RU24507U1

RU24507U1 - FLEXIBLE BODY TENSION SENSOR

Info

Publication number: RU24507U1
Application number: RU2002103277/20U
Authority: RU
Inventors: В.Н. Зуев; О.В. Силина
Original assignee: Зуев Валентин Никитович; Силина Ольга Валентиновна
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2002-08-10

Description

ДАТЧИК НАТЯЖЕНИЯ ГИБКОГО ОРГАНАFLEXIBLE BODY TENSION SENSOR

Нолезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения натяжения неподвижного гибкого органа, например, каната, на подъемниках, применяемых при текущем и капитальном ремонте скважин.The useful model relates to measuring technique and can be used to determine the tension of a fixed flexible body, for example, a rope, on lifts used in the routine and overhaul of wells.

Известно устройство для измерения длины и натяжения гибкого органа, содержащее опорную раму, гидроцилиндр с плунжером, соединенный с индикатором усилия, три обводных ролика, один из которых укреплен на рычаге. ( см. авт.свид. МКИ. Е21 В 47/00 .№ 977739). Данное устройство позволяет измерять силу натяжения гибкого органа, однако это устройство натяжения каната имеет низкую точность .A device is known for measuring the length and tension of a flexible organ, comprising a support frame, a hydraulic cylinder with a plunger connected to a force indicator, three bypass rollers, one of which is mounted on a lever. (see ed. certificate MKI. E21 47/00. No. 977739). This device allows you to measure the tension force of a flexible organ, however, this rope tension device has low accuracy.

Известно силоизмерительное устройство натяжения каната типа гидравлического индикатора веса (ГИВ), содержащее корпус со стойками, несущие ролики, средний ролик действует на мембрану, сжимающую жидкость, манометр, показывающий натяжение гибкого органа и зажим для крепления на гибком органе ( См. кн. Технологические измерения и приборы. Исакович Р. Я. М. Недра, 1970, стр. 337-343).A force-measuring device for rope tension, such as a hydraulic weight indicator (GIV), is known, which contains a body with racks, bearing rollers, the middle roller acts on a membrane, compressing liquid, a pressure gauge showing the tension of a flexible organ and a clip for fastening on a flexible organ (See the book Technological measurements and instruments.Isakovich R. Ya. M. Nedra, 1970, pp. 337-343).

Устройство позволяет измерять натяжение гибкого органа. Однако данное устройство обладает низкой точностью измерений и сложно в исполнении.The device allows you to measure the tension of a flexible organ. However, this device has low measurement accuracy and is difficult to perform.

Известно силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа (Свидетельство на полезную модель № 19088 от 08.02.2001).A force measuring device is known for measuring the tension of a stationary flexible organ (Utility Model Certificate No. 19088 of 02/08/2001).

г &:.ояД11:;;;ГгН- ::гЛr & :. oyad11: ;;; Gn- :: hL

МКИ Е21 В 47/00 2MKI E21 V 47/00 2

В данном устройстве для прижимания гибкого органа с помощью прижимпо-прогибочного устройства (ППУ) между гибким органом и упругой балкой установлен ложемент, а в качестве измерительного преобразователя использованы тензорезисторы, установление на упругой балке между прижимно-прогибочным устройством и стойкой в плоскости, параллельной плоскости нагрузки, стойки выполнены с вырезами овальной формы.In this device, for clamping a flexible organ with a clamping and bending device (PUF), a lodgement is installed between the flexible body and the elastic beam, and strain gauges are used as a measuring transducer, mounted on an elastic beam between the clamping and bending device and the stand in a plane parallel to the load plane , racks made with oval-shaped cutouts.

При установке известного устройства на гибкий орган, например, канат применяемый на подъемниках в нефтяной и газовой промышленности пряди каната ложатся в овальные вырезы стоек. При ослаблении и последующем натяжении гибкого органа пряди могут повернуться и угол прогиба гибкого органа изменится, что приводит к погрешности измерения натяжения гибкого органа.When installing the known device on a flexible body, for example, a rope used on lifts in the oil and gas industry, strands of the rope lie in the oval cutouts of the uprights. With the weakening and subsequent tension of the flexible organ, the strands can turn and the deflection angle of the flexible organ changes, which leads to an error in measuring the tension of the flexible organ.

Полезная модель направлена на повышение точности измерения натяжения гибкого органа, обеспечение удобства в эксплуатации.The utility model is aimed at improving the accuracy of measuring the tension of a flexible organ, ensuring ease of use.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что регулируя натяжение упругого элемента, достигают нулевой нагрузки на участке гибкого органа, расположенного параллельно упругому элементу, что позволит уменьшить погрешность и повысить точность измерения при любом температурном режиме, а беспроводная передача информации обеспечивает удобство в эксплуатации.The technical result, which mediates the solution of this problem, lies in the fact that by adjusting the tension of the elastic element, they reach zero load in the area of the flexible organ located parallel to the elastic element, which will reduce the error and improve the measurement accuracy at any temperature, and the wireless transmission of information provides convenience in operation.

Указанный технический результат достигается тем, что в датчик натяжения гибкого органа, содержащий зажимы, состояшие из двух половин с клиновидными вкладышами и удерживающие упругий элемент на гибком органе, жестко соединенный с преобразователем деформации, выход которого связан со входомThe specified technical result is achieved by the fact that in the tension sensor of a flexible body, containing clamps, consisting of two halves with wedge-shaped inserts and holding an elastic element on a flexible body, rigidly connected to a strain transducer, the output of which is connected to the input

формирователя выходного сигнала, дополнительно введены тяга, расположенная параллельно упругому элементу и имеющая с ним одинаковый температурный коэффициент линейного расширения, причем один конец тяги соединен с упругим элементом, а другой со входом преобразователя деформации, устройство ввода-вывода, вход которого соединен с выходом формирователя выходного сигнала, а выход его соединен с входом преобразователя деформации, внутри гибкого органа между зажимами установлен компенсатор натяжения. Преобразователь деформации выполнен в виде емкостных, индуктивных и других датчиков перемещения. Формирователь выходного сигнала выполнен в виде преобразователя напряжение /ток-частота или код или в виде преобразователя напряжение - ток / напряжение или в виде беспроводного передатчика сигнала, например, радиопередатчика. Формирователь выходного сигнала может содержать память, предназначенную для хранения данных, а такжеиндикатор,shaper of the output signal, additionally introduced thrust parallel to the elastic element and having the same linear expansion temperature coefficient with one end of the thrust connected to the elastic element and the other to the input of the strain transducer, an input-output device, the input of which is connected to the output of the output shaper signal, and its output is connected to the input of the strain transducer, a tension compensator is installed between the clamps inside the flexible organ. The strain transducer is made in the form of capacitive, inductive and other displacement sensors. The output signal generator is made in the form of a voltage / current-frequency converter or code, or in the form of a voltage-current / voltage converter or in the form of a wireless signal transmitter, for example, a radio transmitter. The output driver may include a memory designed for storing data, as well as an indicator,

предназначенный для индикации текущих значений натяжения гибкого органа. В качестве преобразователя деформации используют датчик силы типа С50. В качестве материала упругого элемента используют стали с высоким модулем Юнга. В качестве компенсатора натяжения используют пружину.designed to indicate the current values of the tension of the flexible organ. As a strain transducer, a C50 type force sensor is used. As the material of the elastic element, steel with a high Young's modulus is used. A spring is used as a tension compensator.

На фиг. 1 представлен общий вид датчика натяжения гибкого органа, на фиг.2 представлен вид его сбоку.In FIG. 1 shows a General view of the tension sensor of a flexible body, figure 2 presents a side view of it.

Датчик содержит упругий элемент 1, расположенный на гибком органе 2 и удерживаемый на нем с помощью двух комбинированных зажимов 3 и крепежных элементов 4, зажимы 3 состоят из двух половинок с клиновидными вкладыщами 5, тягу 6, соединенную одним концом с упругим элементом 1, а другим - с преобразователем деформации 7, выход которого связан со входомThe sensor contains an elastic element 1 located on a flexible body 2 and held thereon with two combined clamps 3 and fasteners 4, the clamps 3 consist of two halves with wedge-shaped inserts 5, a rod 6 connected at one end to the elastic element 1, and the other - with strain transducer 7, the output of which is connected to the input

M /f yформирователя выходного сигнала 8, выход его соединен с входом устройства ввода-вывода 9, внутри гибкого органа 2 между зажимами 3 расположен компенсатор натяжения 10, зажимы 3 выполнены с выступами 11 и пазами 12 (фиг.2).M / f of the driver of the output signal 8, its output is connected to the input of the input-output device 9, inside the flexible body 2 between the clamps 3 there is a tension compensator 10, the clamps 3 are made with the protrusions 11 and the grooves 12 (figure 2).

Работает датчик следующим образом.The sensor operates as follows.

Датчик устанавливается на неподвижном конце гибкого органа 2 подъемника, применяемого при ремонте нефтяных и газовых скважин, или буровой установки следующим образом. Зажимы 3 предназначены для неподвижного закрепления и удержания на гибком органе 2 упругого элемента 1 и состоят из двух половинок с клиновидными вкладышами 5, с выступами 11 и пазами 12 для удобства установки и закрепления упругого элемента 1, причем клиновидные вкладыши имеют возможность незначительно перегибать гибкий орган, что в большей степени препятствует проскальзованию гибкого органа не только от сил трения, но и от сил сопротивления перегибу. Обе половинки зажимов 3 скрепляются между собой крепежными элементами 4 (например, болты , гайки, винты, шайбы и т.п.). Зажатие гибкого органа 2 должно быть плотным, чтобы зажимы 3 не могли перемещаться вдоль гибкого органа. Расстояние между зажимами 3 определяется длиной упругого элемента 1. После закрепления зажимов 3 на гибком органе 2 в пазы 12 выступов 11 вставляется упругий элемент 1 , который закрепляется с помощью, например гайки 4 (см. фиг.2). Гайка 4 (фиг.2) на упругом элементе 1 затягивается до тех пор, чтобы участок гибкого органа 2 между зажимами 3 был не нагружен силой зажатия гайки 4. Внутри гибкого органа между зажимами 3 установлен компенсатор натяжения 10, который увеличивает диаметр гибкого органа. Компенсатор является упругим и можетThe sensor is installed on the fixed end of the flexible body 2 of the lift used in the repair of oil and gas wells, or of a drilling rig as follows. Clips 3 are designed for stationary fixing and holding elastic element 1 on flexible organ 2 and consist of two halves with wedge-shaped inserts 5, with protrusions 11 and grooves 12 for ease of installation and fixing of elastic element 1, and wedge-shaped inserts have the ability to slightly bend the flexible organ, which to a large extent prevents slipping of the flexible organ not only from the forces of friction, but also from the forces of resistance to bending. Both halves of the clamps 3 are fastened together by fasteners 4 (for example, bolts, nuts, screws, washers, etc.). The clamping of the flexible organ 2 must be tight so that the clamps 3 cannot move along the flexible organ. The distance between the clamps 3 is determined by the length of the elastic element 1. After fixing the clamps 3 on the flexible organ 2, an elastic element 1 is inserted into the grooves 12 of the protrusions 11, which is fixed with, for example, a nut 4 (see figure 2). The nut 4 (figure 2) on the elastic element 1 is tightened until the portion of the flexible organ 2 between the clamps 3 is not loaded with the clamping force of the nut 4. Inside the flexible organ between the clamps 3 there is a tension compensator 10, which increases the diameter of the flexible organ. The compensator is resilient and can

быть выполнен из, например, резины, пружины. В процессе измерения натяжения гибкого органа 2 зажимы 3 смещаются друг относительно друга вдоль гибкого органа. В этом случае при натяжении гибкого органа, участок расположенный между зажимами практически не будет воспринимать нагрузку натяжения гибкого органа, а всю силу натяжения будет брать на себя упругий элемент 1, так как этот участок в данном случае может свободно вытягиваться, за счет возможности уменьшения диаметра гибкого органа.be made of, for example, rubber, spring. In the process of measuring the tension of the flexible organ 2, the clamps 3 are displaced relative to each other along the flexible organ. In this case, when the flexible organ is tensioned, the section located between the clamps will practically not perceive the tension load of the flexible organ, and the elastic element 1 will take on all the tension force, since this section can be freely stretched in this case, due to the possibility of reducing the diameter of the flexible body.

Такое исполнение устройства при работе дает возможность повысить точность измерения за счет исключения нагружения участка гибкого органа, находящегося между зажимами. Так как жесткость упругого элемента больше жесткости гибкого органа, то при натяжении гибкого органа всю его нагрузку воспринимает на себя упругий элемент 1. Упругий элемент 1 выполненный из материала, например, стали 40X13, воспринимая силу натяжения гибкого органа, деформируется. Эти деформации воспринимаютсятягой 6 и преобразовываютсявThis embodiment of the device during operation makes it possible to increase the accuracy of the measurement by eliminating the loading of the portion of the flexible organ located between the clamps. Since the stiffness of the elastic element is greater than the stiffness of the flexible organ, when the flexible organ is tensioned, elastic element 1 assumes all its load. The elastic element 1 made of a material, for example, steel 40X13, perceiving the tension force of the flexible organ, is deformed. These deformations are perceived by traction 6 and are transformed into

пропорциональный усилию натяжения электрический сигнал с помощью преобразователя деформации 7. В качестве преобразователя деформации 7применен интегральныйan electrical signal proportional to the tension force using a strain transducer 7. An integral signal is used as a strain transducer 7

тензопреобразователь силы серии С, например, С50. Корпус преобразователя 7 жестко прикреплен к торцу упругого элемента 1. На входе преобразователя 7 установлен свободный торец тяги 6. Под действием измеряемого усилия деформация (удлинение) упругого элемента 1 вызывает перемещение торца тяги 6 присоединенного к входу преобразователя деформации 7. Воздействие тяги 6 на вход преобразователя 7 приводит к появлению выходного сигнала, пропорционального натяжениюC-series force transducer, for example, C50. The housing of the transducer 7 is rigidly attached to the end of the elastic element 1. At the input of the transducer 7, a free end of the thrust is installed 6. Under the action of the measured force, deformation (elongation) of the elastic element 1 causes the end of the thrust 6 to be attached to the input of the strain transducer 7. The impact of the thrust 6 on the inlet of the transducer 7 leads to the appearance of an output signal proportional to the tension

гибкого органа. Выходной сигнал преобразователя 7 поступает на вход формирователя выходного сигнала 8, который предназначен для получения на выходе преобразователя стандартного сигнала согласно ИСО и ГОСТ или сигнала удобного для восприятия потребителем. Датчик натяжения гибкого органа подключается к любой аппаратуре при помощи устройства ввода-вывода 9, например, при помощи герметичного разъема типа ШРГ. По входу от устройства ввода-вывода 9 к преобразователю деформации 7 поступает питание преобразователя деформации.flexible organ. The output signal of the converter 7 is fed to the input of the output signal shaper 8, which is designed to receive a standard signal at the output of the converter according to ISO and GOST or a signal convenient for consumers to perceive. The tension sensor of the flexible organ is connected to any equipment using the input-output device 9, for example, using a sealed connector type SHRG. At the input from the input-output device 9 to the strain transducer 7, power is supplied to the strain transducer.

Как правило, датчики натяжения гибкого органа работают при температуре окружающей среды изменяющейся от минус 50 градусов С до плюс 50 градусов С. В этих условиях возникают погрешности измерения от температурного изменения размеров датчиков. Так, например, при изменении температуры окружающей среды от -50 градусов до +50 градусов упругий элемент из стали, имеющий начальную длину 150мм получает приращение длины 0,16мм. Такой же порядок имеют приращения длины упругого элемента и от нагрузок гибкого органа. Поэтому в предлагаемом датчике для устранения температурной погрешности тяга 6, расположенная параллельно упругому элементу 1 имеет одинаковый с ним температурный коэффициент линейного расширения.As a rule, the sensors of the tension of a flexible organ operate at an ambient temperature ranging from minus 50 degrees C to plus 50 degrees C. Under these conditions, measurement errors arise from temperature changes in the size of the sensors. So, for example, when the ambient temperature changes from -50 degrees to +50 degrees, an elastic element made of steel having an initial length of 150 mm receives an increment of 0.16 mm in length. The increments of the length of the elastic element and from the loads of the flexible organ have the same order. Therefore, in the proposed sensor to eliminate the temperature error, the thrust 6 located parallel to the elastic element 1 has the same temperature coefficient of linear expansion.

При эксплуатации датчиков натяжения гибкого органа часто бывает необходимость беспроводной передачи выходного сигнала, так как применение проводов создает неудобства при работе. В этом случае формирователь выходного сигнала включает в себя миниатюрные радиомодули для передачи цифровой информации типа CDP-TX-01 (см. журнал Радиолюбитель №9 стр.43 и №11 стр.39 за 1996г).When operating tension sensors of a flexible organ, it is often necessary to wirelessly transmit the output signal, since the use of wires creates inconvenience during operation. In this case, the output driver includes miniature radio modules for transmitting digital information of the CDP-TX-01 type (see the amateur radio magazine No. 9 p. 43 and No. 11 p. 39 for 1996).

в других ситуациях наоборот, нет необходимости передавать информацию на расстояние. В этом случае формирователь выходного сигнала включает в себя индикатор, который предназначен для индикации нагрузок в гибком органе на месте эго эксплуатации. Индикатор представляет собой блок, выполненный на базе знакосинтезирующих светодиодных индикаторов.in other situations, on the contrary, there is no need to transmit information over a distance. In this case, the output driver includes an indicator that is designed to indicate loads in a flexible body at the place of ego operation. The indicator is a block made on the basis of sign-synthesizing LED indicators.

Для регистрации информации об усилиях возникающих в гибком органе в процессе его работы с целью дальнейшего анализа и контроля формирователь выходного сигнала включает в себя FLASH-память с энергонезависимым питанием типа PA28FOO8SA фирмы Intel. Для переноса информации из датчика к нему подключается переносный блок памяти или НОТЕбук.To register information about the efforts arising in a flexible organ during its operation with the purpose of further analysis and control, the output driver includes a FLASH-memory with non-volatile power supply of type PA28FOO8SA from Intel. To transfer information from the sensor, a portable memory unit or NOTbook is connected to it.

Claims

1. The tension sensor of the flexible body, containing clamps holding the elastic element on the flexible body, rigidly connected to the strain transducer, the output of which is connected to the input of the output signal shaper, characterized in that the input-output device is additionally introduced, a thrust located parallel to the elastic element and having the same linear expansion temperature coefficient with it, moreover, one end of the rod is connected to the elastic element and the other to the strain transducer, the input of the input-output device is connected nen with the output of the output signal shaper, and its output is connected to the input of the strain transducer, a tension compensator is installed between the clamps inside the flexible organ, the clamps are made with wedge-shaped inserts.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the strain transducer is made in the form of capacitive, inductive and other displacement sensors.

3. The sensor according to claim 1, characterized in that the output driver is made in the form of a voltage / current converter - frequency or code.

4. The sensor according to claim 1, characterized in that the output driver is made in the form of a voltage-current / voltage converter.

5. The sensor according to claim 1, characterized in that the output driver is made in the form of a wireless signal transmitter, for example a radio transmitter.

6. The sensor according to claim 1, characterized in that the output driver includes a memory for storing data.

7. The sensor according to claim 1, characterized in that the driver of the output signal contains an indicator designed to indicate the current values of the tension of the flexible organ.

8. The sensor according to claim 1, characterized in that a force sensor of type C50 is used as a strain transducer.

9. The sensor according to claim 1, characterized in that steel with a high Young's modulus is used as the material of the elastic element.

10. The sensor according to claim 1, characterized in that the tension compensator is made in the form of a spring.