СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ГИБКОГО ОРГАНА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения натяжения неподвижного гибкого органа, например, каната, кабеля, проволоки и т.п., применяемых в различных отраслях народного хозяйства, в частности в нефтяной и газовой промышленности.
Известен датчик натяжения гибкого органа, содержащий прижимно-прогибочное устройство гибкого органа, включающее две стойки с вырезами для укладки гибкого органа, ложемент, установленный на упругом элементе, скобу для прижатия гибкого органа к ложементу, преобразователь механической величины в электрическую, при чем упругий элемент имеет внутреннюю цилиндрическую полость, на одном конце которой в поперечном сечении размещена мембрана с жесткой консольной балкой и преобразователем, а на другом конце цилиндрической полости расположен упор, взаимодействующий с концом консольной балки. С торцов упругий элемент герметично закрыт крышками, а в качестве преобразователя используют полупроводниковый тензочувствительный элемент (См. патент RU 2195637, 26.02.2001, МКИ 7 G 01 L 5/10, 5/06, 5/04). Датчик позволяет измерять натяжение гибкого органа. Однако данный датчик обладает низчик обладает низмерений и сложен в исполнении.
Известно силоизмерительное устройство для измерения натяжения неподвижного гибкого органа, содержащее измерительный преобразователь, соединенный с нормирующим преобразователем, расположенный на упругой балке, на которой расположено прижимно-
прогибочное устройство, охватывающее гибкий орган и прижимающее его к упругой балке, обжимные устройства и упоры, один из концов которых выполнен в виде клина или сферы, при этом обжимные устройства состоят из двух плотно обхватывающих гибкий орган в точках его перегибов элементов, стягивающихся между собой винтовой парой, внутренние поверхности элементов соответствуют форме гибкого органа, направление гибкого органа по отношению к упругой балке зафиксировано в точках контакта упора направляющей, выполненной, например в виде штифта и/или паза. (см. патент RU 2188941, 12.09.2001, МКИ 7 Е21 В 47/00). Устройство взято за прототип. Данное устройство позволяет измерять силу натяжения гибкого органа.
Однако это устройство натяжения каната сложно в исполнении и ненадежно при эксплуатации. В данном силоизмерительном устройстве для получения силы, пропорциональной натяжению гибкого органа и воздействующей на преобразователь, применяется прижимно-прогибочное устройство, установленное между двумя стойками с вырезами для укладки гибкого органа. Такое выполнение устройства увеличивает его размеры из-за допустимого радиуса изгиба гибкого органа, например, стального каната. Кроме того, в известном датчике упругий элемент используется как корпус для размещения в нем элементов датчика, что приводит к удорожанию и увеличению его габаритов.
Сущность полезной модели. Полезная модель направлена на повышение технических, экономических и эксплуатационных показателей силоизмерительного устройства для измерения натяжения гибкого органа, обеспечивающее удобства в эксплуатации.
Технический результат заключается в том, что увеличив радиус изгиба гибкого органа, уменьшают габаритные размеры датчика, что уменьшит погрешность, повысит точность, а также экономические и эксплуатационные показатели, снизит материальные затраты.
Указанный технический результат достигается тем, что силоизмерительное устройство для измерения натяжения гибкого органа, включает прижимное устройство, зажимающее его на заданной длине, и жестко скрепленное с датчиком силы, включающим упругий элемент, один конец которого жестко скреплен с корпусом датчика силы, имеющим внутреннюю полость с размещенными в ней преобразователем перемещения или силы в электрическую величину, аналого-цифровой преобразователем, аккумулятором питания и устройством ввода-вывода, к другому концу упругого элемента жестко прикреплена стойка с упором, воздействующим на входной параметр преобразователя перемещения или силы в электрическую величину, причем высота стойки зависит от длины прижимного устройства, датчика силы и силы натяжения гибкого органа, внутренняя полость датчика силы с обеих сторон закрыта крышками, а снаружи датчика установлен экран. Прижимное устройство выполнено в виде двух пластин с центральным продольным углублением с радиусом, определяемым радиусом гибкого органа. Упругий элемент выполнен в виде пластины из материала, например, стали 40Х13. Размер упругого элемента определяют в зависимости от величины силы, воздействующей на упругий элемент и входного параметра преобразователя перемещения или силы в электрическую величину. Устройство ввода-вывода выполнено в виде герметичного разъема.
На фиг.1 представлен общий вид продольного сечения силоизмерительного устройства для измерения натяжения гибкого органа, на фиг.2 представлен вид его со стороны стойки.
Силоизмерительное устройство для измерения натяжения гибкого органа (фиг.1, 2) содержит гибкий орган 1, прижимное устройство 2, выполненное в виде двух пластин с продольным углублением в центре для укладки гибкого органа 1, который с помощью прижимного устройства 2 элементами крепления 3 прикрепляют к датчику силы 4 с
внутренней полостью в его корпусе, закрытой с обеих сторон крышками 5, во внутренней полости расположены преобразователь 6 перемещения или силы в электрическую величину, аналого-цифровой преобразователь 7, аккумулятор 8 для питания и устройство ввода-вывода 9, к корпусу датчика 4 прикреплен одним концом упругий элемент 10 со стойкой 11 и упором 12, другой конец упругого элемента 10 прикреплен к стойке 11, снаружи датчика 4 установлен экран 13 (фиг.2).
Работает силоизмерительное устройство для измерения натяжения гибкого органа следующим образом.
Силоизмерительное устройство для измерения натяжения гибкого органа устанавливают на гибком органе 1, например, на неподвижном конце талевого каната подъемника, применяемого при ремонте нефтяных и газовых скважин, или буровой установки. Гибкий орган 1 закрепляют в прижимном устройстве 2, выполненным в виде двух пластин с продольным углублением в центре для укладки гибкого органа 1, причем радиус углубления зависит от диаметра гибкого органа 1. При помощи прижимного устройства 2 и элементов крепления (например, болтов) 3 корпус датчика 4 вместе с упругим элементом 10 неподвижно закрепляют и удерживают на гибком органе 1. Зажатие гибкого органа 1 должно быть плотным, чтобы датчик не мог перемещаться вдоль него. Упругий элемент 10 может быть выполнен из материала, например, стали 40Х13. На другом конце упругого элемента 10 жестко прикреплена стойка 11с упором 12. Благодаря стойке 11 осуществляют изгиб гибкого органа 1 для создания изгибающей силы, воздействующей на упругий элемент 10. Высоту стойки 11 определяют в зависимости от величины силы необходимой для прогиба конца упругого элемента 10 (фиг.2). Величину прогиба упругого элемента 10 определяют в зависимости от входного параметра преобразователя 6, измеряющего перемещение или силу в
электрическую величину. Например, для преобразователя С-50 величина входного перемещения составляет 0,2 мм. В этом случае при натяжении гибкого органа 1 силой А на стойку 11 и конец упругого элемента 10 воздействует сила В, которая прогибает его относительно корпуса датчика 4. Величину силы В определяют выражением:
В=А×К, где
К - конструктивный коэффициент, зависящий от следующих параметров: длины основания, прижимного устройства и высоты стойки;
А - величина силы натяжения гибкого органа;
В - величина силы, воздействующей на упругий элемент.
Таким образом сила В, воздействующая через стойку на упругий элемент прямопропорциональна натяжению гибкого органа, т.к. коэффициент К в процессе измерения постоянен. Так как стойка 11 жестко скреплена с концом упругого элемента 10, то при перемещении она воздействует на входной параметр преобразователя 6 упором 12. Преобразователь 6 вырабатывает сигнал пропорциональный величине силы А натяжения гибкого органа 1. В качестве преобразователя 6 перемещения силы в электрическую величину может быть применен интегральный тензопреобразователь силы серии "С", например, С50 с подключенной к нему печатной платой. Преобразователь 6 формирует стандартный выходной сигнал согласно ИСО и ГОСТ или сигнал удобный для восприятия потребителем, например, в цифровой форме. В этом случае во внутреннюю полость датчика 4 устанавливают аналого-цифровой преобразователь 7, аккумулятор 8 (или батарейку). Корпус датчика 4 с торцов закрывают крышками 5, защищающими внутренние органы устройства от пыли, дождя и грязи. Экран 13, например, ЖКИ устанавливается снаружи датчика 4 для визуального наблюдения за силой натяжения гибкого органа непосредственно на месте установки устройства, особенно где нет возможности подключить внешнее
питание, например, измерение натяжения анкерных канатов от мачт, установленных в недоступных местах. Кроме того, устройство может подключаться к любой аппаратуре при помощи устройства ввода-вывода 9, например, при помощи герметичного разъема типа ШРГ. Увеличение радиуса изгиба гибкого органа уменьшит погрешность измерения и приведет к повышению эксплутационных показателей. Таким образом, данное силоизмерительное устройство для измерения натяжения гибкого органа может использоваться как автономно, так и в системе АСУ.