СИЛЬФОННЫЙ МАНОМЕТР Российский патент 1994 года по МПК G01L7/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостей в различных емкостях или в трубопроводах и в закрытых потоках.

Известен датчик давления, содержащий корпус, в котором при помощи держателя установлена манометрическая пружина, на подвижном конце которой закреплена первая пластина емкостного преобразователя перемещения в электрический сигнал, вторая пластина которого связана с корпусом и электронным блоком, в котором для обеспечения измерения расхода жидкостей первая и вторая пластины установлены параллельно и под углом 2-3^о к оси, перпендикулярной оси держателя, при этом электронный блок выполнен в виде генератора переменной частоты, в обратную связь которого включен емкостной преобразователь перемещения, причем первая пластина подключена к входу генератора, а вторая через последовательно включенный первый резистор - к первому входу генератора, при этом между входом генератора и первым выходом включен второй резистор, а второй выход генератора является выходом датчика давления.

Недостатком известного датчика является низкая точность из-за сильных влияний вибраций.

Известен датчик давления, содержащий полый корпус с мембраной и размещенным в корпусе цилиндрическим элементом, контактирующим с мембраной, с электродами по торцам и кольцевым опорным выступом, расположенным на боковой поверхности и разделяющим его на две одинаковые симметричные части, который для повышения точности за счет уменьшения вибраций снабжен опорной резьбовой втулкой, ввинчивающейся внутрь корпуса, а боковая поверхность кольцевого выступа пьезоэлемента снабжена резьбой, которая входит в резьбовое соединение с резьбой, выполненной на внутренней поверхности втулки, при этом все указанные резьбы имеют один шаг.

Недостатком известного датчика является низкая его надежность работы по внезапным отказам из-за высокой сложности.

Известен сильфонный манометр, содержащий сильфон с подвижной крышкой и неподвижным основанием, подводящий штуцер и размещенный в полости сильфона индуктивный преобразователь перемещения в электрический сигнал, причем дифференциальный манометр соединен с эластичными пневматическими камерами.

Недостатками известного сильфонного манометра являются низкая точность из-за малой чувствительности к давлению и низкая надежность по внезапным отказам из-за ненадежности преобразователя перемещения в электрический сигнал.

Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения чувствительности к давлению при одновременном повышении надежности работы по внезапным отказам за счет упрощения преобразователя в электрический сигнал.

Поставленная цель достигается тем, что в сильфонном манометре, содержащем сильфон с подвижной крышкой и неподвижным основанием, подводящий штуцер и размещенный в полости сильфона преобразователь перемещения в электрический сигнал, преобразователь перемещения в электрический сигнал выполнен в виде петли упругой нити из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку из упругого материала, причем изогнутая часть петли жестко соединена с подвижной крышкой сильфона, а другая часть петли прикреплена к неподвижному основанию сильфона, концы нити с помощью герметизирующих изоляторов пропущены через основание сильфона и соединены со входами введенного омметра, при этом подводящий штуцер вмонтирован в неподвижное основание сильфона.

На чертеже показан сильфонный манометр, где для лучшего показа конструкции упругая нить и оболочка даны в увеличенном в поперечном направлении осевом разрезе.

Сильфонный манометр содержит сильфон 1 и штуцер 2.

Манометр снабжен омметром 3 и эластичным упругим шнуром, выполненным в виде петли упругой нити 4 из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку 5 из упругого эластичного материала, например из резины или латекса. Изогнутая часть 6 петли жестко соединена с подвижной крышкой 7 сильфона 1 без электрического контакта нити 4 с сильфоном и крышкой 7. Другая часть петли прикреплена к неподвижному основанию 8 сильфона. Через основание 8 с помощью герметизирующих изоляторов пропущены свободные концы 9 и 10 нити 4, например, с помощью оболочки 5, выполняющей роль герметизирующих изоляторов. Свободные концы 9 и 10 соединены с входами омметра 3. Штуцер 2 вмонтирован в неподвижное основание 8 сильфона 1. Между нитями 4 петли находится изоляционная прокладка 11 из эластичного упругого материала, например, из резины или латекса. Шнур прикреплен к крышке 7 и основанию 8, например, с помощью шайб 12 и 13. Боковые стенки сильфона 1 выполнены с поперечными гофрами 14.

Сильфонный манометр работает следующим образом.

Измеряемое давление Р через штуцер 2 поступает во внутреннюю полость сильфона 1. Жесткое основание 8 закреплено неподвижно. Поэтому под действием избыточного давления Р на подвижную крышку 7 будет действовать сила F, численно равная произведению избыточного давления Р на сечение S основания или крышки 7 F = PS. Под действием этой силы крышка 7 перемещается слева направо (чертеж).

Перемещение прекратится в тот момент, когда сила F уравновесится суммой упругих сил собственно сильфона и шнура. Обе этих упругих силы увеличиваются с ростом перемещения крышки 7 по линейному закону. Поэтому для любого момента времени положение крышки 7 будет определяться величиной избыточного измеряемого давления P: чем больше Р, тем на большее расстояние вправо сместится крышка 7. Шнур работает в пределах упругих деформаций, как и гофрированный сильфон 1, и поэтому с уменьшением избыточного давления Р упругие силы сильфона и шнура возвращают крышку 7 справа налево, причем это смещение снова будет пропорциональным падению давления в сильфоне. Мерой давления Р в любой момент времени будет перемещение крышки сильфона 7 относительно основания 8, то есть расстояние между крышкой 7 и основанием 8.

Шнур работает в пределах упругих деформаций и поэтому его объем при любых растяжениях остается постоянным. Так, например, если длина нити 4 увеличивается в 2 раза, то поперечное сечение нити уменьшается в 2 раза, чтобы объем нити остался постоянным. Если же в любой момент длина нити увеличивается в n раз от l до nl, то одновременно поперечное сечение нити S уменьшается от S до S/n. Известно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и удельному сопротивлению ρ и обратно пропорционально его поперечному сечению S
R = ρ l/S. (1) В соответствии с (1) при удлинении нити 4 в n раз ее сопротивление увеличивается в n² раз. Поэтому зависимость показываемого омметром 3 сопротивления нити 4 от измеряемого давления имеет квадратичный характер. Омметр 3 градуируют по квадратичной зависимости чтобы его показания соответствовали измеряемому давлению Р. Способ градуировки омметра может быть любым. При нерациональном способе градуировки только увеличивается трудоемкость градуировки, но результаты измерения давления никак не изменятся. Градуировку можно провести, например, описанными в книге Онищенко А. М. "Оптимизация приборов для контроля состава веществ". М. : Машиностроение, 1990 г. , стр. 17-20, методами.

Из описания видно, что шнур в сильфонном манометре одновременно выполняет несколько функций: преобразует измеряемое давление Р в электрическое сопротивление нити 4; позволяет измерять сопротивление нити 4 омметром 3 без относительных перемещений друг относительно друга свободных концов нити и омметра; играет роль двухсторонней пружины, уравновешивая силу перемещения крышки 7 при ее движении вправо и возвращает крышку 7 при спаде давления в исходное состояние; сглаживает возможные колебания крышки 7 при резких перепадах или при резких периодических давлениях, то есть выполняет роль демпфера колебаний; позволяет использовать один сильфон для измерения разных давлений (для этого достаточно иметь набор шнуров разной жесткости для измерения разных давлений, так как смена шнура в манометре проще и быстрее смены собственно сильфона). Совмещение нескольких функций одним шнуром дает возможность преодолеть техническое противоречие, то есть одновременно повысить точность измерений и повысить надежность работы по внезапным отказам, а также ослабить колебания и обойтись одним сильфоном для измерения разных давлений. (56) Авторское свидетельство СССР N 1679226, кл. G 01 L 9/12, 1989.

Авторское свидетельство СССР N 1691693, кл. G 01 L 9/08, 1990.

Авторское свидетельство СССР N 101965, кл. G 01 L 7/06, 1950.

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах для измерения давления газов и жидкостей в различных емкостях или трубопроводах и в закрытых потоках. Сущность изобретения: сильфонный манометр содержит сильфон 1, штуцер 2, омметр 3 и эластичный упругий шнур, выполненный в виде петли упругой нити 4 из токопроводящей резины, помещенный в изоляционную оболочку 5 из упругого эластичного материала (резины или латекса). Изогнутая часть петли 6 нити жестко соединена с подвижной крышкой 7 без электрического контакта нити 4 с сильфоном и крышкой 7. Другая часть петли прикреплена к неподвижному основанию 8 сильфона. Через основание 8 с помощью герметизирующих изоляторов пропущены свободные концы 9 и 10 нити 4. С помощью оболочки 5, выполняющей роль герметизирующих изоляторов, свободные концы 9 и 10 соединены с входами омметра 3. Между нитями петли находится изоляционная прокладка 11 из эластичного упругого материала. Шнур прикреплен к крышке 7 и основанию 8 с помощью шайб 12 и 13. 1 ил.

СИЛЬФОННЫЙ МАНОМЕТР, содержащий сильфон с подвижной крышкой и неподвижным основанием, подводящий штуцер и размещенный в полости сильфона преобразователь перемещения в электрический сигнал, отличающийся тем, что в нем преобразователь перемещения в электрический сигнал выполнен в виде петли упругой нити из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку из упругого материала, причем изогнутая часть петли жестко соединены с подвижной крышкой сильфона, а другая часть петли прикреплена к неподвижному основанию сильфона, концы нити с помощью герметизирующих изоляторов пропущены через основание сильфона и соединены с входами введенного омметра, при этом подводящий штуцер вмонтирован в неподвижное основание сильфона.