ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений давлений в агрегатах авиационной, ракетной и космической техники в условиях воздействия повышенных вибраций.

Известны датчики давления, предназначенные для измерения давления в условиях повышенных виброускорений, содержащие накидную гайку, корпус, чувствительный элемент в виде подпружиненной по торцам втулки, охватывающей через уплотнения подводящий трубопровод, причем в трубопроводе в пределах втулки выполнены подводящие отверстия [1]
Недостатком этих датчиков является невозможность их использования для измерения средних и больших давлений из-за недостаточной надежности уплотнений и большого их количества. Из них два уплотнения принципиально не могут обеспечить требуемой герметичности в связи с отсутствием уплотняющего усилия из-за необходимости свободного перемещения чувствительного элемента относительно трубопровода. Кроме того, известная конструкция работоспособна только в относительно узком диапазоне частот виброускорений, так как при совпадении собственной частоты чувствительного элемента, определяемой его массой и жесткостью пружины, с частотой виброускорений произойдет резонанс и разрушение инструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является тензиорезисторный датчик давления, содержащий чувствительный элемент, накидную гайку цилиндрический корпус, частично расположенный внутри накидной гайки, с размещенными в нем элементами и коммутации компенсации, залитыми связующим материалом, кабельный ввод и кабельную перемычку [2]
Недостатком известной конструкции датчика давления является разрушение кабельной перемычки в месте ее ввода вследствие воздействия виброускорений. Это обусловлено тем, что в силу конструктивных особенностей датчиков давления с накидной гайкой в связи с тем, что корпус частично находится внутри накидной гайки его вынуждены выполнять с небольшим поперечным сечением, так как увеличение поперечного сечения приведет к резкому ухудшению габаритов. Поэтому для размещения в корпусе элементов датчика его приходится вытягивать в длину. Воздействие повышенных виброускорений на датчик приводит к значительному превышению виброускорений, воздействующих на кабельный ввод, закрепленный на конце длинного корпуса, вследствие резонансных явлений.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости датчиков давления за счет оптимального расположения элементов конструкции, уменьшения длины корпуса и приближения места ввода кабельной перемычки к штуцеру изделия.

Для достижения этой цели усовершенствуется известная конструкция тензорезисторного датчика давления.

Отличием предлагаемого датчика давления является то, что датчик снабжен расположенной со стороны упругого чувствительного элемента цилиндрической резьбовой втулкой со смещенным относительно ее продольной оси резьбовым отверстием, причем в боковой стенке втулки со стороны, противоположной смещению резьбового отверстия, выполнен Г-образный канал, в котором расположены элементы коммутации, а со сторон свободного торца втулки установлена дополнительная крышка.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого датчика давления в разрезе, установленного на штуцере изделия; на фиг. 2 то же, вид сбоку.

Датчик состоит из чувствительного элемента 1, накидной гайки 2, цилиндрического корпуса 3. Тензосхема чувствительного элемента выполнена методами планарно-пленочной технологии. В корпусе расположена герметическая контактная колодка 4, контакты 5 которой с одной стороны при помощи тонких выводных проводников 6 соединены с контактными площадками чувствительного элемента, а с другой стороны с проводами 7 кабельной перемычки. На контактную колодку надета герметизирующая втулка 8, которая с одной стороны по торцу сварена с контактной колодкой, а с другой стороны с чувствительным элементом. Герметизирующая втулка обеспечивает герметичность внутренней замембранной полости датчика. Контактная колодка и провода залиты связующим материалом эпоксидным компаундом ЭПК-1.

На корпус датчика со стороны, противолежащей чувствительному элементу, навинчена на клее ЭПК-1 цилиндрическая втулка 9, на боковой поверхности которой сформирован выполненный с ней за одно целое кабельный ввод 10, расположенный перпендикулярно корпусу. Внутреннее отверстие цилиндрической втулки выполнено эксцентрично ее наружному диаметру, а в полученном утолщении стенки втулки сформированы два соединяющихся между собой канала, в которых находятся провода кабельной перемычки 11. Датчик давления установлен на штуцере 12 изделия. Прокладка 13 служит для обеспечения герметичности соединения датчика с изделием. Торец втулки, более удаленный от чувствительного элемента, закрыт крышкой 14. Канал 15 расположен параллельно продольной оси втулки и соединен с ее торцом, более удаленном от чувствительного элемента. Канал 16 расположен перпендикулярно продольной оси втулки и соединен с кабельным вводом, выполненным на минимальном расстоянии от торца втулки, менее удаленного от чувствительного элемента. Расстояние L от втулки до накидной гайки выбрано из соотношения
< L < S где S шаг резьбы накидной гайки.

Формирование цилиндрической втулки с кабельным вводом осуществляется в едином техническом цикле способом литья по выплавленным изделиям из cплава 08х14Н7МП.

При опытной эксплуатации серийно-выпускаемых датчиков Вт 212, аналогичных по конструкции прототипу, на базе потребителей предприятий обнаружено, что при воздействии на датчик (в месте его установки) виброускорений 1200-2000 g происходит систематический отказ 8-10% установленных на изделие датчиков. При проведении исследований было выявлено, что причиной отказов датчиков является разрушение кабельной перемычки в месте присоединения к датчику, обусловленное наличием длинного корпуса, играющего роль резонансной балки, усиливающей амплитуду колебаний, воздействующих на датчик в месте его установки. Воздействие усиленных виброускорений на место заделки кабельной перемычки приводит к разогреву до 400-500^оС (в течение 200 с) и обрыву проводников. В предлагаемом решении повышение виброустойчивости достигается приближением кабельной перемычки к штуцеру изделия.

Заявляемое решение предполагает использование его в случаях, когда рядом с датчиком давления на изделии не имеется свободного места по всей высоте от подножия штуцера датчика до накидной гайки датчика, а имеется какой-либо узел, агрегат или трубопровод, находящийся на одном уровне с шестигранником накидной гайки. В этом случае целесообразно кабельный вывод располагать перпендикулярно корпусу датчика для удобства закрепления кабельной перемычки на соседних узлах и агрегатах. В предлагаемой конструкции внутреннее отверстие выполнено эксцентрично ее наружному диаметру, во-первых, для получения необходимого утолщения стенок, а во-вторых, для ускорения цикла изготовления датчиков, так как отпадает необходимость в передаче датчиков с участков на участок при изготовлении. Для уменьшения расстояния от штуцера до кабельного ввода применены соединяющиеся каналы, соединяющегося с кабельным вводом, расположенным на минимальном расстоянии от торца втулки.

Для удобства монтажа проводов на контакты колодки торцы втулок датчиков закрываются крышками. Крышки навинчиваются на резьбе с применением клея ЭПК-1.

Расстояние от втулки до накидной гайки выбрано из соотношения < L < S из следующих соображений. Комплексное воздействие жестких воздействующих факторов для эксплуатации датчиков в составе ЖРД и других подобных объектов приводит к запрессовыванию не только корпуса датчика, но и к затиранию резьбы накидной гайки датчика. Вследствие этого при отвинчивании накидной гайки в момент ее трогания требуется приложить значительно большее усилие, чем для дальнейшего свинчивания. Экспериментально определено, что достаточно свинтить гайку на величину, равную половине шага резьбы, для того, чтобы момент свинчивания уменьшился и стал практически постоянен.

Таким образом, выбором соотношения < L достигается последовательное распределение момента, который необходимо приложить к накидной гайке при свинчивании для ее трогания с места и выталкивания чувствительного элемента из посадочного места.

В первый момент вся энергия момента гаечного ключа направлена на трогание накидной гайки. После свинчивания накидной гайки на величину, равную половине шага резьбы, необходимый момент свинчивания уменьшается и становится постоянным. Дальнейшее свинчивание может проводиться с меньшим усилием до тех пор, пока накидная гайка не приходит в соприкосновение с второй. При этом гаечный ключ должен обеспечивать не только свинчивание накидной гайки, но и преодоление усилия запрессовывания корпуса датчика в посадочное место изделия.

Соотношение L < S выбрано, исходя из максимального использования длины резьбы посадочного места изделия, т.к. дальнейшее увеличение размера L приведет к уменьшению расстояния, на котором действует свинчивание накидной гайки.

Для повышения виброустойчивости при эксплуатации предлагаемых датчиков целесообразно дополнительное крепление кабельной перемычки. В предлагаемой конструкции это осуществляется довольно просто при помощи простейшего хомутика. Известные конструкции датчиков давления с накидной гайкой не позволяют осуществлять дополнительное крепление к изделию без применения специальных сложных устройств.

Технико-экономическим преимуществом предлагаемой конструкции датчика давления по сравнению с прототипом является повышение виброустойчивости в 2-5 раз без ухудшения габарито-массовых характеристик.

При испытании предлагаемой конструкции датчика в составе изделия отмечена его работоспособность при воздействии максимально достижимых виброускорений 1200-2000 g, тогда как известные датчики давления выдерживают воздействие виброускорений не более 600 g. Другим преимуществом датчика конструкций по сравнению с прототипом является повышение технологичности и надежности конструкции, а за счет сокращения количества сварочных операций на последних этапах изготовления которые могут привести к выходу из строя уже почти готового датчика.

Преимуществом предлагаемой конструкции датчика является также то, что повышение виброустойчивости достигнуто без изменения присоединительных размеров датчика, что позволяет приступить к эксплуатации этих датчиков без доработки посадочных мест изделия.

Использование: в контрольной технике, в частности в тензорезисторных датчиках давления для измерения давления на объектах в условиях воздействия на них повышенных вибраций. Сущность изобретения: для повышения виброустойчивости датчика в последнем содержится корпус 3 с накидной гайкой 2, упругий чувствительный элемент 1 с тензорезисторами и элементами коммутации и кабельный ввод 10, а также введена резьбовая втулка 9 с эксцентричным отверстием и Г-образным каналом в ее утолщенной стенке, в котором размещены элементы коммутации кабельные провода. Торец втулки 9 закрыт крышкой 14. Внуренняя полость втулки 9 с кабельными проводами залита эпоксидным компаундом. Кабельный ввод расположен перпендикулярно корпусу 1 датчика. 2 ил.

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий цилиндрический корпус с накидной гайкой, упругий элемент с тензопреобразователями и элементами коммутации и кабельный ввод, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчивости датчика, в него введена расположенная со стороны упругого элемента цилиндрическая резьбовая втулка со смещенным относительно ее продольной оси резьбовым отверстием, причем в боковой стенке втулки со стороны, противоположной смещению резьбового отверстия, выполнен Г-образный канал, в котором размещены элементы коммутации, а со стороны свободного торца втулки установлена дополнительная крышка.