УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В СОСУДЕ Российский патент 2006 года по МПК G01L9/00 G21C17/04 

Описание патента на изобретение RU2273007C1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в устройствах для бесконтактного измерения давления в сосудах, например, давления внутри тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является устройство для измерения давления в сосуде, содержащее резонансный чувствительный элемент из магнитопроводящего материала, выполненный в виде пластины, жестко соединенной со стержнем, и электромагнитный источник возбуждения и регистрации колебаний (патент РФ №30981, МПК7 G 01 L 9/00, опубл. 2003 г.).

Недостатком известного устройства является зависимость точности измерений от положения чувствительного элемента относительно источника возбуждения и регистрации колебаний, который выполнен в виде двух подковообразных электромагнитов, плоскости симметрии которых должны совпадать с плоскостями колебаний чувствительного элемента. Даже при незначительных отклонениях чувствительного элемента от источника результаты измерений будут иметь большие погрешности, поскольку в рабочих зазорах магнитный поток будет неодинаков из-за разницы размеров зазоров. Кроме этого, поскольку регистрация колебаний производится двумя независимыми электромагнитами, то к ним предъявляются жесткие требования идентичности характеристик, в противном случае результаты будут неточны.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для бесконтактного измерения давления в сосуде, в котором точность измерений не зависит от положения чувствительного элемента относительно источника возбуждения и регистрации колебаний.

Техническим результатом настоящего изобретения является концентрация магнитного потока в одном рабочем зазоре за счет направленного движения магнитного потока в зону его модуляции, не зависящего от возможных ошибок позиционирования, и регистрация параметров колебаний одновременно в двух плоскостях одним электромагнитом, что позволяет повысить точность измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для измерения давления в сосуде, содержащее резонансный чувствительный элемент из магнитопроводящего материала, выполненный в виде пластины, жестко соединенной со стержнем, и электромагнитный источник возбуждения и регистрации колебаний, снабжено двумя расположенными по оси стержня концентраторами магнитного потока, выполненными в виде тел вращения, при этом один из концентраторов установлен со стороны пластины с образованием зазора со стержнем, а другой установлен на противоположном конце стержня и жестко соединен о ним, причем электромагнитный источник возбуждения и регистрации колебаний выполнен в виде соленоида.

Кроме этого, зазор между концентратором и стержнем выполнен кольцевым или торцевым.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано устройство для измерения давления в сосуде с торцевым зазором (продольный разрез), на фиг.2 изображено поперечное сечение А-А по пластине чувствительного элемента, а на фиг.3 представлено устройство для измерения давления в сосуде о кольцевым зазором (продольный разрез), на фиг.4 изображено поперечное сечение Б-Б по концентратору с кольцевым зазором, на фиг.5 представлена траектория колебаний чувствительного элемента в плоскости, перпендикулярной его оси.

Устройство содержит установленные в сосуде 1 резонансный чувствительный элемент, выполненный в виде пластины 2, жестко закрепленной на стержне 3, и два концентратора 4, 5 магнитного потока. Пластина 2, стержень 3 и концентраторы 4, 5 выполнены из магнитопроводящего материала, например ферритной или ферромартенситной стали. Снаружи сосуда 1 установлен электромагнитный источник возбуждения и регистрации колебаний, выполненный в виде соленоида, который содержит обмотку 6, заключенную между полюсными наконечниками 7, 8 цилиндрического магнитопровода 9. Концентраторы 4, 5 имеют форму тела вращения, например цилиндрическую форму, и расположены по оси стержня 3 напротив полюсных наконечников 8, 9. Магнитопровод 9 и полюсные наконечники 7, 8 выполнены из магнитомягкой стали, например конструкционной стали. Концентратор 4 установлен со стороны пластины 2 и может быть выполнен в виде оплошного цилиндра или в виде втулки. В случае выполнения концентратора 4 в виде цилиндра последний установлен с образованием торцевого зазора 10 со стержнем 3, а в случае выполнения концентратора 4 в виде втулки последняя установлена с образованием кольцевого зазора 11 со стержнем 3. Концентратор 5 установлен на противоположном конце стержня 3 и жестко соединен с ним. Наружные диаметры концентраторов 4, 5 выбраны из условия обеспечения минимального или нулевого зазора с внутренней поверхностью сосуда 1.

Устройство работает следующим образом.

Для измерения давления в сосуде 1, например в тепловыделяющем элементе ядерного реактора, возбуждают механические колебания чувствительного элемента на частоте его механического резонанса, например, путем подачи импульсного или переменного электрического тока от генератора (не показан). Созданный при пропускании тока через обмотку 6 магнитный поток проходит через магнитопровод 9, полюсный наконечник 8, концентратор 5, стержень 3, торцевой зазор 10 (кольцевой зазор 11), концентратор 4 и полюсный наконечник 7. Поскольку идеальная соосность стержня 3 и отверстия концентратора 4 в виде втулки невозможна, то кольцевой зазор 11 будет в каком-то месте иметь минимальное значение. В этом направлении стержень отклонится к поверхности втулки под действием магнитной силы, и колебания стержня 3 начнутся именно в этом направлении, то есть в плоскости, проходящей через ось стержня 3 и место минимального зазора. За счет изменения зазора 11, а следовательно, и его магнитного сопротивления, при колебаниях стержня 3 будет изменяться магнитный поток. При выполнении концентратора 4 в виде цилиндра его торец, обращенный в сторону стержня 3, имеет диаметр, равный диаметру стержня 3. Магнитное сопротивление зазора 10 зависит от совмещенной площади сечений стержня 3 и концентратора 4. При отклонении стержня 3 от оси эта площадь будет уменьшаться, что также приведет к изменению магнитного потока. Изменения магнитного потока будут наводить в обмотке 6 ЭДС, пропорциональную скорости изменения зазора 11. ЭДС может быть выделена измерительной схемой (не показана) и измерена. Если плоскость колебаний стержня 3 совпадает с плоскостью пластины 2, то резонансная частота fX колебаний зависит только от геометрических размеров и массы стержня 3 и пластины 2, а также от жесткости стержня 3 (модуля упругости материала). Если плоскость колебаний стержня 3 перпендикулярна плоскости пластины 2, то резонансная частота колебаний fY зависит, кроме того, от давления (плотности) газа, находящегося в сосуде 1. При колебаниях стержня 3 пластина 2, перемещаясь в газе, вовлекает в движение близлежащие массы газа, что делает эффективную массу пластины 2 большей. Следовательно, резонансная частота будет ниже fX на величину Δf, зависящую от давления газа в сосуде 1. Реальные колебания стержня 3 будут представлять суперпозицию двух колебательных процессов - в плоскости Х с частотой fX и в плоскости Y с частотой fY с примерно равными амплитудами. Поскольку частоты колебаний отличаются, фаза колебаний fX будет постоянно опережать фазу fY колебаний fY. В момент, когда фазы колебаний совпадают, т.е. сдвиг фаз равен 0°, 180°, 360°, ..., траектория конца стержня 3 (а также любой другой точки его сечения) в плоскости, перпендикулярной его оси, будет представлять собой линию, расположенную под углом 45° к оси Х (амплитуды колебаний равны). При такой траектории изменения зазора 11 за период колебаний будут максимальны (минимальный зазор - при крайних положениях и максимальный зазор - при прохождении стержнем 3 центральной точки). Если фазы колебаний отличаются на 90°, 270°, ..., траектория конца стержня 3 будет представлять собой окружность с центром в нейтральном положении стержня 3. При таких колебаниях изменения зазора 11 будут равны нулю, т.к. стержень 3, двигаясь по окружности, будет всегда равноудален от поверхности втулки 4. При любых других значениях разности фаз траектории будут представлять собой эллипсы, вписанные в квадрат, стороны которого равны амплитудам колебаний в плоскости Х и Y и параллельны этим координатным осям. Амплитуда колебаний ЭДС, наводимой в обмотке и пропорциональной скорости изменения зазора 11, будет максимальной при сдвигах фаз кратных 0° и минимальной при сдвигах фаз кратных 90°. Изменения амплитуды колебаний ЭДС будут происходить по синусоидальному закону. Огибающая колебаний ЭДС будет иметь частоту fХ-fY=Δf. Изменение механических свойств материала стержня 3 (под воздействием облучения), его геометрических размеров (вследствие температурных удлинений или радиационного распухания), изменение массы пластины 2 и стержня 3 (вследствие налипания или конденсации продуктов деления или, наоборот, вследствие коррозии) приведут к одновременному, причем равному, изменению резонансных частот fX и fY, однако при этом разность Δf, обусловленная влиянием газа, будет зависеть только от давления (плотности) газа в сосуде 1. Увеличение давления газа в сосуде 1 приведет к увеличению разности частот. Обмотка 6 с магнитопроводом 9 и полюсными наконечниками 7, 8 может устанавливаться на сосуд 1 на время проведения измерений.

Похожие патенты RU2273007C1

название год авторы номер документа
Устройство для ультразвуковой сварки 1981
  • Панов Юрий Александрович
SU946857A1
СЕЙСМОГРАФ 1991
  • Шемшурин А.В.
  • Витвицкий О.В.
  • Руммо Г.Я.
  • Закускин В.Г.
RU2030767C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ДВЕРЕЙ И ЯЩИКОВ (ВАРИАНТЫ) 2008
  • Юров Алексей Сергеевич
  • Сергеева Ольга Рафаэльевна
RU2353743C1
Устройство для суперфиниширования беговых дорожек шарикоподшипников 1977
  • Исаев Вениамин Александрович
  • Обухов Леонид Петрович
  • Нейфельд Адольф Германович
SU738845A1
Устройство для измерения относительной магнитной проницаемости слабоферромагнитных сыпучих материалов 1983
  • Кобяков Анатолий Иванович
  • Дрейман Владимир Альбертович
  • Притыка Жорж Михайлович
  • Мирзаянов Дим Миргарифанович
SU1126910A1
Бесконтактный переключатель 1977
  • Ивкин Иван Васильевич
  • Садовников Виктор Иванович
  • Гавритенков Валерий Дмитриевич
  • Марченко Александр Никитич
SU636717A1
МАГНИТОИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ 1994
  • Габидуллин З.Г.
RU2122742C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Асманов Рамиль Нуруллинович
  • Даниленко Виталий Никифорович
  • Шокуров Владимир Филиппович
RU2284500C2
Магнитный датчик для считывания информации 1975
  • Ральцев Александр Васильевич
  • Прохоренко Вадим Александрович
  • Степанченко Виктор Андреевич
SU574751A1
Преобразователь угловых перемещений 1983
  • Евтихиев Николай Николаевич
  • Погожев Сергей Александрович
  • Преображенский Владимир Леонидович
  • Экономов Николай Андреевич
SU1167421A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 273 007 C1

Реферат патента 2006 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В СОСУДЕ

Сущность: устройство содержит резонансный чувствительный элемент из магнитопроводящего материала, выполненный в виде пластины, жестко соединенной со стержнем, электромагнитный источник возбуждения и регистрации колебаний, выполненный в виде соленоида, и два расположенные по оси стержня концентратора магнитного потока, выполненные в виде тел вращения. Один из концентраторов установлен со стороны пластины с образованием зазора со стержнем, а другой установлен на противоположном конце стержня и жестко соединен с ним. Технический результат: повышение точности измерений обусловлено концентрацией магнитного потока в одном рабочем зазоре за счет направленного движения магнитного потока в зону его модуляции, не зависящего от возможных ошибок позиционирования. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 273 007 C1

1. Устройство для измерения давления в сосуде, содержащее резонансный чувствительный элемент из магнитопроводящего материала, выполненный в виде пластины, жестко соединенной со стержнем, и электромагнитный источник возбуждения и регистрации колебаний, отличающееся тем, что устройство снабжено двумя расположенными по оси стержня концентраторами магнитного потока, выполненными в виде тел вращения, при этом один из концентраторов установлен со стороны пластины с образованием зазора со стержнем, а другой установлен на противоположном конце стержня и жестко соединен с ним, причем электромагнитный источник возбуждения и регистрации колебаний выполнен в виде соленоида.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зазор между концентратором и стержнем выполнен кольцевым.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зазор между концентратором и стержнем выполнен торцевым.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2273007C1

ГИДРАНТ 1932
  • Графтио Ф.К.
SU30981A1
АППАРАТ ДЛЯ ПРЕДОХРАНЕНИЯ СОДЕРЖАЩИХ ВОДУ СОСУДОВ-ТРУБ И Т. П. ЗАМЕРЗАНИЯ 1932
  • Лукин П.И.
  • Серчук И.А.
SU30980A1
Автомат для отпуска жидкости 1931
  • Соколов Н.И.
SU30002A1
Устройство для измерения давления 1983
  • Алексеев Виктор Анатольевич
  • Евстратов Олег Игоревич
  • Наматэвс Анатолий Альфредович
SU1267186A1

RU 2 273 007 C1

Авторы

Афонасов Алексей Алексеевич

Даты

2006-03-27Публикация

2004-09-20Подача