Воспоминание о не внедрённом изобретении.
И ладно бы, было это изобретение каким-то очень сложным, или ни в какую непонятным, так нет же вполне себе очевидное, не требующее больших умственных усилий для понимания. Но не случилось этих самых усилий от тогдашних моих начальников (двое было, потом погрызлись и остался один ). Сразу десять негритят вспоминаются (само собой это чистая случайность). А как потом выяснилось, что и знаний необходимых для понимания не было, доктора наук (!).
Работал я тогда в 2005 году конструктором в небольшой организации выпускающей измерительные приборы для буровиков-нефтяников; датчики давления, температуры, плотномеры, расходомеры, другое по мелочи, под заказ, своей разработки. Их много таких контор по стране, где сами разрабатывают, где друг у дружки воруют заимствуют технические решения, всё как положено.
В то время (как я уже упоминал это 2005 год) мне пришлось заниматься гидростатическим плотномером с разнесенными приёмниками давления, их еще называют дифманометрическими. Вот примерно таким как на картинке (не точно таким, эти слишком красивые, доведённые до совершенства , картинка просто для иллюстрации)
Теоретическое объяснение работы данного типа плотномеров несложное. Разность высот между центрами мембран (так называемая база) Δh , соответствующая ей разность давлений равна Δp=ρgΔh . Давление от приёмников давления (вижу,что тавтология, но не знаю как по другому) подаётся по подводным каналам на разные стороны дифманометра. Дифференциальный — значит измеряет разность давлений. Ну а уже в дифманометре формируется токовый выход пропорциональный плотности жидкости ρ=Δp∕gΔh [кг∕м³] который идет на усилитель. Так вроде всё просто, но следует отметить, что уже мембрана приёмника давления сложное изделие — толщиной всего 0,08мм, из стали 36НХТЮ, с волнистыми гофрами, подвергнутая искусственному старению. Всё для того, чтобы коэффициент передачи давления был максимально близок к единице, ну и одинаковость.
Но несмотря на теоретическую простоту, прибор был всё-таки очень капризным в применении, с уходом показаний от температуры, давления, просто от времени. Исправляли как-то программными средствами, подробности уже забылись. Продавали тогда их, довольно много. Сейчас, спустя порядочное время, понятно, что нужна была повышенная жесткость деталей, точное изготовление, снятие внутренних напряжений, но как это всё сделать в условиях более скромных чем в колхозной мастерской? Ну а тогда велись поиски «чего бы еще предположить?». Ну и среди многих прочих, было высказано предположение, что на вертикально расположенную мембрану действует некий крутящий момент, поскольку выше осевой линии давление чуточку меньше, а внизу чуточку больше. В итоге сошлись на том, что если и есть то «ничтожно малый», а точно посчитать, « то где же взять настолько умного человека чтобы посчитал?». То есть решили данный факт игнорировать. Было чувство, что ничего особо сложного в этой задаче нет, и зародилось сомнение в их уровне знаний. В общем приступил к интегрированию, самое первое постановка задачи. Изображаем мембрану и против неё эпюру давления в самом общем виде. Вот так -
Эпюра в общем виде прямоугольная трапеция (один угол при основании прямой). Замечаем, что эпюру можно разделить на две части, прямоугольную и наклонную. Вот так -
Или так -
Постоянная часть эпюры давления не создаёт крутящего момента ( снизу и сверху осевой линии действует одинаково). Поэтому для составления интегрального выражения используем только наклонную часть эпюры.
Против ожидаемого «ничего нет, или есть но мало», результат конечно неожиданный. Позднее нашел способ наглядного представления этого крутящего момента. Допустим есть у нас половинка шара подвешенного шарнирно, с осью вращения лежащей в плоскости среза.
Погрузим его в жидкость, чтобы плоская сторона располагалась вертикально и посмотрим на силы действующие на него.
Это сила всплытия проходящая через центр тяжести полушара (он же центр тяжести вытесненной жидкости. Плечо действия силы, объём полушара, это табличные данные (есть в справочниках), так что всё без обмана. Ещё замечаем, что силы давления вызывающие крутящий момент действуют со стороны плоской поверхности, а силы распределённого давления приложенные со стороны сферической поверхности проходят через ось вращения, то есть с их стороны влияния на крутящий момент нет. Имеет место даже не равенство, а эквивалентность силовых факторов действующих на мембрану и на половинку шара. Но во втором случае есть еще и наглядность — всякий под воду плавающие предметы запихивал, ну хотя бы в детстве. Вот ещё пример полуцилиндр -
Понятно, что и у любого тела вращения результат будет аналогичный.
Ну а далее возникает мысль, стоит ли «огород городить» с двумя мембранами разнесёнными по высоте? Есть же силовой фактор не хуже и похоже меньше подверженный влиянию температуры и избыточного давления.
Мне видится вот такая конструкция -
Продолговатая мембрана (податливая к повороту) по краям, к ней жестко прикреплён рычажный блок с тензорезисторами. Такие существуют, они представляют из себя рычаг на одном конце которого расположен тонкий металлический диск с нанесённым на нём сапфировым покрытием (подложкой), с выращенными на ней тензорезисторами, на другой конце резьба для присоединения тяги (тонкой металлической полоски). Если в силовых датчиках тяга крепится к штоку перемещающемуся под нагрузкой, то здесь наоборот поворачивается мембрана, а тяга крепится к корпусу. Прибор заполнен жидкостью для компенсации наружного давления. Обычно используется диэлектрическая кремнийорганическая жидкость которая дополнительно вакуумируется (высасывается растворённый воздух). Особо внимательные читатели отметят, что крутящий момент действует и изнутри корпуса. Это так, но для тензорезисторов всякое начальное положение можно принять за отнулевое, важна точность отслеживания изменений наружной плотности. Ну а для установления соответствия данных тензомоста значениям плотности служит тарировка прибора.
Вот такая интересная находка случилась у меня на почве конструирования гидростатического плотномера. Почему находка? Во первых потому что случайно, а во вторых гидростатика не такой предмет где возможны открытия — там всё расписано до последней точки, надо только уметь применять. На волне энтузиазма сделал патентование, за давностью лет уже не помню точную сумму, но денег потратил изрядно. Ну и как практически все изобретатели-одиночки перестал платить пошлину за поддержание патента в силе на каком-то году, накладно это очень, она (пошлина) сильно растёт по годам. Да и не работают эти практики на наших просторах. Ну допустим понравится кому-то, применит у себя, откуда ты узнаешь? Какие суды? Это всё для буржуев.