ДАТЧИК ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

Решение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении динамической составляющей давления жидкостей или газов, в частности, для регистрации изменений гидростатического давления при прогнозировании цунами.
Известен датчик разности давлений по авт. свид. СССР №617695 G 01 L 9/12, 1976 г., содержащий корпус, две мембраны, связанные общим жестким центром, и емкостный преобразователь перемещения в электрический сигнал с подвижным электродом, выполненным в виде связанного с жестким центром диска, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем корпус, мембраны, жесткий центр и диск выполнены за одно целое из единой заготовки, а корпус снабжен шпильками жесткости, ввернутыми в резьбовые отверстия корпуса и диска, перпендикулярно к плоскостям мембран, причем в зоне диска шпильки имеют проточки с диаметром, меньшим внутреннего диаметра резьбы, а неподвижный электрод емкостного преобразователя расположен против периферийной части диска.
Недостатком этого датчика является невозможность получения высокой чувствительности к малым изменениям одного из давлений при большом перепаде статических составляющих сравниваемых давлений. Этот датчик непригоден при работе на большой глубине, поскольку в этом случае его рабочий диапазон должен быть не менее величины гидростатического давления в месте постановки, в результате чего чувствительность к малым изменениям давления оказывается слишком низкой.
В качестве прототипа принят датчик разности давлений (пат. РФ №2010198, G 01 L 9/12, опуб. 1991, 02.19), содержащий корпус с приемными штуцерами, размещенную в корпусе мембрану со штоком, связанным с тонкостенной разделительной втулкой, консольно закрепленной в корпусе, емкостный дифференциальный преобразователь с подвижным и неподвижным электродами. Хотя это решение направлено на повышение чувствительности при измерении малых разностей давлений, оно неприменимо для регистрации малых изменений давления на большой глубине, в частности, при прогнозировании цунами.
Решаемая задача - расширение функциональных возможностей датчика.
Технический результат - многократное повышение чувствительности к малым изменениям давления за счет разгрузки дифференциального датчика с узким рабочим диапазоном от статической составляющей давления.
Этот технический результат достигается тем, что в датчике для регистрации изменений гидростатического давления, состоящем из корпуса со штуцерами на его торцах, в котором расположен дифференциальный датчик давления, один из входов датчика выведен в окружающую среду, другой - в полость корпуса, соединенную с упругой сжимаемой газонаполненной оболочкой через двунаправленный клапан с фиксированной величиной отпирающей разности давлений.
Решение обеспечивает возможность регистрации малых изменений больших величин давления, например, при прохождении волны цунами, дополнительное гидростатическое давление от которой практически не зависит от глубины, в отличие от поверхностных волн, давление от которых падает на глубине.
Предлагаемый датчик приведен на чертеже.
Датчик для регистрации изменений гидростатического давления состоит из корпуса 1 со штуцерами на его торцах, в котором установлен дифференциальный датчик давления 2, - преобразующий разность давлений в электрический сигнал. Датчик 2 представляет собой стандартное устройство, (например, МРХ2102 DP производства Freescale Semiconductor Inc). Один из входов 3 датчика 2 выведен в окружающую среду, а другой 4 - во внутреннюю полость корпуса 1. Внутри корпуса 1 на одном его торце расположен двунаправленный клапан 5 с фиксированной величиной отпирающего перепада давлений, приблизительно равной половине рабочего диапазона датчика - 2, связывающий внутреннюю полость корпуса 1 с полостью упругой сжимаемой газонаполненной оболочки 6. Клапан 5 может быть выполнен в виде двух встречно направленных подпружиненных шариковых клапанов, открывающихся при превышении перепадом давлений порога срабатывания. Оболочка 6 герметично закреплена на штуцере 7. Через штуцер 8 с противоположного торца корпуса 1 выведен кабель 9 для передачи сигнала датчика на радиобуй на поверхность.
Датчик работает следующим образом.
Датчик опускают на дно с поверхности. При этом возрастающее гидростатическое давление деформирует упругую оболочку 6, повышая давление газа внутри нее. Когда перепад между этим давлением и давлением внутри корпуса 1 достигает порога открывания клапана 5, тот открывается, выравнивая эти два давления. Процесс повторяется до тех пор, пока датчик не достигнет дна. Остаточная разность давлений всегда меньше
порогового значения и, таким образом, всегда находится в пределах рабочего диапазона датчика.
Электрический сигнал с выхода датчика 2 в отсутствии изменений давления на дне постоянен, но будет изменяться вместе с изменениями давления, например при прохождении волны цунами, дополнительное гидростатическое давление от которой практически не зависит от глубины и составляет
доп
Р=0,1 Н (бар), где Н - высота волны, м,
в отличие от поверхностных волн, давление от которых падает с глубиной по экспоненциальному закону. Это позволяет надежно регистрировать прохождение волны цунами малой амплитуды без помех, вызываемых высокими поверхностными волнами.
Сигнал датчика по кабелю 9, выведенному через уплотнение в штуцере 8, поступает на передающий радиобуй на поверхности.
Устройство достаточно просто по конструкции и надежно в работе.