.317.3, .4

РОЗРОБКА ПЕРВИННИХ ВИМІРЮВАЛЬНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ КВАЗІПОСТІЙНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ У СВІТОВОМ^ОКЕАНІ

Спеціальність: 05.11.05 - прилади і методи вимірювання електричних і магнітних величіні

Литореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук- ,

Львів - 1995

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Фізико-Механічному інституті імені Г.В.Карпенка Національної академії наук Украіни

Наукові керівники:

професор, д.т.н. СОПРУНКЖ Петро Маркіяновин

к.ф.-м.н. БОГОРОДСЬКИЙ Михайло Михайлович

Офіційні опоненти:

д.т.н. К0РЕПАН08 Валерій Євгенович к.т.н. БУЧМА Ігор Михайлович

Морський-гідрофізичний інститут НАН України м.Севастополь

Провідна установа:

Захист відбудеться “<**■/ - 1996 року

о /Ц год. на засіданні спеціалізованої ради К.016.42.02 при Фізико-механічному інституті НАН України (290601, Львів, вул. Наукова 5)

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці інституту. Автореферат розісланий “ ” ґ1/ЦіЖ§4ілг 1996 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н.,ст.н.с.

в.д;погребенник

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЫ І ЇСТЬ РОБОТИ. Електромагнітні методи займають важливе місце і гри геофізичних дослідженнях у Світовому океані. Серед найважливіших методів, які застосовують дані про електричну складову електромагнітного поля, такі як, магнітотелуричні дослідження, зондування па полях точні, електророзвідувальні роботи

із застосуванням джерел неприродного походження та ін. Ці методи дозволяють досліджувати гідродинаміку океану, глибинну будову дна, вивчати геоелектричні розрізи осадових порід, верхню мантію па глибинах, співмірпих з радіусом Землі, досліджуватп шарп з підвищеною провідністю в земній корі і верхнііі мантії, та зони локального розігрівання у них. З допомогою електромагнітних методів вивчаю і ьея динамічні та енергетичні характеристики на великих глибинах. Ці характеристики дозволяють глибше зрозуміти геологічні процесії, правильно підійти до проблеми походження та змінюваності магнітного поля Землі. Електромагнітні методи е першорядними при вирішенні названих задач тому,що тільки воин дозволяють проводити дослідження розподілу електричної провідності і температури, які найповніше описують глибинні процесії.Особливе народногосподарське значення мас застосування цих методів щодо пошуку нафтогазоносних районів. Електричними методами вивчаються природа і особливості прнроднього електричного поля, в тому числі електричне поле морських хвиль. Геофізичні та економічні особливості задач морської гсоелектрнки пред’являють високі вимоги до метрологічних та експлуатаційних характеристик первинних вимірювальних перетворювачі» електричного поля у провідному середовищі, яким с середовище Світового океану.

Порівняно з вимірюванням електричного поля в інших середовищах (повітрі, землі і тлі.) методи і засоби вимірювання електричного поля у ировідпих середовищах (морська вода, електроліти) розроблені менш повно. Причиною цього е те, що область таких досліджень почала розвиватися пізніше. У зв’язку з тим, що при розповсюдженні електромагнітної хвилі у провідному середовищі змінюється характер її поширення, то змінюються іі засоби і методи експериментального її дослідження. Співставлений відомих даних про первинні вимірювальні перетворювачі електричного поля в провідному середовищі з вимогами, які ставляться до методів і засобів вимірювання електричних полів у морській гсоелектрнці показує, що для вирішення' акту;ільпнх задач морської 'геофізики необхідно

підвищувати чутливіш, і вдосконалювати їх експлуатаці ііїї і характеристики (змсншушітп споживання, збільїпуваги терміни автономної робо і п, підвищувати надійність роботи, забезпечиш кращу повторюваність результатів, нлоскоиа.'ііпн алгоритми управління і т.п.), та метрологічні параметри (<іабільпіпі> коефіцієнтів передачі, вхідного опору, і.д.). У зв'язку а перерахованими причинами гоеіро стопі, задача розробки нових методів вимірювання електричного поля у провідному середовищі та створення нових засобі» Його дослідження. Зародковий етап проблеми розвитку метрологічного забезпечення вимірювачів електричного по.тя у провідному середоїшіці не менш гостро ставить шпапня методів і засобів новіркп первіпіпих виміріовальних перетворювачів електричного ноля провідною середовища.

Важливість ноставленних задач зумовлена тим, що метрологічні характеристики і експлуатаційні параметр» перетворювачі» у с\ гтевііі мірі визначають можливості одержання геофізичної інформації при вирішенні наукових і прикладних задач. Цим і визначається актуальність вибраної темн.

МЕТОІО дисертаційної роботи с дослідження і розробка нових методів квазіпостіііпого електричного ноля у провідному середовищі, придатних для роботи її умовах Світового океану з врахуванням агресивності соредовіпца та дії високих тисків, розробка методів і засобів метрологічного забезпечення.

Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити основні наукові задачі:

- аналіз джерел ноля та ііого інформативних параметрів;

- аналіз процесу вимірювання поля з позицій теорії похибок з мстою виявлення їх причин;

- аналіз нричіні нестабільності метрологічних параметрів датчиків електричного поля у провідному середовищі;

- аналіз і систематизація методів моделювання електричного поля у провідному середовищі;

- розробити методи і засоби шімірювапня квазіностііпіого електричного поля у Світовому океані;

- розробити методи і засоби метрологічного забезпечення инмірювульпнх перетворювачів квазйюпїішого електричного ноля в електроліті;

- розробити методи і засоби поліпшення дрейфових параметрів датчиків електричного поля;

- розробити засоби зниження енергоспоживання первинних

вимірювальних перетворювачів. .

МЕТОЛІ) ЛОСЛІ/1ЖЕП11/1. Д.тя нпрііиепня поставлених задач І! роботі ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ основні положення теорії вимірювань, теоретичний аналіз і:ї дополнениям натурними даішмп, лабораторний експеримент.

Наукова новизна роботи полягає в наступному:

- запропоновано ноппіі метол ініміріоііанпя квазіпостійного електричного поля, ного фізичну модель і аналітичний опис;

- коилеіссно шіріїпено проблему енергоспоживання і стабілізації метролосічних характеристик периннпнх вимірювальних перетворювачів електричного поля у провідному середовнті;

- запропоновано новий метод стабілізації дрейфових характеристик контактних електродів та засоби йога реалізації;

- запропоновано новий метод моделювання внеокооднорідного електричного поля у провідному середовищі і засоби його реалізації;

- розроблено методику повірки иервніпінх вимірювальних перетно]ж>вачііі квазпюстійпого електричного ноля у Снітоиому океані.

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ РОБОТІ! визначається тим, що знайдено методи вимірювання кказіпостійного електричного поля в провідному середовищі, які дозволили реалізувати засоби дослідження електричного поля у Світовому океані практично на всій акваторії, без обмежень вимог до глибин, що дає можливість спостерігати низькочастотні варіації поля з метою вивчення глибинної будови диа.

Комплексно вирішено питания стабілізації метрологічних параметріп первинних вимірювальних перетворювачів, та їх енергоспоживання, що дозволяє збільшити термін автономності їх роботи.

РЕАЛІЗАЦІЯ РОБОТІ! Теоретичні і практичні результати роботи використані при виконанні бюджетних науково - дослідних робіт: "Розробка принципів побудови та створення високочутливих вимірювальних перетворювачів електричного поля”, “Вимірювання параметрів електричних і магнітних полі» стосовно задач діагностики електропровідних середошіш”, "Розробка доиннх станцііі квазіностіііного електричного поля". ІЗ результаті реалізовані і впроваджені в практику морського приладобудування нові методи вимірювання та повірки вимірювачів квазіностіііного електричного поля у середовищі Світового океану. ■

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Основні положення роботи доповідалися на двох всесоюзних конференціях, всесоюзній нараді та двох міжнародних науково-технічних семінарах.

За результатами роботи опубліковано п'ятнадцять робіт, з них

чотири авторські свідоцтва на винаходи ,

ОГ>СЯГ ТА СТРУКТУРА ДИСЕРТАЦІЇ. Дисертація складається:! вступу, трьох розділів, висновків, списку літератури. Робота викладена на сторінках, містить основного тексту сторінок, ілюстрацій сторінок, список літератури л найменувань па

сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ.

У -ВСТУПІ -обгрунтовано актуальність і перспективність роботи по розробці і вдосконаленню методів вимірювання квазіїюстіііпото електричного поля у провідному середовищі. Показано необхідність розвитку засобів метрологічного забезпечення вимірювачів електричного поля. '

У ПЕРШОМУ РОЗ/ПЛ1 для обгрунтування вимог до вимірювальної апаратури, проведено огляд джерел електричного поля у Світовому, океані.

Розглянуто принципи роботи, особливості застосування, переваги і недоліки різних типів датчиків електричного поля. Проведено дослідження їх еквівалентних схем. Одержано аналітичні вирази для їх коефіцієнта передачі, співставлено теоретичні та експериментальні дані. Проаналізовано вирази для коефіцієнта передачі датчиків з подонжувачамп, в яких застосовані гідроперемнкачі, зроблено висновок, що перешкодою для подальшого вдосконалення первинних перетворювачів електричного поля з гідропереміпсачами є нестабільність опору гідроперемпкача у закритому стані. Зміна опору гідроперемикача в процесі експлуатації стає причиною нестабільності ііого коефіцієнта передачі. Відомі типи датчиків є чисто лабораторними приладами. Вони мало придатні для застосування в натурних умовах - на морському дні. В кращому' разі їх можна застосовувати тільки на короткі терміни досліджень, що обмежує можливість використання їх при геофізичних дослідженнях

ДРУГИМ РОЗЛШ присвячено розробці та дослідженню нового методу вимірювання електричного поля у морській воді. Проаналізовано величину методичної похибки датчиків з гідропере.чнкачамп. Показано, що вона виражається формулою:

^методу

де: т- тривалість закороченим; Т - період закорочені).

Показано, що нестабільність опору гідроключа у закритому стані є причиною, котра поііріиус ііиго меірологічні характеристики. Тшіошім засобом уникнення її дотепер було забезпечення сильнішого прилягання робочих поверхонь з допомогою різноманітних іехпіч-

нпх рішень. Але такс рішення суперечить шімогам до ііоі'о експлуатаційних характерна ніс: споживана потужність досягає значень сотень Ват. Це робить такі прилади практично непридатними для застосування прп тривалих автономних дослідженнях па морському дні.

В запропонованому новому типі першшного вимірювального перетворювача електричного поля у провідному середовищі між робочими поверхнями введено зазори. Цеп захід підвищує надійність роботи гідроперемпкачів, суттєво зменшує споживану потужність, спрощує їх конструкцію і технологію виготовлення.

Схеми різноманітних конструкцій! таких гідроперемпкачів показано на рис.1.

Напруга и, котра знімається з клем М, N , зв'язана з вимірюваною напруженістю електричного поля Е співвідношенням: иі = ЕУ-і- Дфі де: У - еквівалентна довжина бази датчика; Дсрі - власна І£РС пари електродів;

ІІрп паяііііості зміїні напруженості електричного поля ДЕ в проміжку між замірами шіраз для напруженості поля мас вигляд:

г _ Д£-(1-/и) Д<$9, — Д<р2

■ . — • 1

/;?£( т ті\

де: т - параметр комутації.

Точність ішміргошіипя тим ііпїца, чим значення т ближче до одіпніці. Для датчика побудованого по схемі рис. 1а, при конкретних значеннях: довжини патрубків Ь = їм; за:гору 8 = 0,5мм, при діаметрі гідроканалів ф = 0,2 м, величина еквівалентної довжини бази датчика в момент

а) мН<0 II а ,5 ф

\ ■ N

9

16

а.

(,) 10 5 МФ в } II

П;

*У шЛ'

П0Т

7 ¿ІГ-Л

5-,

16

Рис. 1

І

вимірювання 1.1 = 1125 мм, в момсіп закороченим 1.2 ~ 7 мм, масмо пі = 0,994.

Збільшення ПІ »СДЄ до підвищення точніші вимірювань, що реалізовано.у датчику шікоіишому по рис. 16. Пою еквівалентна схема приведена на рис.2. Діелектричні труби 1,2 у такому датчику мають діаметр Фтр. і заповнені зовнішнім середовищем. Бони утворюють гідроканалп, котрі ведуть до корпусу 3, який виконано у вигляді диска товщиною сі з нлоскопаралсльппмп торцями. З ними гідроканалп 1,2 з'єднані герметично. Відкриті кіпці гідрогашалів виведені у зовнішнє середовище, в котрому наявне вимірюване електричне поле з напруженістю Е.

Гідроканалп утворюють вимірювальну базу довжиною Ь. В корпусі З і;,, виконано осепаралельпі отвори

11, 12 діаметром Ф1, центри котрих зміщені па однакову віддаль О в протилежні сторони під осі корпуса 3. В корпусі З виконано також електродні камери 8,9, сполучені з отворами 11,12 з допомогою каналів. В пі камери поміщено 1>(1С 2 електроди. По осі корпуса З

встановлено пал 16. На валу 16 встановлено діелектричні інаііби 5,6 діаметром Ф,. Віддаль між шайбами І, при цьому />/,. Зазори 61, 62 між шайбами 5,6 і корпусом

З рівні між собою.

В першому робочому положенні тонкостінної шаіібн 6 її отвір

10 розташований протії отвору 11 диска 3, а отвір 13 шаіібн 5 навпроти отвору 12. Опори розтікання струмів, що проходять через отвори 10,13 в електроліті іідроканалів 1,2 запишуться:

II, 4 = -- • ——

' сг 2 • Ф,

Опори розтікання струмів, що проходять від отвору 12 через зазор 51 до краю тонкостінної шаіібн 6 та від отвора 11 через зазор 81 до краю тонкостінної шаіібн 5, запишуться:

1

И ~---------------- . Луссі!

2-П-С7-5уі V

гф2, + ф'.

А-О

2Ф, • Ф7

Опори К7,К8,К9,КІ0 иідіювідаюп, иолошніі опору електроліту іі кожному з отпоріп 11,12:

я7 = Я;, = я9 = я(0 = я

2-е!

л- а- Ф'

Опір електроліту н запорах 81, 52 між отворами 11,12 :

л-а-5Х;

•1п

2-Р

Ф,

■ + .

Іґ2-Пл

Ф,

-1

Опори електроліту »середині кожного з гідроиропідішкіп 1,2:

2 (1-е/)

Л-С7-Ф

гр

Опір розтікання струму, що протікає через гідроподопжувачі у зовнішньому середовищі:

я =1_Л_

” С7 2. ФТ1,

Буквою а позначено електропровідність електроліту. Електричне поле створюй на електродах вхідну різппцю потенціалів:

( ф

1 + 0.25тг—^

V Ь )

При попороті активної частішії гідроключа здійснюється аптпкомутація. При умовах: 81 = 52 = 5, виконуються рівності: КЗ=Н2: К5=[*б; 17,8=19,10=1 Напруга холостого ходу датчика описується виразом: .

и

----!і_(/ /А = 2-Е-Ь, +(/,-/.)

2 +И:і+'К, и 1} '

В другому основному положенні: С/ = Е 1^.,

ЛСЦ=-Ц ' " !

Здійснюючи шдпілаш/я тіризів для ихи' их 2 одержимо: ,

и.« - и* = 2 Е ■ Ьп

у

\

Розрахункова велпчп па еквівалентного коефіцієнта перетворення:

виконаний по схемі рис.їв, має рухому частину пикоилну у вигляді циліндричної оболонки ,ч перегородкою посередині. Прпнпші роботи такого перетворювача аііа.топчішіі попередньому. Він мас підвищену механічну міцність. '

Екепсрнмсніальне дослідженим первинного вимірювального

працює .¡а рахунок перебудови електролітичних зв'язків вимірювальних електродів між собою і зовнішнім середовищем, яка відбувається при переміщенні діелектричного диска 8.

При наявності в середовищі напруженості електричного поля П на кінцях гідродинамічних подовжувачів 1,2 довжиною І- появляться потенціали:

де: /_) - ширина іцілшш між заглушками 4,5. По електролітичних шляхах АКС і СТВ потечуть струми:

де: Н1,2-опір шляху КС і СТ між диском 8 і заглушкою 4,5;

Кгрі ,2-омір шляхів ДК і ТІЗ в нодовжуначах 1,2.

При цьому:

Неріїніїнпіі вимірювальний перетворювач електричного ііоля,

п е р ет в о р ¡о в а ч а с л є к т -

о

Рііс.ГІ

середовищі проводилось на прикладі моделі датчика, викопаної за схемою рис. 1а, еквівалентна електрична схема якого зображена на рпс.З. Іііп

<Р 1.2

Цим встановлено відповідність між геометричними розмірами датчика, середовищем та еквівалентною схемою. Це дас можливість .(ашісати вираз для довжини еквівалентної бали такою датчика в першому робочому положенні при закритих вікнах:

4-Ь-(гі,+с/2)

Ф”) • 1п

а різншш потенціалі», що знімається з електродів:

II| — Е • .+ (сл. — е

У другому робочому положенні, коли диск 8 повернено таким чином, що спряжені пікна не перекриваються, струм 10, котрий проходить по електролітичному шляху ЛКТВ:

ІЛ =

2-Е І

2 • ЯТ(, 12 + К-КТ Опір шляху КТ в щілинах вікон 6,7 і між ними:

Ккт

4 • (сіц + сі ^ + 1 (Ф2 ~Фї)

тс ■ а

З електродів п другому робочому положенні знімається напруга, що описується виразом:

і/,-с-ь,+(/*-/„)

де: Ь2 - довжина еквівалентної бази п цьому положенні:

О ■ ехр

Ь,

к ■ Ф, 2-0

Ф-І-Фг с/., + с/, + О - +

Ф

2-І

Встановлено відповідність між геометричними розмірами та довжиною еквівалентної базп датчика и другому основному робочому стані.

Вирази для Ш,Ш дозволяють виключити значения власного потенціалу з вимірюваної величини шляхом їх віднімання.

Значення Ы ,Ь2 шізначалнся експериментально в_гідролотку, де досліджувалися діючі макети описаного датчика. ГІри дослідженнях імітувалася деформація заслонки шляхом зсуву її з штатною положення с11=сІ2 її положення сі, ,=0, сі, .,=2сІ, а також перекоси диска.

Результати експериментів показали, то в широкому діапазоні значені) І- та зазорів <і 1 =сі2=сі (під 0,2 до 1,2 ям) одержано глибини модуляції сигналу пі=0,990-Ю,997.

Розгляд ш.тяхіеі подальшого вдосконалення перетворювачів електричного поля показав, що основним фактором, котрим і після вжитих заходів обмежу с чутливість датчиків, с- дреііф власного потенціалу електроді» Аналіз джерел дрейфу дозволив відокремити часову складову дрейфу власного потенціалу електродів і заиропопупатл метод його зменшення.

Суть .методу нолягас її реалізації такого процесу вимірювання потенціалу, при котрому через, електроди в середньому протікає нульовий струм. На рис.4 показано схему, котра реалізує такий метод

-------. вимірювання. Електроди 1,2 під'єднані

до входів диференціального підсилювача з вхідними опорами КЗ.І-М, коефіцієнт підсилення К> 1 постійний і відомий наперед. Вихід диференціального . підсилювача 3 підключений до розмикаючого контакту перемикача 8 і, через резистор К7, до такого ж контакту _ перемикачі! 10. Перемикаючий контакт сп останнього через конденсатор С12 .і'сдшшші із землею. Розмпкаючпіі контакт перемикача 8 .¡‘єднанні! через конденсатор СИ з таким же контактом

! К!

: 0 кз

2 Я2

II

Кб О О К5

.7-

їй

-СП-—,

'Й-" Т1СИ

,7

Рис.4

перемикача 9, розмикаючий контакт котрого з'єднаний із землею. Замикаючі контакт перемикачі]! 8,9 .¡‘єднані, відповідно, через ре.шетрп .і,(і д пеішісртуючпм. та іннертуючпм входами диференціального нідсплюнача. Управління перемикачам!! здійснюється тактовими імпульсами генератора 4.

ІІрп виконанні співвідношень :

Ви К.™ =(*-і)-к.и

у пристрої н першому основному положенні ключі» 8,9, )0, показаному па рие.1, різниця потенціалів:

V.., = {<Р> -Ч>\)+{‘-2-Єі) Ц

Через електроди протікає струм: І| = —------—~—, котрші

І'З *^4

переносить через електроди па час тривалості імпульсу і заряд:

Ле

и3 + я,

Конденсатор СИ заряджається до різниці потенціалів:

. иаГки

і через конденсатор 7 підзаряджае впхідиші конденсатор 12. В другому основному положенні конденсатор (2 відключається під виходу підсилювача. Конденсатор 11, відключившись від виходу підсилювача і зберігаючи на собі попередило різницю потенціалів, через замикаючі контакти ключіи 8, і резистори 5,6 підключається до електродів 1,2. При цьому через електроди протікце струм: '

! и., -(<-<■'). и„

- К-,+І}, 'К;,+К,

котрпіі за нас тривалості тактовоіч) імпульси переносить через електроди заряд: у

Дя, = І, • А( s ——— • At.

Aq2 = І, • Д/ « --—

r3 + r4

по знакові обернений заряду ql. При іцілппності імпульсів тактового і оператора 0,5 перенесений через електроди сумарний заряд, за повніш цикл роботи тактового генератора, стас близьким до нуля. .Завдяки ньому зменшvn ься сумарна зміна власппх потенціал/» коптктшіх еЛСКфОДІН.

Іішшіі пристрій, що реалізує такий метол вимірювання, показано іи\ рис.5. Тут 1,2 електроди, гідрокапал 3 з перегородкою 1, диференціальний підсилювач 5 з коефіцієнтом підсилення К, резистори 6,7 з опором К і 8,9 з опором КК, інвертор 10, перемикаючий' ключ. .11, конденсатор 12, тактовий генератор 13.

В першому положенні через електроди протікає стр\'.ч:

и и

2 • Я + 2 • И ч 2-Й.

Конденсатор, через розмикаючий контакт ключа 11, заряджається до:

'ис=к-и,

Рис. 5

котра, в другому основном,у положенні, через розмикаючий контакт ключа 11 і резистор 9 поступає на пеінвертуючпіі вхід диференціального підсилювача. В результаті таких операцій через електроди протікає струм: ■

/ =

к-и-и

и

2КК + 2К, 2-Я’

напрям котрого протп.тежннп до струму в першому основному положенні і рівнин йому по величині. .

Макет перлинного вимірювального перетворювача з гідропе-ремпкачем, котрий мав зазор біля 1 ям було випробувано в натурних умовах у селищі Стрілкове на березі Азовського моря. Зроблено вимір електричного поля протягом двох діб. Його величина змінювалась від 7 до 74 мкВ/М. -

Експериментально встановлено необхідність дальшого вдоско-палення електроприводу, який застосовується в датчиках електричного поля. В запропонованому варіанті електроприводу гідронеремпкач має ротор, котрий суміщений із заслонкою гідроключа. Конструкція такого двигуна торцевої конструкції зображена на рис.6. Ного ротором є диск з оргскла (заслонка гідроиеремнкача) товщиною 2-3 мм, по периферії котрого розміщено в отворах 20 постійних магнітів, полярність котрих по черзі міняється. Статор має двофазну обмотку, виконану у вигляді двох тонких кілець з фольгованого гетинаксу, на обох сторонах котрого виконана двошарова обмотка якоря* Два кільця

з такими двошаровими обмотками розташовані по обидві сторони

14

б)

, ротора І утВОрЮЮ'І !. ДНІ фл.іП обмоток якоря. Кожна фазова обмотка містить спіральні секції, кількість котріїх ріпна кількості магнітів на роторі. Кожна секція н одному шарі містить 1'і спіральних шггкії:. При подачі на фазні обмотки відповідним чином узгоджених імпульсі» вектор магніторушійної сили займає в просторі послідовні положення, що відповідає просторовому кугопі 9". Ротор л постійними магнітами відслідковує ці положення 'і повертається здійснюючи кроки по 9", доки не дійде до чергового фіксованого положення. Витримується пауза для замірів і ротр иовоер гається в попередній стаи.

Миттєва потужність такого електродвигуна в момент пуску дорівнює 0,5 Вт, середня потужність під час- роботи -0,3 От. З врахуванням щілинності роботи електродвигуна (приблизно

0,5 с за кожних 15 хи.) електрична потужність, споживана електродвигуном, становить 2 10 і Вт. Схема управління в проміжках між роботою електродвигуна споживає 0,3 Вт. '

В ТРЕТЬОМУ РОЗЛІЛІ описана розробка і дослідження уста-повкп для експериментального визначення передавальних характеристик первинного перетворювача електричного поля у водному середовищі.

Структура запропонованої е ¿І, установки подана на рис.7.

Метрологічна кювета 1 вп-" коиусться з електроізоляційного матеріалу, -заповнюється електролітом ‘ 2, вільна поверхня котрого 3. Розміри поперечного перерізу електроліту' позначені: а - ширина, І) - глибина. В електроліт занурено задаючі електроди А,В, котрі підключені до джерела струму. У стінках кювети розміщено отвори б невеликого діаметру і виводи 24 додаткових' електродів, котрі утворюють 12 кой і рольних датчиків

С 1 ,■

Рис. 7

][().ї;і, бази котрих ролілпіонлпі плдовж кюінчп.

Досліджуваний датчик розміщується в робочій .¡<ші СД. Вона міітіп і> мої при дат ч!іі;и .¡балами L21, L22, 1.23, L21, по обидві строїш під робочої зони розмішено допоміжні лоті FC і DG, кожна л котрих м;н' відповідно контрольні датчики л балами ЇДІ, 1Д2, LI.Î, 1,11 і 1.151, L32, 1.33, L3Í, відповідно. .Задаючі с.іекіроди відділені під допоміжних і робочої лон плоскими елсктроі.штяіііїішімн пластинами (відповідно 7,8,9 і 10,11,12). Пластини 7,8,9 і 10,11,12 названо ролсіювачами стр\’му задаючих електродій 1,5. Ро.іеіювачі еіруму побудовані таким чином, що п центрах занурених іі електроді і

поверхонь tixb пластин 7 і К), розміщеноотвори ІЗ і Н. Якщо поверхні

І

пластин 8,1 І ролбігш на рівновеликі прямокутники іл сторонами ~ • а і

1 2 .— ■h в центрах котрих розмістиш отвори 15 і Ні, то це буде спосіб ? ' побудови другої пласішні. ІІастші поверхні 9,12 розбивають па

' ’ ' 1 1

рівновеликі прямоку 11 и псп іл сторонами — • а і — ■ Ь, в центрах яких

4 1

розміщено отвори 17, і 18. При протіканні струму в колі електродів, останній ролсіккться па отворах па рівні частини, створюючи систему рівномірно розподілених п днох паралельних площинах джерел струму. Відтворюване в кюветі поле стає однорідним вже па віддалі під розсіювана струму порядку віддалі джерел па цій пластині одне

• , 1' ' 1

ПІД ОДНОГО, тобі О — . і,, . /,

1 Í

Розміщення и зоні СД датчика викличе спотворення ноля: '

- £,

. . £* '

де: /; 1 - поле в лоїюміжпііі зоні; ¡VI - поле в робочій зоні.

Завдяки розміщенню її стійках кювети виводів додаткошіх електродів, котрі утворюють незалежні контрольні датчики, одержано можливість безпосередньо и момент калібрування вимірювати відтворюване и пристрої ноле, чим виключається похибки калібрування, зумовлена джерелом опорного струму.

Наявність контрольних датчиків дозволяє враховувати внлпв стінок на вимірюване ноле.

ОС НОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОІІОТІІ ,

При виконанні ;іаиої роботи було отримано наступні основні результаї її: •

Розроблено та теоретично і експериментально досліджено мовнії метод вимірювання квазіностпіното електричного поля, яким дозволяє розширити моас.швосіі досліджень земних надр.

х Розроблено та досліджено метод зменшення дрейфу класного потенціалу контактних електродів.

Комплексно вирішено проблеми: стабілізації меі рологічпих параметрів: енергоспоживання та тривалості автономної роботи перетворювачів електричного поля у Світовому океані.

Запропоновано фізичні та аналітичні моделі перетворювачів поля. З їх допомогою розроблена методика аналізу метрологічних та експлуатаційних параметрі» перетворювачів.

Запропоновано повші метод моделювання ква.¡¡постійного електричного ноля у провідних середовищах, на основі якого створено стенд поіііркн перішнпих вимірювальних перетворювачів електричного поля у провідному середовищі.

Запропоновано методику иошркп перетворювачів поля, яка дозволяє визначити їх метрологічні параметри. '

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ. ідо розкришпоть зміст роботи:

1.A.c. І.5914.53 СССР “Датчик для измерения напряженности

электрического поля в электролите", Богородский М.М., Жданов М.С, Мельцер М.С., Симоненко Г.Б., Сопрушок II.М., Пндгирияк Я.Е. Опубл. 1990, Бюл. \т 35. •

2.A.c. I(i70fi18 СССР “Устройство для калибровки измерителей электрического поля “Богородский М.М., ЖдановМ.С., Сопрушок U.M., Ппдгнрняк Я.Е. Опубл. 1991, Б юл. N 30.

З А.с. lS217.5(i СССР “Устройство для измерения разности потенциалов в электролитах”, Богородский М.М., Жданов М.С., Пятибрат А.О., Ппдгнрняк Я.Е., Сопрушок II.М., Опубл. 1993, Бюл. N22. 1 ’

4. A.c. 1К170-11 СССР “Устройство для измерения разности потенциалов и нронодящих средах" Сопрушок П.М., Богородский М.М., Ппдгнрняк Я.E., Пятибрат А.О., Опубл. 1993, Бюл.N19.

5.Богородскніі М.М., Елизаров В.H., Нагаііцев В.П., Сопрушок П.М., Ппдгнрняк Я.Е. Специализированный электропривод для аппаратов подводных мапштотеллурнчеекпх исследований./ / Тез.докл. УП Всесоюзного семинара “Фундаментальные проблемы

морских олектромлпппиеых исследований", Звсншород, 1988.

б.ІЗогородскіііі М.М., Жданої! М.С., Мельцер Я Д., СимонепкоГ.Б., Пндгирняк Я.Е. Глубоководный даїчпк для измерения квазпстацпонариых электрических иолеіі в море., Тез. докл. УП Всесоюзного семинара “Фундаментальные проблемы морских электромагнитных исследовании", Звенигород, 1988.

7. Богородский М.М., Жданов М.С., КЛЕКОВКІПІ И.Д., Соирушок II.М., Пндгирняк Я.Е. Установка для тарирования датчиков квазистационарного электрического ноля в море ./'/Тез.докл. >41 Всесоюзного семинара "Фундамента.! ьныс проблемы морских электромагнитных исследований” .Звенигород, 1988

8.Богородский М.М., Жданов М.С., Соирушок II.М., Пндгирняк Я.Е., Исследование свойств и опыт построения сгснда поверки измерителей электрического поля / , Тез. докл УШ Всесоюзного семинара “Фундаментальные проблемі)! морских электромагнитных исследований”, Звенн город, 1990.

9. Богородский М.М., Жданов М.С., ІІяінбрат И.П.;

СонрунюкП.М. , Пндгирняк Я.І:., Устройство для измерения разности потенциалов н иоппроиодяїцнх средах ' Тез. докл. УШ Всесоюзного ссмирара “Фундаментальные проблемы морских электромагнитных исследований”, Звенигород, 1990. .

10.Богородский М.М., Соирушок 11.М., Пндгирняк Я.E., Натурные испытания первичного измерительною преобразователя электрического поли ii Азовском море / / Тез.докл. УШ Всесоюзного семинара “Фундаментальные проблемы морских электромагнитных псслидоваииіі”, Звенигород, 1990.

11 .Богородский М.М., Жданов М.С., Клековкин В.A., СонрунюкП.М. Пндгирняк Я.Е. Тарировка измерителей электрического поля в проводящих средах /'/Тез. докл. Всесоюзного совещрпия “Актуальные проблемы развития океанографической информации”, Москва, 1989.

. 12.Богородский М.М., Жданов М.С., Мельцер Л.Я., Симоненко

Г.Б., Соирушок II.М., Пндгирняк Я.Е. Измерение квазиностоянного электрического поля в море //Тез.докл. Всесоюзного совещания “Актуальные проблемы развития океанографической информации", Москва, 1989.

’ 13.Соирушок П.М., Богородский М.М., Підгірпяк Я.Є. Методика

експериментального визначення передаточних характеристик первинних вимірювальних перетворювачів електричного поля // Сборник трудов международного научно-технического семинара”

Морское и .жо.іопгісгкое приборостроение”, Cenac і онол її, ЮТІ.

1А. Соп рушок II.М. Ьогородскпіі М.М., 11 ¡дгірпя к Я.Є. Г.'і її бо ко мод її її іі нерпи ні і її іі ним і рюнал і>л п іі пере і мор іонам кпазппостіппоіо електричного поля сборник грудок

международною паучно-техн нческого семинара “Морское н гжологичсскос приборостроение'', Севастополь, 199.5.

ІЛ.Сонрушок II.М., Ііогородскиіі М.М., Пагаііпсн И.І., Пілгір-нмк, Сиеиіалиовлпнп елсктропршіід для перішииих іпімірюкальннх перепіоріоиачії! електричного ноля л иегермеІ ІКІОпаїПІМ гідрокомутатором Сборник трудов международного iiavMim-техптмсского семинара “мор'ское и ако.тогпческое приборостроение", Севастополь, 1995.