| Способы построения ПСРД, инвариантных к влиянию СЭД и изменению ДСЛ | |
| Автор: drug | Категория: Технические науки / Автоматизация | Просмотров: | Комментирии: 0 | 04-01-2013 18:24 |
Способы построения ПСРД, инвариантных к влиянию СЭД и изменению ДСЛ
В ПСРД этой группы эквивалент КС имеет, как и в предыдущем случае, последов ательную структуру, отличаясь наличием введенно¬го в расоечку одного из проводов источника э.д.о., напряжение на зажимах которого отражает действие на КС стационарных элект¬рических полей. Поскольку при этом миним изации подлежат два не¬информативных параметра КС, структура ПСРД, приведенная на
рис.2.2, в общем случае должна иметь не менее трех измерительных каналов с временным разделением (рис.2.20), а система уравнений, описывающих указанные каналы, должна содержать минимум три урав¬нения с тремя, неизвестными
где - выходные величины измерительных каналов;
Хх ?;Т£ - параметры, определяемые сопротивлением дат¬чика Rx , сопротивлением проводов линии связи , напряжением Е источника э.д.с., являющегося эквивалентом действия СЭЛ на КС;
Х/73 - параметры преобразовательных элементов, распо¬ложенных в зоне резистивного датчика, которые для выполнения условия разрешимости системы должны быть либо заранее известными величина¬ми, либо не требующими алгоритма минимизации, отличного от1 действующего при исключении дру¬гих не информативных параметров.;
Д - электрическое воздействие на измерительную схему, яляющееся стабильнш в течение каж¬дого такта цикла измерения величиной.
Решение системы (2.31) дает уравнение преобразования инфор¬мативного параметра и может быть записано в виде
Заметим, что число измерительных каналов, а значит?, и число Уравнений, входящих в систему, в принципе может быть больше трех вследствие дополнительной избыточности, вносимой при построении
физически реализуемых структур ПСРД,' а также используемыми при этом критериями оптимальности.
Рассмотрим некоторые способы построения ПСРД, основанные на проведенных выше рассуждениях [{М,92[] . Как и в предыдущем слу¬чае, физическая реализация временного разделения каналов может быть осуществлена либо путем формирования в, зоне преобразования, двух цепей, в одну из которых введен резистивный датчик, либо формирования в одном из тактов цикла преобразования эталонного напряжения»
откуда, с учетом U0 — Е и 0» можно получить
уравнение инвариантного преобразования сопротивления датчика
Первый способ преобразования сопротивления датчика с обеспе¬чением инвариантности к АСЯ и СЭП поясняется структурной схемой, приведенной на рис«2.21» и заключается в следующем, В первом так- I те преобразования запоминается напряжение Uo на зажимах источ¬ника тока ИИТ, равное напряжению) источника Е .Во втором и третьем тактах источником ИИТ" вырабатывается двухполярный импульс тока с амплитудой полуволн / , одна из которых протекает по резистивному датчику RK , причем из напряжений, возникающих на зажимах ЖГ, вычитается напряжение U0 , т-е»
Условием осуществимости этого способа является наличие цепи выпрямления в момент формирования напряжения C/Q , что предпо¬лагает использование для ФК контактного элемента типа электро¬магнитного реле, что не всегда обеспечивает необходимую надежности ПСРД по сравнению с выполнением ФК на бесконтактных элементах с I
односторонней проводимостью.- В следующем способе преобразования I сопротивления датчика, позволяющим осуществить реализацию» ФК на бесконтактных элементах, поясняемом схемой, приведенной на том же рисунке, цикл преобразования включает четыре такта (структура построения ПСРД содержит четыре измерительных канала), соответ^ ствующих вырабатыванию источником ИИТ четырех разнополярных им- I пульсов тока, одна пара которых имеет амплитуду / , а вторая к! ( К > I). При этом напряжения на зажимах ИИТ1 записываются в виде системы четырех уравнений N
где Rn3K , Rn32L и Rn3{ , КЛщ - сопротивления преобразовательных
элементов ФК, соответствующих протеканию по ним токов с ампли¬тудами / и к1 .
Сложение первой и второй пары уравнений системы (2.35) дает
откуда, с учетом идентичности преобразовательных элементов ФК» что соответствует выполнению равенств - ^пэг. и ^лэ\ =
= » можно получить искомое уравнение преобразования
которое определяется алгебраической суммой напряжений U\ •*■ U^ умноженных на постоянный коэффициент» Критерием оптимальности
здесь является, таким образом, простота реализации алгоритма преобразования.
Использование душ разделения каналов передачи информации формирователя эталонного напряжения позволяет избежать труднос¬тей, которые могут возникнуть при обеспечении идентичности эле¬ментов с односторонней проводимостью, образующих ФК, а также ог¬раничиться тремя тактами в цикле инвариантного преобразования.
При осуществлении третьего способа преобразования сопротив¬ления датчика источником ИИТ вырабатываются импульсы тока с амп¬литудами f , к/ 9 ~к1 ( К> I), два из которых протекают по линии связи и датчику, а последний - по линии связи и цепочке,
включающей датчик и нелинейный элемент с односторонней проводи-
Ip^e . ^ да ^МВНН^Н
мостью (рис.2.22), одна из ветвей вольт-ампернсй характеристики
которого параллельна оси токов. Появляющиеся при этом на зажимах
ИИТ напряжения записываются в виде системы трех уравнений вида
где (Jc - напряжение стабилизации тЭН.
Решение системы трех уравнении (2,39) с тремя неизвестными относительно Rx выражается в виде суммы четырех величин
где
Следствием рассмотренного является способ преобразования сопротивления двух резистивных датчиков и (рис»2.23>, которое ведется в четыре такта, что соответствует четырехканаль- I
ней структуре ПСРД. При его осуществлении источником ЖГ выраба¬тывается четыре разнополярных импульса тока с амплитудами — I , + ( К > I) # причем два первых импульса тока подаются на оба датчика, третий ведет к появлению эталонного напряжения Uc\ на зажимах датчика » а четвертый вызывает появление эталон¬ного напряжения Ucs- на зажимах датчика Rxz • При этом уравне¬ния напряжений на зажимах ИИТ образуют систему вида
решение которой дает уравнения преобразования сопротивлений дат¬чиков :
где
где
Реализация рассмотренного способа позволяет не только изме¬рять сопротивления двух датчиков, но также обеспечивает возмож¬ность проведения различных математических операций с их сопро¬тивлениями, что бывает необходимым при специальных измерениях параметров, преобразуемых в .соотношение сопротивлений резистивныаЯ датчиков.
При реализации рассмотренных способов нахождение текущего
значения сопротивления датчика ведется по уравнению преобразова¬ния* при аппаратурном решении которого производится автоматя~
г
ческая подстановка значений напряжений, появляющихся на зажимах 1 ИИТ; при этом все остальные величины участвуют в процессе преоб-» I разевания как заранее известные*
Споообы, позволяющие обеспечить преобразование сопротивлений датчика о инвариантностью к изменению сопротивления проводов линии связи и действию на КС стационарных электрических полей * хорошо реаллзуются в ПСРД, предназначенных для глубинных изме¬рений, особенно в не обсаженных скважинах, где действие на КО стационарных электрических полей, вызванных естественной поля¬ризацией горных пород, особенно велико jjJ5 J * - I Четыре устройства, являющиеся реализацией рассмотренных опооо-| бов, признаны изобретениями 17-19, Юй 1 и послужили основой для! разработки глубинных термометров, а также усовершенствованного варианта аппаратуры типа СТИ, предназначенной для определения мест притока жидкости в нефтяных скважинах.
2»3#3» Способы обеспечения квазиинвариантности к уменьшение СИП в сочетаниях с инвариантностью к АСЛ и СЗД
Рассмотренные методы инвариантного преобразования сопротив¬ления резистивного датчика базировались на допущении о после¬довательной структуре эквивалента КС* которое справедливо при Достаточно больших значениях сопротивлений межпроводной изоля¬ции линии, а также использования низкоомных датчиков и датчиков оо средним значением сопротивления, что, вообще говоря, имеет место в большинстве реальных случаев применения ПСРД. Однако при I значительном снижении сопротивления изоляции, которое может* быть вызвано комплексом причин» связанных, например, о длительной
эксплуатацией линии связи * тяжелыми условиями ее работы, меха¬ническими повреждениями и т.п., а также большом номинальном соп¬ротивлении датчика, возникает необходимость в минимизации появ¬ляющейся при этом дополнительной погрешности преобразования » [?l|72 j * Механизм возникновения указанной погрешности заклю¬чается в ответвлении тока питания в месте утечки» когда по дат¬чику протекает' лишь его часть и эквивалент КС должен представлять собой набор параллельных звеньев, каждое из которых при измере¬ниях на постоянном токе содержит соответствующие медленно, изме¬няющиеся параметры KGt АСЛ, СИП и СЭД,
Хотя, строго говоря, длинная линия является набором беско¬нечного числа элементарных участков [ 5?] , ее лабораторные экви¬валенты с приемлемой для практических целей'точностью могут быть представлены в виде набора конечного числа одинаковых ячеек о заданными значениями параметре отрезков имитируемой линии за¬данной длины [30,109] • Однако для упрощения алгоритмов достиже¬ния инвариантности ПСРД к не информативным параметрам КС ограни¬чимся допущением о локализованном характере утечки. Эквиваленты КС будут отличаться значениями величины д , характеризующей место утечки ,
(2.44)
где Яд - сопротивление участка линии связи между зоной преоб- • ' разевания и местом утечки*
Номинальное сопротивление изоляции RM линии связи при умень¬шении до вносящих дополнительную погрешность значений будет представлять собсй уже сопротивление утечки Ry - Я Rtf , а ИГ о эквивалентом КС будет иметь вид, приведенный на рио*2.24» куда введены два источника напряжения, э.д«о. первого из которых, по
аналогии о участком линии (X уЩ , равна (I -в )£ t а . второгр вЕ соответственно» Хотя полярность включения этих ис- точниковз в принципе может быть различной, примем к рассмотрению случай с их однопал яр ним включением, поскольку неучтенная погреш¬ность от1 действия СЭД при этоц оказывается максимальной.
Поскольку в реальных ситуациях истинное значение 0 чаще всего неизвестно, т,е# неизвестно место локализации утечки, по¬этому, если нельзя "аранее прогнозировать наиболее вероятное значение о , соответствующее, например, участку линии связи, находящемуся в наиболее неблагоприятных условиях, или определяе¬мое другими факторами, дущ построения реального алгоритма преоб^ разования сопротивления датчика приходится значением этой вели- ' чины задаваться.
При значениях в , равных 0 и I, имеют место крайние слу-
чаи. когда утечка происходит либо в зоне преобразования, либо
■
в непосредственной близости от зажимов источника тока, а при О , а также алгоритма преобразования для R^ , соответствующие 9наченшш в , равным
I |j 0,5 1 0, сведены в табл.2*2, откуда, руководствуясь теш В I иными критериями оптимальности, например, обеспечением минималь- I ней методическом погрешности или максимальней простотой реализа¬ции квазиинвариантности к R'» , можно выбирать необходимые фор¬мулы для конкретных случаев применения ПСРД, являющихся реализа¬цией рассмотренного способа•
При необходимости учета влияния на точность преобразования I не только уменьшения СШ и изменения АСЛ». но также и СЭ11, экви- II
валент КС имеет вид, приведенный на рис.2.24, а схема, поясняю-
#
щая способ' минимизации влияния указанных неинформативных пара¬метров, - на рис.2.27, где ФК1 и ФК2, как и в предыдущем случае, II формирователи эталонного напряжения, представляющие собой вклю¬ченные аотречно-параллельно элементы с односторонней проводимостью!!
ф
с характеристиками опорных диодов»
Цикл преобразования сопротивления датчика включает четыре такта, в течение которых источником ИИТ1 вырабатываются импульсы тока с амплитудами / , , , ~К'1, где I < /е<£ К .
Ток амплитудой / протекает по цепи, образованней сопротив¬лениями Ci - & ) RA И Ry , ток к1 - по'ветвям, одна из ко¬торых содержит сопротивления (I - д ) и , а другая - сопротивления &RA , Rx , а также динамическое сопротивление ФК1, равное С/с\ / к1 , где Ус\ - напряжение стабилизации ФК1, а К I' - протекающий по нему ток» Токи амплитудами —к! и —К'1 также протекают по двум ветвям, первая из которых обра¬зована сопротивлениями CI - в ) » ^ , вторая - динами¬ческими сопротивлениями ФК2, равными Ucz /кГ' и l/cz /к'1" соответственно для первого и второго токов. На зажимах ИИТ, а значит, и на входе УО, в моменты прохождения указанных импульсов I £ тока появляются напряжения , » ^ъ » ^ • Имей в виду I
допущение об одинаковости токораспределения между ветвями при I
генерировании токов с амплитудами -КI д ~кЧ , ибо в реальных
случаях приращение динамического сопротивления элемента с одно- 1
сторонней проводимостью ФК2, вызванное приращением тока I к' 8 1
ц jffl
-К ) / всегда можно обеспечить на несколько порядков мень- 1
шим значения сопротивления утечки, запишем систему четырех урав- 1
нении с четырьмя неизвестными щ | И t Ш 1 £ | 1
где
Решение указанной системы уравнений относительно дд дает уравнение преобразования
где
Как уже указывалось, если невозможно задаться реальным зна¬нием Q (а тленно ЭТОТ случаи, как правило, имеет место в аР^.тике дистанционных измерении), можно исходить из выбора кри- ТеРиов оптимальности, обусловленных, например, обеспечением мак¬симальной точности преобразования, полагая в =0,5, или прос- К! алгоритмов преобразования, полагая д I 0 или о I I
(см.табл.2.3).
Поскольку выражение. (2,49) является универсальным в смысле достижения полной инвариантности ко всем медленно изменяющимся неинформативным параметрам КС, имеющим место при измерениях, проводимых на постоянном токе, из него можно получить уравнение преобразования R.x для различных комбинаций частичной инвари¬антности ПСРД, если погрешности, вносимые одним или более пара¬метрами КС, незначительны и ими можно пренебречь.
При этом упрощается алгоритм преобразования, а значит, и уменьшается длительность его полного цикла.
Так. значение Е можно определить из выражения (2.51) и, ес¬ли оно меньше минимально учитываемого, т.е. , можно им пренебречь, сокращая тем самым цикл преобразования на такт, соответствующий прохождению по измерительной цепи импульсов то¬ка амплитудой — к'/. При этом достигается инвариантность к уменьшению СШ и изменению АСЛ. Следует отметить, однако, что уравнение преобразования здесь получается более сложным,, чем в случае реализации способа, имеющего целью минимизацию, только указанных параметров (см.табл.2.2).
Оценку СШ можно произвести по значению напряжения щ , о чем уже было упомянуто при рассмотрении предыдущего способа ин¬вариантного преобразования сопротивления датчика. При значении СИП меньшим некоторого минимально учитываемого при заданном, клас¬се точности ПСРД значения, т.е. ^и^^ит/'п* имеет место вариантность к изменению АСЛ и влиянию СЭП, причем из цикла '^образования исключается его часть, соответствующая генерирова¬ний тока амплитудой / .
уравнения напряжений | подаваемых на. 70, содержащее решающий хдок, и являющихся вшШт величинами каналов передачи информа¬ции входящих в структуру ПСРД, а также уравнения преобразований, соответствующие различным комбинациям обеспечения инвариантности, среденн в табл.2»4.
Устройство, являющееся реализацией способа обеспечения инва¬риантности к влиянию АСЛ, СЭЛ и СИП, признано изобретением[].
2.4. Обеспечение инвариантности к РСЛ
При рассмотрении способов построения ПСРД с PC оговаривалось, что рассуждения относятся к измерениям на постоянном токе, т.е/ подразумевалось, что влияние реактивной составляющей сопротивле¬ния КС на точность преобразования отсутствуетf Однако при импульс¬ном питании измерительной схемы, особенно при импульсах, имеющих форму меандра, что, вообще говоря, относится ко всем рассмотрен¬ным способам измерения сопротивления датчика независимо от соче-
' ь
таний минимизируемых параметров КС, имеет место искажение фрон¬тов импульсов напряжений на зажимах ИИТ, вызванное реактивным сопротивлением КС, особенно его емкостной составляющей и нели-
1- 1 НвдШШВК si 1' Ш ЯШмИ
неипостью сопротивления нагрузки линии.
Руководствуясь уравнением, синтеза инвариантных ПСРД с селек- I Цией по времени (2.8), рассмотрим способ исключения влияния РСЛ в сочетании с рассмотренным ранее способом минимизации влияния изменения АСЛ Г 85,92J , что, соответственно, связано о" выполне- нием условий
т.е. на примере комбинированной формы инвариантности, включающей селективную и многоканальную.
• * .* .
Способ поясняется схемой на рис.2.28,а, где эквивалент кана¬ла связи ЭКС, кроме АСЛ, содержит РСЛ, включающее индуктивное / и емкостное Хс сопротивления, а к зажимам ИИТ подключен стробирующий блок СБ, реализующий операцию селекции по времени напряжений, поступающих затем на разностное звено интегрирующего
ИНН
типа ИИТ. На рис.2.28,6 приведены временные диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие излагаемый материал.
Положительный импульс тока амплитудой / и длительностью) Т проходит линию связи, преобразовательный элемент ФК с сопротив¬лением и Датчик ^х * При этом на вход стробирующего блока СБ подается импульс напряжения с искаженным (вследствие переход¬ного процесса в линии связи, нагруженной на сопротивление Rx и , последнее из которых является нелинейным, что и опреде¬ляет характер суммарного сопротивления нагрузки) передним фрон¬том (рис.2.28,б). Отрицательный импульс тока с амплитудой 5/ и длительностью V проходит линию связи и второй преобразователь¬ный элемент ФК, также образуя на входе СБ импульс с искаженным передним фронтом (рис.2.28,б). Структура СБ (рис.2.3). содержит
1 „ о v . ,-яМ
ключевой элемент КЭ, управляемый формирователем момента строби- рованияФС, который определяется априорными данными о временном интервале , J | представляющем искаженную часть импуль-
Щ При этом на выходе СБ, а значит, и на входе ИИТ появится лишь ^искаженная часть импульсов напряжения (рис .2 .^8,в) | т.е. имеем
Напряжение на выходе ИНТ (рис.2.28,г) при условии идентично- тй преобразовательных элементов, т.е, выполнения равенства * * определяется из выражения
где К - масштабный коэффициент ИНТ;
Ufa - напряжение на входе ИНТ'*
При выборе момента стробирования необходимо исходить из со¬четания факторов, определяемых соотношением длительности импуль¬са и его искаженной части, при которых обеспечивается заданный класс точности ПСРД и его чувствительность, т.е. для обеспечения i заданной максимально.допустимой погрешности от влияния РСЛ мо¬жет оказаться необязательным вычитание всей неискаженной части импульсов.
Рассмотренный способ достижения селективной инвариантности может быть совмещен и с любыми другими описанными способами исключения медленно изменяющихся неинформативных параметров КС, основанными на обеспечении многоканальной инвариантности»
Два устройства, в которых реализованы совмещенные способа Достижения инвариантности - к АСЛ и РСЛ[ 15] , а также к АСЛ» , признаны изобретениями. .
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ
Я ИВН
•А/
Предложен ряд новых методов преобразования сопротивления
^атчика о обеспечением инвариантности к медленно изменяющимся
ЦаРаметрам КО, а также структурные схемы, являющиеся реализаци¬ей
методов, 16 из которых признаны изобретениями*
j! 0 соответствующие структура ПСРД, для каадой из которых дан вы- ШП
У уравнения преобразования» JJI
б. Предложены способы исключения из результата преобразова- III
яля РСЛ на базе комбинированной формы инвариантности, включающей III
селективную и многоканальную, чем. обеспечивается возможность III
химизации всех четырех медленно изменяющихся, неинформативных || ■ параметров, вызванных наличием КС : АСЛ, РСЛ, СИП и С£П;
В ПСРД этой группы эквивалент КС имеет, как и в предыдущем случае, последов ательную структуру, отличаясь наличием введенно¬го в расоечку одного из проводов источника э.д.о., напряжение на зажимах которого отражает действие на КС стационарных элект¬рических полей. Поскольку при этом миним изации подлежат два не¬информативных параметра КС, структура ПСРД, приведенная на
рис.2.2, в общем случае должна иметь не менее трех измерительных каналов с временным разделением (рис.2.20), а система уравнений, описывающих указанные каналы, должна содержать минимум три урав¬нения с тремя, неизвестными
где - выходные величины измерительных каналов;
Хх ?;Т£ - параметры, определяемые сопротивлением дат¬чика Rx , сопротивлением проводов линии связи , напряжением Е источника э.д.с., являющегося эквивалентом действия СЭЛ на КС;
Х/73 - параметры преобразовательных элементов, распо¬ложенных в зоне резистивного датчика, которые для выполнения условия разрешимости системы должны быть либо заранее известными величина¬ми, либо не требующими алгоритма минимизации, отличного от1 действующего при исключении дру¬гих не информативных параметров.;
Д - электрическое воздействие на измерительную схему, яляющееся стабильнш в течение каж¬дого такта цикла измерения величиной.
Решение системы (2.31) дает уравнение преобразования инфор¬мативного параметра и может быть записано в виде
Заметим, что число измерительных каналов, а значит?, и число Уравнений, входящих в систему, в принципе может быть больше трех вследствие дополнительной избыточности, вносимой при построении
физически реализуемых структур ПСРД,' а также используемыми при этом критериями оптимальности.
Рассмотрим некоторые способы построения ПСРД, основанные на проведенных выше рассуждениях [{М,92[] . Как и в предыдущем слу¬чае, физическая реализация временного разделения каналов может быть осуществлена либо путем формирования в, зоне преобразования, двух цепей, в одну из которых введен резистивный датчик, либо формирования в одном из тактов цикла преобразования эталонного напряжения»
откуда, с учетом U0 — Е и 0» можно получить
уравнение инвариантного преобразования сопротивления датчика
Первый способ преобразования сопротивления датчика с обеспе¬чением инвариантности к АСЯ и СЭП поясняется структурной схемой, приведенной на рис«2.21» и заключается в следующем, В первом так- I те преобразования запоминается напряжение Uo на зажимах источ¬ника тока ИИТ, равное напряжению) источника Е .Во втором и третьем тактах источником ИИТ" вырабатывается двухполярный импульс тока с амплитудой полуволн / , одна из которых протекает по резистивному датчику RK , причем из напряжений, возникающих на зажимах ЖГ, вычитается напряжение U0 , т-е»
Условием осуществимости этого способа является наличие цепи выпрямления в момент формирования напряжения C/Q , что предпо¬лагает использование для ФК контактного элемента типа электро¬магнитного реле, что не всегда обеспечивает необходимую надежности ПСРД по сравнению с выполнением ФК на бесконтактных элементах с I
односторонней проводимостью.- В следующем способе преобразования I сопротивления датчика, позволяющим осуществить реализацию» ФК на бесконтактных элементах, поясняемом схемой, приведенной на том же рисунке, цикл преобразования включает четыре такта (структура построения ПСРД содержит четыре измерительных канала), соответ^ ствующих вырабатыванию источником ИИТ четырех разнополярных им- I пульсов тока, одна пара которых имеет амплитуду / , а вторая к! ( К > I). При этом напряжения на зажимах ИИТ1 записываются в виде системы четырех уравнений N
где Rn3K , Rn32L и Rn3{ , КЛщ - сопротивления преобразовательных
элементов ФК, соответствующих протеканию по ним токов с ампли¬тудами / и к1 .
Сложение первой и второй пары уравнений системы (2.35) дает
откуда, с учетом идентичности преобразовательных элементов ФК» что соответствует выполнению равенств - ^пэг. и ^лэ\ =
= » можно получить искомое уравнение преобразования
которое определяется алгебраической суммой напряжений U\ •*■ U^ умноженных на постоянный коэффициент» Критерием оптимальности
здесь является, таким образом, простота реализации алгоритма преобразования.
Использование душ разделения каналов передачи информации формирователя эталонного напряжения позволяет избежать труднос¬тей, которые могут возникнуть при обеспечении идентичности эле¬ментов с односторонней проводимостью, образующих ФК, а также ог¬раничиться тремя тактами в цикле инвариантного преобразования.
При осуществлении третьего способа преобразования сопротив¬ления датчика источником ИИТ вырабатываются импульсы тока с амп¬литудами f , к/ 9 ~к1 ( К> I), два из которых протекают по линии связи и датчику, а последний - по линии связи и цепочке,
включающей датчик и нелинейный элемент с односторонней проводи-
Ip^e . ^ да ^МВНН^Н
мостью (рис.2.22), одна из ветвей вольт-ампернсй характеристики
которого параллельна оси токов. Появляющиеся при этом на зажимах
ИИТ напряжения записываются в виде системы трех уравнений вида
где (Jc - напряжение стабилизации тЭН.
Решение системы трех уравнении (2,39) с тремя неизвестными относительно Rx выражается в виде суммы четырех величин
где
Следствием рассмотренного является способ преобразования сопротивления двух резистивных датчиков и (рис»2.23>, которое ведется в четыре такта, что соответствует четырехканаль- I
ней структуре ПСРД. При его осуществлении источником ЖГ выраба¬тывается четыре разнополярных импульса тока с амплитудами — I , + ( К > I) # причем два первых импульса тока подаются на оба датчика, третий ведет к появлению эталонного напряжения Uc\ на зажимах датчика » а четвертый вызывает появление эталон¬ного напряжения Ucs- на зажимах датчика Rxz • При этом уравне¬ния напряжений на зажимах ИИТ образуют систему вида
решение которой дает уравнения преобразования сопротивлений дат¬чиков :
где
где
Реализация рассмотренного способа позволяет не только изме¬рять сопротивления двух датчиков, но также обеспечивает возмож¬ность проведения различных математических операций с их сопро¬тивлениями, что бывает необходимым при специальных измерениях параметров, преобразуемых в .соотношение сопротивлений резистивныаЯ датчиков.
При реализации рассмотренных способов нахождение текущего
значения сопротивления датчика ведется по уравнению преобразова¬ния* при аппаратурном решении которого производится автоматя~
г
ческая подстановка значений напряжений, появляющихся на зажимах 1 ИИТ; при этом все остальные величины участвуют в процессе преоб-» I разевания как заранее известные*
Споообы, позволяющие обеспечить преобразование сопротивлений датчика о инвариантностью к изменению сопротивления проводов линии связи и действию на КС стационарных электрических полей * хорошо реаллзуются в ПСРД, предназначенных для глубинных изме¬рений, особенно в не обсаженных скважинах, где действие на КО стационарных электрических полей, вызванных естественной поля¬ризацией горных пород, особенно велико jjJ5 J * - I Четыре устройства, являющиеся реализацией рассмотренных опооо-| бов, признаны изобретениями 17-19, Юй 1 и послужили основой для! разработки глубинных термометров, а также усовершенствованного варианта аппаратуры типа СТИ, предназначенной для определения мест притока жидкости в нефтяных скважинах.
2»3#3» Способы обеспечения квазиинвариантности к уменьшение СИП в сочетаниях с инвариантностью к АСЛ и СЗД
Рассмотренные методы инвариантного преобразования сопротив¬ления резистивного датчика базировались на допущении о после¬довательной структуре эквивалента КС* которое справедливо при Достаточно больших значениях сопротивлений межпроводной изоля¬ции линии, а также использования низкоомных датчиков и датчиков оо средним значением сопротивления, что, вообще говоря, имеет место в большинстве реальных случаев применения ПСРД. Однако при I значительном снижении сопротивления изоляции, которое может* быть вызвано комплексом причин» связанных, например, о длительной
эксплуатацией линии связи * тяжелыми условиями ее работы, меха¬ническими повреждениями и т.п., а также большом номинальном соп¬ротивлении датчика, возникает необходимость в минимизации появ¬ляющейся при этом дополнительной погрешности преобразования » [?l|72 j * Механизм возникновения указанной погрешности заклю¬чается в ответвлении тока питания в месте утечки» когда по дат¬чику протекает' лишь его часть и эквивалент КС должен представлять собой набор параллельных звеньев, каждое из которых при измере¬ниях на постоянном токе содержит соответствующие медленно, изме¬няющиеся параметры KGt АСЛ, СИП и СЭД,
Хотя, строго говоря, длинная линия является набором беско¬нечного числа элементарных участков [ 5?] , ее лабораторные экви¬валенты с приемлемой для практических целей'точностью могут быть представлены в виде набора конечного числа одинаковых ячеек о заданными значениями параметре отрезков имитируемой линии за¬данной длины [30,109] • Однако для упрощения алгоритмов достиже¬ния инвариантности ПСРД к не информативным параметрам КС ограни¬чимся допущением о локализованном характере утечки. Эквиваленты КС будут отличаться значениями величины д , характеризующей место утечки ,
(2.44)
где Яд - сопротивление участка линии связи между зоной преоб- • ' разевания и местом утечки*
Номинальное сопротивление изоляции RM линии связи при умень¬шении до вносящих дополнительную погрешность значений будет представлять собсй уже сопротивление утечки Ry - Я Rtf , а ИГ о эквивалентом КС будет иметь вид, приведенный на рио*2.24» куда введены два источника напряжения, э.д«о. первого из которых, по
аналогии о участком линии (X уЩ , равна (I -в )£ t а . второгр вЕ соответственно» Хотя полярность включения этих ис- точниковз в принципе может быть различной, примем к рассмотрению случай с их однопал яр ним включением, поскольку неучтенная погреш¬ность от1 действия СЭД при этоц оказывается максимальной.
Поскольку в реальных ситуациях истинное значение 0 чаще всего неизвестно, т,е# неизвестно место локализации утечки, по¬этому, если нельзя "аранее прогнозировать наиболее вероятное значение о , соответствующее, например, участку линии связи, находящемуся в наиболее неблагоприятных условиях, или определяе¬мое другими факторами, дущ построения реального алгоритма преоб^ разования сопротивления датчика приходится значением этой вели- ' чины задаваться.
При значениях в , равных 0 и I, имеют место крайние слу-
чаи. когда утечка происходит либо в зоне преобразования, либо
■
в непосредственной близости от зажимов источника тока, а при О , а также алгоритма преобразования для R^ , соответствующие 9наченшш в , равным
I |j 0,5 1 0, сведены в табл.2*2, откуда, руководствуясь теш В I иными критериями оптимальности, например, обеспечением минималь- I ней методическом погрешности или максимальней простотой реализа¬ции квазиинвариантности к R'» , можно выбирать необходимые фор¬мулы для конкретных случаев применения ПСРД, являющихся реализа¬цией рассмотренного способа•
При необходимости учета влияния на точность преобразования I не только уменьшения СШ и изменения АСЛ». но также и СЭ11, экви- II
валент КС имеет вид, приведенный на рис.2.24, а схема, поясняю-
#
щая способ' минимизации влияния указанных неинформативных пара¬метров, - на рис.2.27, где ФК1 и ФК2, как и в предыдущем случае, II формирователи эталонного напряжения, представляющие собой вклю¬ченные аотречно-параллельно элементы с односторонней проводимостью!!
ф
с характеристиками опорных диодов»
Цикл преобразования сопротивления датчика включает четыре такта, в течение которых источником ИИТ1 вырабатываются импульсы тока с амплитудами / , , , ~К'1, где I < /е<£ К .
Ток амплитудой / протекает по цепи, образованней сопротив¬лениями Ci - & ) RA И Ry , ток к1 - по'ветвям, одна из ко¬торых содержит сопротивления (I - д ) и , а другая - сопротивления &RA , Rx , а также динамическое сопротивление ФК1, равное С/с\ / к1 , где Ус\ - напряжение стабилизации ФК1, а К I' - протекающий по нему ток» Токи амплитудами —к! и —К'1 также протекают по двум ветвям, первая из которых обра¬зована сопротивлениями CI - в ) » ^ , вторая - динами¬ческими сопротивлениями ФК2, равными Ucz /кГ' и l/cz /к'1" соответственно для первого и второго токов. На зажимах ИИТ, а значит, и на входе УО, в моменты прохождения указанных импульсов I £ тока появляются напряжения , » ^ъ » ^ • Имей в виду I
допущение об одинаковости токораспределения между ветвями при I
генерировании токов с амплитудами -КI д ~кЧ , ибо в реальных
случаях приращение динамического сопротивления элемента с одно- 1
сторонней проводимостью ФК2, вызванное приращением тока I к' 8 1
ц jffl
-К ) / всегда можно обеспечить на несколько порядков мень- 1
шим значения сопротивления утечки, запишем систему четырех урав- 1
нении с четырьмя неизвестными щ | И t Ш 1 £ | 1
где
Решение указанной системы уравнений относительно дд дает уравнение преобразования
где
Как уже указывалось, если невозможно задаться реальным зна¬нием Q (а тленно ЭТОТ случаи, как правило, имеет место в аР^.тике дистанционных измерении), можно исходить из выбора кри- ТеРиов оптимальности, обусловленных, например, обеспечением мак¬симальной точности преобразования, полагая в =0,5, или прос- К! алгоритмов преобразования, полагая д I 0 или о I I
(см.табл.2.3).
Поскольку выражение. (2,49) является универсальным в смысле достижения полной инвариантности ко всем медленно изменяющимся неинформативным параметрам КС, имеющим место при измерениях, проводимых на постоянном токе, из него можно получить уравнение преобразования R.x для различных комбинаций частичной инвари¬антности ПСРД, если погрешности, вносимые одним или более пара¬метрами КС, незначительны и ими можно пренебречь.
При этом упрощается алгоритм преобразования, а значит, и уменьшается длительность его полного цикла.
Так. значение Е можно определить из выражения (2.51) и, ес¬ли оно меньше минимально учитываемого, т.е. , можно им пренебречь, сокращая тем самым цикл преобразования на такт, соответствующий прохождению по измерительной цепи импульсов то¬ка амплитудой — к'/. При этом достигается инвариантность к уменьшению СШ и изменению АСЛ. Следует отметить, однако, что уравнение преобразования здесь получается более сложным,, чем в случае реализации способа, имеющего целью минимизацию, только указанных параметров (см.табл.2.2).
Оценку СШ можно произвести по значению напряжения щ , о чем уже было упомянуто при рассмотрении предыдущего способа ин¬вариантного преобразования сопротивления датчика. При значении СИП меньшим некоторого минимально учитываемого при заданном, клас¬се точности ПСРД значения, т.е. ^и^^ит/'п* имеет место вариантность к изменению АСЛ и влиянию СЭП, причем из цикла '^образования исключается его часть, соответствующая генерирова¬ний тока амплитудой / .
уравнения напряжений | подаваемых на. 70, содержащее решающий хдок, и являющихся вшШт величинами каналов передачи информа¬ции входящих в структуру ПСРД, а также уравнения преобразований, соответствующие различным комбинациям обеспечения инвариантности, среденн в табл.2»4.
Устройство, являющееся реализацией способа обеспечения инва¬риантности к влиянию АСЛ, СЭЛ и СИП, признано изобретением[].
2.4. Обеспечение инвариантности к РСЛ
При рассмотрении способов построения ПСРД с PC оговаривалось, что рассуждения относятся к измерениям на постоянном токе, т.е/ подразумевалось, что влияние реактивной составляющей сопротивле¬ния КС на точность преобразования отсутствуетf Однако при импульс¬ном питании измерительной схемы, особенно при импульсах, имеющих форму меандра, что, вообще говоря, относится ко всем рассмотрен¬ным способам измерения сопротивления датчика независимо от соче-
' ь
таний минимизируемых параметров КС, имеет место искажение фрон¬тов импульсов напряжений на зажимах ИИТ, вызванное реактивным сопротивлением КС, особенно его емкостной составляющей и нели-
1- 1 НвдШШВК si 1' Ш ЯШмИ
неипостью сопротивления нагрузки линии.
Руководствуясь уравнением, синтеза инвариантных ПСРД с селек- I Цией по времени (2.8), рассмотрим способ исключения влияния РСЛ в сочетании с рассмотренным ранее способом минимизации влияния изменения АСЛ Г 85,92J , что, соответственно, связано о" выполне- нием условий
т.е. на примере комбинированной формы инвариантности, включающей селективную и многоканальную.
• * .* .
Способ поясняется схемой на рис.2.28,а, где эквивалент кана¬ла связи ЭКС, кроме АСЛ, содержит РСЛ, включающее индуктивное / и емкостное Хс сопротивления, а к зажимам ИИТ подключен стробирующий блок СБ, реализующий операцию селекции по времени напряжений, поступающих затем на разностное звено интегрирующего
ИНН
типа ИИТ. На рис.2.28,6 приведены временные диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие излагаемый материал.
Положительный импульс тока амплитудой / и длительностью) Т проходит линию связи, преобразовательный элемент ФК с сопротив¬лением и Датчик ^х * При этом на вход стробирующего блока СБ подается импульс напряжения с искаженным (вследствие переход¬ного процесса в линии связи, нагруженной на сопротивление Rx и , последнее из которых является нелинейным, что и опреде¬ляет характер суммарного сопротивления нагрузки) передним фрон¬том (рис.2.28,б). Отрицательный импульс тока с амплитудой 5/ и длительностью V проходит линию связи и второй преобразователь¬ный элемент ФК, также образуя на входе СБ импульс с искаженным передним фронтом (рис.2.28,б). Структура СБ (рис.2.3). содержит
1 „ о v . ,-яМ
ключевой элемент КЭ, управляемый формирователем момента строби- рованияФС, который определяется априорными данными о временном интервале , J | представляющем искаженную часть импуль-
Щ При этом на выходе СБ, а значит, и на входе ИИТ появится лишь ^искаженная часть импульсов напряжения (рис .2 .^8,в) | т.е. имеем
Напряжение на выходе ИНТ (рис.2.28,г) при условии идентично- тй преобразовательных элементов, т.е, выполнения равенства * * определяется из выражения
где К - масштабный коэффициент ИНТ;
Ufa - напряжение на входе ИНТ'*
При выборе момента стробирования необходимо исходить из со¬четания факторов, определяемых соотношением длительности импуль¬са и его искаженной части, при которых обеспечивается заданный класс точности ПСРД и его чувствительность, т.е. для обеспечения i заданной максимально.допустимой погрешности от влияния РСЛ мо¬жет оказаться необязательным вычитание всей неискаженной части импульсов.
Рассмотренный способ достижения селективной инвариантности может быть совмещен и с любыми другими описанными способами исключения медленно изменяющихся неинформативных параметров КС, основанными на обеспечении многоканальной инвариантности»
Два устройства, в которых реализованы совмещенные способа Достижения инвариантности - к АСЛ и РСЛ[ 15] , а также к АСЛ» , признаны изобретениями. .
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ
Я ИВН
•А/
Предложен ряд новых методов преобразования сопротивления
^атчика о обеспечением инвариантности к медленно изменяющимся
ЦаРаметрам КО, а также структурные схемы, являющиеся реализаци¬ей
методов, 16 из которых признаны изобретениями*
j! 0 соответствующие структура ПСРД, для каадой из которых дан вы- ШП
У уравнения преобразования» JJI
б. Предложены способы исключения из результата преобразова- III
яля РСЛ на базе комбинированной формы инвариантности, включающей III
селективную и многоканальную, чем. обеспечивается возможность III
химизации всех четырех медленно изменяющихся, неинформативных || ■ параметров, вызванных наличием КС : АСЛ, РСЛ, СИП и С£П;