зонд
Классы МПК: | G01R1/06 провода к измерительным приборам; измерительные зонды G01R19/145 с индикацией наличия тока или напряжения G01R19/155 с индикацией наличия напряжения |
Автор(ы): | Билан Ю.И., Капранов С.Б., Соколов В.Л., Салищев С.А. |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью Центр вихретокового контроля "Политест" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-17 публикация патента:
27.11.2001 |
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения различных измерений. Зонд состоит из помещенных в полости корпуса проводников в изоляционных оболочках и измерительного наконечника. Корпус имеет вид пружины. Соседние витки в свободном состоянии зонда контактируют друг с другом. Между корпусом и измерительным наконечником установлен переходник, на котором укреплен первый конец корпуса. Второй конец корпуса может быть установлен на втулке. Переходник и втулка имеют продольные осевые отверстия. Диаметр проволоки пружины и длину проводника определяют по соотношению с учетом продольного осевого усилия, усилия первоначального сжатия пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств. Размеры корпуса также выбирают по соотношению, учитывающему количество проводников и физические свойства материалов зонда. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Зонд, содержащий по меньшей мере один проводник в изоляционной оболочке, соединенный с измерительным наконечником, отличающийся тем, что проводник в изоляционной оболочке помещен в полости корпуса в виде пружины, выполненной из круглой проволоки и имеющей первоначальное сжатие витков, у которой соседние витки при отсутствии продольного осевого усилия установлены с касанием друг к другу, между корпусом и измерительным наконечником установлен переходник, первый конец корпуса укреплен в спиральной проточке, выполненной на наружной поверхности переходника, в переходнике выполнено продольное осевое отверстие для прохода проводника в изоляционной оболочке, диаметр проволоки пружины и длина проводника в изоляционной оболочке выбраны с учетом продольного осевого усилия, приложенного к зонду, усилия первоначального сжатия витков пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств согласно соотношениямd>[5,2D(F-f)/В]1/3,
Ln[d+20/8D3n(F-f)/(Ed4)],
где d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
F - продольное осевое усилие, приложенное к зонду, Н;
f - усилие первоначального сжатия витков, Н;
В - предел прочности проволоки пружины, Па;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса;
Е - модуль упругости проволоки пружины, Па,
а при значении отношения длины сжатой пружины к среднему диаметру ее витков меньшем 100 конструкция зонда на данном участке корпуса отвечает соотношению
где n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса, м;
d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
- плотность материала пружины, кг/м3;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
к - индекс, соответствующий количеству проводников;
1 - плотность материала проводника, кг/м3;
d1 - диаметр проводника, м;
2 - плотность материала изоляционной оболочки, кг/м3;
D2 - наружный диаметр изоляционной оболочки, м;
d2 - внутренний диаметр изоляционной оболочки, м;
в - предел прочности проволоки пружины, Па. 2. Зонд по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен втулкой с продольным осевым отверстием, через которое пропущен проводник в изоляционной оболочке, причем крайние витки пружины, расположенные на втором конце корпуса, установлены в спиральных проточках, выполненных на наружной поверхности втулки.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения электрических, температурных, магнитных и т.п. измерений в протяженном изогнутом канале, например в теплообменной трубке парогенератора атомной станции. Известен зонд, который состоит из корпуса, образованного последовательно соединенными втулками, троса, натянутого внутри корпуса, проводника с измерительным наконечником, укрепленного на наружной поверхности корпуса, и вставок, укрепленных между смежными втулками [1]. Недостаток данного устройства состоит в том, что измерительный наконечник нельзя ввести на заданную длину в полость исследуемого канала с несколькими изгибами и относительно малым проходным сечением, так как конфигурация корпуса фиксирована и не может подвергаться изменению в процессе ввода в канал. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является зонд, содержащий гибкий проводник в изоляционной оболочке, соединенный с вихретоковым преобразователем, расположенным внутри оправки [2]. Недостатком известного устройства является то, что приложенное к гибкому проводнику усилие не позволяет ввести вихретоковый преобразователь на относительно большое расстояние вдоль полости протяженного канала с несколькими изгибами и затесненным проходным сечением. Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно расширение функциональных возможностей зонда. Для решения этой задачи в устройстве, содержащем по меньшей мере один проводник в изоляционной оболочке, соединенный с измерительным наконечником, предлагается:- проводник в изоляционной оболочке поместить в полости корпуса;
- корпус выполнить из проволоки в виде пружины, имеющей первоначальное сжатие витков;
- обеспечить касание соседних витков пружины друг с другом при отсутствии продольного осевого усилия на зонд;
- между корпусом и измерительным наконечником установить переходник;
- первый конец корпуса укрепить в спиральной проточке, выполненной на наружной поверхности переходника;
- в переходнике предусмотреть продольное осевое отверстие;
- диаметр проволоки пружины и длину проводника в изоляционной оболочке выбрать с учетом продольного осевого усилия, приложенного к зонду, усилия первоначального сжатия витков пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств;
- конструкцию зонда на относительной длине корпуса, меньшей 100, выбрать согласно соотношению, связывающему конструктивные характеристики корпуса и проводника в изоляционной оболочке с их числом и физическими свойствами. - зонд дополнительно снабдить втулкой с продольным осевым отверстием;
- крайние витки пружины, расположенные на втором конце корпуса, установить в спиральной проточке, выполненной на наружной поверхности втулки. В результате достигается требуемый результат. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено продольное осевое сечение и общий вид зонда, а на фиг. 2-4 - его поперечные сечения, проходящие соответственно через втулку, корпус и переходник. Зонд содержит по меньшей мере один проводник 1 в изоляционной оболочке 2, соединенный с измерительным наконечником 3. Проводник 1 в изоляционной оболочке 2 помещен в полости 4 корпуса 5. Корпус 5 имеет вид пружины, выполненной из круглой проволоки 6. Пружина имеет первоначальное сжатие витков. При этом соседние витки пружины при отсутствии продольного осевого усилия на зонд установлены с касанием друг к другу. Между корпусом 5 и измерительным наконечником 3 установлен переходник 7. Первый конец корпуса 5 укреплен в спиральной проточке 8, выполненной на наружной поверхности переходника 7. Переходник 7 имеет продольное осевое отверстие 9 для прохода проводника 1 в изоляционной оболочке 2. Диаметр проволоки 6 пружины и длина проводника 1 в изоляционной оболочке 2 выбраны с учетом продольного осевого усилия, приложенного к зонду, усилия первоначального сжатия витков пружины, ее конструктивных характеристик и механических свойств согласно соотношениям
d > [5,2 D (F - f)/ B ]1/3, (1)
L n[d+20,8D3n(F-f)/(Ed4)], (2)
где d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
F - продольное осевое усилие, приложенное к зонду, H;
f - усилие первоначального сжатия витков, H;
B - предел прочности проволоки пружины, Па;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса;
E - модуль упругости проволоки пружины, Па. Представленные соотношения исключают разрыв корпуса и проводников в изоляционной оболочке при наличии продольной осевой нагрузки на зонд, возникающей при выводе зонда из исследуемого канала. При значении отношения длины сжатой пружины к среднему диаметру ее витков, меньшем 100, конструкция зонда на данном участке корпуса 5 отвечает соотношению
где n - число витков пружины на рассматриваемой длине корпуса, м;
d - диаметр проволоки пружины, м;
D - средний диаметр витков пружины, м;
- плотность материала пружины, кг/м3;
L - длина проводника в изоляционной оболочке, соответствующая рассматриваемой длине корпуса, м;
к - индекс, соответствующий количеству проводников;
1 - плотность материала проводника, кг/м3;
d1 - диаметр проводника, м;
2 - плотность материала изоляционной оболочки, кг/м3;
D2 - наружный диаметр изоляционной оболочки, м;
d2 - внутренний диаметр изоляционной оболочки, м;
B - предел прочности проволоки пружины, Па. Это соотношение позволяет обеспечить оптимальное сочетание жесткости и гибкости корпуса 5 зонда, необходимого для ввода зонда в полость исследуемого канала и вывода его из него. Одна из конструкций зонда дополнительно снабжена втулкой 10 с продольным осевым отверстием 11, через которое пропущен проводник 1 в изоляционной оболочке 2. Причем крайние витки пружины, расположенные на втором конце корпуса 5, установлены в спиральных проточках 12, выполненных на наружной поверхности втулки 10. Зонд работает следующим образом. Для проведения исследований измерительный наконечник 3 постепенно вводят в исследуемый канал на требуемое расстояние за счет продольного осевого усилия на корпус 5 зонда. При этом пружина, из которой изготовлен корпус 5, находится в сжатом состоянии и принимает конфигурацию той части исследуемого канала, в которой она расположена. Затем зонд выводят из канала. При этом в результате трения о внутреннюю поверхность исследуемого канала пружина подвергается растяжению. Изготовление зонда в соответствии с учетом рассмотренных ранее соотношений исключает поломку зонда и позволяет проводить с его помощью многократные измерения в протяженных изогнутых каналах с относительно малым проходным сечением. Пример конкретного выполнения зонда
Для исследования парогенератора атомной станции изготовлен зонд, в котором в качестве измерительного наконечника 3 использован вихретоковый датчик. К вихретоковому датчику подсоединено два проводника 1 в изоляционной оболочке 2, наружный диаметр которой составляет 1,5 мм. Корпус 5 выполнен в виде сжатой стальной пружины с размерами 8,2х1,6 мм. При этом усилие первоначального сжатия витков пружины (f) не менее 35 Н. Конструкция зонда отвечает соотношению (3). При продольном осевом усилии на зонд F=100 H длина проводников 1 в изоляционной оболочке 2 в 1,20 раза превышают длину сжатой части корпуса, в пределах которой они установлены. Зонд позволяет обеспечить исследование поверхностей теплообменных трубок парогенератора атомной станции, имеющих длину до 17 м, внутренний диаметр 0,013 м и до 7 изгибов по длине. Создан промышленный образец зонда и показана его работоспособность. Источники информации
1. А.с. СССР N 1174863, 28.08.85 г. Открытия. Изобретения. БИ 31. 2. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. / Под общей редакцией В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. С. 301-302.
Класс G01R1/06 провода к измерительным приборам; измерительные зонды
зонд (варианты) - патент 2195679 (27.12.2002) | |
зонд - патент 2195678 (27.12.2002) | |
зонд - патент 2166763 (10.05.2001) | |
устройство для электрических измерений - патент 2024876 (15.12.1994) | |
зондовое устройство для измерения параметров плазмы - патент 2008761 (28.02.1994) |
Класс G01R19/145 с индикацией наличия тока или напряжения
Класс G01R19/155 с индикацией наличия напряжения