PL161670B1 - Czujnik strunowy do pomiaru ciśnienia płynu - Google Patents

Abstract

C z u jn ik stru n o w y do p o m ia ru ciśn ien ia p ły ­ nu, zw łaszcza ciś n ie n ia w o d y w porach g runtu, w szczelinach g ó ro tw o ru o raz c iś n ie n ia słupa w o d y w rurach p ie zo m e tró w zapór, m a ją c y korpus ze struną zam o co w an ą je d n y m koń cem d o korpu su, a d ru gim , p o u p rzed n im je j n aciąg n ięciu , d o sprężystej m e m ­ b rany w ciśniętej na korpus o ra z m a ją c y d w a e le ­ k tr o m a g n e s y u m ie s z c z o n e w p r o m ie n io w y c h otw o rach korpusu i o bu do w ę, znamienny tym, ze m a w e w n ą trz o b u d o w y (17) u kła d (4) e le k tro n ic zn y tw o rzący w ra z ze struną (6 ) 1 d w o m a e le k tro ­ m a g n e s a m i (1 4 , 16) w z m a c n ia c z -g e n e r a to r strun o w y d ający na w y jś c iu , w zależno ści od n ap ręże n ia struny (6 ) sin u so id aln y n ieg asnący sygnał (Wy) o często tliw o ści w zakresie od 1000 H z do 1 0 0 00 H z , któ reg o często tliw o ść je s t m ierzo n a często ściom ierzem ogó ln ego p rzezn aczen ia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik strunowy o podwyższonej rozdzielczości do pomiaru ciśnienia płynu, zwłaszcza ciśnienia wody w porach gruntu, w szczelinach górotworu oraz ciśnienia słupa wody w rurach piezometrów zapór.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 97961 czujnik strunowy do pomiaru ciśnienia płynu, w którym pomiarowa struna jest przymocowana z jednej strony do korpusu czujnika, a z drugiej strony , po uprzednim jej naciągnięciu, do sprężystej membrany połączonej z korpusem. Na strunie w połowie jej długości, znajduje się obciążnik, obniżający jej charakterystykę przetwarzania, naprzeciw którego we wgłębieniu korpusu jest umieszczony elektromagnes. Mierzone ciśnienie płynu, poprzez sprężystą membranę, oddziaływuje na strunę zmieniając jej naprężenie, a tym samym częstotliwość jej drgań poprzecznych wywołanych impulsem prądowym poprzez elektromagnes. Drgająca struna wytwarza w szczelinie elektromagnesu zmienny strumień elektromagnetyczny, który poprzez zewnętrzne układy elektroniczne indukuje w cewce elektromagnesu gasnące drgania sinusoidalne o częstotliwości równej częstotliwości mechanicznych drgań poprzecznych struny, mierzonej specjalizowanym urządzeniem pomiarowym.

Podstawową wadą czujnika według polskiego opisu patentowego nr 97961 jest mała rozdzielczość, rzędu 10 cm słupa wody na 1 Hz, która w bardzo wielu przypadkach nie gwarantuje uzyskania wymaganej dokładności pomiaru, spowodowana małym zakresem praktycznie stosowanych częstotliwości, rzędu 200 Hz, zawartym pomiędzy częstotliwościami 750 Hz i 950 Hz. Inną z wad znanego czujnika jest konieczność stosowania specjalizowanego urządzenia do pomiaru częstotliwości gasnących drgań sinusoidalnych indukowanych w cewce elektromagnesu przez strunę.

Celem wynalazku jest opracowanie czujnika strunowego do pomiaru ciśnienia płynu o podwyższonej rozdzielczości oraz wyeliminowanie konieczności stosowania specjalizowanego urządzenia pomiarowego.

Cel ten osiągnięto przez zastosowanie w czujniku dwóch elektromagnesów oraz umieszczenie w obudowie czujnika współpracującego z nimi układu elektronicznego, w efekcie czego otrzymano czujnik strunowy o drganiach niegasnących.

161 670

Czujnik strunowy o podwyższonej rozdzielczości do pomiaru ciśnienia płynu według wynalazku posiada wewnątrz obudowy układ elektroniczny tworzący wraz ze struną i dwoma elektromagnesami wzmacniacz-generator strunowy dający na wyjściu, w zależności od naprężenia struny, sinusoidalny niegasnący sygnał o częstotliwości w zakresie od 1000 Hz do 10000 Hz, którego częstotliwość jest mierzona częstościomierzem ogólnego przeznaczenia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czujnik w przekroju wzdłużnym, a fig. 2 schemat układu elektronicznego.

Korpus 18 czujnika, w przekroju poprzecznym, w kształcie walca z podtoczeniem 8 z jednej strony i w kształcie wycinka koła z drugiej strony, ma współosiowy trójstopniowy przelotowy otwór 5 oraz dwa promieniowe otwory 13, 15, przy czym największa średnica współosiowego otworu 5 jest usytuowana na koócu korpusu 18 w kształcie walca. Struna 6 umieszczona w osi współosiowego otworu 5 jednym końcem jest zamocowana za pomocą zacisku 11 i wkrętu 12 w korpusie 18, a drugim końcem, po uprzednim jej naprężeniu, jest zamocowana za pomocą zacisku 9 i wkrętu 21 w środku sprężystej membrany 19, w przekroju poprzecznym w kształcie litery E, wciśniętej na podtoczenie 8 korpusu 18. W promieniowym otworze 13 korpusu 18 jest umieszczony elektromagnes 14 odbierający drgania struny 6, natomiast w drugim promieniowym otworze 15 jest umieszczony elektromagnes 16 pobudzający strunę 6 do drgań.

W wyfrezowaniu 7 korpusu 18 jest umieszczona płytka 3 z układem 4 elektronicznym, do której jest dołączony kabel 2 wyjściowy czujnika. Korpus 18 jest umieszczony w obudowie 17, przy czym od strony membrany 19 jest uszczelniony pierścieniem 20 uszczelniającym i nakrętką 10, a od strony kabla 2 pierścieniem 1 uszczelniającym i nakrętką. Układ 4 elektroniczny zawiera wzmacniacz W operacyjny, którego wejście jest połączone poprzez rezystor R3 z masą a wejście odwracające jest połączone z cewką, nawiniętą na rdzeniu z magnesu stałego, elektromagnesu 14 odbierającego. Wyjście wzmacniacza W operacyjnego, będące wyjściem czujnika, jest połączone poprzez rezystor R2 sprzężenia zwrotnego z wejściem odwracającym wzmacniacza W operacyjnego oraz poprzez drugi rezystor R1 z cewką, nawiniętą na rdzeniu z magnesu stałego, elektromagnesu 16 pobudzającego, która jest sprzężona z cewką elektromagnesu 14 odbierającego poprzez strunę 6. Zmiany strumienia magnetycznego wywołane przez drgającą strunę 6 powodują indukowanie w cewce elektromagnesu 14 odbierającego sygnału sinusoidalnie zmiennego o częstotliwości równej częstotliwości drgań swobodnych struny 6. Sygnał ten po wzmocnieniu we wzmacniaczu W operacyjnym, pracującym jako wzmacniacz-generator z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego, podawany jest na cewkę elektromagnesu 16 pobudzającego, powodując wytworzenie zmiennego pola magnetycznego, wymuszającego swobodne sinusoidalne niegasnące drgania struny 6, których częstotliwość jest zależna od naprężenia struny 6, a tym samym od ciśnienia płynu oddziaływującego na sprężystą membranę 19. Sygnał z wyjścia wzmacniacza W operacyjnego jest jednocześnie sygnałem Wy wyjściowym czujnika, którego częstotliwość jest mierzona częstościomierzem ogólnego przeznaczenia.

Dzięki zastosowaniu w czujniku struny 6 bez obciążnika oraz umieszczeniu w obudowie 17 wzmacniacza W operacyjnego, pracującego, w połączeniu ze struną 6 oraz elektromagnesem 14 odbierającym i elektromagnesem 16 pobudzającym, w układzie wzmacniacza-generatora niegasnących drgań sinusoidalnych, uzyskano podniesienie l co najmniej 5-krotne zwiększenie zakresu częstotliwości czujnika zawartego pomiędzy 1000 Hz i 10000 Hz, a tym samym 5 - 10-krotnie większą, w zależności od naprężenia struny 6, wartość zmian częstotliwości przypadającą na tę samą wartość odkształcenia wzdłużnego struny 6, zwiększenie odporności czujnika na zakłócenia oraz wyeliminowano konieczność stosowania specjalizowanego urządzenia pomiarowego do określania częstotliwości wyjściowego sygnału Wy czujnika.

161 670

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Czujnik strunowy do pomiaru ciśnienia płynu, zwłaszcza ciśnienia wody w porach gruntu, w szczelinach górotworu oraz ciśnienia słupa wody w rurach piezometrów zapór, mający korpus ze struną zamocowaną jednym końcem do korpusu, a drugim, po uprzednim jej naciągnięciu, do sprężystej membrany wciśniętej na korpus oraz mający dwa elektromagnesy umieszczone w promieniowych otworach korpusu i obudowę, znamienny tym, że ma wewnątrz obudowy /17/ układ /4/ elektroniczny tworzący wraz ze struną /6/ i dwoma elektromagnesami /14, 16/ wzmacniacz-generator strunowy dający na wyjściu, w zależności od naprężenia struny /6/ sinusoidalny niegasnący sygnał /Wy/ o częstotliwości w zakresie od 1000 Hz do 10000 Hz, którego częstotliwość jest mierzona częstościomierzem ogólnego przeznaczenia.

   «««