Устройство для измерения гидростатического давления и уровня жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01F23/16 

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для использования в устройствах для измерения гидростатического давления и уровня жидкости преимущественно в скважинах, а также на других объектах, в водоемах, реках при гидрогеологических, гидрологических и других работах.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения, обусловленной различием эффективных площадей и неточностью установки чувствительных элементов.

На фиг.1 и 2 изображено устройство с элементом, установленным соответственно на вводе (в канале ввода) давления, открытом для жидкости, и на вводе противодавления.

Устройство (фиг.1) содержит трубку 1, датчик 25 механоэлектрический рычажный преобразователь (тензопреоб- разователь) 3, полость 4, заполненную жидкостью, сильфон 5 на вводе 6 давления и сильфон 7 на вводе 8 противодавления, сообщающийся с атмосферой через трубку 1, разделительный элемент 9 на вводе 10, гермоввод 11 с кабелем 12.

В варианте выполнения устройства (фиг.2) разделитель-мембрана 9 уста- . новлен вводе давления жидкости, а на вводе 10, сообщающемся с вводом 8 противодавления. Сильфокные чувствительные элементы 5 и 7 дифференциально механически связаны со - бой и с рычагом тензопреобразователя 3 и преобразуют разность давленип

Сл 0 05 N3 ГС

о,

Р., со стороны жидкости, подаваемого на ввод б и противодавления Р со стороны его ввода 8 в силу, действующую на рычаг преобразователя.

Давление со стороны жидкости (фиг.1) действует и на ввод 10 с дополнительным чувствительным элементом 9. В варианте выполнения на дополнительный чувствительный элемент.9 действует противодавление.

Сила, действующая со стороны чувсвительных элементов 5 и 7 на рычаг преобразователя 3, преобразуется последним в электрический сигнал, пере- даваемый по кабелю 12 по вторичной аппаратуре,

При погружении датчика 2 в жидкость на глубину h, на чувствительный элемент 5 со стороны ввода 6 действует суммарное (Рс) давление столба жидкости (Рг) и атмосферы (Ри), а на чувствительный элемент 7 со стороны ввода 8 противодавление, равное атмосферному давлению (Р), передаваемому по трубке 1.

В полости 4 датчика, заполненной жидкостью, имеется некоторое давление Рп, обусловленное действием внешнего давления (или противодавле- ния) на дополнительный чувствительный элемент 9, жесткостью последнего и системы, образованной им и полость с жидкостью и другим факторами (температурой и жесткостью сильфонов).

i

Поскольку в датчик введен дополнительный чувствительный элемент 9, влияние разности (F) эффективных площадей F1 , F,, и неточности (несо- осности) установки сильфонов 5 и 7 существенно снижено. Это происходит вследствие того, что через дополнительный чувствительный элемент давление, подаваемое со стороны жидкости на сильфоны 5, или противодавление, подаваемое из трубки 1 на сильфон 7 компенсируется равным или близким ему давлением, передаваемым внутрь полости датчика, заполненной жид- костью или другой средой. В результате пара чувствительных элементов работает почти как один из них, внешнее давление на который не компенсируется.

Для устройства (фиг.1) сила А, действующая на рычаг преобразователя 3, определяется выражением

А F, (Pf+Pa-Pn)-F(pa-Pn). (|) Если выразить F через

F2 МЛР-Р, (l+|Ј)Bri(r+T3( (2)

то

А F,Pr4.4F(Pn-Pq) (3) Давление в полости 4 (фиг.1) может быть выражено как

Pn (Pr+Pw)

Ln+L2 +р Јй/р ,р ч

сп+Слиг V СС(УГ «

где

Сп

-- - коэффициент пере0 дачи суммарного давления- Рс со стороны жидкости, определяемой соотношением объемной жидкости полости (С ) и системы Сс (Сп+Са), образованной полостью с чувствительной элементами; 1 - составляющая С , обусловленная дополнительными чувствительными элементами.

Для варианта выполнения (фиг.2)

р ьр П Kt а р +с 1 о

Сп Ls

Подставляя (4) и (5) в (3), получают для устройства по фиг.1

А - ( )Pr+AF(k-l)Pa

(6)

и для,устройства по фиг.2

А F,Pr+/5F(k-l)PK. (7)

Если считать эффективную площадь FJ номинальной (расчетной) FHCff F,, то из (6) и (7) получают соответственно

-А. др ()Pr+(k-l)Pc,; (8) г

ЛР Pr+J(k-l)Pa,

(9)

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования при гидрологических и гидрогеологических объектах. Цель - уменьшение погрешности. Устройство содержит ввод давления жидкости в дифференциальный к нему ввод противодавления, соединенный с атмосферой посредством трубки. В полости датчика, ограниченной чувствительными элементами (сильфонами или мембранами), размещен соединенный с ними механоэлектрический преобразователь. Отдельно от чувствительных элементов установлен деформационный разделитель, обеспечивающий передачу давления или противодавления в полость датчика. Это обеспечивает подавление составляющей погрешности, обусловленной различием эффективных площадей и неточностью установки чувствительных элементов. 2 ил.

Математическое обоснование условия компенсации и формулировки предмета изобретения.

где UP - измеряемая разность давлений (на входе устрой- ства).

э1566220

Устройство предназначено для измерений изменяющегося гидростатического давления Р., а изменение Ра является влияющим, неинформативным фактором. Поэтому, для оценки влияния измерения Ра на результат измерений UP необходимо продифференцировать аРа по dPa. Тогда из (8) и (9) получают

dap ... . j(k-l)

(Ю)

и, переходя к конечным разностям,

Р V(k-1)4Prt , (П) где - абсолютная погрешность

измерения ДР, обусловлен- ная изменением атмосферного давления /3Pq. Из (11) получают относительную погрешность изменения JP (относительно изменения 3Pq)

JXtp

Т --- ).(12)

Подставляя К ---- -- Lc

в (12)

получают для симметричного распределения поля погрешностей (неопределенности)

1 4- / С f (- {

- v - vcn+cc

-О-

ли

Cfi+S

, отбрасывая знак погрешности: I --CJ- &

v - с„ - сс

(1

Если требуется, чтобы действитель- ная погрешность превышала заданную у0, то (13) можно переписать в виде неравенства

-

(14)

15

20

-

& S

Это неравенство полностью соответ- 5 ствует предлагаемому техническому решению.

Эффективность предлагаемого технического решения определяется выражениями (11) и (К).и состоит в осу- 10 ществленном снижении погрешности дифференциально включенных снльфонов. Так, например, согласно стандарту на сильфоны максимальная разность эффективных площадей сильфонов может достигать 7% относительно номинального значения. Фо-рмула изобретения

Устройство для измерения гидростатического давления и уровня жидкости, содержащее камеру с двумя размещенными на вводах давления и противодавления чувствительными элементами, дифференциально связанными с механоэлек- трическим преобразователем, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, обусловленной различием эффективных i площадей инеточностью установки чувствительных элементов, оно снабжено деформационным разделителем, размещенным на дополнительном вводе давления или противодавления в камере, которая выполнена герметичной с жид7 костным или газовым, или газожидкостным заполнением, причем ввод противодавления соединен с внешней средой за пределами контролируемой жидкости.

25

30

35

40

Составитель М, Рачков Редактор Н.Бобкова Техред Л. Олийнык

Заказ 1215

Тираж 534

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Корректор С.Шевкун

Подписное