Гидростатические измерители уровня.

Метод измерения положения уровня моря путем регистрации изменений гидростатического давления.Измерение колебаний гидростатического давления чаще всего базируется на использовании упругой деформации (перемещения) чувствительного элемента под действием приложенной разности давлений, т.е. мерой приложенного давления является линейно связанная с ним деформация. Упругим элементом в датчиках давления являются мембраны (плоские или гофрированные), сильфоны и трубчатые пружины. В свою очередь размер деформации измеряется с помощью механических, электрических, магнитных, оптических и других систем, а по использованному методу преобразователи классифицируются на резистивные, индуктивные, емкостные, резонансные и пьезоэлектрические. Рассмотрим коротко упругие элементы и методы преобразования информации.

Упругая мембрана является универсальным датчиком давления. Варьируя ее толщину и диаметр, а также применяя соответствующие материалы, удается использовать датчики этого типа для очень широкого диапазона измеряемых давлений. Для получения одинаковых температурных коэффициентов расширения желательно изготовлять мембранные преобразователи и корпуса этих преобразователей из одного и того же материала, что обеспечивает в определенной степени репрезентативность измерений.

Собственная частота мембраны определяет верхний частотный диапазон применения прибора. Высокие частоты можно получить путем увеличения толщины и уменьшения диаметра мембраны, что, правда, связано с уменьшением чувствительности. Практически идеальная линейность зависимости максимального прогиба мембраны от давления обеспечивается, если размер прогиба не превышает 0,3 ее толщины.

Максимально допустимое смещение в центре мембраны можно увеличить за счет более эффективного распределения деформации по диаметру мембраны, что обеспечивает гофрированная мембрана или мембранная коробка. Перемещение центра гофрированной мембраны может достигать 4 % радиуса. Профили гофров могут быть синусоидальными, пилообразными, трапециевидными. Преимущественное влияние на характеристику оказывает глубина гофрирования и число гофров при заданном диаметре мембраны. Гофрированные мембраны могут соединяться в коробке при пропорциональном возрастании перемещения центра. Мембранные анеройдные коробки обеспечивают большее перемещение по сравнению с максимально возможным для одиночной мембраны, но наряду с высокой чувствительностью они обладают существенной нелинейностью. Их целесообразно применять в устройствах для измерения малой изменчивости давлений, например при использовании волновых пульсаций давления.

Самым распространенным датчиком с упругим чувствительным элементом, особенно при зондировании и исследованиях колебаний уровня, являются сильфонные преобразователи, обладающие малой жесткостью и позволяющие получать большие линейные перемещения центра.

В качестве преобразователей распространены также трубчатые пружины., так называемые трубки Бурдона, представляющие собой трубки эллиптического или овального сечения, согнутые по дуге окружности с центральным углом 180-270°. Один конец пружины неподвижен, другой связан с механической регистрирующей системой.

Таким образом, мерой значения давления при использовании мембранных преобразователей является упругая деформация, или максимальный прогиб.

Методы регистрации размера прогиба мембраны: с помощью реостатных преобразователей, резистивных преобразователей, индуктивных преобразователей, резонансных преобразователей, пьезоэлектрических датчиков, туннельных диодов.

Автономный малогабаритный береговой мареограф ГМ-28 (рис. 5.8) используется в защищенных от сильного волнения портовых акваториях и бухтах на глубинах не более 10 м в малую воду. ГМ-28 — герметизированный самописец колебаний гидростатического давления, чувствительным элементом которого является подпружиненный сильфон (10), укрепленный на основании прибора. Перемещения нижнего конца сильфона, вызванные колебаниями уровня, с помощью штока (4) через рычажную систему (6 и 7) приводят в движение стрелку с пером самописца. Одно из плеч рычажной системы (7), выполненное в виде полукруглой биметаллической пластины, одновременно является компенсатором температуры. Изменяя активную длину пластины, можно регулировать термокомпеноатор. Верхняя часть штока (4) заострена и свободно упирается в приемную пластину (5) рычажной системы, что позволяет, изменяя длину штока, программировать глубину постановки. Средняя часть штока снабжена резьбой, и его длину можно изменять с помощью гайки (2), закрепленной на втулке (°) с нанесенными миллиметровыми делениями (от 0 до 10). Вся система крепится к стойке (3), в верхней части которой расположена направляющая для штока втулка (8). Изменение длины штока производится непосредственно перед постановкой прибора. Самописец герметизируется крышкой-кожухом, которая крепится к основанию шестью откидными болтами.

Получаемая информация записывается на диаграммной ленте, закрепленной на барабане (/), приводимом в движение часовым механизмом (суточным или недельным). Сильфон закрывается защитным кожухом, в нижнюю часть которого ввинчивается пробка с отверстием, служащим своеобразным фильтром высокочастотной составляющей волновых колебаний. Диаметр отверстия определяется степенью волнения моря и может быть 0,5; 1 или 2 мм.

Мареограф выпускается в трех модификациях: ГМ-28-1 с диапазоном измерений колебаний уровня 8 м; ГМ-28-П — 6 м; ГМ-28-Ш — 12 м. Погрешность измерения уровня составляет ±2 % от максимального диапазона измерений.

Мареограф прибрежный МП-1, разработанный в ТОЙ РАН, предназначен для измерений колебаний уровня на глубинах до 100 м с автономностью работы 45 сут при дискретности 15 мин и 90 сут. при дискретности 30 мин. Прибор устанавливается на якоре и тросом подсоединяется к плавающему на поверхности бую. Принцип работы МП-1 основан на измерении гидростатического давления с помощью специально модернизированного вибротрона типа ПДВ-10А, который обладает высокой разрешающей способностью и в котором увеличена добротность струнной колебательной системы. Одновременно с измерением гидростатического давления фиксируется температура корпуса ПДВ-10А с точностью 0,01 С. Для уменьшения погрешностей, возникающих за счет воздействия течений, поверхностных и внутренних волн, время одного измерения давления составляет около 8 мин. Чувствительность датчика давления 0,5 см.

Корпус МП-1 — алюминиевый цилиндр, в котором размещены аккумуляторные батареи и электронный блок. На крышке корпуса крепятся датчики, внешний разъем и рым-болт. В состав мареографа входят: датчик давления; кварцевый датчик температуры; коммутатор, подключающий выходные сигналы датчиков на вход преобразователя «частота—код», формирующего 16-разрядный двоичный код, который записывается в твердотельное буферное запоминающее устройство с привязкой к временным меткам.

Перед началом работы внешний разъем подключается к блоку обслуживания, проверяется работоспособность прибора решением контрольной задачи, устанавливаются текущее время и дата, режим работы. По завершении измерений мареограф поднимают на борт судна и через внешний разъем с помощью специального прибора всю информацию из буферного запоминающего устройства переписывают на магнитную ленту и подают на компьютер и графопостроитель. Через разъем осуществляется также подзарядка аккумуляторов.

В ААНИИ разработан глубоководный мареограф «Геликс» на базе прибора АЦИТ, предназначенный для работы на глубинах до 1000 м, с чувствительностью 0,5 см. Датчиком гидростатического давления в приборе является манометрическая многовитковая (геликоидальная) пружина с индуктивным преобразователем и управляемой муфтой сцепления манометрической пружины с преобразователем. Подобная муфта позволяет повысить чувствительность датчика за счет исключения постоянной составляющей гидростатического давления. Недостатком системы данного типа являются наличие долгопериодного дрейфа градуировочной характеристики, малая устойчивость к вибрациям, сложность обслуживания и низкая экономичность энергопитания.

Для измерения уровня моря на глубинах до 1000 м в ААНИИ был разработан мареограф «Цунами» с записью получаемой информации во внутреннюю полупроводниковую память и с передачей ее по гидроакустическому каналу связи на поверхностный буй. Прибор позволяет производить измерения колебаний уровня в диапазоне +3 м с погрешностью +4 см и температуры окружающей среды для введения температурной поправки в показания датчика давления. Дискретность измерений составляет I, 10, 30 или 60 мин с автономностью работы 1 год. Емкость внутренней памяти мареографа составляет 6144 цикла измерений. Общая масса прибора не превышает 30 кг.

Стальной корпус мареографа представляет собой цилиндр с наружным диаметром 0,17 м и высотой 0,65 м. На его верхней крышке помещены датчики гидростатического давления и температуры, а также пьезоизлучатель гидроакустических сигналов. Датчик давления — вибростержневой вакуумированный преобразователь частотного типа ПДВ-100Б в пассивном пенопластовом термостате с основной погрешностью измерения 0,15 % от верхнего предела измерения. Датчик температуры — полупроводниковый терморезистор типа ММТ-4Е-22, включенный в цепь положительной обратной связи автогенератора на операционном усилителе с мостом Вина, обеспечивает измерение с разрешающей способностью ±0,02 "С и возможностью внесения поправок в показания канала давления. Внутри корпуса размещены: электронная схема, блок магнитной памяти и блок питания (12 батарей типа 165У с общим напряжением 18 В).

Мареограф SIS-13 фирмы «Сьюбер» (Франция) рассчитан для работы на глубинах до 3000 м. В качестве датчика гидростатического давления используется кварцевый резонатор, обеспечивающий погрешность измерения уровня не менее +2 см.

Мареограф WLR5 фирмы «Ондеро инструментс» (Норвегия) рассчитан для работы на глубинах до 600 м и позволяет проводить измерения колебаний уровня и температуры воды. В качестве датчика гидростатического давления используется кварцевый резонатор с погрешностью не хуже ±0,6 см В качестве датчика температуры используется термистор с погрешностью ±0,04 'С. Получаемая информация откладывается в магнитную память 10-разрядным кодом. Кроме того, приборы данной фирмы снабжаются гидроакустическим каналом связи с дальностью 800 м на частоте (16 384+5) Гц. В качестве материала для изготовления корпусов приборов используется алюминиевый сплав 6061/Т6, стойкий к морской воде. Вес WLR5 на воздухе — 46 кг.,В новой модификации WLR7 дополнительно установлен канал измерения электропроводимости, а дальность гидроакустического канала связи доведена до 2 км.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: