Комплект для установки в жидкости на заданной глубине измерительных датчиков, не допускающих полного погружения.
KIT FOR INSTALLATION OF MEASURING SENSORS AT A GIVEN DEPTH OF LIQUID THAT DO NOT ALLOW COMPLETE IMMERSION

Область техники
Изобретение относится к средствам измерения и предназначено для измерения физических значений свойств жидкостей на заданной глубине.
При проведении измерений в жидкой среде часто возникают ситуации, когда необходим контакт чувствительного элемента со средой в толще жидкости на заданной глубине, а конструкция датчика не позволяет погружать его полностью в жидкость. Это справедливо, например, для стеклянных электродов измерителя водородного показателя (PH), где из электрода под действием силы тяжести должен истекать рабочий раствор в процессе измерения.
Уровень техники
Известно устройство для измерения уровня воды в водоёмах (патент RU № 2627569, G01F 23/68, G01F 23/28, G01F 23/292). Устройство содержит вертикально расположенную трубу, в нижней части которой размещена насадка с отверстием по оси для подвода воды в полость трубы. Внутри трубы размещен свободно плавающий в воде поплавок, который выполнен в виде полого или сплошного диска, перекрывающего сечение трубы по внутреннему его контуру с зазором. Поплавок выполнен из легкого влагоотталкивающего материала, например, пластика. В верхней части трубы помещен измерительный прибор, в качестве которого можно использовать оптический или иной измеритель расстояния, зондирующий луч которого направлен преимущественно на центральную часть, плавающего в воде диска. Отверстие в насадке размещено соосно главной оси трубы и составляет, преимущественно, 10-20 мм в диаметре. Труба в верхней части содержит кожух, защищающий измерительный прибор от метеоосадков и солнечного излучения, а также выпускное отверстие, связывающее полость трубы с внешней воздушной средой водоема.
Недостатки: устройство не обеспечивает возможность использования измерительных устройств, для которых необходим контакт чувствительного элемента со средой в толще жидкости на заданной глубине, но конструкция которых не позволяет погружать их полностью.
Известно устройство измерения вертикального профиля плотности морской воды (патент RU, 2631017, G01 N9/26). Измеритель вертикального профиля плотности морской воды содержит вертикальную трубку с открытым нижним отверстием и доступным верхним отверстием, датчик разностного давления внутри трубки и атмосферы, управляемый компрессор воздуха, первый распределенный термопрофилемер, размещенный внутри вдоль трубки, второй распределенный термопрофилемер, размещенный вне вдоль трубки, блок электроники и процессор. Блок электроники служит для преобразования в цифру сигналов с выходов датчика давления и термопрофилемеров и для обеспечения электропитания компрессора. Процессор служит для первичной обработки измерений, вычисления плотности и управления компрессором. К верхнему отверстию трубки подключены компрессор и датчик давления. Вход управления компрессора, выход датчика давления, входы-выходы термопрофилемеров поданы на блок электроники, выход которого подан на процессор.
Недостатки: невозможно использование измерительных устройств, для которых необходим контакт чувствительного элемента со средой в толще жидкости на заданной глубине, но конструкция которых не позволяет погружать их полностью.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является расширение арсенала устройств измерения параметров жидкостей на заданной глубине посредством использования датчиков, не допускающих полное погружение.
Для решения этой проблемы служит комплект для установки измерительных датчиков в жидкости на заданной глубине, которое содержит корпус, измерительный датчик и управляемое устройство для закачки внутрь корпуса воздуха под давлением.
В отличие от известного устройства, корпус в верхней части закрыт герметичной крышкой. В верхней части корпуса имеется патрубок с клапаном, который подсоединен к управляемому устройству для закачки в корпус воздуха под давлением. Также в верхней части корпуса расположено устройство (сальник, муфта) для герметичного подключения сигнальных кабелей, подключающихся к датчикам. Внутри корпуса, в нижней его части, установлен подвижный поплавок, конструкция которого предусматривает возможность крепления к нему датчиков, в том числе не допускающих полного погружения в среду, в которой плавает поплавок. Нижняя часть корпуса имеет перфорацию для стравливания нагнетаемого через клапан воздуха, что предотвращает выталкивание поплавка из корпуса и ограничивает нижний предел уровня жидкости.
Изобретение иллюстрируется рисунком, на котором представлен комплект для установки измерительных датчиков в жидкой среде на заданной глубине.
Комплект содержит корпус, который представляет из себя полый цилиндр (трубу) 1, герметично закрытый с верхнего конца крышкой 2, внутри нижней части трубы находится подвижный поплавок 3, к которому крепятся датчики 4, требующие контакта с жидкостью, в том числе не допускающие полного погружения. В нижней части корпуса 1 имеется перфорация 5 для стравливания лишнего воздуха из корпуса и облегчения циркуляции исследуемой жидкости. Для закачки воздуха под давлением в верхней части корпуса установлен патрубок с клапаном 6, к которому подсоединяется внешний компрессор. Также в верхней части корпуса расположен сальник (муфта) 7 для герметизации сигнальных проводов для подключения датчиков к внешнему измерительному устройству.
Комплект используется следующим образом.
Цилиндр 1 вместе с поплавком 3 частично погружают в исследуемую жидкость. Датчики 4, закрепленные на поплавке 3, и подключенные ко внешнему измерительному блоку через сальник 7, таким образом, контактируют с исследуемой жидкостью. Закрывают герметично крышку 2 и включают внешний компрессор.  Жидкость выталкивается из цилиндра 1 вниз давлением воздуха, нагнетаемого внешним компрессором через патрубок с клапаном 6. При опускании поплавка 3 до необходимого уровня внешний компрессор выключают, и подачу воздуха прекращают. Клапан в патрубке 6 обеспечивает поддержание давления воздуха, необходимого для удержания поплавка 3 в нужном положении. Перфорация 5 в нижней части цилиндра 1 служит дополнительным защитным клапаном, через который, в случае слишком глубокого погружения поплавка 3, стравливается лишний воздух из цилиндра 1, что не позволяет воздуху вытолкнуть поплавок 2 из корпуса. Также перфорация 5 облегчает попадание жидкости к датчикам 4. При поднятии поплавка 3 выше необходимого уровня включают внешний компрессор и возобновляют подачу сжатого воздуха через патрубок с клапаном 6. Таким образом регулируют необходимый рабочий уровень жидкости в цилиндре, и датчик входит в контакт со средой на необходимой глубине. Контроль положения поплавка 3 в корпусе 1 проводят либо визуально (например, при использовании прозрачной крышки и цветных меток внутри корпуса), либо косвенно по наличию/отсутствию выделяющихся на поверхности жидкости пузырей воздуха, стравливаемого через перфорацию 5 (при этом положение устройства выбирают так, чтобы верхние отверстия перфорации находились на той глубине, на которую требуется установить датчики), либо другим удобным способом.
Таким образом, установка датчиков, не предназначенных для использования на глубине, предоставляет возможность некоторых измерений, недоступных ранее, например, измерение водородного показателя (PH) на глубине прецизионными датчиками, не допускающими полное погружение.