Устройство для измерения распределения потенциала в почве

Устройство для измерения распределения потенциала в почве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Яо Qgggg

Класс 21 g,:30, АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ устройства для измерения распределения потенциала в почве.

К авторскому свидетельству Э. С. Лившиц, заявленному

5 июля 1931 года (спр. о перв. № 91125).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 декабря 1932 года.. (3) Предлагаемое изобретение относится к устройствам для измерения распределения потенциала в почве. применяемым обычно для определения скрытых в земле масс- при электрической разведке.

В основу устройства положен принцип компенсации в следующей форме: по последовательно соединенным первичным обмоткам 2- и 3 двух трансформаторов 1 и Ц (фиг. 1) проходит переменный ток. Вторичные обмотки 4.и 5 замкнуты на безъиндукционные сопротивления R и И„подобранные пронорционально коэффициентам самоиндукции вторичных обмоток L> и L>, при чем сопротивления обмоток подразумеваются входящими в R, и R;.

Rl 4 Rg ° 2 (1)

Пользуясь дифференциальными уравнениями для вторичных токов 1 и Е>

dl сй dh

R1 1+ .1, — И1 1 2 А+ 2 д (где М, и М, — коэффициенты взаимоиндукции между обмотками 2 и 4 и соответственно 3 и 5), можно показать, что при соблюдении равенства (1)

1) отношение сил вторичных токов 1 и I, не зависит от времени:

1,:Х,=Й

2) это отношение в зависимости от параметров трансформаторов выражается следующим образом: или если обозначить — = и (у трансфорL

М маторов с малым рассеянием параметр и близок к коэффициенту трансформации)

А = и . и1 .. °... (5)

От сопротивлений R» R, ответвляются части r» r,, связанные соотношением

f y . гв — — и . ив..... (6)

Из формул (3), (5) и (6) следует

Г1 12=гв, 12 - - i (7)

Таким образом, напряжения V> и V> на зажимах сопротивления r> и r> равны.

В проводниках, соединяющих концы ответвлений r, и r.. так что в образовавшемся контуре напряжейия V u V направлены в противоположные стороны,, ток равен нулю.

Предыдущие рассуждения справедливы для воздушных трансформаторов.

Однако, выводы сохраняют свою силу (с некоторыми ограничениями) и для трансформаторов с железным сердечником. Устройство применяется для исследования распределения потенциала на поверхности земли для электрической разведки. Особенностью данного устройства является то, что в нем совмещены как источник тока для,создания этого поля (некоторый трансформатор и генератор), так и источник тока; служащего для измерения (также трансформатор и генератор).

В качестве электродов тока применяют электроды любой формы, в качестве электродов напряжения — точечные электроды.

Частным случаем описанного исследования распределения потенциала является измерение „среднего удельного сопротивления" участка земли (Жеппег). Данное устройство может быть применено и для этого измерения.

Входящее в формулу р=2 а — (а—

I расстояние между электродами напряжения схемы У ппег а) отношение—

1 определяется непосредственно как сопротивление. Электродами тока служат электроды И и 17, электродами напряжения — электроды 15 и 16.

При первом измерении получается

rg I — — r 2 I

При втором измерении получается 2 31!

V r g r

1о т

У и1 — формулы Wenner а соответствуют

Vq и 12, поэтому получается р =2т аК

На чертеже фиг. 1 схематически изображает принцип действия устройства; фиг. 2 и 3 формы выполнения устройства; фигуры 4 — 10 — видоизменения устройства.

Устройство действует следующим образом. Источник переменного тока 1 питает соединенные последовательно пер-, вичные обмотки 2 и 3 трансформаторов 1 и IE. Вторичная обмотка 5 через регули. руемое сопротивление 10 (магазин сопротивлений) электродами 14 и 17 (электроды тока) присоединена к исследуемому участку земли. Вторичная обмотка 4 через постоянное сопротивление 9 присоединена к регулируемому сопротивлению 8. Сопротивление 9 устроено подобно обычному компенсационному аппарату, так что от него можно ответвлять различные части посредством подвижных контактов,. присоединенных к зажимам 78 и 79, не меняя общей величины сопротивления 9. Зажимы 18 и

19, через измерительный прибор 7, с помощью переключателя 6 присоединяются к зажимам сопротивления 10 (положение А переключателя на фиг. 3) или к электродам 15 и 16, напряжение между которыми требуется измерить (положение В переключателя на фиг. 3).

Измерение распадается на две части и производится следующим образом:

1-ое измерение.

Переключатель 6 ставится в положение А (фиг. 3), при чем зажимы: 78 и, 79 присоединяются к сопротивлению 10. Установив на некоторую величину сопротивление 70, устанавливаем в соответствии с ним между контактами, присоединенными к зажимам 18 и 19 сопротивление r „óäîâëåòâîðÿþùåå равенству (б), затем, регулируем величину сопротивления 8 до получения нулевого отсчета на измерительном приборе 7.

Нулевой отсчет показывает, что r I =

=Г2 Ig

2-ое измерение.

Переключатель б ставится в.положение В (фиг. 3), при чем зажимы 18 и

19 присоединяются к электродам 15 и

76. Не изменяя установки сопротивления 8 и 10, регулируем величину сопротивления между зажимами 18 и 19 до получения нулевого отсчета на приборе 7. Пусть величина этого сопротивления между зажимами 78 и 19 будет r

Тогда V,=r, I, ..... (8), где V мгновенное значение напряжения между электродами 75 и 16.

Так как в течение всего второго измерения параметры цепей не изменялись, то имеет силу равенство, полученное в результате первого измерения.

r, h = 7 q I1..... (9)

Из (8) и (9) следует V, = ", I» . (10)

Г 1 . Вводя обобщенное;,сопротивление"

R= — имеем R =, ..... (11)

12 r1

Таким образом определяется величина

R1, õàðàêòåðèçóþùàÿ относительное падение напряжения.

Видоизменением указанного устройства является усгройство, схематически изображенное на чертеже (фиг. 4, 5, 6)

-и отличающееся тем, что вместо одного дифференциального трансформатора п рименены 2 трансформатора 12 и 13, первичные обмотки которых включены соответственно в цепи обмоток 4 и 5, а вторичные присоединены последовательно к прибору 7 (положение А переключателя и ри первом измерении). Обозначим через m, и m,, коэффициенты взаимоиндукции между вторичными и первичными обмотками трансформаторов 12 и 13. Ток в цепи прибора 7 обращается в О, если т1 I1 — — т. Ь......-... (12)

Из формул (3) и (5) следует, что т1 и m> должны быть подобраны так, чтобы m1. т = — и,. и ....;, ° (1 )

Таким образом т, н m аналогичны

r1 и r2 в основном устройстве.

Обмотки трансформаторов 12 и 13 выполняются секционированными, что дает возможность менять величины m1 и т».

Первое измерение заключается в регу. лировке сопротивления 8до получения ну. левого отсчета на приборе 7.

Вгорое измерение проводится так же, как и в основном устройства, и отличается еще тем, что для первого измерения вместо сопротивления 10 применен дифференциальный трансформатор 11. Первичные обмотки 20 и 21 (одинаковые) включены последовательно в цепи вторичных обмоток 4 и 5. Вторичная же обмотка 22 .присоединена к прибору 7(при положе-. нии А переключателя). При равенстве токов 1, и 1 и при соответствующем включении обмоток 20 и 21 ток в обмотке 22 обращается в 0 (фиг. 6).

Второе видоизменение устройства, изображенное на чертеже (фиг. 7 и 8), отличается от предыдущих тем, что для первого измерения применен метод сравнения взаимоиндукции по Maxwell в следующей форме:

Вторичные обмотки 4 и 5 через электрод 17, землю, электрод 14, регулируемое сопротивление 8 и компенсационное устройство 9 соединяются последовательно. Измерительный прибор 7 включается в провод, соединяющий обмотки

4 и 5 с электродом 17 и регулируемым сопротивлением 8.

Первое измерение состоит в подборе величины регулируемого сопротивления 8 до получения нулевого отсчета на приборе 7.

Обозначая сопротивление цепи обмотки 4 (до измерительного прибора) через R1, а цепи обмотки 5 через И„ имеем условие, необходимое и достаточное для обращения тока в цепи прибора в 0

R1 I1: М, =R> .Е .М, (14)

Это соотношение равносильно, во-первых, соотношению (1) и, во-вторых, равенству параметров и, и.и2 трансформаторов 1 и Ц. Это равенство параметров и, и и.. является, таким образом, необходимым для данного варианта.

Соответствующее этому переключение по окончании первого измерения, позволяет произвести второе измерение так же, как и в предыдущих вариантах (фиг. 8).

Третье видоизменение устройства по фиг. 9 является видоизменением основного устройства и отличается от него способом выполнения первого измерения. Сопротивление 10 первого варианта устранено и заменено сопротивлением участка между электродами 14 и 17.

Трансформаторы 1 и II подобраны так, что M, = M,, из чего следует

Ic = н„.: и, = Е,: L, = R: R,.

Из формулы (6) следует, что r1 и соответственно r. могут быть заменены R1 и соответственно R,. Поэтому подбор сопротивлений r, и.r2 заменяется подбо. ром сопротивления @ в цепи 1 по заданному сопротивлению R, цепи П. Сопротивление R, представляет собой комбинацию из последовательно соединен ных регулируемого сопротивления 8 и компенсационного устройства 9, сопротивление же R представляет собой сопротивление участка между электродами 14 и 1 7.

Первое измерение производится по схеме фиг. 9. Зажимы сопротивлений R и R .соединяются двумя проводами, в один из которых включен измерительный прибор 7. Измерение заключается в подборе величины сопротивления 8 до получения нулевого отсчета на измерительном приборе 7. Второе измерение не отличается- от такового же в ранее описанных вариантах и выполняется после пе.реключения проводов, соединяющих цепи I и 11, в положение, изображенное на фиг. 8.

Устройство по фиг. 10 является видо- изменением устройства по фиг; 2 и отличается от него тем, что в качестве трансформаторов 12 и 73 использованы трансформаторы t и П; для чего на сердечниках этих трансформаторов помещены вторичные обмотки 25 и 2б. При выполнении равенства .(13) действия первичных обмоток 2 и 3 на обмотки 25 и

2б взаимно уничтожаются, вследствие чего на них вЛияют только вторичные обмотки 4 и 5. В остальном устройство не отличается от такового же по фиг. 2.

Предмет изобретения.

1. Устройство для измерения распределения потенциала в почве для электрической разведки, отличающееся применением двух синхронных генераторов или трансформаторов I и 11, питаемых от общего источника переменного тока (фиг. 2), из коих трансформатор П (или соответствующий генератор) предназначен для создания в почве искусственного электрического поля путем присоединения концов обмотки его к заземляющим электродам 14 и 77, а трансформатор I (или соответствующий ему генератор) предназначен для создания тока, служащего для компенсации исследуемого падения потенциала, при чем измерение распадается на два отдельных, следующих одно за другим, измерения, из коих первое имеет целью установление постоянйого отношения между токами вторичных цепей трансформаторов

1 и II, а второе измерение заключается в компенсации напряжения между электродами 15 и 76 напряжением между зажимами 78 и 79 и выполняется путем регулирования величины ответвляемого сопротивления 9.

2. Видоизменение устройства по п. 1; отличающееся тем, что для первого измерения использованы два дифференциально включенных трансформатора 12 и 73 (фиг. 5), или, в случае равенства токов цепей 1 и П, дифференциальный трансформатор 17 (фяг. 6).

3. -Видоизменение устройства по п. 1, отличающееся тем, что для первого из-. мерения использована измерительная схема по Махiче1Гу: обмотки 4 и 5, coripoтивления 8 и 9 и земля через электроды

14 и 77 соединены последовательно, а зажимы измерительного прибора 7 присоединены к точкам соединения обмоток 4 и 5 и соответствующего сопротивления 8 и электрода 17.

4. Видоизменение устройства по и. 1, отличающееся тем, что вместо сопротивления 70 и сопротивления между зажимами 18 и 19 (фиг. 2) использованы непосредственно сопротивления участка между электродами 14 и 17 и соответственно комбинация из последовательно соединенных сопротивлений 8 и 9.

5. Видоизменение устройства по п. 1, отличающееся тем, что с целью про. изводства первого из указанных измерений трансформаторы 1 и II снабжены обмотками 25 и 2б, включенными -nr следовательно с прибором 7.