Устройство для измерения угла поворота вала трубопроводной арматуры

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для диагностической проверки и оценки состояния клапанов трубопроводной арматуры с поворотным валом, для диагностики и регулировки подачи жидкости в различных областях, таких как нефтегазопроводы, и технологические линии.
Известны устройства для диагностики технического состояния трубопроводной арматуры (далее ТПА), которые позволяют определить технические проблемы с клапаном и принять соответствующие меры для устранения таких проблем, прежде чем они вызовут обширные повреждения клапана или, в худшем случае, принудительное отключение системы.
Известно устройство для определения угла поворота (патент РФ №2492419, МПК G01B 7/30, приоритет от 16.03.2012), содержащее сельсин-датчик, соединенный входом с первым источником питания, в который дополнительно введены второй и третий источники питания, вычитатель, выпрямитель, генератор с варакторной перестройкой частоты и измеритель частоты, причем выход сельсина-датчика соединен с первым входом вычитателя, второй вход которого подключен ко второму источнику питания, выход вычитателя через выпрямитель подключен к первому плечу генератора с варактороной перестройкой частоты, второе плечо которого подключено к третьему источнику питания, измеритель частоты соединен с третьим плечом генератора с варакторной перестройкой частоты.
Недостатком данного устройства можно считать сложность устройства и невысокую точность передачи угла, обусловленную погрешностью изготовления магнитопровода сельсина.
Известно техническое решение, принятое за прототип, которым является устройство для диагностики клапана трубопроводной арматуры (патент США №5109692 G01M 19/00; F16K 37/00; GOL 5/00 приоритет от 24.10.1990). Устройство для диагностики используется для определения величины линейного хода штока подъемного клапана посредством датчика положения. Датчик положения смонтирован на клапане и определяет линейное движение рычага позиционера клапана, которое соответствует перемещению штока и плунжера клапана. Датчик положения обеспечивает преобразование линейного перемещение плунжера клапана ТПА в электрический выходной сигнал, который подается на контроллер.
Известное устройство обеспечивает измерение линейного перемещения штока ТПА подъемного типа, но не может быть использовано для измерения угла поворота вала ТПА поскольку конструкция ТПА с поворотным валом не имеет свободного доступа к валу для подключения приборов.
Задачей полезной модели является создание устройства, которое обеспечивает возможность измерения угла поворота вала ТПА.
Для решения поставленной задачи в устройство измерения угла поворота вала ТПА, содержащее последовательно соединенные датчик положения, контроллер, выполненный с возможностью подключения к персональному компьютеру, введен шкив, выполненный составным, жестко закрепленным на валу ТПА, и кинематически связанный с валом датчика положения, выполненного с возможностью преобразования углового перемещения вала в электрический сигнал.
Датчик положения выполнен в виде резистора переменного, реализующего функцию линейного потенциометрического датчика.
На верхней поверхности шкива выполнен паз.
Технический результат, полученный при решении поставленной задачи, заключается в обеспечении возможности измерения угла поворота вала ТПА, за счет введения шкива, выполненного составным и жестко закрепленным на валу, поворотное перемещение которого преобразуется в линейное, которое датчиком положения преобразуется в электрический сигнал, поступающий в контроллер для преобразования электрического сигнала в цифровой, с дальнейшей обработкой цифрового сигнала с помощью программного обеспечения персонального компьютера, в алгоритм которого заложена формула расчета угла поворота вала ТПА, и отображении результатов измерения угла поворота вала на экране монитора компьютера.
Заявляемое техническое решение, по сравнению с прототипом, обладает новизной, отличаясь от него наличием шкива, выполненного составным, жестко закрепленным на поворотном валу ТПА, вращающимся совместно с валом ТПА, который преобразует вращательное перемещение вала ТПА в линейное перемещение и связан с валом датчика положения, который выполнен с возможностью преобразования угла поворота вала датчика положения в электрический сигнал.
Заявляемое устройство может найти широкое применение в устройствах диагностики ТПА с поворотным валом в нефтяной, газовой, химической промышленности, в коммунальном хозяйстве, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - электрическая схема датчика положения, на фиг. 3 - эскиз клапана ТПА.
Устройство для измерения угла поворота вала ТПА состоит из установленного на открытой части вала 1 ТПА шкива 2, который выполненным составным, состоящим из двух жестко соединенных между собой частей. Шкив 2 кинематически связан с валом датчика положения 3, для чего на внешней поверхности шкива 2 закреплена вытяжная струна 4 датчика положения 3. Вытяжная струна 4 при вращении вала 1 ТПА вытягивается из датчика положения 3 и наматывается на шкив 2. На внешней поверхности шкива 2 для более надежного наматывания струны выполнен паз 5 (см. фиг. 1 и фиг. 3). В качестве датчика положения 3 используется датчик положения Celesco. Основной частью датчика положения 3 является переменный резистор 6, сопротивление которого изменяется при перемещении движка 7, скользящего по проволоке (схема включения датчика положения 3 показана на фиг. 2). Напряжение питания от источника постоянного тока 8 подается на всю обмотку резистора через неподвижные выводы 9 и 10 этой обмотки. Выходное напряжение, пропорциональное перемещению движка, снимается с одного из неподвижных выводов и с подвижного движка 7. Входным сигналом датчика положения 3 является электрический сигнал, напряжение которого пропорционально линейному перемещению вытяжной струны.
Датчик положения является средством измерения, откалиброванным на заводе.
В качестве контроллера 11 используется блок фирмы Softek Engineering.
Выходной электрический сигнал датчика положения 3 поступает на контроллер 11, выполненный с возможностью подключения (через интерфейс) к персональному компьютеру 12.
Устройство для измерения угла поворота вала ТПА работает следующим образом:
При вращении вала 1 ТПА струна 4 датчика положения 3 наматывается на шкив 2. При этом линейное перемещение струны 4 приводит к изменению сопротивления переменного резистора 6 датчика положения 3. Нулевая величина сопротивления соответствует нулевому значению длины вытянутой струны из датчика положения, максимальная величина сопротивления соответствует максимальной длине вытянутой струны. Промежуточные значения имеют линейную зависимость. Если через переменный резистор 6 (потенциометр) пропускать постоянный ток источника питания 8, то падение напряжения на нем будет пропорционально величине сопротивления, и, следовательно, величине линейного перемещения интересующего объекта.
В программное обеспечение заложен алгоритм расчета угла поворота вала ТПА по формуле
Δγ=(ΔS/R)×(180/π), где
Δγ - угол поворота объекта (шкив/вал),
ΔS - длина сегмента окружности шкива, на которую намотана струна, это же является и длиной вытянутой струны из датчика положения,
R - наружный диаметр шкива.
На экране монитора компьютера 12 отображается информация о величине угла поворота вала ТПА.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет измерить величину угла поворота вала ТПА.