深水耐压称量装置

摘要

本发明公开了一种深水耐压称量装置，包括试验舱、主称量单元、辅称量单元、数据采集处理单元、压力传感器和加压泵。主称量单元的弹性托架呈“ㄣ”型结构，上端固定载物托盘，下端固定在试验舱的底托上，中间水平杆中心段设置形变传感器，形变传感器感应出载物托盘上放置试验样品时弹性托架的受力形变信号。辅称量单元的形变传感器感应砝码托盘上放置称量砝码时弹性托架的受力形变信号。本发明涉及的深水耐压称量装置通过测量试验舱内称量砝码的称量变化计算加压时水体密度变化，并测量试验舱内部水体密度增大时载物托盘上试验样品的称量值，进而获得试验过程中试验舱内试验样品出现的渗漏量和体积收缩量，进而判断试验样品是否满足设计要求。

权利要求

1.一种深水耐压称量装置，其特征在于，包括试验舱、主称量单元、辅称量单元、数据采集处理单元、压力传感器和加压泵，主称量单元、辅称量单元共同固定在试验舱内部的底托上，数据采集处理单元设置在试验舱外，主称量单元、辅称量单元与数据采集单元连接，压力传感器的测量探头设置在实验舱内，压力传感器与数据采集处理单元连接，设置在试验舱外部的加压泵与试验舱内部连通，加压泵与数据采集单元连接；

所述主称量单元包括弹性托架、载物托盘、形变传感器；主称量单元的弹性托架呈“ㄣ”型结构，由向上竖直杆、向下竖直杆和连接固定的中间水平杆构成，向上竖直杆的上端固定载物托盘，向下竖直杆的下端固定在试验舱的底托上，中间水平杆连接固定向上竖直杆的下端和向下竖直杆的上端，中间水平杆中心段设置形变传感器，形变传感器感应出载物托盘上放置试验样品时弹性托架的受力形变信号；

所述辅称量单元包括弹性托架、砝码托盘、称量砝码、形变传感器；辅称量单元的弹性托架与主称量单元的弹性托架结构相同,呈“ㄣ”型结构，向上竖直杆的上端固定砝码托盘，砝码托盘上放置称量砝码，向下竖直杆的下端固定在试验舱的底托上，中间水平杆中心段设置形变传感器；辅称量单元的形变传感器感应砝码托盘上放置称量砝码时弹性托架的受力形变信号，辅称量单元的形变传感器与主称量单元的形变传感器结构相同。

2.根据权利要求1所述的深水耐压称量装置，其特征在于，所述试验舱为圆筒状的高压密封试验舱，具有不锈钢舱体外壳；试验舱与试验舱外的加压泵由管道连通，试验舱内的主称量单元和辅称量单元与试验舱外的数据采集处理单元由穿过试验舱舱盖的水密电缆连接。

3.根据权利要求1所述的深水耐压称量装置，其特征在于，所述主称量单元的形变传感器包括应力片、信号放大器、油囊和水密电缆，应力片贴装在弹性托架中间水平杆中心段的外周面上，应力片连接信号放大器，油囊套装在弹性托架中间水平杆中心段外侧，油囊两端用不锈钢卡箍锁紧在弹性托架中间水平杆上，油囊内部装有绝缘油，应力片、信号放大器置于油囊中，油囊上设置耐压电器插件,耐压电器插件连接水密电缆，水密电缆的另一端穿过试验舱舱盖连接数据采集处理单元。

说明书

深水耐压称量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及海洋仪器设备的检测装置，特别是涉及深海仪器设备的耐压称量检测装置。

背景技术

[0002] 随着我国海洋勘测、科考事业以及深海施工作业的发展，各类深水耐压仪器设备的需求量不断增大，对深水耐压仪器设备的耐压检验也提出了更加严格的要求。深水耐压仪器检测包括耐压壳体渗漏、耐压硬质浮体吸水率、耐压软质浮体收缩率等的检测，而目前的耐压检测只能在水静压力试验结束后进行，无法在水静压力试验过程中对耐压壳体渗漏、耐压硬质浮体吸水率、耐压软质浮体收缩率实时监测。一旦上述试验样品出现问题，试验人员一时很难得知在何等压力和何时出现的问题，要想得到上述相关数据必须通过大[0003] 量试验，耗费大量人力物力，

[0004] 从而影响该类仪器设备的研发进度。

发明内容

[0005] 针对目前深水耐压仪器设备的耐压检测存在的问题，本发明推出一种深水耐压称量装置，利用设置在试验舱内的称量单元，对水静压力试验中深水耐压仪器设备的重量变化实时监测，以便一次性确定试验样品在水静压力试验过程中在何等试验压力下、何等试验时间点出现的问题。

[0006] 本发明涉及的深水耐压称量装置，包括试验舱、主称量单元、辅称量单元、数据采集处理单元、压力传感器和加压泵。主称量单元、辅称量单元共同固定在试验舱内部的底托上，数据采集处理单元设置在试验舱外，主称量单元、辅称量单元与数据采集处理单元连接，压力传感器与数据采集处理单元连接，压力传感器的测量探头设置在试验舱内，加压泵设置在试验舱外并与试验舱内部连通，加压泵与数据采集单元连接。

[0007] 试验舱为圆筒状的高压密封试验舱，具有不锈钢舱体外壳。试验舱与试验舱外的加压泵由管道连通，试验舱内的主称量单元和辅称量单元与试验舱外的数据采集处理单元由穿过试验舱舱盖的水密电缆连接。

[0008] 主称量单元包括弹性托架、载物托盘、形变传感器。主称量单元的弹性托架呈“ㄣ”型结构，由向上竖直杆、向下竖直杆和连接固定的中间水平杆构成。向上竖直杆的上端固定载物托盘，向下竖直杆的下端固定在试验舱的底托上，中间水平杆连接固定向上竖直杆的下端和向下竖直杆的上端。中间水平杆中心段设置形变传感器，形变传感器感应出载物托盘上放置试验样品时弹性托架的受力形变信号。

[0009] 主称量单元的形变传感器包括应力片、信号放大器、油囊和水密电缆。应力片贴装在弹性托架中间水平杆中心段的外周面上，应力片连接信号放大器。油囊套装在弹性托架中间水平杆中心段外侧，油囊两端用不锈钢卡箍锁紧在弹性托架中间水平杆上，油囊内部装有绝缘油，应力片、信号放大器置于油囊中。油囊上设置耐压电器插件,耐压电器插件连接水密电缆，水密电缆的另一端穿过试验舱舱盖连接数据采集处理单元。油囊内应力片信号输出线与信号放大器连接，信号放大器输出线与油囊上的耐压电器插件连接。形变传感器通过应力片感应载物托盘上放置试验样品时弹性托架的受力形变，应力片感应信号经信号放大器放大后经连接油囊上耐压电器插件的水密电缆输出。水密电缆输出信号作为形变传感器输出信号，传递给设置在试验舱外的数据采集处理单元。

[0010] 辅称量单元包括弹性托架、砝码托盘、称量砝码、形变传感器。辅称量单元的弹性托架与主称量单元的弹性托架结构相同,呈“ㄣ”型结构，向上竖直杆的上端固定砝码托盘，砝码托盘上放置称量砝码，向下竖直杆的下端固定在试验舱的底托上，中间水平杆中心段设置形变传感器。辅称量单元的形变传感器感应砝码托盘上放置称量砝码时弹性托架的受力形变信号。

[0011] 辅称量单元的形变传感器与主称量单元的形变传感器结构相同,包括应力片、信号放大器、油囊和水密电缆。应力片贴装在弹性托架中间水平杆中心段的外周面上，应力片连接信号放大器。油囊套装在弹性托架中间水平杆中心段外侧，油囊两端用不锈钢卡箍锁紧在弹性托架中间水平杆上，油囊内部装有绝缘油，应力片、信号放大器置于油囊中。油囊上设置耐压电器插件,耐压电器插件连接水密电缆，水密电缆的另一端穿过试验舱舱盖连接数据采集处理单元。油囊内应力片信号输出线与信号放大器连接，信号放大器输出线与油囊上的耐压电器插件连接。形变传感器通过应力片感应砝码托盘上放置称量砝码时弹性托架的受力形变，应力片感应信号经信号放大器放大后经连接油囊上耐压电器插件的水密电缆输出。水密电缆输出信号作为形变传感器输出信号，传递给设置在试验舱外的数据采集处理单元。

[0012] 加压泵由数据采集单元控制，用于向试验舱内加水加压。压力传感器测量试验舱内加水加压过程中的水压，并传递给数据采集处理单元。

[0013] 本发明涉及的深水耐压称量装置通过测量试验舱内称量砝码的称量变化计算加压时水体密度变化，并测量试验舱内部水体密度增大时载物托盘上试验样品的称量值，进而获得试验过程中试验舱内试验样品出现的渗漏量和体积收缩量。

[0014] 辅称量单元用于测量试验舱内加压时称量砝码的称量变化，用于数据采集处理单元计算获得随着试验舱内部的压力增大而增大的试验舱内部水体的密度。

[0015] 其计算公式为：Gf＝Mf g-VfΔρ，Δρ＝(Mf g-Gf)/Vf

[0016] 式中：Δρ为试验舱水体的瞬时密度值，

[0017] Mf为称量砝码的质量(已知)，

[0018] Vf为称量砝码的体积(已知)，

[0019] g为重力加速度，

[0020] Gf为称量砝码的称量值。

[0021] 试验舱水体的瞬时密度值Δρ通过数据采集处理单元计算得到。

[0022] 主称量单元称取在试验舱内部水体密度增大时载物托盘上试验样品的称量值，用于获得试验过程中试验舱内试验样品出现的渗漏量和体积收缩量。

[0023] 在加压试验时，主称量单元显示出的试验样品的称量值Gc＝G0-V0Δρ，G0为没加压时试验样品的原始称量，V0为没加压时试验样品的原始体积，Δρ为试验舱水体的瞬时密度值。

[0024] 加压试验过程中，试验样品的罐体和硬质类浮体若没有出现渗漏，主称量单元称量值Gc将随着试验舱内部水体密度Δρ增加有规律的减小；若试验样品出现渗漏，主称量单元称量值Gc将增加，并随着渗漏量大小而变化，渗漏量值Gs＝G0-Gc-V0Δρ。

[0025] 对于软质浮体类试验样品，若在加压试验过程中，试验样品没有出现体积收缩，主称量单元称量值Gc将随着试验舱内部水体密度Δρ增加有规律的减小；若试验样品出现体积收缩，收缩体积值Vv＝(G0-Gc-V0Δρ)/Δρ。

[0026] 加压泵由数据采集单元控制，向试验舱内加水加压。压力传感器测量试验舱内加水加压过程中的水压，并传递给数据采集处理单元。

[0027] 本发明涉及的深水耐压称量装置测量和计算试验舱内加压时水体密度变化、试验样品的称量变化、水压变化，以及试验样品渗漏量和体积收缩值等，由数据采集处理单元的显示屏显示出来，试验人员据此可对对试验样品作出判断，即试验样品是否满足设计要求，若不满足设计要求是在何等试验压力下、何处试验时间点出现渗漏或体积收缩以及渗漏量和体积收缩值。这为样品设计人员提供非常有价值改进数据，从而提高了样品设计速度并达到高效节能的目的。

附图说明

[0028] 图1为本发明涉及的深水耐压称量装置结构示意图；

[0029] 图2为图1中主称量单元的形变传感器结构示意图。

[0030] 图中标记说明：

[0031] 1.试验舱                    2.试验样品托盘

[0032] 3.主称量单元的弹性托架      4.主称量单元的形变传感器

[0033] 5.底托                      6.水密电缆

[0034] 7.压力传感器                8.标准砝码

[0035] 9.砝码托盘                  10.辅称量单元的弹性托架

[0036] 11、辅称量单元的形变传感器   12.数据采集处理单元

[0037] 13.加压泵                   14.信号放大器

[0038] 15.耐压电器插件             16.应力片

[0039] 17、油囊

具体实施方式

[0040] 结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。图1显示本发明的基本结构结构，图2显示其主称量单元的形变传感器的基本结构。如图所示，本发明涉及的深水耐压称量装置，包括试验舱1、主称量单元、辅称量单元、数据采集处理单元12、压力传感器7和加压泵
13。主称量单元、辅称量单元共同固定在试验舱内部的底托5上，数据采集处理单元12设置在试验舱1外，压力传感器7的测量探头设置在试验舱1内，加压泵13设置在试验舱外并与试验舱1内部连通。

[0041] 试验舱1为圆筒状的高压密封试验舱，具有不锈钢舱体外壳。试验舱1与试验舱外的加压泵13由管道连通，试验舱1内的主称量单元和辅称量单元与试验舱外的数据采集处理单元12由穿过试验舱舱盖的水密电缆6连接。

[0042] 主称量单元包括弹性托架3、载物托盘2、形变传感器4。主称量单元的弹性托架3呈“ㄣ”型结构，由向上竖直杆、向下竖直杆和连接固定的中间水平杆构成。向上竖直杆的上端固定载物托盘2，向下竖直杆的下端固定在试验舱1的底托5上，中间水平杆连接固定向上竖直杆的下端和向下竖直杆的上端。中间水平杆中心段设置形变传感器4，形变传感器4感应出载物托盘2上放置试验样品时弹性托架3的受力形变信号。

[0043] 主称量单元的形变传感器4包括应力片16、信号放大器14、油囊17和水密电缆6。应力片16贴装在弹性托架3的中间水平杆中心段的外周面上，应力片16连接信号放大器14。油囊17套装在弹性托架3的中间水平杆中心段外侧，油囊17两端用卡箍锁紧并套牢在弹性托架中间水平杆上，油囊17内部装有绝缘油，应力片16、信号放大器14置于油囊17中。油囊上设置耐压电器插件15,耐压电器插件15连接水密电缆6，水密电缆6的另一端穿过试验舱舱盖连接数据采集处理单元12。油囊17内应力片16的信号输出线与信号放大器14连接，信号放大器14的输出线与油囊17上的耐压电器插件15连接。形变传感器4通过应力片16感应载物托盘2上放置试验样品时弹性托架3的受力形变，应力片16的感应信号由信号放大器14放大后经连接油囊17上的耐压电器插件15的水密电缆6输出。水密电缆6输出信号作为形变传感器输出信号，传递给设置在试验舱1外的数据采集处理单元12。

[0044] 辅称量单元包括弹性托架10、砝码托盘9、称量砝码8、形变传感器11。辅称量单元的弹性托架10与主称量单元的弹性托架3结构相同,呈“ㄣ”型结构，向上竖直杆的上端固定砝码托盘9，砝码托盘9上放置称量砝码8，向下竖直杆的下端固定在试验舱1的底托5上，中间水平杆中心段设置形变传感器11。辅称量单元的形变传感器11感应砝码托盘9上放置称量砝码8时弹性托架10的受力形变信号。辅称量单元的形变传感器11与主称量单元的形变传感器4结构相同,包括应力片、信号放大器、油囊和水密电缆。形变传感器11通过应力片感应砝码托盘9上放置称量砝码8时弹性托架10的受力形变，形变传感器11的输出信号传递给设置在试验舱1外的数据采集处理单元12。

[0045] 加压泵13由数据采集处理单元12控制，用于向试验舱1内加水加压。压力传感器7测量试验舱1内加水加压过程中的水压，并传递给数据采集处理单元12。

[0046] 本发明涉及的深水耐压称量装置由辅称量单元测量试验舱内加压时称量砝码的称量变化，由主称量单元测量试验舱内载物托盘上试验样品的称量变化，由数据采集处理单元计算随试验舱内部压力增大而增大的试验舱内部水体的密度以及试验过程中试验舱内试验样品出现的渗漏量和体积收缩量，进而判断试验样品是否满足设计要求。