СИЛЬФОННЫЙ ДИФМАНОМЕТР Российский патент 1994 года по МПК G01L7/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей, пульп и суспензий, для контроля напора, перепада давлений газов и их расхода.

Известен датчик разности давлений, содержащий цилиндрический корпус с двумя подводящими штуцерами, расположенный в корпусе дифференциальный блок упругих чувствительных элементов, и емкостной преобразователь деформации, выполненный в виде измерительного и эталонного конденсаторов с подвижным и неподвижным плоскими электродами, в котором для повышения точности и чувствительности блок упругих чувствительных элементов выполнен в виде двух идентичных прямолинейных трубок с эксцентричным каналом, установленных соосно и развернутых друг к другу толстыми стенками на 180^о, при этом трубки герметично скреплены одними концами друг с другом с помощью центральной заглушки, а другие концы трубок герметично подсоединены к подводящим штуцерам, причем подвижные электроды эталонного и измерительного конденсаторов прикреплены к заглушке и сориентированы относительно друг друга под углом 90^о, а соответствующие им неподвижные электроды конденсаторов закреплены на корпусе и сориентированы аналогично.

Недостатком известного датчика является низкая чувствительность к перепаду давлений.

Известно устройство для контроля перепада давлений, содержащее заполненную жидкостью U-образную трубку, поплавок, размещенный в измерительном колене трубки, и две измерительные камеры, герметически соединенные с концами трубки и заполненные жидкостью, в устройстве для повышения чувствительности путем обеспечения неограниченного увеличения отношения диаметра расширительной камеры к диаметру трубки расширительные камеры заполнены той же жидкостью, что и трубки, а поплавок выполнен со средней плотностью , равной плотности жидкости ρ_ж, = ρ_ж , а измерительное колено выполнено с возможностью изменения угла наклона относительно оси второго колена.

Недостатком известного устройства является его высокая сложность.

Известен сильфонный дифманометр, содержащий герметичный корпус, в полости которого установлен сильфон с подвижной крышкой, два входных патрубка, первый из которых соединен с полостью корпуса, а второй - с полостью сильфона, и преобразователь перемещения сильфона в электрический сигнал в виде валика-тандера, соединенного с контактным механизмом, выполненным в виде жесткой рамки, в верхних продольных пазах которой установлен движок-контактор, перемещаемый относительно контактной шины, вмонтированной в ползун, установленный в нижних поперечных пазах рамки.

Недостатками известного сильфонного дифманометра являются низкая точность из-за малой чувствительности к перепаду давлений и низкая надежность работы по внезапным отказам из-за высокой сложности преобразователя перемещения сильфона в электрический сигнал и наличия в нем ненадежных движущихся механизмов, а также невозможность его использования для работы при сильно отличных перепадах давления.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет увеличения чувствительности к перепаду давлений при одновременном повышении надежности работы по внезапным отказам за счет упрощения путем исключения кинематических механизмов, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения работы при разных перепадах давлений.

На чертеже показан в осевом разрезе сильфонный дифманометр, где для лучшего показа конструкции осевой продольный разрез нити в оболочке дан в увеличенном в поперечном направлении размере.

Сильфонный дифманометр содержит герметичный корпус 1, в полости которого установлен сильфон 2 с подвижной крышкой 3, два входных патрубка 4 и 5, первый из которых соединен с полостью корпуса 1, а второй - с полостью сильфона 2.

Преобразователь перемещения сильфона в электрический сигнал выполнен в виде петли упругой эластичной нити 6 из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку 7 из упругого эластичного материала, причем изогнутая часть петли нити 6 торцом 8 жестко прикреплена к подвижной крышке 3 сильфона 2 без электрического контакта торца 8 нити 6 с основанием, другая часть петли нити жестко соединена со стенкой 9 корпуса 1, а концы нити 6 с помощью герметизирующих изоляторов в виде оболочки 7 и шайбы 10 пропущены через стенку 9 корпуса 1, а концы 11 и 12 нити 6 соединены со входами омметра 13. Торец 8 нити 6 изолирован от подвижной крышки 3 оболочкой 7 и шайбой 14. Половины нити 6 изолированы друг от друга прокладкой 15 из изоляционного упругого эластичного материала. Корпус 1 выполнен с фланцем 16, к которому прикреплена подставка 17. Между сильфоном и корпусом образована полость 18. Сильфон 2 выполнен с поперечными гофрами 19.

Работа сильфонного дифманометра осуществляется следующим образом.

При подаче высокого давления Р₁ через патрубок 4 в корпус 1 и подаче более низкого давления Р₂ через патрубок 5 в полость сильфона 2 на жесткую подвижную крышку 3 сильфона 2 начинает действовать сила F, численно равная площади крышки 3 S₁, умноженной на перепад давлений P₁-P₂. Эта сила F приводит к сжатию сильфона 2, крышка 3 которого начинает смещаться вниз. Смещение крышки 3 продолжается до тех пор, пока сила F не уравновесится суммой упругих сил сильфона 2, возникающих при сжатии поперечных гофр 19, и растяжения нити 6, оболочки 7 и прокладки 15, которые вместе составляют эластичный упругий шнур. Как только эти силы уравновесят друг друга, крышка 3 перестанет перемещаться так, что ее положение в любой момент времени является однозначной мерой перепада давления Р₁-Р₂.

Нить 6, оболочка 7 и перегородка 15 работают в пределах упругих деформаций, когда при любых удлинениях или сокращениях объем нити 7 остается постоянным, так как эластичный упругий материал нити в пределах упругих деформаций является несжимаемым по объему.

Известно, что сопротивление проводника равно произведению его удельного сопротивления ρ на длину l, деленному на поперечное сечение S
R = ρ l/S. (1) В пределах упругих деформаций при удлинении нити (ее длины) l в 2 раза одновременно уменьшается площадь поперечного сечения S нити также в 2 раза от S до S/2, а в результате объем нити V = lS остается постоянным. При этом согласно (1) сопротивление нити R увеличивается в 4 раза. При удлинении нити в общем случае в n раз от l до nl сечение уменьшается также в n раз от S до S/n, а сопротивление увеличивается в n² раз. Видно, что сопротивление нити R, являющееся однозначной мерой положения крышки 3 сильфона 2 и перепада давлений P₁-P₂, увеличивается квадратично росту перепада давлений. Значение сопротивления нити 6 измеряется омметром 13. Для приведения показаний омметра 13 в однозначное соответствие с перепадом давлений Р₁-Р₂ шкалу омметра делают квадратичной. Способ градуировки омметра может быть любым из известных. Так, в частности, может пользоваться описанным в книге Онищенко А. М. "Оптимизация приборов для контроля состава веществ", М. : Машиностроение, 1990 г. , стр. 17-29, где дана методика градуировки при любых видах зависимостей показаний от контролируемого параметра.

Повышение чувствительности к перепаду давлений в общем случае в n раз приводит, при прочих равных условиях, к повышению точности также в n раз. В этом одно из важных преимуществ дифманометра по сравнению с прототипом.

В сильфонном дифманометре нить в оболочке одновременно выполняет несколько функций: является мерой (причем квадратичной) перепада давлений, преобразуя перепад давлений в электрическое сопротивление бесконтактным способом; является пружиной для сдерживания сильных перемещений крышки 3 при увеличении или уменьшении перепада давлений и пружиной для возврата крышки 3 в нужное положение при уменьшении перепада давлений или для возвращения крышки 3 в исходное положение при исчезновении перепада давлений (эти функции шнур выполняет совместно с упругими гофрами 19 сильфона 2); является демпфером, сглаживающим возможные колебательные перемещения крышки 3 при резких перепадах давлений. Кроме указанного шнур выполняет еще одну важную функцию - он позволяет при использовании сильфона 2 с малой жесткостью гофр 19 измерять как малые, так и большие перепады давлений, используя при этом один и тот же сравнительно дорогой сильфон. При этом для измерения малых перепадов давления используется шнур с малой жесткостью, чтобы обеспечить большие перемещения крышки 3 при малых перепадах давлений. Для измерения больших перепадов давлений используется шнур с большой жесткостью, чтобы при больших перепадах давлений перемещения крышки 3 не выходили за допустимые пределы. Таким образом, снабжение сильфонного дифманометра несколькими шнурами с разной жесткостью, дифманометр превращается в универсальный измеритель любых перепадов давлений.

За счет выполнения нитью 6 в оболочке 7 с перегородкой 15 нескольких функций одновременно удалось преодолеть техническое противоречие и повысить точность при одновременном упрощении устройства и расширении области его применения. (56) Авторское свидетельство СССР N 1679287, кл. G 01 L 9/12, 1989.

Авторское свидетельство СССР N 1668880, кл. G 01 M 3/26, 1989.

Авторское свидетельство СССР N 290187, кл. G 01 L 7/06, 1969.

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах для измерения расхода жидкостей, пульп и суспензий, для контроля перепада давлений газов и их расхода. Сущность изобретения: сильфонный манометр содержит герметичный корпус 1, в полости которого установлен сильфон 2 с подвижной крышкой 3, два входных патрубка 4 и 5. Первый патрубок соединен с полостью корпуса, а второй - с полостью сильфона 2. Преобразователь перемещения сильфона в электрический сигнал выполнен в виде петли упругой нити 6 из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку 7 из упругого эластичного материала. Изогнутая часть петли нити 6 торцом 8 жестко соединена с крышкой 3 сильфона. Концы нити 6 с помощью оболочки 7, выполняющей роль герметизирующего изолятора, и шайбы 10 пропущены через стенку 9 корпуса 1 и соединены с входами омметра 13. Торец 8 нити 6 изолирован от подвижной крышки 5 оболочкой 7 и шайбой 14. Половины нити 6 изолированы друг от друга изоляционной прокладкой 15 из эластичного упругого материала. 1 ил.

СИЛЬФОННЫЙ ДИФМАНОМЕТР, содержащий герметичный корпус, в полости которого установлен сильфон с подвижной крышкой, два входных патрубка, первый из которых соединен с полостью корпуса, а второй - с полостью сильфона, и преобразователь перемещения сильфона в электрический сигнал, отличающийся тем, что в нем преобразователь перемещения сильфона в электрический сигнал выполнен в виде петли упругой нити из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку из упругого материала, причем изогнутая часть петли жестко прикреплена к подвижной крышке сильфона, другая часть петли жестко соединена со стенкой корпуса, а концы нити с помощью герметизирующих изоляторов пропущены через стенку корпуса и соединены с входами введенного омметра.