ЗОНД Российский патент 2002 года по МПК G01R19/145 G01R19/155 G01R1/06 

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 /А.с. СССР 1174863, 28.08.85 г. Открытия. Изобретения. Бюл. 31/.

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, представленный в патенте на изобретение РФ 2166763 (приоритет от 24.03.2000 г. ). Зонд содержит корпус в виде пружины, проводники в изоляционной оболочке, расположенные в полости корпуса и соединенные с измерительным наконечником, переходник, установленный между корпусом и измерительным наконечником, имеющий продольное отверстие и спиральную проточку на наружной поверхности для крепления корпуса, торцевую деталь с продольным отверстием. Силовой элемент расположен в полости корпуса и имеет закрепленные свободные концы на несущих элементах, предусмотренных в переходнике и торцевой детали. Внутри корпуса предусмотрены пояса наполнителя. Силовой элемент выполнен гибким в виде плоской или гофрированной ленты. Его концы крепятся с помощью поперечных штифтов, установленных в отверстиях торцевой детали и переходника.

Недостатками известного устройства являются следующие:
- относительно малые функциональные возможности зонда, связанные с тем, что зонд в районе измерительного наконечника имеет относительно малую гибкость;
- трудоемкость изготовления зонда и невозможность извлечения из его корпуса деталей, обусловленная наличием в полости корпуса поясов наполнителя.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно расширение функциональных возможностей зонда и обеспечение технологичности его изготовления и демонтажа деталей.

Для решения этой задачи в устройстве, содержащем основной корпус 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, по меньшей мере один проводник в изоляционной оболочке, расположенный в полости основного корпуса и соединенный с измерительным наконечником, переходник, установленный между основным корпусом и измерительным наконечником, имеющий продольное отверстие и посадочное место на наружной поверхности, торцевую деталь, установленную на противоположном от измерительного наконечника конце основного корпуса, силовой элемент, расположенный в полости основного корпуса, закрепленный на несущих элементах переходника и торцевой детали, предлагается:
- в полости основного корпуса по меньшей мере в районе переходника проводник в изоляционной оболочке и силовой элемент выполнить виде подпружиненных спиралей;
- максимальный наружный диаметр спиралей обеспечить меньшим по сравнению с минимальным внутренним диаметром корпуса;
- длину проводника в изоляционной оболочке и силового элемента в полости основного корпуса выбрать в соответствии с соотношением с учетом числа витков основного корпуса в бухте, минимального усредненного радиуса изгиба основного корпуса в бухте, среднего диаметра проволоки основного корпуса и радиуса наружной поверхности изоляционной оболочки наружного диаметра изоляции на проводнике.

В частных случаях выполнения зонда предлагается:
- проводники в изоляционной оболочке и силовой элемент по меньшей мере в одном месте по длине в полости основного корпуса соединить между собой бандажом;
- силовой элемент выполнить из химволокна, металлической проволоки или в виде троса;
- концы силового элемента выполнить в виде петли, обжатой зажимом;
- концы силового элемента вывести из полости основного корпуса между смежными витками образующей его пружины, а с ее наружной стороны сделать утолщение;
- несущий элемент переходника выполнить в виде кольца и установить его в продольном отверстии переходника, причем по меньшей мере одну часть кольца вывести за пределы переходника;
- зонд снабдить дополнительным корпусом в виде пружины из круглой проволоки, концы которой укрепить соответственно на измерительном наконечнике и на наружной поверхности переходника, а в полости дополнительного корпуса через кольцо переходника пропустить силовую вставку, концы которой закрепить на измерительном наконечнике, причем дополнительный корпус выполнить более гибким по сравнению с основным корпусом;
- силовую вставку выполнить в виде химволокна, металлической проволоки или в виде троса;
- на силовой вставке между измерительным наконечником и переходником установить по меньшей мере один зажим, фиксирующий пару идущих навстречу друг другу частей силовых вставок;
- торцевую деталь сделать в виде внутренней спирали и установить в выходной части полости основного корпуса, боковые поверхности внутренней спирали и основного корпуса установить с контактом между собой, а несущий элемент выполнить в виде выпрямленного конца внутренней спирали;
- торцевую деталь выполнить в виде наружной спирали и установить на боковой поверхности свободного конца основного корпуса, боковые поверхности наружной спирали и основного корпуса установить с контактом между собой, а несущий элемент изготовить в виде выпрямленного конца наружной спирали;
- торцевую деталь изготовить в виде вставки с продольным отверстием, установить в выходной части полости основного корпуса, обеспечить контакт посадочного места вставки с внутренней боковой поверхностью основного корпуса, а несущий элемент в виде кольца установить вдоль продольного отверстия вставки;
- торцевую деталь выполнить в виде пластины с продольными отверстиями, а на конце силового элемента, пропущенном через одно из отверстий, выполнить утолщение.

- концы проводников за пределами основного корпуса ввести в каналы электрического разъема;
- электрический разъем установить без контакта с основным корпусом и торцевой деталью;
- электрический разъем укрепить на основном корпусе, на торцевой детали или одновременно на основном корпусе и торцевой детали.

В результате достигается требуемый результат.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображены продольное осевое сечение зонда при отсутствии и при наличии дополнительного корпуса; а на фиг. 3 и 4 - поперечные сечения основного и дополнительного корпусов зонда; на фиг.5-8 - продольные осевые сечения свободного конца основного корпуса соответственно при установке в его выходной части наружной и внутренней спиралей, вставки и торцевой пластины; на фиг.9-12 - виды на выходную часть полости основного корпуса соответственно при установке на нем наружной и внутренней спиралей, вставки и пластины; на фиг.13 - продольное осевое сечение основного корпуса зонда в бухте.

На фиг.1-13 приняты следующие обозначения:
1 - основной корпус; 2 - проводник в изоляционной оболочке; 3 - измерительный наконечник; 4 - переходник; 5 - продольное отверстие переходника; 6 - посадочное место переходника; 7 - силовой элемент; 8 - бандаж; 9 - петля силового элемента; 10 - зажим силового элемента; 11 - утолщение силового элемента; 12 - кольцо переходника; 13 - дополнительный корпус; 14 - силовая вставка; 15 - электрический разъем; 16 - зажим силовой вставки; 17 - внутренняя спираль; 18 - выпрямленный конец внутренней спирали; 19 - наружная спираль; 20 - выпрямленный конец наружной спирали; 21 - вставка; 22 - продольное отверстие вставки; 23 - посадочное место вставки; 24 - кольцо вставки; 25 - пластина; 26 - основное продольное отверстие пластины; 27 - вспомогательное продольное отверстие пластины; 28 - каналы электрического разъема.

Конструктивные элементы, входящие в состав зонда, имеют следующие особенности (фиг.1-12).

Основной корпус 1 представляет собой пружину, выполненную из круглой проволоки. Наиболее благоприятной конструкцией основного корпуса 1 зонда является та, у которой соседние витки пружины в районе переходника 4 не касаются друг с другом, а в остальной части корпуса 1, при отсутствии продольного осевого усилия, контактируют между собой.

По меньшей мере один проводник в изоляционной оболочке 2 расположен в полости основного корпуса 1 и соединен с измерительным наконечником 2.

Переходник 4 установлен между основным корпусом 1 и измерительным наконечником 3. Переходник 4 имеет продольное отверстие 5 для прохода проводника в изоляционной оболочке 2 и посадочное место 6 на наружной поверхности. Посадочное место 6 предусмотрено для установки одного из концов основного корпуса 1.

Торцевая деталь установлена на противоположном от измерительного наконечника 3 конце основного корпуса 1.

Силовой элемент 7 расположен в полости основного корпуса 1. Концы силового элемента 7 закреплены соответственно на несущих элементах переходника 4 и торцевой детали.

Силовой элемент 7 позволяет извлечь зонд без разрыва проводника в изоляционной оболочке 2 в случае заклинивания зонда в полости исследуемого канала.

В полости основного корпуса 1 по меньшей мере в районе переходника 4 проводник в изоляционной оболочке 2 и силовой элемент 7 выполнены в виде подпружиненных спиралей. Максимальный наружный диаметр указанных спиралей меньше минимального внутреннего диаметра основного корпуса 1. Указанные конструктивные решения исключают случайную фиксацию проводника в изоляционной оболочке 2 и силового элемента 7 в отдельных поперечных сечениях в полости основного корпуса 1 и обеспечивают их относительную подвижность в полости основного корпуса 1 при изменении конфигурации зонда.

Длина проводника в изоляционной оболочке 2 и силового элемента 7 в полости основного корпуса 1 выбрана в соответствии с соотношением
l ≥ 2πn_к(r_б+D_п+r_и, (1)
где l - длина проводника и силового элемента, м; n_к - число витков основного корпуса в бухте, шт.; r_б - минимальный усредненный радиус изгиба основного корпуса в бухте, м; D_п - средний диаметр проволоки основного корпуса, м; r_и - радиус наружной поверхности изоляционной оболочки на проводнике, м.

При выводе соотношения (1) полагали, что возможен случай, при котором проводник в изоляционной оболочке 2 натянут в полости основного корпуса 1, а два его конца зафиксированы в нем. При этом основной корпус 1 является прямым, а витки образующей его пружины касаются между собой. При изгибе основного корпуса 1, например при укладке его в бухту, обращенные в сторону центра бухты части смежных витков пружины по-прежнему контактируют между собой, а удаленные от центра бухты части смежных витков пружины установлены с зазором между собой (фиг.13). Это приводит к растяжению наиболее удаленной от центра бухты части проводника в изоляционной оболочке 2 и к ее разрыву, а соответственно, к поломке зонда в целом.

Для исключения указанной ситуации предложено длину проводника в изоляционной оболочке 2 обеспечить большей, по сравнению с длиной полости основного корпуса 1.

Отдельные конструкции зонда могут быть выполнены следующим образом.

Проводник в изоляционной оболочке 2 и силовой элемент 7 по меньшей мере в одном месте по длине в полости основного корпуса соединены между собой бандажом 8.

Возможны различные типы исполнения силового элемента 7. Он может быть выполнен из химволокна, металлической проволоки или в виде троса.

Концы силового элемента 7 выполнены в виде петли 9, обжатой зажимом 10.

По меньшей мере один конец силового элемента 7 выведен из полости основного корпуса 1 между смежными витками, образующей его пружины, и имеет с наружной стороны утолщение 11. Максимальный размер поперечного сечения силового элемента 7 превосходит ширину зазора между смежными витками пружины основного корпуса 1.

Несущий элемент переходника выполнен в виде кольца 12 и установлен в его продольном отверстии 5, причем по меньшей мере одна часть кольца выходит за пределы переходника 4. Это обеспечивает удобство сборки зонда.

Зонд снабжен дополнительным корпусом 13 в виде пружины из круглой проволоки, концы которой укреплены соответственно на измерительном наконечнике 3 и на наружной поверхности переходника 4, и силовой вставкой 14, установленной в полости дополнительного корпуса 13. В полости дополнительного корпуса 13 через кольцо переходника 12 пропущена силовая вставка 14. Концы силовой вставки 14 закреплены на измерительном наконечнике 3.

Дополнительный корпус 13 выполнен более гибким по сравнению с основным корпусом 1. Это достигается за счет использования проволоки относительно малого диаметра или путем установки смежных витков пружины с некоторым зазором относительно друг друга.

Наличие более гибкого дополнительного корпуса 13 позволяет улучшить проходимость зонда в полости исследуемого канала.

Силовая вставка 14 может быть выполнена из химволокна, металлической проволоки или в виде троса.

На силовой вставке 14 между измерительным наконечником 3 и переходником 4 установлен по меньшей мере один зажим 16, фиксирующий пару идущих навстречу друг другу элементов силовой вставки 14.

Возможны четыре варианта исполнения торцевой детали.

Торцевая деталь первого типа (фиг.6 и 10) выполнена в виде внутренней спирали 17, установленной в выходной части полости основного корпуса 1. Обращенные друг к другу боковые поверхности внутренней спирали 17 и основного корпуса 1 контактируют между собой, а роль несущего элемента выполняет выпрямленный конец внутренней спирали 18, частично перекрывающий выходную часть полости основного корпуса 1.

Торцевая деталь второго типа (фиг. 5 и 9) выполнена в виде наружной спирали 19, установленной на боковой поверхности свободного конца основного корпуса 1. Обращенные друг другу боковые поверхности наружной спирали 19 и основного корпуса 1 контактируют между собой, а роль несущего элемента выполняет выпрямленный конец 20 наружной спирали 19, частично перекрывающий выходную часть полости основного корпуса 1.

Торцевая деталь третьего типа (фиг.7 и 11) выполнена в виде вставки 21 с продольным отверстием 22 для прохода проводника в изоляционной оболочке 2 и установлена в выходной части полости основного корпуса 1. Посадочное место 23 вставки 21 контактирует с внутренней боковой поверхностью основного корпуса 1. а несущий элемент, имеющий вид кольца 24, установлен вдоль продольного отверстия 22 вставки 21.

Торцевая деталь четвертого типа (фиг.8 и 12) выполнена в виде пластины 25. Пластина 25 имеет по меньшей мере одно основное продольное отверстие 26, предусмотренное для прохода проводника в изоляционной оболочке 2, и вспомогательное продольное отверстие 27, предусмотренное для прохода силового элемента 7. Конец силового элемента 7 с противоположной от основного корпуса 1 стороны торцевой пластины 25 имеет утолщение 11. Максимальный поперечный размер утолщения 11 силового элемента 7 превышает максимальный поперечный размер вспомогательного продольного отверстия 27.

Концы проводников 2 за пределами основного корпуса 1 введены в каналы 28 электрического разъема 15.

Возможны различные варианты установки электрического разъема 15.

Электрический разъем 15 может быть установлен без контакта с основным корпусом 1 и торцевой деталью. Кроме того, электрический разъем 15 может быть укреплен, во-первых, на основном корпусе 1, во-вторых, на торцевой детали и, в-третьих, одновременно на основном корпусе 1 и торцевой детали.

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 в изоляционной оболочке 2, наружный диаметр которых составляет 1,5 мм.

Основной корпус 1 выполнен в виде сжатой стальной пружины длиной 20 м с размерами 0,0087х0,0016 м.

При этом усилие первоначального сжатия витков пружины (f) не менее 35 Н . Длина проводника в изоляционной оболочке 2 и силового элемента 7 отвечает соотношению (1).

При минимальном усредненном радиусе изгиба основного корпуса в бухте, равном 0,2 м, длина проводника в изоляционной оболочке 2 в 1,01 раза превышает длину основного корпуса 1 в сжатом состоянии, в пределах которого он установлен.

Дополнительный корпус 13 выполнен в виде стальной пружины диной 0,015 м с размерами 0,0087х0,0016 м. В дополнительном корпусе 13 зазор между смежными витками составляет примерно 0,0005 м.

Зонд позволяет обеспечить исследование поверхностей теплообменных трубок парогенератора атомной станции, имеющих длину до 10 м, внутренний диаметр 0,013 м и до 7 изгибов по длине.

Создан промышленный образец зонда и показана его работоспособность.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения различных измерений. Технический результат - получение надежного и работоспособного зонда для исследований в изогнутых, протяженных и затесненных каналах. Зонд состоит из основного корпуса в виде пружины, проводников в изоляционной оболочке, расположенных в полости основного корпуса и соединенных с измерительным наконечником, переходника, установленного между основным корпусом и измерительным наконечником, имеющего продольное отверстие и посадочное место, торцевой детали, установленной на конце основного корпуса, силового элемента, расположенного в полости основного корпуса, концы силового элемента закреплены на несущих элементах переходника и торцевой детали. Проводник и силовой элемент выполнены в виде подпружиненных спиралей, максимальный наружный диаметр которых меньше минимального внутреннего диаметра основного корпуса. Длины проводника и силового элемента в полости корпуса выбраны по отношению, учитывающему конструктивные характеристики основного корпуса и бухты, в которую он заложен. 21 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Зонд, содержащий основной корпус в виде пружины, выполненной из круглой проволоки, по меньшей мере один проводник в изоляционной оболочке, расположенный в полости основного корпуса и соединенный с измерительным наконечником, переходник, установленный между основным корпусом и измерительным наконечником, имеющий продольное отверстие для прохода проводника в изоляционной оболочке и посадочное место на наружной поверхности для установки одного из концов основного корпуса, торцевую деталь, установленную на противоположном от измерительного наконечника конце основного корпуса, силовой элемент, расположенный в полости основного корпуса, концы силового элемента закреплены соответственно на несущих элементах переходника и торцевой детали, отличающийся тем, что в полости основного корпуса, по меньшей мере в районе переходника проводник в изоляционной оболочке и силовой элемент выполнены в виде подпружиненных спиралей, причем максимальный наружный диаметр спиралей меньше минимального внутреннего диаметра корпуса, а длины проводника в изоляционной оболочке и силового элемента в полости основного корпуса выбраны в соответствии с соотношением
l≥2πn_к(r_б+D_п+r_и),
где l - длина проводника и силового элемента, м;
n_к - число витков основного корпуса в бухте, шт. ;
r_б - минимальный усредненный радиус изгиба основного корпуса в бухте, м;
D_п - средний диаметр проволоки основного корпуса, м;
r_и - радиус наружной поверхности изоляционной оболочки на проводнике, м. 2. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что проводники в изоляционной оболочке и силовой элемент по меньшей мере в одном месте по длине в полости основного корпуса соединены между собой бандажом. 3. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что силовой элемент выполнен из химволокна. 4. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что силовой элемент выполнен из металлической проволоки. 5. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что силовой элемент выполнен в виде троса. 6. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что концы силового элемента выполнены в виде петли, обжатой зажимом. 7. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один конец силового элемента выведен из полости основного корпуса через зазор между смежными витками образующей его пружины и имеет с наружной стороны утолщение, максимальный размер поперечного сечения которого превосходит ширину указанного зазора. 8. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что несущий элемент переходника выполнен в виде кольца и установлен в ее продольном отверстии, причем по меньшей мере одна часть кольца выходит за пределы переходника. 9. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным корпусом в виде пружины из круглой проволоки, концы которого установлены соответственно на измерительном наконечнике и на наружной поверхности переходника, а в полости дополнительного корпуса через кольцо переходника пропущена силовая вставка, концы которой закреплены на измерительном наконечнике, причем дополнительный корпус выполнен более гибким по сравнению с основным корпусом. 10. Зонд по п. 9, отличающийся тем, что силовая вставка выполнена в виде химволокна. 11. Зонд по п. 9, отличающийся тем, что силовая вставка выполнена в виде металлической проволоки. 12. Зонд по п. 9, отличающийся тем, что силовая вставка выполнена в виде троса. 13. Зонд по п. 9, отличающийся тем, что на силовой вставке между измерительным наконечником и переходником установлен по меньшей мере один зажим, фиксирующий пару направленных навстречу друг другу элементов силовой вставки. 14. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что торцевая деталь выполнена в виде внутренней спирали, установленной в выходной части полости основного корпуса, у которой обращенные друг к другу боковые поверхности внутренней спирали и основного корпуса контактируют между собой, а роль несущего элемента выполняет выпрямленный конец внутренней спирали, частично перекрывающий выходную часть полости основного корпуса. 15. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что торцевая деталь выполнена в виде наружной спирали, установленной на боковой поверхности свободного конца основного корпуса, у которой обращенные друг к другу боковые поверхности наружной спирали и основного корпуса контактируют между собой, а роль несущего элемента выполняет выпрямленный конец наружной спирали, частично перекрывающий выходную часть полости основного корпуса. 16. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что торцевая деталь выполнена в виде вставки с продольным отверстием для прохода проводника в изоляционной оболочке, установлена в выходной части полости основного корпуса, причем посадочное место вставки контактирует с внутренней боковой поверхностью основного корпуса, а несущий элемент, имеющий вид кольца, установлен вдоль продольного отверстия вставки. 17. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что торцевая деталь выполнена в виде пластины, имеющей по меньшей мере одно основное продольное отверстие, предусмотренное для прохода проводника в изоляционной оболочке, и вспомогательное продольное отверстие, предусмотренное для прохода силового элемента, конец которого с противоположной от корпуса стороны пластины имеет утолщение, максимальный поперечный размер которого превышает максимальный поперечный размер вспомогательного отверстия. 18. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что концы проводников за пределами корпуса введены в каналы электрического разъема. 19. Зонд по п. 18, отличающийся тем, что отсутствует контакт электрического разъема с основным корпусом и торцевой деталью. 20. Зонд по п. 18, отличающийся тем, что электрический разъем укреплен на основном корпусе. 21. Зонд по п. 18, отличающийся тем, что электрический разъем укреплен на торцевой детали. 22. Зонд по п. 18, отличающийся тем, что электрический разъем укреплен одновременно на основном корпусе и на торцевой детали.