ЗОНД Российский патент 2001 года по МПК G01R1/06 G01R19/145 G01R19/155 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения электрических, температурных, магнитных и т.п. измерений в протяженном изогнутом канале, например в теплообменной трубке парогенератора атомной станции.

Известен зонд, который состоит из корпуса, образованного последовательно соединенными втулками, троса, натянутого внутри корпуса, проводника с измерительным наконечником, укрепленного на наружной поверхности корпуса, и вставок, укрепленных между смежными втулками [1].

Недостаток данного устройства состоит в том, что измерительный наконечник нельзя ввести на заданную длину в полость исследуемого канала с несколькими изгибами и относительно малым проходным сечением, так как конфигурация корпуса фиксирована и не может подвергаться изменению в процессе ввода в канал.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является зонд, содержащий гибкий проводник в изоляционной оболочке, соединенный с вихретоковым преобразователем, расположенным внутри оправки [2].

Недостатком известного устройства является то, что приложенное к гибкому проводнику усилие не позволяет ввести вихретоковый преобразователь на относительно большое расстояние вдоль полости протяженного канала с несколькими изгибами и затесненным проходным сечением.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно расширение функциональных возможностей зонда.

Для решения этой задачи в устройстве, содержащем по меньшей мере один проводник в изоляционной оболочке, соединенный с измерительным наконечником, предлагается:
- проводник в изоляционной оболочке поместить в полости корпуса;
- корпус выполнить из проволоки в виде пружины, имеющей первоначальное сжатие витков;
- обеспечить касание соседних витков пружины друг с другом при отсутствии продольного осевого усилия на зонд;
- между корпусом и измерительным наконечником установить переходник;
- первый конец корпуса укрепить в спиральной проточке, выполненной на наружной поверхности переходника;
- в переходнике предусмотреть продольное осевое отверстие;
- диаметр проволоки пружины и длину проводника в изоляционной оболочке выбрать с учетом продольного осевого усилия, приложенного к зонду, усилия первоначального сжатия витков пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств;
- конструкцию зонда на относительной длине корпуса, меньшей 100, выбрать согласно соотношению, связывающему конструктивные характеристики корпуса и проводника в изоляционной оболочке с их числом и физическими свойствами.

- зонд дополнительно снабдить втулкой с продольным осевым отверстием;
- крайние витки пружины, расположенные на втором конце корпуса, установить в спиральной проточке, выполненной на наружной поверхности втулки.

В результате достигается требуемый результат.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено продольное осевое сечение и общий вид зонда, а на фиг. 2-4 - его поперечные сечения, проходящие соответственно через втулку, корпус и переходник.

Зонд содержит по меньшей мере один проводник 1 в изоляционной оболочке 2, соединенный с измерительным наконечником 3.

Проводник 1 в изоляционной оболочке 2 помещен в полости 4 корпуса 5.

Корпус 5 имеет вид пружины, выполненной из круглой проволоки 6. Пружина имеет первоначальное сжатие витков. При этом соседние витки пружины при отсутствии продольного осевого усилия на зонд установлены с касанием друг к другу.

Между корпусом 5 и измерительным наконечником 3 установлен переходник 7.

Первый конец корпуса 5 укреплен в спиральной проточке 8, выполненной на наружной поверхности переходника 7.

Переходник 7 имеет продольное осевое отверстие 9 для прохода проводника 1 в изоляционной оболочке 2.

Диаметр проволоки 6 пружины и длина проводника 1 в изоляционной оболочке 2 выбраны с учетом продольного осевого усилия, приложенного к зонду, усилия первоначального сжатия витков пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств согласно соотношениям
d > [5,2 D (F - f)/ σ_B ]^1/3, (1)
L ≥ n[d+20,8D³n(F-f)/(Ed⁴)], (2)
где d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
F - продольное осевое усилие, приложенное к зонду, H;
f - усилие первоначального сжатия витков, H;
σ_B - предел прочности проволоки пружины, Па;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса;
E - модуль упругости проволоки пружины, Па.

Представленные соотношения исключают разрыв корпуса и проводников в изоляционной оболочке при наличии продольной осевой нагрузки на зонд, возникающей при выводе зонда из исследуемого канала.

При значении отношения длины сжатой пружины к среднему диаметру ее витков, меньшем 100, конструкция зонда на данном участке корпуса 5 отвечает соотношению

где n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса, м;
d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
ρ - плотность материала пружины, кг/м³;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
к - индекс, соответствующий количеству проводников;
ρ₁ - плотность материала проводника, кг/м³;
d₁ - диаметр проводника, м;
ρ₂ - плотность материала изоляционной оболочки, кг/м³;
D₂ - наружный диаметр изоляционной оболочки, м;
d₂ - внутренний диаметр изоляционной оболочки, м;
σ_B - предел прочности проволоки пружины, Па.

Это соотношение позволяет обеспечить оптимальное сочетание жесткости и гибкости корпуса 5 зонда, необходимого для ввода зонда в полость исследуемого канала и вывода его из него.

Одна из конструкций зонда дополнительно снабжена втулкой 10 с продольным осевым отверстием 11, через которое пропущен проводник 1 в изоляционной оболочке 2.

Причем крайние витки пружины, расположенные на втором конце корпуса 5, установлены в спиральных проточках 12, выполненных на наружной поверхности втулки 10.

Зонд работает следующим образом. Для проведения исследований измерительный наконечник 3 постепенно вводят в исследуемый канал на требуемое расстояние за счет продольного осевого усилия на корпус 5 зонда. При этом пружина, из которой изготовлен корпус 5, находится в сжатом состоянии и принимает конфигурацию той части исследуемого канала, в которой она расположена. Затем зонд выводят из канала. При этом в результате трения о внутреннюю поверхность исследуемого канала пружина подвергается растяжению.

Изготовление зонда в соответствии с учетом рассмотренных ранее соотношений исключает поломку зонда и позволяет проводить с его помощью многократные измерения в протяженных изогнутых каналах с относительно малым проходным сечением.

Пример конкретного выполнения зонда
Для исследования парогенератора атомной станции изготовлен зонд, в котором в качестве измерительного наконечника 3 использован вихретоковый датчик.

К вихретоковому датчику подсоединено два проводника 1 в изоляционной оболочке 2, наружный диаметр которой составляет 1,5 мм.

Корпус 5 выполнен в виде сжатой стальной пружины с размерами 8,2х1,6 мм. При этом усилие первоначального сжатия витков пружины (f) не менее 35 Н. Конструкция зонда отвечает соотношению (3).

При продольном осевом усилии на зонд F=100 H длина проводников 1 в изоляционной оболочке 2 в 1,20 раза превышают длину сжатой части корпуса, в пределах которой они установлены.

Зонд позволяет обеспечить исследование поверхностей теплообменных трубок парогенератора атомной станции, имеющих длину до 17 м, внутренний диаметр 0,013 м и до 7 изгибов по длине.

Создан промышленный образец зонда и показана его работоспособность.

Источники информации
1. А.с. СССР N 1174863, 28.08.85 г. Открытия. Изобретения. БИ 31.

2. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. / Под общей редакцией В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. С. 301-302.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения различных измерений. Зонд состоит из помещенных в полости корпуса проводников в изоляционных оболочках и измерительного наконечника. Корпус имеет вид пружины. Соседние витки в свободном состоянии зонда контактируют друг с другом. Между корпусом и измерительным наконечником установлен переходник, на котором укреплен первый конец корпуса. Второй конец корпуса может быть установлен на втулке. Переходник и втулка имеют продольные осевые отверстия. Диаметр проволоки пружины и длину проводника определяют по соотношению с учетом продольного осевого усилия, усилия первоначального сжатия пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств. Размеры корпуса также выбирают по соотношению, учитывающему количество проводников и физические свойства материалов зонда. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Зонд, содержащий по меньшей мере один проводник в изоляционной оболочке, соединенный с измерительным наконечником, отличающийся тем, что проводник в изоляционной оболочке помещен в полости корпуса в виде пружины, выполненной из круглой проволоки и имеющей первоначальное сжатие витков, у которой соседние витки при отсутствии продольного осевого усилия установлены с касанием друг к другу, между корпусом и измерительным наконечником установлен переходник, первый конец корпуса укреплен в спиральной проточке, выполненной на наружной поверхности переходника, в переходнике выполнено продольное осевое отверстие для прохода проводника в изоляционной оболочке, диаметр проволоки пружины и длина проводника в изоляционной оболочке выбраны с учетом продольного осевого усилия, приложенного к зонду, усилия первоначального сжатия витков пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств согласно соотношениям
d>[5,2D(F-f)/σ_В]^1/3,
L≥n[d+20/8D³n(F-f)/(Ed⁴)],
где d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
F - продольное осевое усилие, приложенное к зонду, Н;
f - усилие первоначального сжатия витков, Н;
σ_В - предел прочности проволоки пружины, Па;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса;
Е - модуль упругости проволоки пружины, Па,
а при значении отношения длины сжатой пружины к среднему диаметру ее витков меньшем 100 конструкция зонда на данном участке корпуса отвечает соотношению

где n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса, м;
d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
ρ - плотность материала пружины, кг/м³;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
к - индекс, соответствующий количеству проводников;
ρ₁ - плотность материала проводника, кг/м³;
d₁ - диаметр проводника, м;
ρ₂ - плотность материала изоляционной оболочки, кг/м³;
D₂ - наружный диаметр изоляционной оболочки, м;
d₂ - внутренний диаметр изоляционной оболочки, м;
σ_в - предел прочности проволоки пружины, Па. 2. Зонд по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен втулкой с продольным осевым отверстием, через которое пропущен проводник в изоляционной оболочке, причем крайние витки пружины, расположенные на втором конце корпуса, установлены в спиральных проточках, выполненных на наружной поверхности втулки.