PL241126B1 - Sposób i urządzenie do bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób i urządzenie do bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych. Sposób polega na tym, że wyrównuje się temperaturę elastycznej rury pomiarowej z cieczą pomiarową stabilizując ją poprzez wprowadzenie wokół i na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu cieczy wyrównawczej izolowanego termicznie od ośrodka, w którym wykonywany jest pomiar, a ponadto kompensuje się termiczną zmianę ciśnienia cieczy pomiarowej poprzez wprowadzenie na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu kompensującego w postaci rury o tej samej średnicy i grubości ścianki, wykonanej z tego samego materiału i pełnionej tą samą cieczą pomiarową przedzieloną pęcherzykiem gazu jak element pomiarowy. W urządzeniu wokół i wzdłuż stanowiącej element pomiarowy elastycznej rury (2) usytuowane są kanały (6) z cieczą wyrównującą temperaturę, zaś pakiet składający się z elastycznej rury pomiarowej (2) i kanałów (6) z cieczą wyrównującą temperaturę umieszczony jest w izolacji termicznej zabezpieczonej mechaniczną osłoną (10).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych badanego ośrodka, w szczególności elementu lub całej konstrukcji budowlanej oraz urządzenie do realizacji tego sposobu. Sposób i urządzenie według wynalazku pozwala na wielokrotne, automatyczne i bezobsługowe wyznaczenie zmieniającego się w czasie profilu przemieszczeń pionowych różnego typu ośrodków, a w szczególności gruntu, konstrukcji lub wybranych elementów konstrukcyjnych obiektów budowlanych.

Znane jest z niemieckiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr DE 4408601 C2 urządzenie do wyznaczania profilu przemieszczeń pionowych składające się z rury pomiarowej połączonej ze zbiornikiem cieczy pod ciśnieniem. Ciecz wtłaczana jest do rury pomiarowej przez ciśnienie panujące w zbiorniku. W czasie wtłaczania cieczy do rury pomiarowej dokonywany jest pomiar ciśnienia cieczy. Zmiany mierzonego ciśnienia odzwierciedlają pionowe położenie rury pomiarowej. Proces pomiaru kontrolowany jest przez urządzenie elektroniczne synchronizujące proces wtłaczania cieczy do rury pomiarowej oraz pomiary ciśnienia.

Znane jest także urządzenie według rozwiązania firmy NeoStrain Sp. z o. o., działające w sposób analogiczny do urządzenia niemieckiego, przy czym ciecz wtłaczana jest do rury pomiarowej nie przez ciśnienie panujące w zbiorniku z cieczą, a przez pompę hydrauliczną.

W przypadku obu powyższych rozwiązań, pomiaru poziomu dokonuje się poprzez pomiar ciśnienia cieczy wtłaczanej do rury pomiarowej. Oba końce elementu pomiarowego nie są połączone ze sobą. Ten koniec, do którego wtłaczana jest ciecz, podłączony jest do pompy lub zbiornika z cieczą, koniec przeciwny pozostaje otwarty do atmosfery lub podłączony jest do zbiornika przelewowego. Ciecz pomiarowa wtłaczana jest do elementu pomiarowego tylko od jednej strony.

Pozostała część elementu pomiarowego musi być wypełniona powietrzem lub innym gazem. Pomiar ciśnienia słupa cieczy wtłoczonej do elementu pomiarowego dokonywany jest względem ośrodka gazowego wypełniającego pozostałą część elementu pomiarowego, która musi być sucha. Pozostałości cieczy pomiarowej lub skroplona para wodna, zamykające światło części elementu pomiarowego niewypełnionego cieczą, powodują powstawanie błędów pomiarowych.

Skoro nie ma możliwości oceny, czy światło elementu pomiarowego jest przesłonięte pozostałościami cieczy pomiarowej lub skroplonej z powietrza pary wodnej, to przed każdym pomiarem konieczne jest długotrwałe suszenie elementu pomiarowego poprzez przedmuchiwanie go gazem suchym, bez uzyskania pewności, czy światło elementu pomiarowego nie pozostaje przesłonięte. Uniemożliwia to prowadzenie automatycznych, bezobsługowych pomiarów w długim okresie czasu.

Rozwiązanie sposobu pomiaru profilu przemieszczeń pionowych, niewymagającego suszenia elementu pomiarowego przed każdym pomiarem oraz rozwiązanie urządzenia realizującego wielokrotny pomiar profilu przemieszczeń pionowych w sposób automatyczny, zostało przedstawione w opisie patentowym PL 223 638.

Wymienione wyżej rozwiązanie charakteryzuje się tym, że oba końce elastycznej rury pomiarowej połączone są ze sobą za pomocą pompy hydraulicznej przetłaczającej dwie strugi cieczy rozdzielone pęcherzykiem gazu. Wyznaczanie profilu przemieszczeń pionowych polega na pomiarze ciśnienia przynajmniej jednej strugi cieczy, przy czym pomiar ciśnienia może być wykonywany po jednej lub po obu stronach pompy przetłaczającej ciecz w elastycznej rurze. Mierzone ciśnienie zawiera dwie składowe, składową dynamiczną związaną z przetłaczaniem cieczy oraz składową statyczną związaną ze zmianą wysokości elementu pomiarowego. Cały element pomiarowy wypełniony jest cieczą, zatem składowa dynamiczna ciśnienia ma wartość stałą. Zmiany ciśnienia spowodowane są tylko zmianami wysokości mierzonego profilu przemieszczeń pionowych.

W takim przypadku ciecz przemieszcza się w obiegu zamkniętym, a zatem pomiar ciśnienia jest niewrażliwy na zmianę ciśnienia atmosferycznego. Jednak urządzenie może pracować tylko w warunkach izotermicznych, przy niewielkich zmianach temperatury na długości elastycznej rury pomiarowej.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest więc wyeliminowanie oddziaływania zmian temperatury na element pomiarowy, wprowadzenie kompensacji termicznej zmiany ciśnienia cieczy pomiarowej, a w efekcie zwiększenie dokładności pomiaru.

Sposób bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych polega na pomiarze ciśnienia cieczy w elastycznej rurze elementu pomiarowego, w którym ciecz pomiarową doprowadza się jednocześnie do dwóch końców elastycznej rury tworzącej zamkniętą pętlę, przy czym doprowadzone strugi cieczy pomiarowej rozdziela się pęcherzykiem gazu, a za pomocą pompy hydraulicznej ciecz

PL 241 126 B1 pomiarową przetłacza się wewnątrz elastycznej rury powodując przemieszczanie pęcherzyka gazu, który podnosi się i opada podążając za kształtem, jaki przyjęła elastyczna rura w płaszczyźnie pionowej, dokonując jednocześnie pomiaru ciśnienia obu strug cieczy pomiarowej.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że wyrównuje się temperaturę elastycznej rury pomiarowej z cieczą pomiarową stabilizując ją poprzez wprowadzenie wokół i na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu cieczy wyrównawczej izolowanego termicznie od ośrodka, w którym wykonywany jest pomiar, a ponadto kompensuje się termiczną zmianę ciśnienia cieczy pomiarowej poprzez wprowadzenie na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu kompensującego w postaci rury o tej samej średnicy i grubości ścianki, wykonanej z tego samego materiału i wypełnionej tą samą cieczą pomiarową przedzieloną pęcherzykiem gazu, jak element pomiarowy.

Podczas każdego pomiaru dokonuje się kalibracji pomiaru poprzez porównanie rzeczywistego ciśnienia w odcinku wzorcowym z teoretycznym ciśnieniem w tym odcinku w danej temperaturze.

Urządzenie do bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych posiada element pomiarowy w postaci elastycznej rury wypełnionej cieczą pomiarową, przy czym oba końce elastycznej rury pomiarowej są połączone ze sobą za pomocą pompy hydraulicznej przetłaczającej dwie strugi cieczy pomiarowej rozdzielone pęcherzykiem gazu oraz wyposażone w czujniki do pomiaru ciśnienia strug tej cieczy.

Istota rozwiązania urządzenia według wynalazku polega na tym, że wokół i wzdłuż stanowiącej element pomiarowy elastycznej rury, usytuowane są kanały z cieczą wyrównującą temperaturę, zaś pakiet składający się z elastycznej rury pomiarowej i kanałów z cieczą wyrównującą temperaturę umieszczony jest w izolacji termicznej zabezpieczonej mechaniczną osłoną.

Kanały wyrównywania temperatury mają postać rur, zaś izolacja termiczna ma postać rurowej otuliny.

Wzdłuż stanowiącej element pomiarowy elastycznej rury usytuowany jest element kompensujący w postaci rury o tej samej średnicy i grubości ścianki, wykonanej z tego samego materiału i wypełnionej tą samą cieczą pomiarową przedzieloną pęcherzykiem gazu, jak element pomiarowy.

Urządzenie może być wyposażone we wzorcujące pętle umieszczone w płaszczyźnie zmieniającego się profilu przemieszczeń, o niezmiennym kształcie geometrycznym i ustalonym co najmniej jednym odcinku poziomym. Odcinki poziome wzorcujących pętli mogą być usytuowane na dwóch różnych wysokościach.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

fig. 1 - znany ze stanu techniki schemat urządzenia z zamkniętym obiegiem cieczy w elemencie pomiarowym, z wewnętrznym pęcherzykiem gazu rozdzielającym strugi cieczy, fig. 2 - schemat urządzenia z rurami wyrównującymi temperaturę, fig. 3 - element pomiarowy z rurami wyrównującymi temperaturę, w przekroju poprzecznym, fig. 4 - schemat urządzenia z odcinkami wzorcowymi rury pomiarowej, fig. 5 - poziomy odcinek wzorcujący, fig. 6 - schemat urządzenia z rurą kompensującą, fig. 7 - element pomiarowy z rurami wyrównującymi temperaturę i rurą kompensującą, w przekroju poprzecznym.

Sposób bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych polega na tym, że ciecz pomiarową doprowadza się jednocześnie do dwóch końców elastycznej rury tworzącej zamkniętą pętlę. Doprowadzone strugi cieczy rozdziela się pęcherzykiem gazu. Za pomocą pompy hydraulicznej ciecz pomiarową przetłacza się wewnątrz elastycznej rury powodując przemieszczanie pęcherzyka gazu. W czasie przemieszczania pęcherzyka gazu, który podnosi się i opada podążając za kształtem, jaki przyjęła elastyczna rura w płaszczyźnie pionowej, dokonuje się pomiaru ciśnienia strug cieczy.

Jednocześnie wyrównuje się temperaturę elastycznej rury pomiarowej z cieczą pomiarową stabilizując ją poprzez wprowadzenie wokół i na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu cieczy wyrównawczej izolowanego termicznie od mierzonego ośrodka.

Termiczną zmianę ciśnienia cieczy pomiarowej kompensuje się poprzez wprowadzenie na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu kompensującego w postaci rury o tej samej średnicy i grubości ścianki, wykonanej z tego samego materiału i wypełnionej tą samą cieczą pomiarową przedzieloną pęcherzykiem gazu, co element pomiarowy.

PL 241 126 B1

Podczas każdego pomiaru dokonuje się kalibracji pomiaru poprzez porównanie rzeczywistego ciśnienia w odcinku wzorcowym z teoretycznym ciśnieniem w tym odcinku w danej temperaturze.

Urządzenie do bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych zawiera pomiarowy element 1, połączony w zamknięty obwód, w którym krąży pomiarowa ciecz C przedzielona pęcherzykiem gazu G. Elementem pomiarowym może być elastyczna rura 2 podłączona oboma końcami do pompy hydraulicznej 3. Średnica rury 2 musi być dobrana tak, aby napięcie powierzchniowe cieczy utrzymywało ciecz C po obu stronach pęcherzyka gazu G, zapobiegając połączeniu się obu strug cieczy C przetłaczanej pompą hydrauliczną 3.

Ciśnienie cieczy C w obu strugach obwodu pomiarowego mierzone jest czujnikami ciśnienia 4 umieszczonymi po obu stronach pompy hydraulicznej 3, zaś temperatura cieczy C mierzona jest czujnikami temperatury 5, rozmieszczonymi po obu stronach pompy hydraulicznej 3. Pompa hydrauliczna 3, czujniki ciśnienia 4, czujniki temperatury 5 oraz ewentualnie inne czujniki obwodu pomiarowego podłączone są do układu sterującego, nie pokazanego na rysunku.

W celu zwiększenia sprawności procesu wyrównywania temperatury wzdłuż pomiarowego elementu 1, wokół i wzdłuż elastycznej rury 2 usytuowane są kanały 6 z cieczą wyrównującą temperaturę. Ciecz tłoczona jest pompą 7, zaś jej temperatura mierzona jest czujnikiem 8. Kanały 6 wyrównywania temperatury mają postać rur. Rury 6 tworzą okrąg współosiowy z pomiarowym elementem 1. Pakiet składający się z pomiarowej elastycznej rury 2 i kanałów 6 z cieczą wyrównującą temperaturę umieszczony jest w termicznej izolacji, która ma postać rurowej otuliny 9 zabezpieczonej mechaniczną osłoną 10. Odcinek obwodu pomiarowego wraz z obwodem wyrównywania temperatury usytuowany jest w mierzonym ośrodku.

W celu zwiększenia dokładności urządzenia pomiarowego obwód pomiarowy wyposażony j est we wzorcujące pętle 11 umieszczone w płaszczyźnie zmieniającego się profilu przemieszczeń mierzonego ośrodka, o niezmiennym kształcie geometrycznym, korzystnie prostokątnym, i ustalonym co najmniej jednym poziomym odcinku L. Poziome odcinki L mogą być usytuowane na dwóch różnych wysokościach, przy zachowaniu ich niezmiennego kształtu geometrycznego. Podczas każdego pomiaru dokonuje się kalibracji pomiaru poprzez porównanie rzeczywistego ciśnienia we wzorcowym poziomym odcinku L z teoretycznym ciśnieniem w tym odcinku w danej temperaturze. Znana wysokość pętli wzorcującej w danej temperaturze, zmierzonej czujnikiem temperatury 12 umieszczonym na elemencie pomiarowym 1 w obrębie pętli 11, powodować będzie konkretną zmianę ciśnienia. Jeśli zmiana ta będzie inna od teoretycznej (np. na skutek starzenia się czujnika ciśnienia), oprogramowanie jednostki sterująco-pomiarowej wprowadzi automatyczną poprawkę.

Urządzenie w rozwiniętej postaci ma kompensujący element 13 w obwodzie wyrównującym temperaturę, z cieczą wyrównawczą. Ciecz wyrównawczą stanowi ta sama ciecz pomiarowa C przedzielona pęcherzykiem gazu G, jaką zawiera pomiarowy element 1. Kompensujący element 13 stanowi rura o tej samej średnicy i grubości ścianki, wykonana z tego samego materiału, co element pomiarowy. Zadaniem tej dodatkowej rury jest kompensowanie termiczne elementu pomiarowego 1. Zmiana ciśnienia w elemencie pomiarowym 1 jest zależna od zmiany profilu przemieszczeń pionowych elementu pomiarowego oraz od zmiany temperatury. Dodatkowa rura wyposażona jest w dwa czujniki ciśnienia 14 zlokalizowane po obydwu stronach rozdzielonych pęcherzykiem gazu strug cieczy oraz w czujniki temperatury 15. Pęcherzyk gazu w dodatkowej rurze nie będzie się poruszał w trakcie pomiaru, zatem zmiana ciśnienia w rurze stanowiącej element kompensujący 13 będzie powodowana wyłącznie zmianą temperatury na całej długości elementu pomiarowego 1.

Przedstawione rozwiązanie ma zastosowanie w pomiarach geotechnicznych do wyznaczania przemieszczeń pionowych gruntu, w systemach monitorowania stanu technicznego konstrukcji budowlanych do wyznaczania linii ugięcia belek, przemieszczenia pionowego całych konstrukcji lub ich elementów. Jako przykłady zastosowań można podać przęsła obiektów mostowych, elementy stropów, belek podsuwnicowych, czy innych elementów konstrukcyjnych, dla których istotny jest, z punktu widzenia oceny stanu ich bezpieczeństwa lub z innych względów, pomiar przemieszczeń pionowych. Rozwiązanie przeznaczone jest także do wyznaczania przemieszczeń pionowych elementów niedostępnych, na przykład umieszczonych pod wodą lub zasypanych gruntem, takich jak ławy fundamentowe, różnego rodzaju rurociągi, na przykład na obszarach szkód górniczych lub aktywnych osuwisk.

Claims (8)

1. Sposób bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych polegający na pomiarze ciśnienia cieczy w elastycznej rurze elementu pomiarowego, w którym ciecz pomiarową doprowadza się jednocześnie do dwóch końców elastycznej rury tworzącej zamkniętą pętlę, przy czym doprowadzone strugi cieczy pomiarowej rozdziela się pęcherzykiem gazu, a za pomocą pompy hydraulicznej ciecz pomiarową przetłacza się wewnątrz elastycznej rury powodując przemieszczanie pęcherzyka gazu, który podnosi się i opada podążając za kształtem jaki przyjęła elastyczna rura w płaszczyźnie pionowej, dokonując jednocześnie pomiaru ciśnienia obu strug cieczy pomiarowej, znamienny tym, że wyrównuje się temperaturę elastycznej rury pomiarowej z cieczą pomiarową stabilizując ją poprzez wprowadzenie wokół i na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu cieczy wyrównawczej izolowanego termicznie od ośrodka, w którym wykonywany jest pomiar, a ponadto kompensuje się termiczną zmianę ciśnienia cieczy pomiarowej poprzez wprowadzenie na całej długości elastycznej rury pomiarowej dodatkowego obwodu kompensującego w postaci rury o tej samej średnicy i grubości ścianki, wykonanej z tego samego materiału i wypełnionej tą samą cieczą pomiarową przedzieloną pęcherzykiem gazu jak element pomiarowy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas każdego pomiaru dokonuje się kalibracji pomiaru poprzez porównanie rzeczywistego ciśnienia w odcinku wzorcowym z teoretycznym ciśnieniem w tym odcinku w danej temperaturze.

3. Urządzenie do bezobsługowego pomiaru profilu przemieszczeń pionowych, posiadające element pomiarowy w postaci elastycznej rury wypełnionej cieczą pomiarową i posiadające czujniki do pomiaru ciśnienia tej cieczy, w którym oba końce elastycznej rury pomiarowej są połączone ze sobą za pomocą pompy hydraulicznej przetłaczającej dwie strugi cieczy pomiarowej rozdzielone pęcherzykiem gazu oraz wyposażone w czujniki do pomiaru ciśnienia strug tej cieczy, znamienne tym, że wokół i wzdłuż stanowiącej element pomiarowy (1) elastycznej rury (2) usytuowane są kanały (6) z cieczą wyrównującą temperaturę, zaś pakiet składający się z elastycznej rury pomiarowej (2) i kanałów (6) z cieczą wyrównującą temperaturę umieszczony jest w izolacji termicznej zabezpieczonej mechaniczną osłoną (10).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że kanały (6) wyrównywania temperatury mają postać rur.

5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że izolacja termiczna ma postać rurowej otuliny (9).

6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że wzdłuż stanowiącej element pomiarowy (1) elastycznej rury (2) usytuowany jest element kompensujący (13) w postaci rury o tej samej średnicy i grubości ścianki, wykonanej z tego samego materiału i wypełnionej tą samą cieczą pomiarową przedzieloną pęcherzykiem gazu, jak element pomiarowy.

7. Urządzenie według zastrz. 3 lub 4, znamienne tym, że wyposażone jest we wzorcujące pętle (11) umieszczone w płaszczyźnie zmieniającego się profilu przemieszczeń, o niezmiennym kształcie geometrycznym i ustalonym co najmniej jednym odcinku poziomym (L).

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że wyposażone jest we wzorcujące pętle (11) z poziomymi odcinkami (L) umieszczone w płaszczyźnie zmieniającego się profilu przemieszczeń, o niezmiennym kształcie geometrycznym a odcinki poziome (L) usytuowane na dwóch różnych wysokościach.