ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01L7/06 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве датчика или сигнализатора изменения давления при высоких значениях статического давления.

Известен датчик давления, содержащий чувствительный элемент, разделяющий корпус на приемную и глухую полости, и подпружиненный клапан, сообщающий эти полости между собой [1] Указанный датчик является дополнением к манометру высокого давления и позволяет повысить точность измерения за счет последовательного уравнивания давлений между полостями в корпусе и измерения изменений давления по ступеням, в узком диапазоне.

Однако использование в датчиках в качестве чувствительного элемента столба жидкости и электрических контактов, управляющих уравновешивающим клапаном, ограничивает область применения датчика стационарными условиями.

Известен датчик давления, содержащий чувствительный элемент, разделяющий корпус на приемную и глухую полости, подпружиненный клапан, сообщающий эти полости между собой, и преобразователь перемещения чувствительного элемента, седло клапана связано с чувствительным элементом и установлено в направляющей втулке, имеющей на торце фланец, который расположен между упорными поверхностями клапана и выточки, выполненной на боковой поверхности седла [2]
Недостатком датчика давления являются невысокая точность измерения малых давлений, заниженный предел измерения высоких давлений, ограниченные функциональные возможности, сложность конструкции.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей датчика, состоящих в возможности регистрации давления на краях при одновременном существовании области нечувствительности в середине диапазона измеряемых давлений, возможности регулировки чувствительности и диапазона измеряемых давлений, повышение точности измерения в области малых давлений, расширение диапазона измеряемых давлений при сохранении надежности сильфона.

Цель достигается тем, что датчик давления, содержащий корпус со встроенным в него чувствительным элементом в виде сильфона и пружины, преобразователь перемещения чувствительного элемента и направляющую втулку с фланцем, снабжен втулкой-фиксатором, заглушкой со штангой, втулкой с внутренней резьбой и регулировочной гайкой, причем втулка-фиксатор закреплена на наружном неподвижном конце сильфона и установлена в корпусе с помощью резьбового соединения, внутренний подвижный конец сильфона закрыт заглушкой со штангой, размещенной в направляющей втулке с фланцем, который посажен на выполненный в корпусе выступ и прижат к нему втулкой с внутренней резьбой, в которую ввернут один конец пружины, другой конец которой прижат регулировочной гайкой, которая внутренней резьбой соединена с преобразователем перемещения чувствительного элемента, а внешним резьбовым соединением с корпусом, при этом между торцовой поверхностью фланца направляющей втулки и заглушкой, а также между торцом преобразователя перемещения и выполненным зеркальным торцом штанги выполнены регулируемые зазоры.

Кроме того, в штанге может быть установлен введенный штифт, верхний торец которого выполнен с зеркальной поверхностью, а на нижнем конце штифта выполнена фаска, причем в зоне фаски в штанге выполнено отверстие, перпендикулярное ее оси.

На фиг. 1 изображен датчик давления; на фиг.3а.б,в графики замеряемых давлений в зависимости от величины устанавливаемого между фланцевой втулкой и заглушкой зазора или предварительного сжатия сильфона.

Датчик давления состоит из корпуса 1, сильфона 2, резьбовой втулки 3, неподвижно соединенной снизу с сильфоном и ввернутой в корпус, а с другой стороны скрепленной с заглушкой 4, переходящей в штангу 5, в верхней части которой сделано отверстие и вмонтирован штифт 6, имеющий с одной стороны рабочую зеркальную поверхность, а с другой стороны фаску для его монтажа через отверстие, расположенное перпендикулярно продольной оси штанги, направляющей фланцевой втулки 7, имеющей регулируемый зазор между ней и заглушкой и посаженной на уступ корпуса, втулки 8 с внутренней резьбой, упирающейся во фланцевую втулку 7 и в которую ввернут один конец пружины 9, а другой конец упирается в шайбу 10 и регулировочную гайку с внутренней и наружной резьбой 11, ввернутую в корпус, в которую, в свою очередь, ввернут преобразователь перемещения чувствительного элемента 12, причем между фланцевой втулкой 7 и заглушкой 4, а также между торцами преобразователя перемещения чувствительного элемента 12 и штангой заглушки 5 имеются регулируемые зазоры с шириной соответственно Δ₁ и Δ₂
Все элементы датчика давления расположены симметрично относительно продольной оси. Сильфон 2 и пружина 9 образуют чувствительный элемент датчика давления. Суммарная жесткость чувствительного элемента датчика складывается из жесткости сильфона 2 и жесткости пружины 9. В зависимости от требуемых параметров датчика могут регулироваться жесткость пружины 9 и устанавливаться соответствующие зазоры Δ₁ Δ₂
Преобразователь 2 перемещения состоит из корпуса, по оси которого вклеен волоконный световод. Световод заделан заподлицо с торцом преобразователя 12. Оптическое излучение выходит из торца световода, отражается от рабочей зеркальной поверхности штифта 6 и вводится обратно в световод. В зависимости от величины зазора Δ₂ меняется значение мощности, веденной после отражения от штифта 6 обратно в световод. Эта мощность измеряется оптоэлектронным преобразователем и служит мерилом измеряемого давления.

На фиг.2а,б.в приняты следующие обозначения: Z_с жесткость сильфона; Z₁, Z₂ суммарная жесткость чувствительного элемента датчика; λ_сж деформация сжатия сильфона; λ_р деформация растяжения сильфона; Р измеряемое давление.

На фиг. 2а изображена в общем виде зависимость деформации сильфона от величины прикладываемого давления. На начальном участке кривой жесткость чувствительного элемента определяется жесткостью сильфона. В точке а реализуется условие Δ₁ 0, при дальнейшем повышении давления (участок а b) начинает работать пружина. В зависимости от жесткости пружины кривая может иметь наклон Z₁ или Z₂.

На фиг. 2б приведен график зависимости для случая, когда жесткость пружины больше жесткости сильфона, что и отражает наличие ступеньки на кривой.

На фиг. 2в показа характеристика датчика давления, у которого предварительно сжат сильфон и выставлен зазор Δ₁ 0.

Датчик давления работает следующим образом. Измеряемое давление передается во внутреннюю полость сильфона 2 и вызывает растяжение или сжатие сильфона. Атмосферное давление действует на сильфон 2 через заглушку 4. При положительных перепадах давления сильфон растягивается (участок о а фиг. 2а, б) в пределах зазора Δ₁ величина которого предварительно выставляется пустотелой резьбовой втулкой 3. При этом малые изменения давления измеряются с высокой точностью, так как давление определяется только жесткостью сильфона 2 и пружина 9 в измерении давления не учаcтвует. Изменение зазора Δ₁ приводит к изменению зазора Δ₂ при этом Δ₂>Δ₁ причем Δ₁≅δ и Δ₂≅δ где δ допустимая деформация сильфона.

Изменения зазора Δ₂ регистрируются преобразователем 12 перемещения. При дальнейшем повышении давления, когда зазор в Δ₁ выбран полностью, сжимается пружина 9 и жесткость чувствительного элемента определяется суммарной жесткостью сильфона и пружины. Дальнейшее поведение характеристики датчика описывается областью а b на фиг.2а и областью а' b на фиг.2б. В зависимости от величины начального сжатия пружины 9 регулировочной гайкой 11 датчик давления может быть отрегулирован на скачок давления (участок а' а, фиг.2б), причем величина скачка может устанавливаться предварительно. При этом чувствительность датчика может меняться путем изменения рабочей длины пружины 9 путем ввинчивания ее конца во втулку 8. Это приводит к изменению наклона характеристики, как показано на фиг.2а и 2б. При этом угол наклона винтовой нарезки во втулке 8 меньше угла трения. Область изменения давления ограничивается величиной Δ₂.

Для расширения диапазона рабочих давлений и повышения надежности датчика сильфон 2 можно предварительно сжать пустотелой втулкой 3 на величину λ_сж 0,5 δ, где δ величина допустимой по ГОСТУ деформации сильфона. При этом заглушка 4 выбирает зазор Δ₁ и поджимает пружину 9, а величина зазора Δ₂ устанавливается перемещением регулировочной гайки 11, имеющей внутреннюю и внешнюю резьбу. На фиг.2в прямая с d изображает характеристику датчика с предварительно сжатым сильфоном на величину 0,5 δ.

В этих условиях датчик может измерять только положительные значения давлений и диапазон измеряемых давлений возрастает в 2 раза при малых напряжениях в сильфоне, что увеличивает надежность датчика в целом. Если предварительное сжатие сильфона меньше, чем 0,5 δ то можно измерять и отрицательное давление (прямая а' d', фиг.2в). Пунктиром показаны те же зависимости при увеличении жесткости чувствительного элемента.

Использование: в приборостроении, для измерения или сигнализации изменения давления при высоких значениях статистического давления. Сущность изобретения: датчик давления содержит корпус со встроенным в него чувствительным элементом в виде пружины и сильфона, связанного с преобразователем перемещения, направляющую фланцевую втулку, посаженную на уступ корпуса, резьбовую втулку, закрепленную на корпусе. Внутренний подвижный конец сильфона закрыт заглушкой со штангой, размещенной во втулке. Неподвижный конец сильфона соединен с втулкой. На наружной поверхности фланца втулки установлена другая втулка с внутренней резьбой, в которую ввернут один из концов пружины. Второй конец пружины поджат регулировочной гайкой, установленной внешним резьбовым соединением в корпусе, а внутренней резьбой соединенной с преобразователем перемещения. Между внешней поверхностью фланца втулки и заглушкой сильфона и между торцом преобразователя перемещения и зеркальным торцом штанги выполнены регулируемые зазоры. Положительный эффект: датчик давления позволяет регистрировать давление на краях диапазона измеряемых давлений, регулировать чувствительность и диапазон измеряемых давлений, повышать пределы измерений при сохранении точности измерений в области малых давлений и надежности сильфона. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с встроенным в него чувствительным элементом в виде сильфона и пружины, преобразователь перемещения чувствительного элемента и направляющую втулку с фланцем, отличающийся тем, что он снабжен втулкой-фиксатором, заглушкой со штангой, втулкой с внутренней резьбой и регулировочной гайкой, причем втулка-фиксатор закреплена на наружном неподвижном конце сильфона и установлена в корпусе с помощью резьбового соединения, внутренний подвижный конец сильфона закрыт заглушкой со штангой, размещенной в направляющей втулке с фланцем, который посажен на выполненный в корпусе выступ и прижат к нему втулкой с внутренней резьбой, в которую ввернут один конец пружины, другой конец которой прижат регулировочной гайкой, которая внутренней резьбой соединена с преобразователем перемещения чувствительного элемента, а внешним резьбовым соединением с корпусом, при этом между торцевой поверхностью фланца направляющей втулки и заглушкой, а также между торцом преобразователя перемещения и выполненным зеркальным торцом штанги выполнены регулируемые зазоры. 2. Датчик давления по п. 1, отличающийся тем, что в штанге установлен штифт, верхний торец которого выполнен с зеркальной поверхностью, а на нижнем конце штифта выполнена фаска, причем в зоне фаски в штанге выполнено отверстие, перпендикулярное ее оси.