Гидростатический уровнемер Советский патент 1981 года по МПК G01F23/16 

(54) ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения уровня воды как в прибреяшой, так и в открытой части моря, в частности в районах океанского шельфа. Известны устройства для измерения уровня в море, основанные на гидростатическом принципе измерения, с компенсацией неизменной (постоянной) части давления столба воды, осуществляемой противодавлением, подаваемым во внутреннюю часть дифференциального чувствительногоэлемента. Противодавление с&здается за счет сжатия воздуха, находящегося в по лости внутри прибора, внешним гидростатическим давлением (1, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гидростатический уровнемер, содержащий чувствительный злемент выполненный в виде подпружиненного сил1 фона, связанного с преобразователем перемещения, соединенным с регистратором, и устройство создания противодавления 21. Недостатком его является низкая надежност работы и громоздкость конструкции, так как В качестве устройства создания противодавления используется резиновый баллон, наполненный воздухом, который не обеспечивает длительной работы в морской воде и является громоздким (объем камеры составляет 15 л). Целью изобретения является повышение надежности работы и уменьшение габаритов уровнемера. Эта цель достигается тем, что чувствительный элемент снабжен вторым сильфоном с большей эффективной площадью, образующим общую герметичную полость с полостью подпружиненного сильфона, подвижное дгшще ко торого жестко соедштено штоком с подвижным днтдем второго сильфона, расположенного внутри устройства создания противодавления, выполненного 6 виде третьего сильфсжа, снаружи подвижного днища которого устаиов лен исполнительиый механизм. Внутренняя полость чувствительного элемента вакуумнрована. На чертеже показана принципиальная схема описываемого устройства. в герметичном корпусе, состоящем из ос нования 1, кожуха 2, установлен чувствительный деформационный элемент давления, выполненный в виде подпружиненного сильфона 3 и второго сильфона 4 с различными эффективными площадями. Подпружиненный сильфон 3 с меньшей площадью воспринимает измеренное наружное давление Рц, величина которого определяется высотой столба воды над устройством. Второй сильфон 4 с большей эффективной площадью воспринимает противодав ление. Днища сильфонов 3 и 4 соединены што ком 5, Значение заданной чувствительности двухсильфонного чувствительного элемента может быть обеспечено пружиной 6. Перемещение штока воспринимается преобразователем 7, ко торый преобразует это перемещение в электри ческий сигнал или сигнал другого вида. Второй сильфон 4 и преобразователь 7 установлены внутри устройства создания противодавления, выполненного в виде третьего сильфона 8, снаружи подвижного днища которого установлен исполнительный механизм 9 с кинематическим узлом 10. Двухсильфонный чувствительный элемент герметизирован и его внутренняя полость вакуумирована, что уменьшает величину перемещения сильфона 8, созда ющего противодавление. Преобразователь 7 при погружении и подъе ме устройства управляет работой исполнительного механизма 9, а в режиме измерения - полученный сигнал преобразователя записывается регистратором 11. Режим и длительность измерения давления (уровня воды) задаются программным устройством 12. Устройство работает следующим образом. После герметизации корпуса устройства величина начального значения противодавления равна атмосферному давлению пь. атм--0°°- ° И Двухсильфонный чувствительный элемент 3 находится в равновесном (нулевом) положении. После погружения устройства в море гидростатическое давление (внешнее) Рц воспринимается сильфоном с меньшей эффективной площадью 9|1 и чувствительный элемент давле ния выходит из начального положения. Перемещени сильфона и аггока 5 воспринимается преобразователем 7, в результате чего испол° нительный механизм 9 и кинематический узел 10 воздействуют на сильфон 8, перемещая его в сторону уменьшения внутреннего объема системы создания противодавления. Это приводит к увеличению величины Рдд. Если начальное значение объема системы противодавления равно MQ (при начальном 74 значении Р°пд ), эффективная площадь сильфона 8 равна S, то при перемещении дна сильфона 8 на величину де давление внутри этой системы Ррд может быть определено по формуле Р„ --Р Противодавление воздействует на чувствительный элилент со стороны сильфона 4 с эффективной площадью Sg w возвращает элемент в начальное положение Начальное положение будет восстановлено при удовлетворении следующего условия PH-Po)S -4Pn; -Po)Sj. где PQ -- давление внутри двухсильфонного элемента; Рц - полное значение наружного давления, Отсюда получаем, что рпл-0-1гК Ь„, U) Из вышеприведенного следует, что если в гидростатических уровнемерах известной конструкции величина противодавления равна величине наружного давления, то при использовании описываемого устройства величина противодавления будет меньше наружного в 5д- /9лл раз. Так, при постановке прибора на шельфе на глубину 200 м полное значение наружного давления (гидростатического и атмосферного) равно Рц -х. 21000 гПа. Если принять, что площади сильфонов 5д-и относятся 1:10, то величина противодавления будет несколько больше 2000 гПа. При вакуумировании чувствительного элемента (т.е. при ) величина Ррд уменьшается за счет исключения первого члена правой части выражения (2). Создание противодавления величиной в несколько атмосфер может быть обеспечена перемещением сильфона 8 на величину Аб , которая определяется из формулы (1). При установке прибора на дно исполнительный А|еханизм 9 отключается и дальнейшее перемещение чувствительного элемента, вызванное колебаниями уровня моря, воспринимается преобразователем 7 и записывается регистратором 11. За счет совокупности отличительных признаков обеспечивается повышение надежности и уменьшение габаритов гидростатического уровнемера для юмерения колебаний уровня воды в естественных условиях. Формула изобретения 1. Гидростатический уровнемер, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде