Устройство для измерения гидростатического давления и уровня жидкости

 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования при гидрологических и гидрогеологических объектах. Цель - уменьшение погрешности. Устройство содержит ввод давления жидкости в дифференциальный к нему ввод противодавления, соединенный с атмосферой посредством трубки. В полости датчика, ограниченной чувствительными элементами (сильфонами или мембранами), размещен соединенный с ними механоэлектрический преобразователь. Отдельно от чувствительных элементов установлен деформационный разделитель, обеспечивающий передачу давления или противодавления в полость датчика. Это обеспечивает подавление составляющей погрешности, обусловленной различием эффективных площадей и неточностью установки чувствительных элементов. 2 ил.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 F 23/16

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Устройство (фиг,1) содержит труоку

1, датчик 2, механоэлектрическии рычажный преобразователь (тензопреоб- ФЪ разователь) 3, полость 4, заголнен- фЪ ную жидкостью., сильфон 5 на вводе 6 Я давления и сильфон 7 на вводе 8 нроти- Я водавления, сообщающийся с атмосфе- (),. рой через трубку 1, Разделительный элемент 9 на вводе 10, гермоввод 11 с кабелем 12, В варианте выполнения устройства (фиг,2) Раз елитель-мембрана 9 уста. новлен не"на вводе давления жидкости, а на вводе 10, сообщающемся с вводом

8 протнводавления. Сильфонные чувст- . вительные элементы 5 и 7 дифференциально механически связаны ме ду со-бой и с рычагом тензопреобразователя

3 и преобразуют разность давления

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

1 (2!) 4340016/24-10 (22) 10.12.87 (46) 23,05.90. Бюл. Р 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (2) О.П.Кошевой (53) 681 ° 128,4 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 323664, кл. G 01 Р 23!18, 1979. ! (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И311ЕРВНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДяВЛГ>НИЯ И УРОВНЯ

ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к приборостроению.и предназначено для использования при гидрологических и гидрогеологических объектах. Цел..

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для использования в устройствах для измерения гидростатического давления и уровня жидкости преимущественно в скважинах, а также на других объектах, в водоемах> реках при гидрогеологических, гидрологических и других работах.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения, обусловленной различием эффективных площадей и неточностью установки чувствительных элементов.

На фиг.1 и 2 изображено устройство с элементом, установленным соответственно на вводе (в канале ввода) давления, открытом для жидкости, и на вводе противодавления. уменьшение погрешности, Устройство .содержит ввод давления жидкости в дифференциальный к нему ввод противодавления, соединенный с атмосферой посредством трубки, В пслости датчика, ограниченной чувствительными элементами (сильфонами или мембранами)1, Размещен соединенный с ними механоэлектрический преобразователь.

Отдельно от чувствительных элементов установлен деформяпионный разделитель, обеспечивающий передачу давления или протпводавлен .я в полость датчика. Это обеспечивает подавление составляющей погрешности, обусловленной различием эффективных площадей и неточностью установки чувствительных элементов. 2 ил.

1566220

Поскольку в датчик введен дополнительный чувствительный элемент 9, влияние разности (аИ эффективных площадей Р„, Р и неточности .(несоосности) установки сильфонов 5 и 7 существенно снижено. Это происходит вследствие того, что через дополнительный чувствительный элемент давление, подаваемое со стороны жидкости на сильфоны 5, или противодавление, подаваемое из трубки l на сильфон 7 компенсируется равным или близким ему давлением, передаваемым внутрь полости датчика, заполненной жидкостью или другой средой. В результате пара чувствительных элементов работает почти как один из них, внешнее давление на который не компен4О сиру ется, 55 ! )

Математическое обоснование условия компенсации и формулировки предмета изобретения.

Р„ со стороны жидкости, подаваемого на ввод 6 и противодавления Р> со стороны его ввода 8 в силу, действующую на рычаг преобразователя.

Давление со стороны жидкости (фиг.l) действует и на ввод 10 с дополнительным чувствительным элементом 9. В варианте выполнения

FIG допол гительный чувствительный 1О элемент 9 действует противодавление.

Сила, действующая со стороны чувствительных элементов 5 и 7 на рычаг преобразователя 3, преобразуется последним в электрический сигнал, передаваемый по кабелю 12 по вторичной аппаратуре.

При погружении датчика 2 в жидкость на глубину h на чувствительный элемент 5 со стороны ввода 6 2О действует суммарное (Рс) давление столба жидкости (Р ) и атмосферы (Рц), а на чувствительный элемент 7 со стороны ввода 8 противодавление, равное атмосферному давлению (Р ), 25 передаваемому по трубке 1.

В полости 4 датчика, заполненной жидкостью, имеется некоторое давление Р,, обусловленное действием внешнего давления (или противодавления) на дополнительный чувствительный элемент 9, жесткостью последнего и системы, образованной им и полостью с жидкостью и другим факторами (температурой и жесткостью сильфонов). то

Р1 Рг+ Р (Ри-Р, ) (3)

Давление в полости 4 (фиг. 1) может быть выражено как .P - kP =k(P +P )= --- -P ,С

С +С п — - — (Р +Р ) = --(Р +Р )

Сп Сп

+С Г g C Г о 9 и с (4) где

Си

П

Си

С коэффициент передачи суммарного давления P co стороны жидкости, определяемой соотношением объемной жидкости полости (С ) и и системы Сс = (Си+С ), образованнои полостью с чувствительной элементами; составляющая С, обусловленная дополнительными чувствительными элементами, Для варианта выполнения (фиг,2)

С

Р= kP = — - -P

c +c и у

Подставляя (4) и (5) в (3), получают для устройства по фиг,l

А =- (Р +дР„)Р„+Ы(1-1)Р (6) и для,устройства по фиг.2

А = F, Р „+ ДР (1-1 ) Р (7) Если считать эффективную площадь

Е1 номинальной (расчетной) F„ „ =

-Р,, то из (6) и (7) получают соответственно — — = dP = (1+А)Р,+4(k-1)Ð; (8) А

F ам

Г с1

ЛР— Р„+ (1. 1)Р„, (9) где dP измеряемая разность дав лений (на входе устрой- ства) .

Для устройства (фиг.l) сила А, действующая на рычаг преобразоватег 1 ля 3, определяется выражением

Fg (Р +Ра Ри) Р (Ра 1 и) °

Если выразить Р через Fl", F = F, +М Р, (1+-")=Г,(y+<), (2)

dF

156622

Устройство предназначено для измерений изменяющегося гидростатического давления Р, а изменение Р является влияющим, неинформативным фак5 тором. Поэтому, для оценки влияния измерения Р на результат измерений

dP необходимо продифференцировать

ЬР по dP . Тогда из (8) и (9) получают 10

ЫР— 1(1-1) (10) в (12) 40 и, переходя к конечным разностям, 1Р = 4(k 1)LlP„> (11) где сРЬР— абсолютная погрешность измерения dP, обусловленГ ная изменением атмосферного давления dPц.

Из (11) получают относительную погрешность изменения dP (относительно изменения ЛРч) у = — — = 4(k-1) .

ЛГР (12) Сп Сп

Подставляя К = — ——

C„„+C> С, получают для симметричного распределения поля погрешностей (неопределенности)

7 Сп Cÿ

k — +(-- — — — 1) = +—

С„+С С„+С или, отбрасывая знак погрешности:

C Сд (13)

C+C С

Если требуется, чтобы действительная погрешность .1 не превышала эаФ данную 1,, то (13) можно переписать в виде неравенства

Cr 1 (1<) с

Это неравенство полностью соответствует предлагаемому техническому решению.

Эффективность предлагаемого технического решения определяется выражениями (11) и (14) .и состоит в осуществленном снижении погрешности дифференциально включенных спльфонов, Так, например, согласно стандарту на сильфоны максимальная разность эффективных площадей сильфонов может

15 достигать 7% относительно номинального значения, Формула и э о б р е т е н и я

20, Устройство для измерения гидроста, тического давления и уровня жидкости, содержащее камеру с двумя размещенными на вводах давления и противсдавления чувствительными элементами, дифференциально связанными с механоэлек25 трическим преобразователем, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, обусловленной различием эффективных площадей инеточностью установкичувствительных элементов, оно снабжено деформационным разделителем, размещенным на дополнительном вводе давления или противодавления в камере, которая выполнена герметичной с жид35 костным или газовым, или газожидкостным заполнением, причем ввод противодавления соединен с внешней средой sa пределами контролируемой жидкости.!

5б6220

Составитель М,Рачков

Редактор Н.Бобкова ТехредII.0лийнык Корректор С,Шевкун

Заказ 1215 Тираж 534 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Б-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101