×
20.04.2014
216.012.bb21

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002513633
Дата охранного документа
20.04.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при наблюдениях за гидростатическим давлением жидкости в порах грунта в точках сооружений и основания. Датчик давления жидкости содержит чувствительный элемент, преобразующий давление в электрический сигнал, кабель питания, полый приемник давления и сообщающуюся с приемником давления пневматическую линию подачи сжатого газа, которая на входе оснащена запорной арматурой и соединениями для подключения образцового измерителя давления газа и источника сжатого газа. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к определению гидростатического давления жидкости в грунтовых массивах.

Известно устройство для определения гидростатического давления жидкости в грунтовых массивах, представленное электрическим датчиком давления жидкости [1], например пьезодинамометром, который оснащен приемником давления жидкости, чувствительным элементом, преобразующим давление в электрический сигнал, и электрическим кабелем питания.

Закладные электрические датчики давления жидкости в период эксплуатации не могут быть извлечены из грунтового массива для выполнения их поверки и калибровки и не могут быть заменены. В результате этого при изменении метрологических характеристик их чувствительных элементов точность измерений с течением времени снижается. Существенным недостатком применения электрических датчиков давления является и то, что в точках сооружений и основания, куда доступ с помощью буровых скважин затруднен или невозможен, после поломки электрических датчиков полностью утрачивается возможность контроля гидростатического давления жидкости.

Известны устройства для определения уровня жидкости в емкостях, в водоемах и в наблюдательных скважинах, представленные барботажными уровнемерами различных модификаций [2, 3, 4], которые в качестве основных элементов включают барботажную трубку, погруженную в жидкость, источник сжатого воздуха, пневматическую линию подачи сжатого воздуха от источника сжатого воздуха на вход в барботажную трубку и электрический датчик давления или манометр, подключенный к пневматической линии.

При наблюдениях гидростатического давления жидкости в грунтовых массивах барботажные устройства (уровнемеры) могут найти весьма ограниченное применение, а именно только в грунтах, не затрудняющих отвод газа из барботажных трубок в атмосферу. Но и при таком ограниченном их использовании существенный недостаток этого применения будет заключаться в высокой стоимости обустройства сооружения барботажными уровнемерами и большой трудоемкости проведения наблюдений.

К заявляемому изобретению наиболее близок по его назначению первый рассмотренный аналог - электрический датчик давления жидкости.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении достоверности результатов наблюдений за гидростатическим давлением жидкости в тех точках грунтового массива, куда доступ с помощью буровых скважин затруднен или невозможен.

Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении возможности выполнения периодических поверок и калибровок электрического оснащения датчика давления жидкости, а также в обеспечении возможности проведения наблюдений и после отказа его электрического оснащения.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что датчик давления жидкости, оснащенный приемником давления, чувствительным элементом, преобразующим давление в электрический сигнал, и кабелем питания, согласно изобретению снабжен полым приемником давления и сообщающейся с ним пневматической линией подачи сжатого газа, которая на входе оснащена соединением для подключения образцового измерителя давления газа и источника сжатого газа.

Дополнительно:

- приемник давления оснащен сигнализатором уровня жидкости в его полости;

- элемент датчика, передающий давление на его чувствительный элемент, снабжен камерой гидравлического затвора;

- приемник давления и/или пневматическая линия оснащены датчиками температуры;

- в качестве линии подачи сжатого газа используется полость внутри кабеля его питания;

- приемник давления удлинен барботажной трубкой;

- объем полости приемника давления удовлетворяет условию:

,

где Vпр - объем полости приемника давления;

Vлин - объем полости пневматической линии;

Рмакс, Рмин - максимальный и минимальный пределы диапазона определений давления жидкости путем измерения давления сжатого газа в пневматической линии, перекрытой на входе после вытеснения из нее жидкости до уровня установки сигнализатора уровня жидкости. Именно оснащение датчика давления жидкости полым приемником давления и сообщающейся с ним пневматической линией подачи сжатого газа, которая на входе оснащена соединением для подключения образцового измерителя давления газа и источника сжатого газа, обеспечивает решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата.

Изобретение поясняется чертежом на фиг.1, на котором представлен датчик давления жидкости, установленный в основании плотины. Фрагменты плотины на чертеже изображены схематично.

Датчик давления жидкости 1, установленный при строительстве плотины в ее основании 2 под противофильтрационным экраном 3, т.е. в месте, куда в период эксплуатации плотины доступ с помощью буровых скважин уже невозможен, оснащен приемником давления 4, удлиненным барботажной трубкой 5, перфорированной в нижней ее части 6, и подключенными к приемнику давления 4 электрическим датчиком давления жидкости 7 с чувствительным элементом 8, преобразующим давление в электрический сигнал, и сигнализатором уровня жидкости 9, например наиболее долговечным контактным сигнализатором, срабатывающим при замыкании водой его оголенных электрических контактов.

Дополнительно к этому датчик давления 1 снабжен кабелем питания 10 электрического датчика давления 7, кабелем питания 11 сигнализатора уровня жидкости 9 и пневматической линией 12 подачи сжатого газа, сообщающейся с полостью его приемника давления 4.

Кабели питания 10 и 11 выведены из грунтового массива на пульт управления (не показан).

Пневматическая линия 12 на входе (за пределами грунтового массива) оснащена запорной арматурой (задвижки 13 и 14), соединением 15 для подключения источника сжатого газа 16 (компрессора или баллона со сжатым газом) и соединением 17 для подключения образцового измерителя давления газа 18 (образцового манометра или высокоточного датчика давления).

Для контроля температуры сжатого газа с заданным шагом по длине к пневматической линии 12 подключены датчики температуры (не показаны).

На чертежах обозначены и другие элементы датчика давления жидкости 1 и среды, а именно:

19 - камера гидравлического затвора, предотвращающего поступление газа к электрическому датчику давления 7;

20 - уровень воды в полости приемника давления 4 перед поверкой и/или калибровкой электрического датчика давления 7;

21 - поверхность депрессии фильтрационного потока в низовом клине плотины;

22 - берма на низовом откосе плотины.

Датчик давления жидкости 1 работает следующим образом.

После ввода плотины в эксплуатацию, подъема уровня воды в грунтовом массиве выше отметки установки датчика давления жидкости 1 и заполнения водой полости приемника давления жидкости 4 в межповерочные и межкалибровочные интервалы времени гидростатическое давление воды в точке установки перфорированного приемника жидкости 6 определяется с использованием электрического датчика давления 7.

Измерения преимущественно выполняются при открытых задвижках 13 и 14 и отсоединенном источнике сжатого газа 16, т.е. при атмосферном давлении в пневматической линии 12. При необходимости ограничения заполнения пневматической линии 12 водой, например при наблюдениях за подмерзлотными напорными грунтовыми водами, в пневматической линии 12 может быть создано избыточное давление сжатого газа, поддерживающее ее промерзающую часть в осушенном состоянии и снижающее испарение воды в ней. В этом случае после создания в пневматической линии 12 избыточного давления сжатого газа измерения электрическим датчиком давления 7 выполняются при закрытой задвижке 14.

В обоих рассмотренных случаях полное гидростатическое давление воды Рж,i в точке установки перфорированного приемника жидкости 6 вычисляется по формуле:

Рж,i=Pж.пр,iж,i×h,

где Pж.пр,i - полное гидростатическое давление воды в полости приемника давления 4, измеренное электрическим датчиком давления 7, кг/м2;

ρж,i - плотность воды в приемнике давления 4 при ее фактической температуре, кг/м3;

h - высота возвышения электрического датчика давления 7 над перфорированным приемником жидкости 6 барботажной трубки 5, м.

Поверка и/или калибровка электрического датчика давления 7 выполняется периодически, в назначенные сроки, без его извлечения из грунтового массива.

Для проведения поверки и/или калибровки электрического датчика давления 7 после подключения к пневматической линии 12 источника сжатого газа 16 проводится вытеснение сжатым газом воды из полости приемника давления 4 до момента поступления сигнала от сигнализатора уровня 9. Затем в процессе ступенчатого повышения давления в пневматической линии 12 каждый раз при прекращении подачи сжатого газа выполняются измерения гидростатического давления воды в камере гидравлического затвора 19 и одновременно давления сжатого газа в начале пневматической линии 12. В случае наличия препятствий к выпуску газа в поры грунта, например, при размещении барботажной трубки 5 в слабоводопроницаемых грунтах основания 2, повышение давления сжатого газа прекращается до момента вытеснения всей воды из барботажной трубки 5.

В процессе ступенчатого повышения давления сжатого газа гидростатическое давление воды в камере гидравлического затвора 19 измеряется электрическим датчиком давления 7, подлежащим поверке и/или калибровке, контроль давления сжатого газа в начале пневматической линии 12 осуществляется с помощью образцового измерителя давления газа 18.

Ряд погрешностей δi электрического датчика давления 7 в пределах диапазона измеренных им давлений, исходя из равенства полных давлений двух сред у границы их раздела, вычисляется по формуле:

δI=(Pг,iг,i×hг)-(Pж,iж×hж),

где Рг,i - полное давление газа в начале пневматической линии 12 в точке подключения образцового измерителя давления газа 18, кг/м2;

ρг,i -расчетная плотность сжатого газа в пневматической линии 12 при давлении Pг,i в ее начале и фактической температуре сжатого газа, кг/м3;

hг - высота возвышения образцового измерителя давления газа 18 над уровнем воды в камере гидравлического затвора 19, м;

Рж,i - измеренное электрическим датчиком давления 7 полное гидростатическое давление воды в камере гидравлического затвора 19, кг/м;

ρж - расчетная плотность воды в камере гидравлического затвора 19 при ее фактической температуре, кг/м;

hж - высота возвышения уровня воды в камере гидравлического затвора 19 над электрическим датчиком давления 7, м.

После вычисления ряда погрешностей δi определяются поправки выходных сигналов электрического датчика давления 7, необходимые для получения правильных результатов измерений.

В случае непригодности электрического датчика давления 7 к дальнейшей эксплуатации далее периодические наблюдения проводятся с использованием образцового измерителя давления газа 18. При этом для сокращения времени на вытеснение воды из пневматической линии 12 и из приемника давления 4 в них при закрытой задвижке 14 сохраняется избыточное давления сжатого газа, поддерживающее приемник давления 4 близко к полупустому состоянию.

При высоком уровне воды в приемнике давления 4 непосредственно перед контрольным измерением давления сжатого газа в пневматической линии 12 выполняется вытеснение воды из приемника давления 4 до уровня установки сигнализатора уровня жидкости 9. При низком уровне воды в приемнике давления 4 перед контрольным измерением давления сжатого газа в пневматической линии 12 выполняется снижение давления сжатого газа до момента заполнения приемника давления 4 водой до уровня установки сигнализатора уровня жидкости 9.

При контрольном измерении давления сжатого газа полное гидростатическое давление воды Рж,i в точке установки перфорированного приемника жидкости 6 вычисляется по формуле:

Pж,i=Pг,iг,i×hгж,i×h,

где Pг,i - полное давление газа в начале пневматической линии 12 в точке подключения образцового измерителя давления газа 18, кг/м;

ρг,i - расчетная плотность сжатого газа в пневматической линии 12 при давлении Pг,i и фактической температуре сжатого газа, кг/м3;

hг -высота возвышения образцового измерителя давления газа 18 над сигнализатором уровня жидкости 9, м;

ρж,i - плотность воды в приемнике давления 4 при ее фактической температуре, кг/м3;

h - высота возвышения сигнализатора уровня жидкости 9 над перфорированным приемником жидкости 6, м.

Имея результаты контрольного измерения давления сжатого газа и определения гидростатического давления воды при ее уровне в приемнике давления 4, равном уровню установки сигнализатора уровня жидкости 9, дальнейшие определения гидростатического давления воды некоторое время могут проводиться без дополнительной подачи сжатого газа в приемник давления 4 и без выпуска сжатого газа из него.

При расположении сигнализатора уровня жидкости 9 по центру приемника давления 4 допускаемый диапазон определений давления воды без дополнительной подачи сжатого газа в приемник давления 4 и без выпуска сжатого газа из него для используемого в данном конкретном случае датчика давления 1 может быть определен из следующих зависимостей:

,

где Рж,i - гидростатическое давление воды в точке установки перфорированного приемника жидкости 6 при контрольном его определении;

Рмакс, Рмин - максимальный и минимальный пределы диапазона определений давления воды путем измерения давления сжатого газа в пневматической линии 12, перекрытой на входе после вытеснения из нее воды до уровня установки сигнализатора уровня жидкости 9;

Vпр - объем полости приемника давления 4;

Vлин - объем полости пневматической линии 12.

Гидростатическое давление воды Рж,i в допускаемом диапазоне определений давления путем измерения давления сжатого газа в пневматической линии 12, перекрытой на входе после вытеснения из нее воды до уровня установки сигнализатора уровня жидкости 9, может быть вычислено по формуле:

Рж,i=Pг,iг,i×hг,iж,i×hi,

где Pг,i - полное давление газа в начале пневматической линии 12, кг/м2;

ρг,i -расчетная плотность сжатого газа в пневматической линии 12 при давлении Pг,i и его фактической температуре, кг/м3;

- высота возвышения образцового измерителя давления газа 18 над уровнем воды в приемнике давления 4, м;

Рг,кон - полное давление газа в начале пневматической линии 12 при контрольном измерении давления после вытеснения из нее воды до уровня установки сигнализатора уровня жидкости 9, кг/м2;

ρг,кон - расчетная плотность сжатого газа в пневматической линии 12 при давлении Рг,кон и его фактической температуре, кг/м3;

hг,кон - высота возвышения образцового измерителя давления газа 18 над сигнализатором уровня жидкости 9, м;

ρж,i - плотность воды в приемнике давления 4 при ее фактической температуре, кг/м3;

hi=hг,кон+h-hг,i - высота возвышения уровня воды в приемнике давления 4 над перфорированным приемником жидкости 6, м;

h - высота возвышения сигнализатора уровня жидкости 9 над перфорированным приемником жидкости 6, м.

Настоящее изобретение не ограничивается представленным примером, в котором описана одна из возможных комплектаций датчика давления жидкости 1. В конструкцию датчика давления жидкости 1 могут быть внесены различные модификации и изменения без отхода от объема изобретения, например:

- в приемнике давления и в барботажной трубке могут быть установлены дополнительные сигнализаторы уровня жидкости, что позволит упростить подготовку датчика к поверке и калибровке его электрического оснащения;

- размер датчика может быть существенно уменьшен при установке в одном корпусе чувствительного элемента для измерения давления жидкости, чувствительного элемента для измерения температуры и сигнализатора уровня жидкости;

- использование в конструкции датчика универсального элемента, передающего давление на чувствительный элемент, например мембраны, обеспечивающей передачу давления и жидкостей, и газов, позволит отказаться от оснащения датчика камерой гидравлического затвора;

- в случае отсутствия препятствий для выпуска газа из приемника давления в поры грунта размер датчика может быть дополнительно уменьшен за счет отказа от установки сигнализатора уровня жидкости, уменьшения объема полого приемника давления и сокращения длины барботажной трубки или полного отказа от нее;

- в качестве образцового измерителя давления может быть использован дистанционный электрический датчик давления газа, способный в случае поломки электрического оснащения датчика давления жидкости обеспечить некоторую автоматизацию наблюдений;

- в качестве линии подачи сжатого газа может использоваться полость внутри кабеля питания датчика.

Конструкция описанного в заявляемом изобретении датчика давления жидкости является достаточно надежной и не менее удобной в эксплуатации, чем у обычного дистанционного электрического датчика давления. При этом более высокие затраты на его изготовление окупаются за счет увеличения срока его гарантированной службы.

Использованные источники

1. Контрольно-измерительные системы и аппаратура гидротехнических сооружений ГЭС. Условия создания. Нормы и требования. ОАО РАО «ЕЭС России». 2008 (СТО 17330282.27.140.004-2008).

2. Патент Российской Федерации на полезную модель №121925, кл. G01F 23/16, опубл. 10.11.2012.

3. Модуль гидростатического давления МГД-1Б. Техническое описание. ООО «МИКРОТЕРМ»,

4. Патент Российской Федерации №2124702, кл. G01F 23/16, опубл. 10.01.1999.

Обозначения

1 - датчик давления жидкости

2 - основание плотины

3 - противофильтрационный экран плотины

4 - приемник давления

5 - барботажная трубка

6 - перфорированный приемник жидкости

7 - электрический датчик давления жидкости

8 - чувствительный элемент (датчика давления 7)

9 - сигнализатор уровня жидкости

10 - кабель питания электрического датчика давления

11 - кабель питания сигнализатора уровня жидкости

12 - пневматическая линия

13 - задвижка

14 - задвижка

15 - соединение

16 - источник сжатого газа

17 - соединение

18 - образцовый измеритель давления газа

19 - камера гидравлического затвора, предотвращающего поступление газа к электрическому датчику давления 7

20 - уровень жидкости в полости приемника давления 4 перед поверкой и/или калибровкой электрического датчика давления 7;

21 - поверхность депрессии фильтрационного потока в низовом клине плотины;

22 - берма на низовом откосе плотины.


ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-1 из 1.
10.06.2013
№216.012.48bc

Устройство для определения деформаций грунтового массива и способ его эксплуатации

Изобретение относится к области гидротехнического строительства. Устройство содержит заложенные в грунтовый массив и используемые в качестве осадочных марок оснащенные чувствительными элементами для дистанционного измерения давления и температуры напорные сосуды, возвышающуюся над напорными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484200
Дата охранного документа: 10.06.2013
Показаны записи 1-1 из 1.
10.06.2013
№216.012.48bc

Устройство для определения деформаций грунтового массива и способ его эксплуатации

Изобретение относится к области гидротехнического строительства. Устройство содержит заложенные в грунтовый массив и используемые в качестве осадочных марок оснащенные чувствительными элементами для дистанционного измерения давления и температуры напорные сосуды, возвышающуюся над напорными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484200
Дата охранного документа: 10.06.2013
+ добавить свой РИД