датчик для контроля уровня деформаций в конструкции

Формула изобретения

Датчик для контроля уровня деформаций в конструкции, содержащий в качестве чувствительных элементов ряд параллельных между собой металлических пластин, отличающийся тем, что на каждой из пластин размещено по неизолированному от них электрическому контакту, датчик снабжен расположенной с зазором над указанными пластинами вспомогательной пластиной с изолированными электрическими контактами, размещенными напротив неизолированных электрических контактов, и регуляторами прижатия электрических контактов по числу пластин, которые имеют разные длины и закреплены с одной стороны на планке, упираясь торцами на выступ на ней, расположенный перпендикулярно этим пластинам, а с другой стороны их концы входят в расположенную перпендикулярно пластинам выточку в другой планке, причем выточка имеет ширину, равную величине максимальной измеряемой датчиком деформации, при этом пластина наибольшей длины упирается своим концом в стенку выточки, а концы пластин меньшей длины входят в выточку на величины деформаций, соответствующие контролируемым уровням напряжений, датчик содержит дополнительную пластину, на одном конце которой закреплена с одной стороны вспомогательная пластина с прокладкой и с ее противоположной стороны выполнена поперечная выточка, а на другом конце закреплена планка с выточкой с входящими в нее концами металлических пластин и выполнены два выреза, в которые с зазором, превышающим величину максимальной измеряемой датчиком деформации, входят два выступа, имеющие толщину, одинаковую с толщиной дополнительной пластины, и выполненные на планке с закрепленными на ее противоположной стороне металлическими пластинами, винты, фиксирующие установочное положение металлических пластин в выточке, расположены в выполненной на планке с закрепленными металлическими пластинами продольной прорези, причем на вспомогательной пластине напротив этих винтов выполнена прорезь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к контролю напряжений в конструкции, в частности в процессе эксплуатации магистральных трубопроводов.

Известен датчик для контроля напряжений в конструкции, содержащий ряд параллельно расположенных металлических пластин с концентраторами напряжений различных размеров и закрепленных концами на двух планках (а.с. СССР N 1300292, 25.04.84, кл. G 01 B 7/18).

Недостатками указанного датчика являются:

датчик позволяет контролировать только растягивающие деформации (напряжения) в конструкции, а в практике эксплуатации конструкций, в частности магистральных трубопроводов, в ряде случаев возникает потребность контроля сжимающих деформаций (напряжений);

невысокая точность контроля, связанная с разбросом значений относительных деформаций пластин при их разрыве по концентраторам, зависящим от стабильности свойств материала (чем предъявляются повышенные требования к выбору и качеству материала со специфическими свойствами, особенно для контроля напряженного состояния в упругой области при небольших деформациях), степени точности нанесения и обработки концентраторов;

значительные усилия в датчике в местах крепления его на конструкции, требующие крепления его с помощью сварки и непозволяющие использовать клеи;

в датчике не предусмотрена возможность дистанционного контроля и телеконтроля уровня напряжений в конструкциях. Информация об уровне напряжений в конструкции с помощью указанного датчика может быть получена только в момент визуального осмотра датчика.

Изобретение позволяет решить задачу контроля сжимающих деформаций (напряжений) в конструкции, повышения точности контроля и надежности эксплуатации датчика, а также в нем предусмотрена возможность дистанционного контроля и телеконтроля уровня напряжений в конструкциях.

Достигается это тем, что в известном датчике для контроля уровня напряжений в конструкции, содержащем в качестве чувствительных элементов ряд параллельных между собой металлических пластин, на каждой из пластин размещено по неизолированному от них электрическому контакту; датчик снабжен расположенной с зазором над указанными пластинами вспомогательной пластиной с изолированными электрическими контактами, размещенными напротив неизолированных электрических контактов по числу пластин, которые имеют разные длины и закреплены с одной стороны на планке, упираясь торцами в выступ на ней, расположенный перпендикулярно этим пластинам, а с другой стороны их концы входят в расположенную перпендикулярно указанным пластинам выточку в другой планке, причем выточка имеет ширину, равную величине максимальной измеряемой датчиком деформации, при этом пластина наибольшей длины упирается своим концом в стенку выточки, а концы пластин меньшей длины входят в выточку на величины деформаций, соответствующие контролируемым уровням напряжений. Датчик содержит дополнительную пластину, на одном конце которой закреплена с одной стороны вспомогательная пластина с прокладкой и с ее противоположной стороны выполнена поперечная выточка, а на другом конце закреплена планка с выточкой с входящими в нее концами металлических пластин, и выполнены два выреза, в которые с зазором, превышающим величину максимальной измеряемой датчиком деформации, входят два выступа, имеющие толщину, одинаковую с толщиной дополнительной пластины, и выполненные на планке с закрепленными на ее противоположной стороне металлическими пластинами. Датчик снабжен также винтами, фиксирующими установочное положение металлических пластин в выточке и расположенными в выполненной на планке с закрепленными металлическими пластинами продольной прорези, причем на вспомогательной пластине напротив этих винтов выполнена прорезь.

На фиг.1 показан вид датчика, сбоку в разрезе; на фиг.2 вид датчика сверху; на фиг.3 вид датчика снизу; на фиг.4 вид сверху на планку с закрепленными на ней металлическими пластинами.

Датчик содержит ряд параллельных между собой металлических пластин 1, на каждой из которых размещено по неизолированному от них контакту 2, планки 3 и 4, расположенную с зазором над пластинами 1 вспомогательную пластину 5, дополнительную пластину 6.

Пластины 1 имеют разные длины и закреплены с одной стороны на планке 3, сверху упираясь торцами в выступ на ней, расположенный перпендикулярно этим пластинам, а с другой стороны их концы входят в расположенную перпендикулярно им выточку 7 на планке 4, причем выточка 7 имеет ширину, равную величине максимальной измеряемой датчиком деформации. При этом пластина наибольшей длины упирается своим концом в стенку выточки 7, а концы пластин меньшей длины входят в выточку 7 на величины деформаций, соответствующие контролируемым уровням напряжений.

На планке 3 (фиг.3) выполнены два выступа 8 (например, в виде прикрепленных к планке 3 пластинок). Планка 4 с выточкой 7 закреплена на одном конце дополнительной пластины 6. На дополнительной пластине 6 выполнены два выреза 9 (фиг.3), в которые с зазором, превышающим максимальные деформации, контролируемые датчиком, входят два выступа 8 планки 3, имеющие толщину, одинаковую с толщиной дополнительной пластины 6, на другом конце которой выполнена поперечная выточка 10, перпендикулярная пластинам 1.

Расстояние от левой стенки выточки 10 на дополнительной пластине 6 до выступа 8 планки 3 составляет измерительную базу датчика.

На планке 3 выполнена регулировочная прорезь 11 для фиксации установочного положения пластин 1 в выточке 7 креплением планки 3 винтами 12 и 13 к дополнительной пластине 6 при сборке датчика. На вспомогательной пластине 5 выполнена прорезь 14 напротив винтов 12 и 13 для обеспечения возможности доступа к ним с помощью отвертки.

Между вспомогательной пластиной 5 и дополнительной пластиной 6 размещена прокладка 15 для обеспечения необходимого зазора между пластиной 5 и пластинами 1 в установочном положении.

На пластине 5 в ввинченных в нее бобышках 16, изготовленных из материала-диэлектрика, размещены болты 17, на которых снизу имеются электрические контакты 18, изолированные от пластины 5 напротив неизолированных контактов 2 на пластинах 1.

Электрические контакты 2 и 18 связаны электрической цепью с помощью проводов 19, 20 кабелем 21 с источником тока, средствами сигнализации и передачи сигнала на расстояние (источник тока, средства сигнализации и передачи сигнала на расстояние на фиг.1, 2, 3 и 4 не показаны). Провод 19 крепится к винту 22, который ввинчивается в пластину 6. Провода 20 крепятся к винту 22, который ввинчивается в пластину 6. Провода 20 крепятся к болтам 17 с помощью гаек 23.

На пластине 5 установлены по числу пластин 1 регуляторы прижатия электрических контактов. Каждый из этих регуляторов содержит шпильку 24, закрепленную на конце пластины 1 перед входом ее в выточку 7, проходящую с зазором через пластину 5, пружину 25 сжатия в защитном корпусе 26, размещенную на шпильке 24 и опирающуюся на пластину 5, гайку-колпачок 27, завинчиваемую на шпильке 24 и сжимающую пружину 25.

Для предотвращения повреждений и защиты от осадков датчик закрывается крышкой 28, которая с помощью болтов 29 и шпилек 30 крепится к прокладке 15. Кабель 21 пропущен через сальниковое устройство 31, расположенное на крышке 28 и обеспечивающее закрепление кабеля 21.

Датчик для контроля уровня напряжений в конструкции работает следующим образом.

Датчик устанавливают на контролируемую конструкцию и ориентируют пластины 1 в направлении действия нормальных сжимающих напряжений. При этом закрепление датчика при использовании клея осуществляют по нижней поверхности пластины 6 от левого ее края до левой стенки выточки 10 и нижним поверхностям выступов 8 на планке 3, а при использовании сварки по боковым поверхностям пластины 6 от левого ее края до левой стенки выточки 10 и по боковым поверхностям выступов 8. После закрепления датчика на конструкции отвертывают винты 12 и 13 до обеспечения свободного перемещения пластин 1 относительно выточки 7 при деформировании конструкции. Затем датчик закрывают крышкой 28, которая с помощью болтов 29 и шпилек 30 крепится к прокладке 15 (при этом зазор между отверстиями в крышке 28 и болтами 29 должен обеспечить свободное их перемещение относительно крышки при максимальной деформации конструкции), закрепляют кабель 21 в сальниковом устройстве 31. Провода 19 и 20, выведенные из кабеля от датчика, подсоединяют к системе дистанционного контроля или телеконтроля.

Последовательный выход пластин 1, имеющих разные длины, из зацепления с выточкой 7 при деформировании конструкции соответствует определенным деформациям в конструкции, по которым на основе расчетов, выполненных с учетом работы металла в упругой и упруго-пластической области, оценивают ее напряженное состояние при сжатии.

При выходе из зацепления с выточкой 7 любая из пластин 1 притягивается к пластине 5 под воздействием пружины 25 и замыкает контакты 2 и 18, связанные электрической цепью с источником тока, средствами сигнализации и передачи сигналов на расстояние.

Предлагаемая конструкция датчика позволяет повысить точность контроля, которая зависит от точности изготовления длин пластин 1 и выточки 7.

Конструкция датчика повышает надежность его эксплуатации по сравнению с прототипом, в котором в процессе работы датчика имеют место значительные продольные усилия, воздействующие на места крепления датчика к конструкции, что требует использования сварки. Вместе с тем на импортных трубах из высокопрочных сталей техническими условиями запрещается применение сварки на теле трубы. Отсутствие указанных усилий в предлагаемом датчике позволят использовать клеи для закрепления датчика на конструкции.

Конструкция предлагаемого датчика позволяет обеспечить контроль любых заданных уровней напряжений конструкции, что достигается изготовлением пластин 1 заданных длин с учетом вхождения их в выточку 7 на величины деформаций, соответствующие требуемым контролируемым уровням напряжений с учетом измерительной базы датчика. В конструкции датчика прототипа уровни контроля ограничены пределом текучести материалов конструкции и зависят от подбора концентраторов и материала пластин.

Предлагаемый датчик обеспечивает возможность дистанционного и телеконтроля уровня напряжений в конструкции.

При воздействии на трубопровод сжимающих осевых нагрузок, связанных с температурными факторами, изгиба и внутреннего давления максимальная интенсивность напряжений возникает на вогнутой части трубопровода, где продольные напряжения от осевых нагрузок складываются с продольными напряжениями сжатия от изгиба.

Из вышеизложенного следует, что области сжатия в трубопроводах представляют повышенную опасность и в ряде случаев в этих областях необходимо вести контроль напряжений. Кроме того, при просадке трубопроводов в слабонесущих или мерзлых грунтах, теряющих несущую способность при оттаивании, сжимающие напряжения возникают на верхней образующей трубопровода, более доступной для установки датчика.

Таким образом, датчик предлагаемой конструкции позволит решить задачу контроля сжимающих напряжений в сложных условиях эксплуатации магистральных трубопроводов.