2015-04-01
1827
Изучение электроразведочной аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК
Цель работы
Изучение устройства, порядка работы и калибровки электроразведочной аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК.
Приборы и оборудование
Комплект аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК, соединительные провода, контрольно-измерительные приборы.
Порядок проведения работы
1. Изучение устройства и основных способов измерения разности потенциалов с аппаратурой ЭРА-В-ЗНАК.
2. Поверка технических и метрологических характеристик аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК.
3. Оценка результатов, формулирование выводов.
Пояснение к работе
Аппаратура ЭРА-В-ЗНАК используется при поисках и разведке полезных ископаемых и пресных подземных вод, а также при решении широкого круга задач инженерных изысканий: проектирования и оценки гидротехнических сооружений и подземных трубопроводов, при решении задач геоэкологии и изучении мерзлотных условий.
При поверхностном покрове, благоприятном для устройства гальванических заземлений, аппаратура ЭРА на всех рабочих частотах позволяет проводить наблюдения методом сопротивлений по обычной технологии с заземленными питающими и приемными линиями. В случае плохих условий заземлений (мёрзлый грунт, сухие пески и твердые искусственные покрытия) на частоте 625 Гц аппаратура дает возможность выполнения наблюдений по методике бесконтактных измерений электрического поля, т.е. без гальванического контакта приемных и питающих линий с землей.
|
|
|
Аппаратура портативна, имеет цифровую и стрелочную индикацию отсчетов, автоматическую компенсацию ЭДС поляризации электродов, расширенный диапазон стабилизированных выходных токов и повышенное выходное напряжение генераторов.
В комплект аппаратуры ЭРА входят:
• Измеритель с цифровым жидкокристаллическим индикатором на три частоты (0; 4,88; 625 Гц), который позволяет регистрировать реальные сигналы в диапазоне от 1 мкВдо 2 В.
• Генератор тока для частот 0 и 4,88 Гц, возбуждающий стабилизированный ток строго определенной величины 1, 2, 5, 10, 20, 100 и 200 мА.
• Генератор для частоты 625 Гц, позволяющий возбуждать ток от 0,1 до
100 мА (выходная мощность 15 Вт).
• Активные электроды, которые работают на частоте 4,88 и 625 Гц и обеспечивают увеличение входного сопротивления до 2 ГОм.
• Электрическая антенна на частоте 625 Гц, включающая выносной усилитель, расположенный в ручке антенны, который увеличивает входное сопротивление до 2 ГОм.
Измеритель ЭРА сконструирован на действии селективного усиления входного переменного напряжения с последующим преобразованием его в постоянное напряжение, измеряемое аналого-цифровым преобразователем (АЦП) интегрирующего типа с выходом на жидкокристаллический индикатор. Измеритель позволяет определять параметр q, Ом, являющийся отношением значений входного напряжения измерителя к выходному току генератора на рабочей частоте, согласно формуле:
|
|
|
(10),
где U – значение входного напряжения с указанием знака в мВ; n – отсчет по цифровому табло (10–1999); 
– масштабный коэффициент поддиапазонов входного напряжения при α = 0, 1, 2, 3, 4; β – масштабный коэффициент поддиапазонов выходного тока 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200 для частот 0 и 4,88 Гц.
Измеритель имеет устройства для контроля сопротивления приемной линии, подключенной к входным гнездам "MN", и напряжения источников питания по стрелочному индикатору. Потребляемый измерителем ток не превышает 9 мА.
Назначение органов управления измерителя (рисунок 13):
Рисунок 13. Панель управления измерителя ЭРА
· гнезда "MN" – для подключения приёмной линии при измерениях на переменном и постоянном токах;
· кнопка "R" – для проверки сопротивления заземлённой приемной линии;
· кнопка "F" – для включения и выключения измерителя и выбора режима работы;
· кнопка "α" – для выбора поддиапазонов измерений и выключения измерителя;
· кнопка "•О•" – для включения и выключения компенсатора поляризации в режиме измерения постоянного напряжения;
· ручки "КАЛИБРОВКА"– для установки тестовых отсчетов "n" на частотах 4,88 и 625 Гц;
· разъемы– для подключения к измерителю согласующих измерительных устройств и магнитного согласующего устройства;
· стрелочный индикатор,дублирующий показания "n"цифрового табло (в пределах от 0 до 1000) при измерениях параметра q на частотах 4,88 и 625 Гц;
· цифровое табло– для вывода измерительной и служебной информации.
Цифровое таблосодержит шесть десятичных знаков (слева – направо):
- первый знак указывает рабочую частоту (значение 0 соответствует частоте 0 Гц, 1 – частоте 4,88 Гц, 2 – частоте 625 Гц;
- второй знак указывает значение коэффициента "α" (1, 2, 3, 4) поддиапазонов измерений;
- третий–шестой знаки показывают отсчет "n"(0000 – 1999), пропорциональный измеряемым значениям qи U.
Первое нажатие кнопки "F" включает измеритель в режим контроля напряжения питания и измерений на постоянном токе. Указанному режиму соответствует цифра "0" сектора "F". Непрерывное нажатие кнопки "F" приводит к последовательному непрерывному перебору цифр в секторе: 0–1–2, 0–1–2 и т.д. Цифра 1 соответствует режиму измерений на частоте 4,88 Гц, цифра 2 – режиму измерений на частоте 625 Гц. При F = 0 возможно включение и выключение компенсатора поляризации с помощью кнопки "•О•" (первое нажатие кнопки – включение, второе – выключение и т.д.). На работу измерителя в режиме компенсации указывает периодическое погасание ("мерцание") цифр "0" в секторе "F".
Одновременное нажатие кнопок "F" и "α" выключает измеритель независимо от режима, в котором он находится.
Пробел в секторе α при F = 0 соответствует режиму контроля напряжения питания (по стрелочному индикатору и отсчету "n"). При F = 1, 2 пробел в секторе α соответствует режимам калибровки измерителя на частотах 4,88 и 625 Гц.Нажатие кнопки "α" переключает поддиапазоны измерений от наиболее грубого (α = 0) до наиболее чувствительного (α = 4).
В секторе "n"цифрового табло записываются показания с максимальным значением 1999 и указанием отрицательного знака отсчета "-" (при измерениях постоянного поля). Если отсчет "n" по абсолютному значению превышает указанный, то появляется символ переполнения единица ("1") или минус единица ("-1") в старшем разряде.
Все измерения необходимо начинать на наиболее грубом поддиапазоне (α = 0), последовательно повышая чувствительность (увеличивая значения "n")так, чтобы отсчет на всех поддиапазонах, кроме наиболее чувствительного, был бы не менее 100–200. Во избежание ошибок измерений, обусловленных перегрузкой измерителя по входу интенсивными сигналами помех сторонних частот, необходимо следить за совпадением первых двух цифр отсчетов "n"на предыдущем и выбранном поддиапазонах измерений. Если совпадения нет, следует брать отчет "n"на более грубом поддиапазоне, более устойчивом к перегрузкам (отсчет "n"в этом случае может быть меньше "100").
|
|
|
При измерениях на частотах 4,88 Гц может наблюдаться флюктуация отсчетов "n"измерителя в некоторых пределах. В связи с этим случайная составляющая погрешности отсчета "n"при кратковременном наблюдении может достигать (2 – 3) %.
Для оценки значений "Rmn" при полевых и лабораторных измерениях используется кнопка "R" на лицевой панели. Качество заземлений считается удовлетворительным, если при нажатии кнопки "R" отсчет "n"полезного сигнала уменьшается не более чем в два раза. В этом случае значения "Rmn" меньше предельных.
Внимание! При нажатии кнопки "R" входные гнезда "MN" измерителя шунтируются сопротивлением так, что входное активное сопротивление измерителя понижается до 100 или 15 кОм (с погрешностью 7+0,5 %) соответственно при измерениях на переменном (F ≠ 0) или постоянном (F = 0) токах.
По окончании работ измеритель выключается одновременным нажатием кнопок "F" и "α".
Измеритель имеет также систему автоматического отключения питания через 7 минут после последней операции, выполненной с помощью любой из кнопок: "F", "α" или "•О•". За 1 мин. до указанного срока должен включиться звуковой сигнал. Звуковой сигнал можно прервать, продлив работу измерителя без изменения содержания цифрового табло. С этой целью в режиме измерений постоянного напряжения достаточно два раза нажать любую из кнопок "F", "α" или "•О•", в режиме измерений переменных напряжений – один раз нажать кнопку "•О•".
|
|
|
Генератор ЭРА "0; 4,88 предназначен для преобразования низковольтного постоянного напряжения источников питания в регулируемое постоянное или переменное высоковольтное выходное напряжение, обеспечивающее заданное значение стабилизированного выходного тока в нагрузке.
Генератор "0; 4,88 Гц" обеспечивает:
- возбуждение в активной нагрузке выходного постоянного тока или тока симметричной прямоугольной формы (меандр) частотой 4,88 Гц на 9 поддиапазонах, определяемых коэффициентами "β";
- автоматическую установку значений выходного тока, заданных коэффициентами "β";
- автоматическую стабилизацию выбранных значений выходного тока при изменении сопротивлений нагрузок и напряжения питания генератора.
Назначение органов управления и индикации генератора ЭРА "0; 4,88", приведено на рисуноке 14.
Рисунок 14. Панель управление генератора ЭРА "0; 4,88"
· гнезда "АВ" – для подключения питающих линий АВ при измерениях параметра qна постоянном и переменном токах;
· гнезда "MN" – для подключения к генератору входа измерителя при их совместной калибровке;
· гнезда "+", "-" – для подключения внешнего источника питания.
Внимание! При использовании для питания генератора внешнего источника следить за соблюдением полярности подключения внешнего источника. Включение генератора при ошибке в полярности питания приводит к перегоранию предохранителя генератора;
· тумблер "ВКЛ., ПИТ." имеет нейтральное (генератор выключен) и два крайних положения "ВНЕШ." и "ВНУТР." для включения генератора от внешнего или внутреннего источников питания;
· тумблер "КАЛИБРОВКА q" имеет два положения: "АВ" – режим работы на питающую линию АВ и "MN" – режим совместной калибровки, в первом положении выход генератора подключен к гнездам "АВ", во втором – к гнездам "MN";
· переключатель "β" – для установки одного из 9 поддиапазонов выходного тока в соответствии с выбранным значением коэффициента "β";
· переключатель "ЧАСТОТА, Hz" имеет три положения "+0", "-0", "4,88"; первые два положения определяют полярность выходного напряжения при работе генератора в режиме постоянного тока, в третьем положении генератор переключается в режим переменного тока частотой 4,88 Гц.
Внимание! Переключение режимов генератора "0; 4,88 Гц" должно производиться только при выключенном генераторе;
· кнопка "Iпит. 2А" – для контроля тока, потребляемого от источника питания генератора; при включении кнопки стрелочный индикатор показывает потребляемый ток в диапазоне (0–2) А;
· кнопка "Uпит. 40V" – для контроля напряжения источника питания генератора; при включении кнопки стрелочный индикатор показывает напряжение питания в диапазоне (0–40) В;
· стрелочный индикатор "ИНД. СТАБ." – для индикации режима стабилизации выходного тока; указанному режиму соответствуют показания индикатора от 10 до 100 (чем больше отсчет, тем больше продолжительность работы генератора в режиме стабилизации при разрядке батарей питания);
· светодиодные индикаторы: индикатор "РАБОТА" указывает на включение генератора; индикаторы "IАВ>max", "IПИТ>max", "UAB>max" загораются при срабатывании соответствующей системы защиты генератора от аварийных режимов;
· гнездо " ^ " – для заземления корпуса генератора.
Проверка работы генератора и калибровка поддиапазонов измерителя сводятся к следующему:
1. Подключить к гнёздам "AB" градуировочное устройство (см. рисунок 12) или нагрузочное сопротивление порядка 10–100 Ом. Переключатель "β" установить в положение "10";
2. Включить генератор, переключив тумблер "ВКЛ. ПИТ." в положение "ВНУТР." или "ВНЕШ." в зависимости от использования внутреннего или внешнего источника питания. Одновременно с включением генератора прерывистым светом загорается светодиод "РАБОТА", прослушивается "тикающий" звуковой сигнал, показания стрелочного индикатора "ИНД. СТАБ." устанавливаются в области 50–100 делений.
3. Нажать кнопку "Uпит. 40V" и проверить по стрелочному индикатору напряжение источника питания, которое должно находиться в пределах от 12 до 36 В. В противном случае заменить батареи питания.
4. Нажать кнопку "Iпит. 2А" и проверить по стрелочному индикатору ток, потребляемый от батарей питания. Значение тока не должно превышать 2 А.
5. Выполнить совместную калибровку измерителя и генератора на частоте 4,88 Гц по схемам рисунков 11 и 12.
По схеме рисунка 11:
а) Соединить между собой одноименные гнезда "MN" измерителя и генератора; включить измеритель в режиме F = 1, α = 1; установить на цифровом табло с помощью ручки "КАЛИБРОВКА 4,88 Hz" тестовый отсчет "n" = 1000 ± 10 (с учетом осреднения флюктуации отсчета "n").
б) Включить измеритель в режиме F = 1, α = (пробел). Не изменяя положения ручки "КАЛИБРОВКА 4,88 Hz", установленного при совместной калибровке приборов, определить по цифровому табло и записать в полевом журнале значение тестового отсчета "n" в режиме автономной калибровки измерителя (с указанием частоты, номеров измерителя и генератора и даты калибровки). В дальнейшем при полевых наблюдениях контролировать в режиме автономной калибровки измерителя записанное значение тестового отсчета "n" и при необходимости поддерживать его неизменным с помощью регулировки усиления измерителя ручкой "КАЛИБРОВКА 4,88 Hz".
в) С помощью образцового сопротивления, встроенного в генератор, проверить на частоте 4,88 Гц для всех значений коэффициентов "β" измерителя погрешность измерения контрольного значения параметра "q", равного (10 ± 0,1) Ом.
Внимание! Переключение рабочих частот, значений "β" и положений тумблера "КАЛИБРОВКА q" производить только при выключенном генераторе.
6. Проверить действие защиты генератора от аварийного режима, связанного с перегрузкой по выходному напряжению. Переключить тумблер "КАЛИБРОВКА q" в положение "АВ" и включить генератор при "Uпит" не менее 18–20 В. Так как выходной ток отсутствует (нагрузка отключена от гнезда "АВ"), амплитуда выходного напряжения UАВ генератора повышается до максимально допустимой (550 В) и затем ограничивается устройством защиты. При включении устройства, ограничивающего UАВ, на лицевой панели генератора загорается светодиод "UAB>max".
После проверки светодиодной сигнализации привести органы управления генератора в положение, соответствующее п. 1. Генератор проверен и подготовлен к работе.
Другой способ проверки работоспособности аппаратуры - калибровка по схеме рисунка 12.
Содержание отчёта
1. Титульный лист.
2. Комплектация и устройство электроразведочной аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК.
3. Блок-схемы градуировки электроразведочной аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК.
4. Основные результаты и выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Решение каких геологических задач выполняется с помощью аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК?
2. Какие приборы включает комплект аппаратуры ЭРА-В-ЗНАК?
3. Как производится калибровка электроразведочной аппаратуры?
4. Какие действия выполняются в режиме выключения генератора?
5. Как проверить напряжение питания генератора и измерителя?
