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

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано при измерении давления в системах подачи топлива изделий авиационной и ракетной техники.

Известен датчик разности давлений, содержащий корпус, установленные в нем чувствительные элементы в виде мембран, соединяющий их шток, через механизм преобразования связанный с герметичным торсионным выводом [1].

Недостатком этого датчика является сложность конструкции, особенно механизма преобразования.

Этого недостатка лишен датчик разности давлений, содержащий корпус с двумя подводящими штуцерами, во внутренней полости которого установлены плунжер и соединенный с ним рычагом герметичный торсионный вывод [2].

Недостатком такого датчика является относительно малая величина давлений, разность которых измеряется (порядка 10 МПа). Это связано со значительными внутренним объемом и площадью стенок датчика, наличием плоских стенок большой площади. При измерении разности высоких (порядка 50 МПа) давлений эти стенки воспринимают значительные усилия, что ведет к значительной деформации корпуса и отказу датчика разности давлений. Увеличение толщины стенок и за счет этого жесткости сопровождается увеличением массы, что ограничивает применение датчика в ракетно-космической технике.

Техническим результатом, достигаемым с помощью изобретения, является повышение уровня измеряемых давлений. Этот результат достигается за счет того, что в датчике разности давлений, содержащем корпус с двумя подводящими штуцерами, во внутренней полости которого установлены плунжер и соединенный с ним рычагом герметичный торсионный вывод со шлицевым валом, согласно изобретению внутренняя полость корпуса выполнена в виде первого и второго взаимно перпендикулярных скрещивающихся каналов и соединяющего их соединительного канала, плунжер снабжен хвостовиком и размещен в первом канале, а во втором канале размещен герметичный торсионный вывод, шлицевой вал снабжен установленной на нем промежуточной втулкой с внешним и внутренними шлицами, входящими в зацепление с внешними шлицами промежуточной втулки, при этом в шлицевой втулке рычага выполнена прорезь, ширина которой больше или равна диаметру вершин шлицев шлицевого вала, а свободный конец рычага размещен в пазу, выполненном в хвостовике плунжера.

Совокупность всех указанных существенных признаков позволяет обеспечить минимизацию внутренней поверхности датчика до величины, необходимой для подвода давления и размещения чувствительного элемента. Вследствие этого сведены к минимуму силы давления на внутреннюю полость датчика разности давлений и улучшены условия восприятия этого давления, так как цилиндрические стенки отверстий симметрично воспринимают нагрузку от внутреннего давления. В результате все стенки корпуса деформируются одинаково осесимметрично, и при этом не возникает коробления корпуса, как в прототипе, что дает возможность обеспечения измерения разности высоких давлений при малых габаритах и весе. Наличие хвостовика в плунжере и промежуточной втулки, а также прорези в ней необходимо для обеспечения сборки датчика при заявленной конфигурации внутренней полости корпуса.

На фиг. 1 приведен пример крнкретного выполнения датчика разности давлений, разрез по продольной оси плунжера; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Датчик разности давлений содержит корпус 1, в котором выполнены два штуцера 2. В корпусе выполнена внутренняя полость, образованная двумя перпендикулярными скрещивающимися каналами 3 и 4, соосными со штуцерами 2. Каналы 3 и 4 соединены между собой каналом 5. В канале 4 размещен чувствительный элемент в виде плунжера 6 с хвостовиком 7. В хвостовике выполнен прямоугольный паз 8, в котором размещен сферический концевик 9 рычага 10. Рычаг снабжен шлицевой втулкой 11 с внутренними шлицами, в которой выполнена прорезь 12. Во втулку 11 установлена промежуточная втулка 13 со шлицами на внутренней и наружной поверхностях. В канале 3 размещен герметичный торсионный вывод 14, снабженный шлицевым валом 15, установленным внутри промежуточной втулки 13. герметичный торсионный вывод 14 вварен в корпус 1. На промежуточной втулке 13 установлены два подшипника 16, в корпусе 1 установлено пружинное кольцо 17. На герметичный торсионный вывод 14 посредством прессового соединения неподвижно установлен рычаг 18. Ширина прорези 12 больше или равна диаметру вершин шлицев вала 15.

Датчик разности давлений работает следующим образом.

При подаче измеряемых давлений через штуцера 2 (например, давление Р₁, подводимое к штуцеру, соосному с каналом 4, больше давления Р₂, подводимого к штуцеру, соосному с каналом 3) на плунжер 6 действует сила F, направленная вправо и равная произведению разности давлений на площадь поперечного сечения плунжера S:
F = (P₁ - P₂) S.

Под воздействием этой силы плунжер перемещается вправо, воздйствуя через хвостовик 7 и паз 8 на концевик 9 рычага 10. Сила F создает вращающий момент М = FR, где R - расстояние между осями каналов 3 и 4. Этот момент через втулки 11 и 13 и шлицевой вал 15 передается на герметичный торсионный вывод 14 и закручивает шлицевой вал 15 на угол А, определяемый равенством момента М моменту упругости герметичного торсионного вывода 14, равному произведению угла поворота А на жесткость С кручения герметичного торсионного вывода:
FR = CA;
A = FR : C = (Р₁ - Р₂)SR : C.

Сила F, воздействующая на концевик 9 и через рычаг 10 и втулку 11 на промежуточную втулку 13, воспринимается подшипниками 16. Таким образом, вал 15 нагружен только крутящим моментом. При перепаде давлений конец шлицевого вала 15 поворачивается на угол А, а сечение герметичного торсионного вывода в месте крепления рычага 18 и сам этот рычаг поворачиваются на угол А₁, прямо пропорциональный А:
A₁ = kA, где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от соотношения жесткостей шлицевого вала 15 и трубки герметичного торсионного вывода 14. Таким образом, угол поворота рычага 18 прямо порпорционален измеряемой разности давлений. Рычаг 18 может быть использован для управления распределительным золотником (на фигурах не показан). Так как внутренняя полость образована цилиндрическими каналами, являющимися продолжениями штуцеров 2, и каналом 5, то она не имеет плоских участков больших размеров, как в прототипе, и величина ее внутренней поверхности сведена практически к минимуму, необходимому для подвода давления и размещения чувствительного элемента. Вследствие этого сведены к минимуму силы давления на внутреннюю полость датчика разности давлений и улучшены условия восприятия этого давления, так как цилиндрические стенки каналов 3 и 4 симметрично воспринимают нагрузку от внутреннего давления. В результате все стенки корпуса деформируются одинаково осесимметрично, и при этом не возникает коробления корпуса, как в прототипе, что дает возможность обеспечить измерения разности высоких давлений при малых габаритах и весе. Эту возможность обеспечивает также минимизация внутреннего объема датчика, что достигается расположением всех его элементов внутри штуцеров для подачи давления.

Конструкция обеспечивает сборку датчика через штуцера. В корпусе 1 устанавливается герметичный торсионный вывод 14, затем через канал 4 заводится рычаг 10, и опускается в канал 5, при этом вал 15 заводитя внутрь втулки 11 через прорезь 12. Рычаг 10 затем опускается до упора в шлицы вала 15, и в канал 4 вставляется плунжер 6, в паз 8 вставляют концевик 9, после чего между валом 15 и втулкой 11 вставляют промежуточную втулку 13, которая является запирающим элементом. После установки левого подшипника 16 и кольца 17 взаимное положение деталей не может быть нарушено, т.е. концевик 9 сохраняет свое положение внутри паза 8.

Обеспечение возможности измерения разности высоких давлений весьма важно для перспективных объектов авиационной и космической техники.

Использование: в приборостроении, для измерения давлений в системах топливоподачи изделий авиационной и ракетной техники. Сущность изобретения: с целью повышения уровня давлений, измеряемых датчиком, датчик разности давлений содержит корпус 1 с двумя подводящими штуцерами 2, во внутренней полости которого установлены плунжер 6 и соединенный с ним рычагом 10 герметичный торсионный вывод со шлицевым валом. Внутренняя полость корпуса выполнена в виде первого и второго взаимно перпендикулярных скрещивающихся каналов 3 и 4 и соединяющего их канала 5, плунжер 6 снабжен хвостовиком 7 и размещен в канале 4, а в канале 3 размещен герметичный торсионный вывод, шлицевой вал снабжен установленной на нем промежуточной втулкой 13 с внутренними и внешними штуцерами, входящими в зацепление с внутренними шлицами шлицевой втулки 11 рычага, в которой выполнена прорезь 12, ширина которой больше или равна диаметру вершин шлицев шлицевого вала, а свободный конец рычага размещен в пазу 8, выполненном в хвостовике 7 плунжера. 2 ил.

ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ, содержащий корпус с двумя подводящими штуцерами, во внутренней полости которого установлены плунжер и соединенный с ним рычагом герметичный торсионный вывод со шлицевым валом, отличающийся тем, что внутренняя полость корпуса выполнена в виде первого и второго взаимно перпендикулярных скрещивающихся каналов и соединяющего их соединительного канала, плунжер снабжен хвостовиком и размещен в первом канале, а во втором канале размещен герметичный торсионный вывод, шлицевой вал снабжен установленной на нем промежуточной втулкой с внешними и внутренними шлицами, а рычаг снабжен шлицевой втулкой с внутренними шлицами, входящими в зацепление с внешними шлицами промежуточной втулки, при этом в шлицевой втулке рычага выполнена прорезь, ширина которой больше или равна диаметру вершин шлицев шлицевого вала, а свободный конец рычага размещен в пазу, выполненном в хвостовике плунжера.