ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СРЕД Российский патент 1995 года по МПК G01L13/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к мембранным тензометрическим средствам измерений разности давлений газовоздушных сред, и может быть использовано в горных выработках, вентиляционных каналах и дегазационных трубопроводах рудников и шахт, в том числе опасных по газу и пыли.

Известен датчик разности давлений, содержащий корпус, чувствительные к давлению элементы, связанные через передаточный механизм с упругим элементом в виде консольной балки с тензорезисторами, включенными в измерительную схему (авт. св. N 732705). Существенным недостатком известного датчика является то, что для обеспечения герметизации мембраны от полости профиля и отверстия для рычага необходимо мембрану (ее кромку) крепить к корпусу при помощи сварки, пайки или другого способа, что делет данную конструкцию неразборной или почти таковой. Кроме того, известный датчик имеет низкую чувствительность из-за малой рабочей площади одностенных мембран. Еще одним недостатком датчика является то, что при свободном сообщении камер ввода давления с атмосферой с учетом внутренней герметизации повышение температуры неизбежно приводит к увеличению внутреннего давления, которое будет воздействовать на мембраны и, следовательно, приведет к значительным погрешностям измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому датчику является "Сапфир-22ДД". Известный преобразователь состоит из основания с мембранно-рычажным тензопреобразователем и двумя металлическими гофрированными мембранами, которые приварены по наружному контуру к противоположным концам основания, и совместно с фланцевыми крышками образуют камеры подвода разности давлений. Жесткие центры мембран и конец рычага тензопреобразователя связаны центральным штоком. Внутренние свободные полости вакуумирования заполнены кремнийнеорганической жидкостью. Воздействие измеряемой разности давлений Р₁-Р₂, передается на внутренние поверхности металлических мембран и преобразуется в пропорциональное усилие, которое уравновешивается суммарной силой упругости мембран и рычажного тензопреобразователя, в результате чего механическое усилие от мембраны преобразуется в измерение электрического сопротивления [1].

Недостатками известного преобразователя являются: низкая чувствительность; сложность конструкции и технологии изготовления механической части измерительного блока; большая дополнительная погрешность измерения при возможных изменениях угла наклона (до 45^о) в процессе эксплуатации устройства; ограниченная область применения (только измерение депрессии вентиляторов главного проветривания) из-за наличия в устройстве алюминиевого сплава, опасного в отношении фрикционного искрения, малой протяженности линии электропитания (300 м вместо 2000 м), неприспособленности для работы совместно с существующими средствами контроля рудничной атмосферы, т.к. не выполняются условия по параметрам питающего напряжения. Указанные недостатки не позволяют применять прототип в подземных выработках шахт и рудников, опасных по газу и пыли.

Сущность изобретения заключается в том, что датчик разности давлений газовоздушных сред содержит основание с подводящими штуцерами, на котором закреплены два чувствительных элемента, размещенные по одной оси и связанные между собой штоком, скрепленным с одним концом соединительного элемента, расположенного перпендикулярно оси штока, при этом другой его конец закреплен на пластине с тензорезисторами, установленной перпендикулярно соединительному элементу.

Новым в датчике является то, что он снабжен корпусом, тягой и двумя гибкими рукавами, при этом тяга с одного конца закреплена на основании, а с другого - на корпусе и расположена перпендикулярно оси штока, каждый из гибких рукавов с одной стороны связан с подводящим штуцером, причем каждый чувствительный элемент выполнен в виде мембранной коробки, неподвижным дном закрепленной на основании, а подвижным связанной со штоком, при этом ее полость сообщена с полостью штуцера.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, вертикальный разрез; на фиг. 2 - то же, его установка в месте измерений; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2.

Датчик содержит основание 1, тензопреобразователь 2, мембранные коробки 3, выполняющие одновременно роль плюсовой и минусовой камер ввода разности давлений. Коробка состоит из двух металлических гофрированных мембран, краевые части которых герметично скреплены при помощи пайки или сварки. Подвод рабочей газовоздушной среды в коробку 3 осуществлен через патрубки 4 неподвижного жесткого центра 5 наружной стороны мембранной коробки. Внутренняя сторона коробки 3 оснащена жестким подвижным центром 6. Жесткие подвижные центры 6 обеих мембранных коробок 3 соединены центральным штоком 7, который в свою очередь взаимодействует с концом рычага 8 тензопреобразователя 2. Для снижения дополнительной погрешности измерений, упрощения монтажных работ и обслуживания датчик снабжен корпусом 9, тягой 10 и двумя гибкими рукавами 11 с малым сопротивлением изгибу. Каждый из гибких рукавов 11 оснащен подводящим штуцером 12.

Датчик работает следующим образом. При подаче газовоздушной среды (давления) на плюсовую и минусовую камеры, которыми являются двухстенные мембранные коробки 3 (на минусовую коробку давление меньше или не подается вообще), образуется перепад давления, при помощи которого происходит перемещение шока 7 в сторону мембранной коробки с меньшим избыточным давлением.

Шток 7 соединен при помощи муфты (не показано) с жесткими подвижными центрами 6 мембранных коробок 3. Перемещение штока 7 воздействует на рычаг 8 первичного тензометрического преобразователя 2, который в свою очередь вызывает деформацию сапфировой подложки, введенной в него, что приводит к изменению электрического сопротивления полупроводникового тензорезисторного моста. Формируется электрический сигнал в виде напряжения, которое подается в измерительный блок электронной части.

Снижение дополнительной погрешности измерений, упрощение монтажных работ и обслуживания достигается за счет уменьшения угла наклона при эксплуатации путем оснащения предлагаемого датчика дополнительным корпусом 9, в котором основание датчика подвешено с помощью подвижной, например, шарнирной или маятниковой тяги 10, свободно перемещающейся в направлении концов центрального штока 7, а подвод разности давлений к мембранным коробкам выполнен через корпус с помощью гибких рукавов 11 с малым сопротивлением изгибу. В качестве ограничителя хода в направлении конца штока, связанного с жестким центром мембранной коробки плюсовой камеры, может быть применен концевой выключатель с функцией защитного отказа, например отключения электрического питания тензопреобразователя с выдачей аварийного сигнала.

При изменении пространственного положения корпуса 9 в любых направлениях основание 1 с тягой 10 принимает вертикальное положение, что исключает наклон основания 1 и появление дополнительной нагрузки на мембранные коробки 3, центральный шток 7 и рычаг 8 тензопреобразователя 2 за счет их собственной массы.

Допустимый угол наклона корпуса датчика выбирается из условий эксплуатации и области применения. Так, для угольных шахт угол наклона может составлять от 0 до 45-90^о. Для исключения ложных показаний при превышении допустимого угла наклона предусмотрен концевой выключатель с функциями защитного отказа, например отключения питания тензопреобразователя, что равносильно снижению разности давлений ниже допустимых норм, которое приводит к срабатыванию установки по минимуму выходного сигнала.

Снабжение предлагаемого датчика корпусом, маятниковой тягой и двумя гибкими рукавами снижает погрешности измерения от угла наклона при эксплуатации датчика, а применение мембранных коробов в значительной степени упрощает конструкцию датчика, увеличивает в 2 раза полезную площадь воздействия давления при тех же габаритных размерах. Устраняются все конструктивные изъяны сборки. Эта система уравновешивает сама себя. Данная конструкция не требует заполнения всех свободных полостей кремнийнеорганической жидкостью, что отражает на массе конструкции, отпадает необходимость в отверстиях для протекания указанной жидкости, что упрощает технологию изготовления.

Использование: в пневмосистемах. Сущность изобретения: подводящие штуцеры соединены с корпусом через гибкие рукава. Основание датчика соединено с корпусом через шарнирную тягу. Каждая из двух мембранных коробок снабжена первым неподвижным и вторым подвижным жесткими центрами, при этом штуцеры подвода среды сопряжены с полостью мембранной коробки через отверстие в неподвижном центре, а подвижные центры мембранных коробок соединены между собой штоком. 3 ил.

ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СРЕД, содержащий основание с подводящими штуцерами, на котором закреплены два чувствительных элемента, связанных между собой штоком, скрепленным с одним концом соединительного элемента, расположенного перпендикулярно оси штока, при этом другой его конец закреплен на пластине с тензорезисторами, установленной перпендикулярно соединительному элементу, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения путем учета влияния пространственной ориентации датчика, в него введены корпус, шарнирная тяга и два гибких рукава, при этом тяга одним концом прикреплена к основанию, а другим - к корпусу и расположена перпендикулярно оси штока, каждый из гибких рукавов с одной стороны связан с подводящим штуцером, причем каждый чувствительный элемент выполнен в виде мембранной коробки, неподвижным дном закрепленной на основании, а подвижным дном связанной со штоком, при этом полости мембранных коробок сообщены с полостями штуцеров.