Жидкостной измеритель скорости
LIQUID VELOCITY METER

Предлагаемое изобретение относится к области сейсмических исследований и предназначено для измерения скорости движения грунта, объектов и элементов их конструкций в ближней зоне крупномасштабных взрывов зарядов химических взрывчатых веществ.
Известно устройство (B.C. Бочаров, В.П. Вдовин, К.И. Никонов, Г.М. Серпученко, Л.Н. Феофанов. Приборы для измерения кинематических параметров движения грунта в ближней зоне взрыва. / В сб. Методики измерений и аппаратуры для исследования действия взрыва. Взрывное дело. №83/40. - М.: Недра, 1982. С. 98-100), состоящее из корпуса, индуктивной двухсекционной катушки, обмотки и цилиндрической сейсмомассы, размещающейся во внутреннем (рабочем) канале катушки с демпфирующей жидкостью, которая также заполняет объем между корпусом устройства и катушкой и соединяется с рабочим каналом катушки. Технической проблемой является исключение образования парогазовых пузырьков в рабочем канале устройства при многократных колебаниях температуры окружающей среды. Появление пузырьков в рабочем канале искажает характер движения сейсмомассы, в соответствии с которым она должна перемещаться пропорционально скорости движения корпуса, и, как следствие, существенно снижает надежность и точность получаемых результатов измерений.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению техническим решением, то есть прототипом, является устройство (B.C. Басов, В.В. Гуров, Л.С. Евтерев, П.В. Никулин, Ю.А. Пичугин, В.М. Чернышев. Методы измерения параметров движения грунта. / В сб. Физика ядерного взрыва. Том 3. Воспроизведение факторов взрыва. - М.: Физматлит, 2013. С. 114-155), состоящее из корпуса, индуктивной двухсекционной катушки с обмотками, цилиндрической сейсмомассы, размещенной в рабочем канале катушки с демпфирующей жидкостью, и дополнительного объема, соединенного с каналом катушки и заполненного той же жидкостью, дополнительный объем изолирован от заполненной воздухом полости между корпусом и катушкой эластичной воздухонепроницаемой оболочкой. К недостаткам данного устройства, препятствующим решению технической проблемы и достижению технического результата - повышения надежности и точности измерений, относятся появление парогазовых пузырьков в рабочем канале при колебаниях температуры окружающей среды в случае полного завинчивания винта в пробку, закрывающую рабочий канал, вследствие воздействия вибрации при транспортировке устройства и ударов при погрузочно-разгрузочных работах. При этом головка винта перекрывает канал, соединяющий дополнительный объем и рабочий канал катушки. Также наблюдаются случаи вывинчивания винта из пробки, из-за чего нарушается принцип движения сейсмомассы в демпфирующей жидкости в связи с эластичностью оболочки и, как следствие, завышение максимального значения скорости, зарегистрированной устройством. Вероятность таких случаев предопределена необходимостью неплотного завинчивания винта в пробку для соединения жидкости в рабочем канале и дополнительном объеме.
Для решения технической проблемы исключения появления парогазовых пузырьков в жидкости, заполняющей рабочий канал измерителя скорости, и достижения технического результата - повышение надежности и точности измерений предлагается предполагаемое изобретение - жидкостной измеритель скорости. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом измерителе скорости, состоящем из корпуса, индуктивной двухсекционной катушки с обмотками, цилиндрической сейсмомассы, размещенной в рабочем канале катушки с демпфирующей жидкостью, дополнительного объема той же жидкости, заключенного в эластичную воздухонепроницаемую оболочку, закрепляемую на пробке, и соединенного посредством капилляра, образованного резьбовыми поверхностями пробки и винта, с рабочим каналом катушки, на головке винта, ввинченного в пробку с закрепленным на ней дополнительным объемом жидкости, с двух противоположных сторон выполнены лыски глубиной до внутреннего диаметра резьбы для обеспечения доступа жидкости к капилляру и ее перетекания из рабочего канала катушки в дополнительный объем и наоборот при изменении температуры окружающей среды, при этом основание пробки выполнено с конусообразной выемкой для беспрепятственного выхода воздуха и исключения возможного присутствия на нем микрообъемов воздуха, являющимися центрами зарождения парогазовых пузырьков, при и после заполнения дополнительного объема жидкостью.
Существо предлагаемого технического решения поясняется рисунком, фиг. 1, на котором показан общий вид жидкостного измерителя скорости.
Измеритель содержит металлический корпус 1, в котором размещена индуктивная двухсекционная катушка 2 с обмотками 3. В рабочем канале катушки 4, заполненным демпфирующей жидкостью 5, например, полиметилсилоксановой, располагается цилиндрическая сейсмомасса 6 из ферромагнитного материала. Для подвеса сейсмомассы симметрично относительно середин обмоток служит цилиндрическая пружина 7. Рабочий канал катушки закрывается пробкой 8, основание которой сделано с конусообразной выемкой, и до упора завинченным в пробку винтом 9, на головке которого выполнены лыски 10. На пробке закреплена эластичная водонепроницаемая оболочка 11 с дополнительным объемом той же жидкости 12, которая сообщается через капилляр 13 с рабочим каналом. Корпус измерителя закрывается нижней 14 и верхней 15 крышками. Через сальник из верхней крышки выведен измерительный кабель 16.
Данная конструкция измерителя существенно уменьшает вероятность появления парогазовых пузырьков в рабочем канале катушки при многократных колебаниях температуры окружающей среды и воздействии вибрации при транспортировке устройства и ударов при погрузочно-разгрузочных работах.
Жидкостной измеритель скорости работает следующим образом.
Измерители скорости устанавливаются в грунте с использованием измерительных скважин. Сцепление с грунтом (стенками скважин) осуществляется с помощью грунтоцементного раствора. На объектах или элементах их конструкций измерители закрепляются с использованием закладных деталей. При взрывном воздействии грунт и объекты приходят в движение, а вместе с ними и измерители, при этом происходит перемещение сейсмомассы относительно корпуса и обмоток, вызывая изменение их индуктивностей, причем это перемещение, ввиду движения сейсмомассы в демпфирующей жидкости, пропорционально скорости движения грунта или объекта. Изменение индуктивностей обмоток аппаратурным путем преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный скорости, который записывается регистрирующим устройством.
Проведенные на сейсмическом стенде испытания прототипа и жидкостного измерителя скорости после многократных перепадов температуры и длительных вибровоздействий при параметрах вибрации, соответствующих транспортировке: на автомобиле - ускорение 1-3 g при частоте от 2 до 40 Гц с амплитудой от 0,08 до 0,18 м и по железной дороге - ускорение ±(1,5-2) g при частоте (2-100) Гц с амплитудой 0,025 м (Карпушин В.Б. Вибрации и удары в виброаппаратуре. - М.: Советское радио, 1971. 344 с.), полностью подтвердили успешность решения технической проблемы исключения появления парогазовых пузырьков в рабочем канале катушки и достижения технического результата повышения надежности и точности измерений за счет исключения влияния парогазового пузырька на характер движения сейсмомассы, фиг. 2.
На рисунке, фиг. 2, представлены эпюры скорости, зарегистрированные при испытаниях на сейсмическом стенде прототипа и жидкостного измерителя скорости, где 1 - эпюра изменения во времени скорости, записанная образцовым датчиком сейсмического стенда (точки); 2 - эпюра скорости, зарегистрированная жидкостным измерителем скорости (сплошная линия); 3 - эпюра скорости, зафиксированная прототипом при вывинченном винте из пробки; 4 - эпюра скорости, зарегистрированная прототипом, при наличии в рабочем канале парогазового пузырька диаметром 5 мм; u - скорость; t - время.