Устройство для определения толщины льда

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2495369:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике и льдотехнике. Техническим результатом является расширение функциональной возможности устройства. Технический результат достигается тем, что устройство для определения толщины льда содержит чувствительный элемент, выполненный в виде полой герметичной эластичной цилиндрической оболочки, а также введены микроволновой генератор, полый диэлектрический цилиндр, снабженный металлическим цилиндрическим резонатором, имеющим одной из торцевых стенок тонкую диафрагму и измеритель амплитудно-частотных характеристик, причем полость эластичной герметичной цилиндрической оболочки соединена с первым плечом, полого диэлектрического цилиндра, выход микроволнового генератора подключен ко второму плечу полого диэлектрического цилиндра, третье плечо которого соединено со входом измерителя амплитудно-частотных характеристик, выход которого является выходом устройства. 1 ил.

Изобретение относится к областям измерительной техники и льдотехники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами и рыбоводстве.

Известно двухканальное фазоизмерительное устройство (В.А. Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989, с.57-58) для измерения толщины диэлектрика, в котором контролируемый материал размещен между проводниками открытой двухпроводной линии. Согласно данному устройству разность фаз в измерительном и опорном каналах является функцией толщины материала.

Недостатком этого известного устройства является конструктивная сложность, связанная с созданием двухканальной системы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения толщины льда и устройство для его осуществления (см. Патент РФ №24227360). Согласно этому изобретению в водоем перед льдообразованием устанавливают полую герметичную цилиндрическую эластичную оболочку, заполненную незамерзающей рабочей средой под давлением выше атмосферного. В период льдообразования измеряют давление в полости эластичной оболочки (полость оболочки соединена с манометром) и при изменении давления в полсти оболочки из-за обжатия ее части с помощью тарировочного графика определяют толщину льда.

Недостатком этого известного технического решения следует считать узкую функциональную возможность.

Техническим результатом заявляемого решения является расширение функциональной возможности.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения толщины льда, содержащее в виде чувствительного элемента полую герметичную цилиндрическую эластичную оболочку, введены микроволновой генератор, измеритель амплитудно-частбтных характеристик и полый диэлектрический цилиндр, снабженный металлическим цилиндрическим резонатором, имеющим одной из торцевых стенок тонкую диафрагму, причем полость полой герметичной цилиндрической эластичной оболочки соединена с первым плечом, полого диэлектрического цилиндра, выход микроволнового генератоно подключен ко второму плечу полого диэлектрического цилиндра, третье плечо которого соединено со входом измерителя амплитудно-частотных характеристик, выход которого является выходом устройства.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при льдообразовании в водоеме, изменение давления в полости эластичной оболочки воспринимается тонкой диафрагмией металлического цилиндрического резонатора и по измерению резонансной частоты этого резонатора определяют толщину льда.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения толщины льда на основе измерения резонансной частоты металлического цилиндрического резонатора, помещенного в полый диэлектрический цилиндр с желаемым техническим результатом, т.е. расширением функциональной возможности.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит микроволновой генератор 1, полый диэлектрический цилиндр 2, полую герметичную цилиндрическую эластичную оболочку 3 и измеритель амплитудно-частотных характеристик 4.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии льда в водоеме выходным сигналом микроволнового генератора 1 через второе плечо диэлектрического цилиндра 2 возбуждают электромагнитные колебания в металлическом цилиндрическом резонаторе (в боковых стенках резонатора под вторым и третьим плечами диэлектрического цилиндра для ввода в резонатор и вывода из него электромагнитных колебаний предусмотрены «окна»), имеющем тонкую диафрагму в качестве одной из торцевых стенок и установленном плотно в полом диэлектрическом цилиндре. При этом для воздействия рабочей среды на тонкую диафрагму резонатора, согласно предлагаемому устройству, между торцевой стенкой резонатора, выполненной в виде тонкой диафрагмы и обращенным к этой стенке резонатора, основанием цилиндра, необходимо иметь воздушный зазор (ввод рабочей среды из полости эластичной оболочки в воздушный зазор, производится посредством первого плеча полого диэлектрического цилиндра) т.е. пространство для поступления рабочей среды из эластичной герметичной оболочки 3 (оболочка с рабочей средой под давлением выше атмосферного устанавливается в водоем перед образованием льда). После этого изменением частоты выходного сигнала микроволнового генератора обеспечивают возникновение резонанса в резонаторе. Факт резонанса в этом случае фиксируют измерителем амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) 4 при подаче на его вход выходного сигнала резонатора с помощью третьего плеча диэлектрического цилиндра. В силу этого частота, измеренная с помощью измерителя АЧХ при резонансе, будет соответствовать отсутствию (нулевой толщине) льда в водоеме (величина давления рабочей среды, поступающей из полости эластичной оболочки, при отсутствии льда в водоеме незначительна, и из-за этого нет воздействия на тонкую диафрагму резонатора).

При образовании льда в водоеме давление рабочей среды в полости эластичной оболочки из-за обжатия его части (с увеличением толщины льда область обжатия оболочки увеличивается) льдом увеличивается. После этого рабочая среда с таким давлением поступает на первое плечо полого диэлектрического цилиндра. Далее рабочая среда с повышенным давлением после поступления в воздушный зазор, воздействует на тонкую диафрагму цилиндрического резонатора (деформация диафрагмы), что в свою очередь приводит к изменению геометрических размеров резонатора, т.е. его объему. В результате резонансная частота данного резонатора будет изменяться. В предлагаемом устройстве для нахождения сдвига резонансной частоты из-за образования льда в водоеме необходимо снова найти резонанс путем перестройки частоты микроволною генератора. Частота генератора, при которой наступает резонанс (картина резонанса наблюдается на экране измерителя АЧХ) может быть использована для определения толщины льда в водоеме.

Если обозначить резонансную частоту резонатора при отсутствии льда, т.е. деформации (прогиба во внутрь полости резонатора) диафрагмы f₁ и резонансную частоту резонатора при наличии льда, т.е. деформации диафрагмы f₂, то по разности этих частот можно определить толщину льда. При этом принимая во внимание то обстоятельство, что при деформации диафрагмы объем резонатора уменьшается, частота f₁ всегда будет меньше текущей резонансной частоты, связанной с определенной толщиной льда. Следовательно, если построить тарировочный график зависимости резонансной частоты металлического резонатора от изменения толщины льда d при отсутствии льда (d=0) и максимальном значении льда (d=макс), то изменение частоты от f₁ до f_макс. будет соответствовать изменению толщины льда от 0 до d_макс. Таким образом, в данном устройстве по тарировочному графику, полученному зависимостью резонансной частоты металлического цилиндрического резонатора от толщины льда в водоеме, можно судить об изменении толщины льда.

Ввиду специфики эксплуатации предлагаемого устройства здесь следует отметить следующее. Эластичная оболочка (чувствительный элемент) должна быть изготовлена из морозостойкой армированной резины, высота оболочки должна быть выше ожидаемой толщины слоя льда, оболочка должна быть снабжена поплавком, балластным грузом и запорным клапаном. В качестве рабочей среды может быть использован воздух. Полый диэлектрический цилиндр может быть выполнен из малотеплопроводного материала, например, пенопласта, обеспечивающего изоляцию от колебаний температуры наружного воздуха. В качестве микроволнового генератора может быть применен ГЛПД-2. В качестве источника питания этого генератора может быть использована аккумуляторная батарея.

Использование предлагаемого изобретения позволит производить замеры толщины льда автономно и передать информацию дистанционно на расстояние, что является одним из достоинств данного устройства по сравнению с прототипом. Кроме того, информация о толщине льда в цифровом виде (частота) легко может быть введена в вычислительное устройство.

Итак, в данном техническом решении на основе проведения измерения резонансной частоты металлического цилиндрического резонатора, установленного плотно в диэлектрическом цилиндре с воздушным зазором, можно обеспечить расширение функциональной возможности устройства для определения толщины льда в водоеме.

Устройство для определения толщины льда, содержащее в виде чувствительного элемента полую герметичную цилиндрическую эластичную оболочку, отличающееся тем, что в него введены микроволновой генератор, измеритель амплитудно-частотных характеристик и полый диэлектрический цилиндр, снабженный металлическим цилиндрическим резонатором, имеющим одной из торцевых стенок тонкую диафрагму, причем полость полой герметичной цилиндрической эластичной оболочки соединена с первым плечом, полого диэлектрического цилиндра, выход микроволнового генератора подключен ко второму плечу полого диэлектрического цилиндра, третье плечо которого соединено со входом измерителя амплитудно-частотных характеристик, выход которого является выходом устройства.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано на трубопроводах нефти и газа на химических и нефтехимических предприятиях, тепловых и атомных энергоустановках.

Способ обнаружения неоднородностей листа и устройство для его осуществления // 2483276

Способ и устройство для измерения толщины слоя частично кристаллизованных расплавов // 2480708

Изобретение относится к способу и устройству для измерения толщины слоя частично кристаллизованных расплавов, в особенности на ленточном транспортере, в рамках способа литья полосы.

Анализатор-измеритель состояния слоя воды/льда с примесями на дорожной поверхности // 2464580

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и направлено на мгновенное определение смены фазы воды и снижение влияния фазы воды и наличия примесей в ней на точность измерения толщины.

Вихретоковый толщиномер // 2419763

Изобретение относится к устройствам измерения толщины стенки трубок и может быть использовано как средство неразрушающего контроля при массовом производстве, в частности в процессе производства тепловыделяющих элементов атомных реакторов.

Толщиномер покрытий с электромагнитом // 2419066

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины немагнитных и слабомагнитных покрытий на ферромагнитной основе, а также ферромагнитных покрытий на немагнитной основе.

Измерение толщины стенки, в частности стенки лопатки, при помощи токов фуко // 2418963

Изобретение относится к способу оценки толщины стенки полой детали типа лопатки газотурбинного двигателя, по меньшей мере в одной точке, имеющей определенный радиус кривизны в этой точке, внутри интервала радиусов кривизны и определенных значений толщины, заключающийся в том, что определяют величины импеданса электрической цепи, образованной датчиком токов Фуко, наложенным на стенку, вводят эти величины на вход блока цифровой обработки с нейронной сетью.

Способ непрерывного контроля толщины и сплошности соединения слоев биметалла // 2399870

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в процессе изготовления многослойных изделий. .

Способ и устройство для определения толщины солеотложения // 2387950

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для определения толщины солеотложения в оборудовании химических, нефтехимических предприятий, а также тепловых, геотермальных, атомных энергоустановок.

Устройство для измерения толщины поверхностного токопроводящего слоя // 2381439

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля при измерении толщины токопроводящего слоя электропроводящих материалов, может использоваться, например, в машиностроении для контроля технологических остаточных напряжений поверхностного слоя изделий после механообработки.

Устройство для контроля толщины проводящей пленки изделий электронной техники // 2495370

Изобретение относится к электронной технике. Сущность изобретения: устройство для контроля толщины проводящей пленки изделий электронной техники непосредственно в технологическом процессе ее формирования в вакууме путем измерения электрического сопротивления содержит подложку из диэлектрического или полупроводникового материала, металлические контактные площадки, выполненные на противоположных концах упомянутой подложки с лицевой ее стороны, для обеспечения соединения с измерительным прибором, заданную проводящую пленку. В устройстве каждая металлическая контактная площадка выполнена двуслойной в виде ступенчатой структуры со стороны, противоположной концу упомянутой подложки, при этом первый слой металлической контактной площадки, расположенный непосредственно на упомянутой подложке, выполнен толщиной, превышающей толщину заданной проводящей пленки в 1-2 раза, а второй - толщиной (0,5÷1)×10-6 м, смещение по горизонтали второго слоя ступенчатой структуры относительно первого в сторону соответствующего конца упомянутой подложки определяют из определенного выражения, при этом заданная проводящая пленка выполнена непосредственно на лицевой стороне обеих металлических контактных площадок и свободной части упомянутой подложки между ними, идентичной контролируемой проводящей пленке на рабочих подложках изделий. Технический результат изобретения - повышение точности и соответственно воспроизводимости. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Способ и установка для удаления двойной индикации дефектов при контроле труб по дальнему полю вихревых токов // 2523603

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство обнаружения дальнего поля вихревых токов вводится в цилиндрические трубы и перемещается по ним. Устройство может быть использовано для измерения толщины трубы и содержит излучающую рамку и множество симметрично расположенных приемных устройств по противоположным сторонам излучающей рамки, схему для возбуждения излучающей рамки, схему для приема сигнала от каждого приемного устройства и для обработки указанного сигнала с исключением двойной индикации дефектов. Сигнал является свернутым сигналом, пропорциональным толщине трубы вблизи каждого из приемных устройств. Множество симметрично расположенных приемных устройств представляют собой две пары рамок. Каждая пара расположена по каждую сторону излучающей рамки на расстоянии L1=k1×dz и L2=k2×dz, где k1 и k2 не имеют общего делителя и dz является длиной шага вдоль продольной оси установки. Удаление ложных дефектов из измерений содержит определение линейной комбинации сигналов множества симметрично размещенных приемных рамок. Технический результат: возможность удаления ложных артефактов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Кулонометрический нанотолщиномер // 2538425

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение при измерениях толщины тонкопленочных структур. Целью изобретения является упрощение процессов калибровки кулонометрического нанотолщиномера и получения результата измерения толщины покрытия. Кулонометрический нанотолщиномер содержит двухэлектродную электролитическую ячейку, подключенную к источнику тока высокой стабильности, источник электролита и прибор, регистрирующий изменения напряжения в цепи электродов электролитической ячейки. Новым в кулонометрическом нанотолщиномере является то, что источник электролита оснащен узлом его прецизионного дозирования, а двухэлектродная электролитическая ячейка, состоящая из платинового катода и анода, представляющего собой слоистое металлическое покрытие исследуемого образца, содержит узел емкостной обратной связи, образованный металлическим покрытием исследуемого участка и платиновым катодом, данные от которого позволяют сформировать каплю оптимальной формы с помощью устройства приема и обработки информации, состоящего из персонального компьютера, плат ввода-вывода и соответствующего программного обеспечения, позволяющего также анализировать зависимость скорости роста напряжения от времени при анодном окислении в режиме постоянного тока для определения толщин и границ раздела слоистой структуры в нанометрах. 1 ил.

Спектральный эллипсометр с устройством магнитодинамических измерений // 2539828

Изобретение относится к области in situ контроля производства в условиях сверхвысокого вакуума наноразмерных магнитных структур и может быть использовано в магнитной наноэлектронике для характеризации гетерогенных магнитных элементов в устройствах памяти, в сенсорных устройствах и т.п. Спектральный эллипсометр дополнительно содержит магнитодинамический модуль, состоящий из аксиальных катушек разных диаметров, который производит измерения, основанные на нелинейности характеристики намагничивания пленки. Таким образом, из независимых измерений может определяться толщина пленки. Изобретение обеспечивает повышение функциональности и точности измерений за счет использования дополнительного оптически некоррелированного метода - магнитодинамического метода. 3 ил.

Способ определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования // 2540239

Использование: для определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение амплитуды анодного импульсного поляризационного напряжения UП, при этом определяют длительность τ спада напряжения до порогового значения U1=(0,2…0,8)·UП, а толщину покрытия рассчитывают по формуле: h=k1+k2·τ, где k1 и k2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы обрабатываемого материала и состава электролита, определяемые по тарировочным кривым; τ - длительность спада поляризационного напряжения UП до порогового значения U1. Технический результат: повышение точности определения толщины покрытия в ходе процесса плазменно-электролитического оксидирования. 7 ил., 2 табл.

Способ вихретокового контроля медной катанки и устройство для его реализации // 2542624

Изобретение относится к способам и устройствам для бесконтактного диагностического контроля качества медной катанки в процессе ее производства и может быть использовано в других отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в продольно перемещающемся со скоростью V (м/с) изделии в плоскости, перпендикулярной ее перемещению, возбуждают посредством вихретокового преобразователя проходного типа вихревой ток, измеряют напряжение, соответствующее изменению сопутствующего ему электромагнитного поля, полученный сигнал обрабатывают посредством фильтрации по низкой и высокой частоте, усиливают в усилителе, преобразуют в цифровую форму и после электронной обработки осуществляют ранжирование дефекта посредством сравнения полученного результата с результатами, хранящимися в статистической базе данных, при этом возбуждение вихревых токов в контролируемом изделии осуществляют путем применения в вихретоковом преобразователе по крайней мере не менее одного мощного постоянного магнита, жестко закрепленного с соосно установленным ему датчиком изменения электромагнитного поля, наведенного вихревым током в контролируемом объекте, электронная обработка осуществляется компьютером, управляемым программой, разработанной на основе статистической базы данных, составленной по результатам измерения в образцах с искусственными дефектами. Технический результат - повышение точности определения дефектов на любой глубине их нахождения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для измерения малых величин толщины льда // 2567449

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Устройство для измерения малых величин толщины льда содержит микроволновый генератор и полую цилиндрическую герметичную эластичную оболочку. Кроме того, в устройство введены волноводная детекторная головка с поршнем, гидроцилиндр поступательного движения и измеритель амплитуды. Вход измерителя амплитуды соединен с первым плечом волноводной детекторной головки с поршнем. Второе плечо волноводной детекторной головки подключено к выходу микроволнового генератора, а ее третье плечо соединено с выходом гидроцилиндра поступательного движения. Вход гидроцилиндра поступательного движения подключен к полой цилиндрической герметичной эластичной оболочке. Техническим результатом заявляемого решения является повышение чувствительности измерения толщины льда. 1 ил.

Способ вихретокового контроля толщины композитных материалов на неметаллических подложках и устройство для его осуществления // 2577037

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для оценки надежности и качества многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов на основе контроля толщины слоев. Сущность: способ характеризуется тем, что предварительно измеряют градуировочную характеристику, в зоне измерения толщины композитного материала устанавливают металлические закладные элементы малой площади, устанавливают вихретоковый преобразователь на поверхность контролируемого композитного материала в центре зоны измерения толщины, измеряют сигнал, пропорциональный периоду измерительного автогенератора и толщине измеряемого композитного материала, дополнительно генерируют сигналы опорным автогенератором, по величине пропорциональные периоду. Определяют сигнал, пропорциональный разности периода колебаний измерительного и опорного автогенератора. Линеаризируют полученный сигнал. Перед каждым измерением толщины вихретоковый преобразователь устанавливают вне зоны контроля и измеряют сигнал, пропорциональный разности периодов сигналов опорного и измерительного автогенераторов, и уточняют линеаризированный сигнал, регистрируют значение толщины на регистрирующем устройстве. Для осуществления способа используется устройство, включающее вихретоковый преобразователь с катушкой индуктивности, измерительный автогенератор, регистрирующее устройство, опорный автогенератор со второй катушкой индуктивности, измеритель периода колебаний измерительного автогенератора, измеритель периода колебаний опорного автогенератора, вычитатель/сумматор измерителей периода колебаний, блок временных поправок, блок управления блоком временных поправок и линеаризатор передаточной функции. Технический результат: повышение точности измерения и достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния конструкций и их элементов. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Система и способ определения толщины исследуемого слоя в многослойной структуре // 2589526

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: система содержит первый электрод, имеющий первую поверхность контакта с образцом, выполненную с возможностью размещения в контакте с первой поверхностью многослойной структуры, второй электрод, имеющий вторую поверхность контакта с образцом, выполненную с возможностью размещения в контакте со второй поверхностью многослойной структуры. Вторая поверхность находится с противоположной стороны от первой поверхности. Система содержит также устройство управления давлением, выполненное с возможностью прижатия первого электрода к многослойной структуре с заранее заданным испытательным давлением, являющимся давлением, при котором электрический импеданс образца достигает эталонного импеданса, соответствующего образцу. Устройство содержит также измерительное устройство, электрически соединенное первым электродом и вторым электродом и выполненное с возможностью измерения электрического импеданса между первым электродом и вторым электродом. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ и устройство контроля неравномерности толщины стенок недоступных трубопроводов // 2596862

Изобретение относится к области контроля состояния стенок трубопроводов без их вскрытия. Сущность: через трубопровод пропускают в продольном направлении переменный электрический ток. Измеряют создаваемое переменным током магнитное поле на неизменном расстоянии от внутренней стенки трубы во внутренней ее полости, продвигаясь вдоль нее с остановками на время полного оборота вокруг оси трубы одновременно в нескольких точках, расположенных на продольных трубе отрезках при повороте вокруг ее оси. По данным измерения вычисляют среднее арифметическое значение индукции магнитного поля в каждом месте прерывания продольного движения. Изменение толщины стенки в точках цилиндрической поверхности трубы устанавливают как функцию прямой пропорциональности от отношения среднего значения индукции магнитного поля внутри трубопровода каждого места прерывания продольного движения к ее значению в точках измерения с коэффициентом пропорциональности, равным заранее определенной величине толщины бездефектного участка трубы. Технический результат: повышение точности, возможность контроля изнутри трубы без внесения возмущений в процесс измерения коррозионных и шламовых отложений и других дефектов. 2 н.п. ф-лы,. 2 ил.