專利名稱：埋地管道防腐層絕緣電阻測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電學(xué)測量儀器，具體地說是為測量埋地管道防腐層絕緣電阻提供一套測量裝置。
輸送石油、天然氣的埋地鋼質(zhì)管道均有外防腐絕緣層以使管道免遭腐蝕，確保安全運行。然而隨著時間的流逝，因光、電、水、氧、細(xì)菌等外界環(huán)境的影響及外力損傷，必然會導(dǎo)致防腐層的劣化。測量管道絕緣電阻是反映防腐層優(yōu)劣諸多因素的一個綜合參數(shù)。多年來國內(nèi)外已研究了不少測量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法，大致有以下幾種主要類型1、包復(fù)法；2、直流法及；3、接地電阻法。其中由于包復(fù)法需要開挖管段，而且只能測量幾米，因此該法雖然測量準(zhǔn)確度高，但局限性極大。而采用直流法或接地電阻法都將遇到不可克服的引入誤差因素，確定準(zhǔn)確的絕緣電阻值是比較困難的。本實用新型的設(shè)計者們?yōu)榻鉀Q目前測量埋地管道防腐層絕緣電阻的方法中所存在的各種缺點，建立了一種新的能準(zhǔn)確、快速實現(xiàn)測量埋地管道防腐層絕緣電阻方法，即變頻－選頻法測量技術(shù)。并將該測量技術(shù)申請了中國發(fā)明專利(申請?zhí)枮?1106249.1)。變頻－選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻技術(shù)是在高頻信號沿埋地管線(單線－大地回路)傳輸理論基礎(chǔ)上建立起的一種測量方法。具體地說該方法是在兩個相距任意段長管道的兩端，其一端接變頻信號源及選頻指示器，另一端接一選頻指示器，測量一定信號頻率值時的實測電平值，同時還按常規(guī)方法測量出和查出測算管道防腐層絕緣電阻所需的其它原始參數(shù)。將這些數(shù)據(jù)代入經(jīng)理論推導(dǎo)得出的經(jīng)驗公式中即可計算出埋地管道防腐層絕緣電阻的平均值。在實際計算工作中，是將理論推導(dǎo)出的經(jīng)驗公式及運算編入計算機程序，只要將實測出的高頻信號頻率值，電平差值及土壤電阻率等數(shù)據(jù)送入已編程序中，應(yīng)用計算機即可求出所測部分長管段的防腐層絕緣電阻的平均值。在這種測量技術(shù)中關(guān)鍵的實測數(shù)據(jù)是利用變頻信號源及選頻指示器，測出高頻信號頻率及被測管道兩端的電平差值。由于實測需要，要求變頻信號源能滿足其性能輸出頻率0.2～100KHz；分辨率1Hz，不平衡輸出，輸出阻抗要低；電平輸出＋11dB～－45dB；0dB誤差±0.2dB。對選頻指示器要求滿足其電氣性能為輸出頻率0.2～100KHz；分辨率10Hz，輸入電平＋20～－80dB；輸入阻抗要高；電平測量誤差±0.2dB；選擇性3dB帶寬±10Hz。因此研制一種能滿足測量時各種電氣性能要求的專用測量儀表是采用變頻－選頻法測量技術(shù)中不可缺少的一部分。
本實用新型的目的就是為上述變頻－選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻技術(shù)提供一套專用測量儀器，即埋地管道防腐層絕緣電阻測量儀。同時為野外實測使用方便，這套測量儀器應(yīng)設(shè)計成便攜式，并可利用低壓直流電源供電。
本實用新型埋地管道防腐層絕緣電阻測量儀，其特征在于它包括變頻信號源和選頻指示器兩部分。變頻信號源是一部能滿足輸出匹配阻抗低、輸出功率高，具有數(shù)字顯示及可采用直流作電源的高頻振蕩器。而選頻指示器是一部抗干擾強、頻率選擇性高并具有數(shù)字顯示的高頻選頻接收器。變頻信號源和選頻指示器之間有電纜線連接，可使其在統(tǒng)調(diào)狀態(tài)下工作，成為一套測量儀。附

圖1、2分別給出了變頻信號源和選頻指示器的電原理框圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型測量儀的結(jié)構(gòu)給予說明。
附圖1是變頻信號源的電原理框圖，圖中1、可變振蕩器；2、振蕩器及調(diào)諧放大器；3、調(diào)制器；4、低通濾波器；5、前置放大器；6、輸出部分；7、頻率顯示器；8、電源。由圖1，變頻信號源是由可變振蕩器1，振蕩器及調(diào)諧放大器2，調(diào)制器3，低通濾波器4、前置放大器5，輸出部分6，頻率顯示器7及電源8幾部分組成?？勺冋袷幤?發(fā)出的載頻信號與振蕩器2發(fā)出并經(jīng)調(diào)諧放大器放大的本機振蕩信號送入調(diào)制器3進(jìn)行調(diào)制后獲得有用信號頻率，再經(jīng)低通濾波器4濾去無用交調(diào)產(chǎn)物送入到前置放大器5進(jìn)行放大，前置放大輸出后經(jīng)電平開關(guān)送入輸出部分6進(jìn)行功率放大，以保證整機有一定的功率輸出。前置放大器5另一路輸入到頻率顯示器7，它主要是顯示本信號源輸出信號的頻率。具體說，可變振蕩器1采用電容三點式電路，它有兩組輸出，一組經(jīng)繼電器后送入調(diào)制器，作為載頻信號，另一組作為統(tǒng)調(diào)輸出信號。振蕩器2采用2.6MHz晶體振湯器，它是本振蕩器的信號頻率，振蕩器信號直接送入調(diào)諧放大器2進(jìn)行調(diào)諧放大。調(diào)制器3采用環(huán)形調(diào)制器，它的載頻由可變振蕩器1供給，它的信號頻率由2.6MHz晶體管振蕩器產(chǎn)生經(jīng)調(diào)諧放大器2后供給，信號頻率和載波經(jīng)調(diào)制后獲得有用頻率0.3～200Hz。低通濾波器4采用1.7MHz低通濾波器，經(jīng)調(diào)制后的有用頻率，通過1.7MHz低通濾波器后送入前置放大器5。前置放大器提供大約42dB的增益，放大器輸出共四路一路經(jīng)電平開關(guān)后送入功率放大器作為整機的輸出信號；一路經(jīng)射極輸出器后送入頻率數(shù)字顯示器，供頻率顯示用；一路經(jīng)檢波后，送入表頭作輸出電平指示；一路經(jīng)檢波后送入調(diào)諧放大器，控制該放大器第一級的工作點，以達(dá)到自動調(diào)節(jié)電平之目的。輸出部分6包括電平開關(guān)、功率放大器，阻抗轉(zhuǎn)換開關(guān)等。功率放大器是將經(jīng)過前置放大器的輸出信號再進(jìn)行功率放大，以保證整機有一定的功率輸出。電平開關(guān)用來轉(zhuǎn)換輸出電平的大小，由π型衰耗器組成步進(jìn)式衰減。阻抗轉(zhuǎn)換開關(guān)用來改變輸出阻抗。頻率顯示器7由100KHz晶體振蕩器，控制器、計數(shù)器組成。它主要是顯示振蕩器輸出信號的頻率。電源8采用交直流兩用式，當(dāng)采用交流電源(或為直流電源充電)時為一穩(wěn)壓電源。
附圖2是選頻指示器的電原理框圖，圖中9、輸入電路；10、前置放大器；11、可變振蕩器；12、調(diào)制器；13濾波器及單頻放大器；14、變頻放大器；15、頻率顯示器；16、電源。由圖2選頻指示器由輸入電路9、前置放大器10，可變振蕩器11、調(diào)制器12、濾波器及單頻放大器13，寬頻放大器14、頻率顯示器15及電源16組成。輸入信號進(jìn)入到輸入電路9及前置放大器10，經(jīng)電平交換放大后成為一個固定電平(－32dB)后送入調(diào)制器12與可變振蕩器11輸出的載頻信號進(jìn)行調(diào)制后產(chǎn)生固定中頻(100KHz)信號，再經(jīng)濾波器與單頻放大器13濾波，并放大取出后送入寬頻放大器14放大。頻率顯示器顯示出來至輸入電路9，可變振蕩器11，調(diào)制器12、單頻放大器13的信號頻率。具體說，輸入電路9由阻抗選擇開關(guān)，寬頻／選頻選擇開關(guān)，電平換檔開關(guān)，輸入電路與校正振蕩器組成。標(biāo)準(zhǔn)振蕩器產(chǎn)生中頻(100KHz)信號作為本機寬頻與選頻校正用。前置放大器10為一個增益可變的放大器與換檔開關(guān)上的固定衰耗器組合成每步進(jìn)10dB的電平選擇，輸入信號通入阻抗選擇開關(guān)經(jīng)前置放大器后電平交換成為一個固定電平送到調(diào)制器12或?qū)掝l放大器14?？勺冋袷幤?1采用電容三點式電路，它除作為本機第一載頻信號外，另引出一統(tǒng)調(diào)輸出信號，只要將信號用電纜線接通變頻信號源的統(tǒng)調(diào)輸入端，則信號源內(nèi)的繼電器自動斷開，其機內(nèi)載頻信號代替選頻指示器的同頻信號，使測試系統(tǒng)工作在統(tǒng)調(diào)狀態(tài)。調(diào)制器12采用環(huán)形調(diào)制器，分為第Ⅰ、第Ⅱ兩個調(diào)制器。調(diào)制器Ⅰ將輸入信號與機內(nèi)可變振蕩器11輸出的2.6～2.8MHz信號進(jìn)行第一次變頻，得出第一中頻2.6MHz。調(diào)制器Ⅱ內(nèi)尚包括2.5MHz晶體振蕩器，由調(diào)制器Ⅰ得到的第一中頻2.6MHz與2.5MHz晶體振蕩器進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生出第二中頻100KHz信號輸入到濾波器13。濾波器與單頻放大器13為100KHz晶體濾波器及100KHz單頻放大器，第二中頻100KHz信號經(jīng)100KHz晶體濾波器濾波直接送入100KHz單頻放大器進(jìn)行放大，以保證選頻指示器有較好的選擇性和較高的靈敏度，經(jīng)單頻放大器13放大后信號直接輸入到寬頻放大器14。寬頻放大器將100KHz、10Hz帶寬的信號進(jìn)一步放大，然后經(jīng)檢波，并送電表指示其電平值。作寬頻測試時，前置放大器輸出的信號直接送到寬頻放大器放大，檢波并由電表指示其電平值。頻率顯示器15其組成同變頻信號源的頻率顯示器7相同。它可顯示來至輸入電路、振蕩器、調(diào)制器信號的頻率。電源16同變頻信號源的電源8的組成相同。下面通過實例對本實用新型的測量儀給予進(jìn)一步說明。
實例1 變頻信號源及選頻指示器附圖3為本實用新型中變頻信號源的電路圖，圖中21為可變振蕩器，22為2.6MHz晶體振蕩器及調(diào)諧放大器，23為調(diào)制器，24為1.7MHz低通濾波器，25為前置放大器，26為自調(diào)檢波功率放大器，27為頻率顯示器，28為電源。XS1～XS4為變頻信號源與選頻指示器之間連接線插座，S2～S3為開關(guān)，DA為電表，R為電阻，RP為電位器、C為電容。T1為電源變壓器、T2為輸出變壓器。變頻信號源的可變振蕩器21采用電容三點式電路，它的優(yōu)點是回路調(diào)整方便，并大大減少了晶體管極間電容和負(fù)載變化時對諧振回路的影響。它有兩級輸出，一級經(jīng)繼電器后送入調(diào)制器23作為載頻信號，另一組接送到XS1插座，作為統(tǒng)調(diào)輸出信號。2.6Mhz晶體振蕩器22發(fā)出本機振湯信號頻率，振蕩信號經(jīng)一級放大器后直接送入調(diào)諧放大器，調(diào)諧放大器第一級工作點受到前置放大器25輸出信號的控制，當(dāng)前置放大器輸出電平有微小的變動時，經(jīng)“自調(diào)檢波”輸出的直接電壓將使調(diào)諧放大器第一級基級電位產(chǎn)生一微小變化，從而改變該極的放大倍數(shù)，達(dá)到其電平自動調(diào)節(jié)，然后送入調(diào)制器23。調(diào)制器23采用環(huán)形調(diào)制器，它的載頻由可變振蕩器21供給，它的信號頻率由2.6MHz晶體管振蕩器22輸出，為改善信號頻率的波形，抑制5.2MHz以上的干擾信號特別是對二次諧波應(yīng)有足夠的衰減，信號頻率調(diào)制前先通過2.6MHz低通濾波器進(jìn)行濾波后供給。信號頻率和載波經(jīng)調(diào)制后獲得所用的0.3～200Hz頻率。這種載波信號經(jīng)1.7MHz低通濾波器24進(jìn)一步濾波以保證順利通過調(diào)制器輸出的差頻，有效地抑制載頻與其它無用交調(diào)產(chǎn)物再輸入到前置放大器25。前置放大器25包括兩級放大器和一級功率放大器組成，它提供大約42dB的增益，經(jīng)前置放大器放大后一路經(jīng)電平開關(guān)送入功率放大器，作為整機的輸出信號；一路經(jīng)射極輸出器后送入頻率顯示器，供頻率顯示用；一路經(jīng)檢波后送入表頭DA作輸出電平指示；一路經(jīng)檢波后送入調(diào)諧放大器，控制該放大器第一級的工作點，以達(dá)到自動調(diào)節(jié)電平之目的。功率放大器26是將前置放大器的輸出信號再進(jìn)行功率放大，以保證整機有一定的功率輸出。電平開關(guān)S1用來轉(zhuǎn)換輸出電平的大小，由π型衰耗器xeg成步進(jìn)式衰減，以保證整機有一定的功率輸出。阻抗轉(zhuǎn)換開關(guān)S2用來改變輸出阻抗0Ω、75Ω、150Ω或300Ω。頻率顯示器27由100KHz晶體振蕩器，控制器、計算器組成，它采用6位顯示。電源28采用交直流兩用電源，交流電源采用電氣性能較好的低壓穩(wěn)壓電源，即可為直流電源充電，在有交流電情況下也可為儀器供電。附圖3中所示電路圖中各功能塊或功能單元均可按普通電路設(shè)計而成或購商品工作塊按圖3進(jìn)行組裝，制成變頻信號源。
附圖4為本實用新型中選頻指示器的電路圖。圖中29為輸入電路，30為前置放大電路，31為可變振蕩器，32為調(diào)制器Ⅰ，33為調(diào)制器Ⅱ，34為100KHz濾波器及100KHz放大器，35為寬頻放大器，36為頻率顯示器，37為電源。XS1～XS4為變頻信號源與選頻指示器之間連接線插座，S1～S4及K3～K5為開關(guān)，DA為電表，R為電阻，RP為電位器，C為電阻，HL1、HL2為發(fā)光二極管，V1、V2為二極管。選頻指示器的輸入電路29包括一級放大器及校正振蕩器，校正振蕩器產(chǎn)生一個100KHz±20Hz信號作為本機寬頻與選頻電平校正用。輸入信號經(jīng)阻抗選擇開關(guān)S1電平換檔開關(guān)S3及寬頻1選頻選擇開關(guān)S2進(jìn)入放大器放大后送入前置放大器30。前置放大器30是一個增益可變的放大器，放大增益分別為2dB，12dB，22dB與換檔開關(guān)S3上的三個固定衰耗器組合成每步進(jìn)10dB的電平選擇，輸入信號經(jīng)以上電平交換后成為一個固定電平－32dB送到調(diào)制器I32或直接送到寬頻放大器35。可變振蕩器31采用電容三點式電路，它除作為本機第一載頻信號外，另引出一統(tǒng)調(diào)輸出信號到XS2，只要將信號用電纜線接通變頻信號源的統(tǒng)調(diào)輸入插座XS2，則信號源內(nèi)的繼電器自動斷開，其機內(nèi)載頻信號代替選頻指示器的同步信號，使測試系統(tǒng)工作在統(tǒng)調(diào)狀態(tài)?？勺冋袷幤鬏敵?.6～2.8MHz第一載頻信號到調(diào)制器I32。在調(diào)制器I32中包括一個1.7MHz低通濾波器，經(jīng)前置放大器的輸入信號通過1.7MHz低通濾波器與第一載頻信號在調(diào)制器I中進(jìn)行第一次變頻，得出第一中頻2.6MHz。調(diào)制器Ⅱ33包括一個2.6MHz帶通濾波器，調(diào)制器和一個2.5MHz晶體振蕩器組成。該2.5MHz晶體振器輸出的載頻信號與第一中頻2.6MHz信號經(jīng)2.6MHz帶通濾波器進(jìn)行濾波后在調(diào)制器Ⅱ33進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生第二中頻100KHz。該100KHz固定中頻信號經(jīng)100KHz晶體濾波器34濾波后直接送入100KHz單頻放大器放大，保證選頻指示器有較好的選擇性和較高的靈敏度。寬頻放大器35包括放大器、檢波及電表組成。上述100KHz固定中頻信號后取出后送入寬頻放大器放大，經(jīng)二極管V2檢波送到電表DA指示其電平值。作寬頻測試時，輸入信號經(jīng)前置放大得到－32dB信呈經(jīng)過電位器RP1直接送到寬頻放大器放大，檢波后由電表指示其電平值。K4、K5為多路開關(guān)。頻率顯示器36的組成同變頻信號源的頻率顯示器相同，它可顯示來至輸入電路29，可變振蕩器31，調(diào)制器Ⅰ32，調(diào)制器Ⅱ33及100KHz單頻放大器34的信號頻率。電源37的組成亦可同變頻信號源的電源28相同。附圖4中所示電路圖中各功能塊或功能單元均可按普通電路設(shè)計而成或購商品功能塊按圖4進(jìn)行組裝制成選頻信號源。
上述實例1的變頻信號源及實例2的選頻指示器均在到利用變頻－選頻法測量埋地管道防腐層絕緣電阻所要求變頻信號源和選頻指示器具有的電氣性能，能滿足實測需要。為變頻－選頻法測量技術(shù)提供了一套有效的專用測量儀器。
權(quán)利要求1.一種埋地管道防腐層絕緣電阻測量儀，其特征在于它包括變頻信號源和選頻指示器兩部分；變頻信號源是一部高頻振蕩器，選頻指示器是一部高頻選頻接收器，變頻信號源和選頻指示器之間有電纜線連接，可使其在統(tǒng)調(diào)狀態(tài)下工作成為一套測量儀。
2.按照權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于該變頻信號源由可變振蕩器1、振蕩器及調(diào)諧放大器2、調(diào)制器3、低通濾波器4、前置放大器5、輸出部分6及頻率顯示器7組成；可變振蕩器1發(fā)出的載頻信號與振蕩器2發(fā)出的并經(jīng)調(diào)諧放大器放大的本機振蕩信號送入調(diào)制器3進(jìn)行調(diào)制后獲得有用信號頻率，再經(jīng)低通濾波器4濾去無用交調(diào)產(chǎn)物送入到前置放大器5進(jìn)行放大，前置放大輸出后經(jīng)電平開關(guān)送入輸出部分6進(jìn)行功率放大；前置放大器5另一路輸入到頻率顯示器7顯示本信號源輸出信號的頻率。
3.按照權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于該選頻指示器由輸入電路9、前置放大器10、可變振蕩器11、調(diào)制器12、濾波器及單頻放大器13、寬頻放大器14及頻率顯示器15組成；輸入信號進(jìn)入到輸入電路9及前置放大器10，經(jīng)電平交換放大后成為一個固定電平后送入調(diào)制器12，與可變振蕩器11輸出的載頻信號進(jìn)行調(diào)制后產(chǎn)生固定中頻信號，再經(jīng)濾波器與單頻放大器13濾波并放大取出后送入寬頻放大器14放大；部分輸入電路9，可變振蕩器11，調(diào)制器12、單頻放大器13的信號輸入頻率顯示器顯示其信號的頻率。
專利摘要一種埋地管道防腐層絕緣電阻測量儀包括變頻信號源和選頻指示器兩部分，前者為一部高頻振蕩器，由可變振蕩器、調(diào)諧放大器、調(diào)制器、低通濾波器、前置放大器、輸出部分及頻率顯示器組成；后者為一部高頻選頻接收器，由輸入電路、前置放大器、可變振蕩器、調(diào)制器、濾波器及單頻放大器、寬頻放大器及頻率顯示器組成。其間用電纜線連接可使其在統(tǒng)調(diào)狀態(tài)下工作完成測試。
文檔編號G01R31/14GK2118996SQ91222288
公開日1992年10月14日 申請日期1991年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月11日
發(fā)明者苑紹成, 李紹忠, 姚哲, 李裕晨, 梁舉 申請人:東北輸油管理局, 郵電部第五研究所