Контактные первичные преобразователи на основе углеродистых волокон

 

Углеродистые волокна имеют некоторые преимущества по сравнению с кусковым графитом. Углеродистые волокна очень однородны и имеют большое значение отношения площади смоченной поверхности к весу, а также являются химически инертными в воде.

Отношение площади поверхности к весу составляет . Один электрод может содержать 1.2 миллиона волокон длиной от 10 до 20 см.

Конструкция электрода шведской фирмы Polyamp показана на рис.3.3 где 1- углеродистые волокна, 2- эпоксидная заделка, 3- кабель.

 

 

Рис.3.3 Внешний вид контактного первичного преобразователя на основе углеродистых волокон

 

В частотах выше 1Гц импеданс для пары электродов ниже 10 Ом.

К недостаткам следует отнести способность углеродистых электродных волокон действовать подобно конденсатору. Если электроды заряжены, то напряжение остается в течение долгого времени.

Несомненным достоинством, по сравнению с Хлорсеребряными электродными датчиками является практически мгновенная (не требуется предварительное вымачивание) готовность датчика к работе. Зависимость шумов датчика от частоты приведена на рис. 3.4.

 

Рис.3.4 Шумы датчика из углеродистых волокон

Примеры многокомпонентных контактных преобразователей

Трехкомпонентный компактный датчик электрического поля английской фирмы Subspection на основе хлор-серебряных чувствительных элементов (рис.3.4) [9]. Характеристики датчика приведены в табл.3.5.

 

 

Рис.3.5

 

Таблица 3.1

Характеристики датчика фирмы Subspection

 

Характеристики	Значения
Измерительные оси	3 ортогональных оси (X, Y, Z)	Высота:	500мм
Частотный диапазон	5мГц to 1KHz	Диаметр датчика	250мм
Низкочастотный диапазон	5mHz до 5Гц	Диаметр основания	350мм
Высокочастотный диапазон	1Гц до 1кГц	Вес в воздухе	28кг
Динамический диапазон	±10мВ/м max.	Вес в воде	5кг
Шумы:	5нВ/м/Ö Гц до 5Гц

На корпусе из стеклопластика расположены 5 чувствительных электродных элементов. Один вверху и 4 на боковой поверхности . Электроды, расположенные на боковой поверхности, измеряют две ортогональных горизонтальные проекции напряженности электрического поля и , а вертикальная компонента находится по формуле:

,

где и - коэффициенты преобразования по координатам .

Отметим, что при измерении напряженности электрического поля отпадает необходимость использования дополнительного «нулевого» электрода.

Чувствительные элементы (Ag/AgCl) трехкомпонентного датчика напряженности электрического поля английской фирмы Ultra Electronics показанs на рис.3.6, а на рис.3.7 его внешний вид, Датчик имеет уровень шумов 2.5нВ/м/Ö Гц.

 

 

 

 

Рис.3.6. Хлорсеребряные электроды, входящие в состав 3-х компонентного датчика фирмы Ultra Electronics.

 

Рис. 3.7. Внешний вид 3-х компонентного датчика фирмы Ultra Electronics (диаметр корпуса из стеклопластика 0.5м)

 

Сравнительные характеристики шумов датчиков различных фирм представлены на рис.3.8 [9].

 

 

 

Рис.3.8. Шумы датчиков электрического поля

 

 

Схемы компенсации помех.

В схемах измерения потенциала один из электродов относится на значительное расстояние (100-150м). При таких дистанциях между электродами сигнал, вызванный естественной помехой (теллурическими токами или блуждающими токами), может достигать существенных значений.

В магнитном поле Земли, при наличии течений, возникает ЭДС индукции. Между измерительным и 0-м электродами возникает разность потенциалов. Величина ЭДС зависит от длинны проводника и величины МПЗ. При Н_з=40А/м и скорости течения 1м/сек на базе 100м возникает паразитная ЭДС в несколько мкВ. Этот сигнал складывается с полезным сигналом и искажает данные измерений. Можно отделить помеху по частотному признаку, так как этот сигнал более медленно меняющийся, чем полезный. По частотному признаку все помехи в задачах измерения постоянного электрического поля можно разделить на 3 вида:

- постоянная составляющая помехи;

- низкочастотная составляющая помехи, находящаяся в полосе частот полезного сигнала (до 1 Гц);

- высокочастотная составляющая > 1 Гц.

Постоянная составляющая помехи исключается схемой компенсации, т.е. подбирается встречная ЭДС, которая компенсирует ЭДС помехи.

Высокочастотные составляющие могут быть отфильтрованы пассивными фильтрами низкой частоты во входном устройстве.

Наиболее трудно устранить низкочастотную помеху в полосе частот полезного сигнала.

Некоторые рекомендации и средства устранения данной помехи:

- место измерений выбирается в районе с минимальным уровнем естественной помехи (слабо изрезанный рельеф берега, геологическая однородность донного грунта и ровный рельеф границы раздела вода-грунт, значительная удаленность датчиков от берега, малые скорости течений);

- поле объекта измеряется на близких дистанциях, чтобы уровни полезного сигнала были существенно больше помехи;

- применение специальных средств автоматической компенсации помехи.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: