МЕМБРАННАЯ КОРОБКА СО СФЕРИЧЕСКОЙ МЕМБРАНОЙ Российский патент 1999 года по МПК G01L7/08 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в различных приборах и устройствах для измерения давления газообразных и жидких веществ, разделения двух сред и передачи перемещения из области повышенного в область пониженного давлений.

Известны мембранные коробки, содержащие мембраны плоской формы, упругая характеристика которых сильно затухает по давлению в области больших прогибов. Нанесение кольцевых гофр увеличивает рабочие прогибы гофрированных мембран, однако большие перегрузочные давления вызывают деформацию профиля кольцевых гофр, что снижает чувствительность мембран и их надежность. Известны также мембранные коробки с мембранами сферической и конической формы, имеющими большие перемещения, но обладающие малой устойчивостью при нагружении давлением (Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. -М.: Машиностроение, 1981).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является мембранный узел по авт. св. СССР N 679831, содержащий корпус, крышку и мембрану, причем крышка выполнена из упругого материала, имеет L-образный профиль сечения по периметру и завальцована на корпусе.

Недостатками этого мембранного узла являются нарушение стабильности рабочих характеристик, снижение чувствительности и надежности в результате значительных перегрузочных давлений, вызывающих изменение профиля поверхности мембраны.

Целью данного изобретения является повышение надежности, чувствительности, сохранение стабильности рабочих характеристик после перегрузочных давлений и расширение области применения.

Поставленная цель достигается путем применения в качестве чувствительного элемента гладкой мембраны сферической формы, жестко соединенной с арматурой в мембранную коробку.

На чертеже изображена предлагаемая мембранная коробка с гладкой сферической мембраной.

Мембранная коробка состоит из гладкой сферической мембраны 1 высотой H, изготовленной из материала толщиной S, жестко закрепленной между крышкой 2 и обоймой 3. С выпуклой стороны мембраны расположен упор 4. Связь мембранной коробки с измерительным или регулирующим механизмом осуществляется через толкатель 5.

Конструкция мембранной коробки и положение упора, определяющего полный ход гладкой сферической мембраны, выбраны исходя из следующих оптимальных соотношений:



где H - высота мембраны;
H₁ - ход мембраны, определяющий перемещение толкателя 5;
S - толщина мембраны;
D - рабочий диаметр мембраны.

Перемещение гладкой сферической мембраны осуществляется за счет разности усилий, воздействующих на нее. При этом в случае воздействия перегрузочного давления со стороны толкателя мембрана, перемещаясь в сторону крышки, плотно облегает последнюю (положение А). При повышении давления со стороны крышки мембрана, воздействуя через упор на толкатель, принимает торообразную форму и плотно облегает обойму мембранной коробки (положение Б). Для повышения надежности и сохранения стабильности рабочих характеристик гладкой сферической мембраны после перегрузочных давлений в конструкции крышки и обоймы мембранной коробки предусмотрены сферические участки поверхности соответственно 6 и 7, препятствующее растяжению мембраны и сохраняющие ее форму, причем высота крышки соответствует высоте мембраны.

Таким образом, выбранные соотношения (1), (2) и (3), определяющие ход гладкой сферической мембраны, а также наличие сферических участков поверхности на арматуре мембраны, позволяют создать мембранную коробку с гладкой сферической мембраной, обладающую высокой надежностью, чувствительностью, большим участком линейности упругой характеристики и сохраняющую стабильность рабочих характеристик после воздействия перегрузочных давлений.

На основе предлагаемого конструктивного решения разработана и изготовлена мембранная коробка с гладкой сферической мембраной. Испытания подтвердили ее положительные качества. Например, перегрузочное давление при сохранении стабильности рабочих характеристик мембранного элемента возросло в 1,5 раза, а чувствительность и линейность не менее чем в 1,3 раза в сравнении с прототипом.

Изобретение используется для измерения давления газообразных и жидких веществ и позволяет повысить надежность и чувствительность измерения, сохранить стабильность рабочих характеристик после перегрузочных давлений. Этот технический результат достигается за счет того, что в мембранной коробке, содержащей мембрану, жестко защемленную по контуру между крышкой и обоймой, мембрана выполнена гладкой сферической формы, в обойме размещен упор с возможностью взаимодействия с выпуклой стороной мембраны, причем отношение высоты, толщины мембраны и рабочего диаметра мембраны к ее полному ходу находится в пределах 0,6-1,20; 0,06-0,12 и 20-50 соответственно. Кроме того, крышка и обойма имеют сферические участки поверхности, обеспечивающие плотное прилегание мембраны при перегрузочных давлениях, причем высота крышки соответствует высоте мембраны. 1 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Мембранная коробка, содержащая мембрану, жестко защемленную по контуру между крышкой и обоймой, отличающаяся тем, что мембрана выполнена гладкой сферической формы, в обойме размещен упор с возможностью взаимодействия с выпуклой стороной мембраны, причем отношение высоты, толщины мембраны и рабочего диаметра мембраны к ее полному ходу находится в пределах 0,6 - 1,20; 0,06 - 0,12 и 20 - 50 соответственно. 2. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что крышка и обойма имеют сферические участки поверхности, обеспечивающие плотное прилегание мембраны при перегрузочных давлениях, причем высота крышки соответствует высоте мембраны.