СИГНАЛИЗАТОР ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01L19/08 

Изобретение относится к приборостроению, а точнее к устройствам для измерения давления преимущественно при контроле герметичности.

Известен сигнализатор давления, содержащий корпус со штуцером, установленную в нем мембрану, на которой размещена втулка, пружина, фрикционный элемент и преобразователь перемещения в электрический сигнал. (Авт. свид. СССР N 705292, кл. G 01 L 19/08, 1978 г.).

Недостатком указанного сигнализатора давления является сложность настройки, невысокая надежность из-за использования контактного преобразователя перемещения в электрический сигнал и постоянно действующего фрикционного элемента, что в целом существенно ограничивает его функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением является сигнализатор давления (авт. свид. СССР N 1675706, кл. G 01 L 19/08, 19/10, 1991 г.), содержащий корпус с установленными в нем мембраной и пружиной, преобразователь перемещения в электрический сигнал в виде соленоида, закрепленного на втулке, и ферромагнитного сердечника, связанного с мембраной и расположенного с возможностью взаимодействия с нижней частью соленоида, фрикционный элемент, содержащий кольцевую камеру, полость которой сообщена с источником давления через нормально закрытый клапан.

Здесь повышаются надежность работы и удобство настройки устройства. Этот результат достигается за счет применения бесконтактного индуктивного преобразователя перемещения в электрический сигнал и выполнения фрикционного элемента в виде кольцевой пневматической камеры. Однако технологические возможности такого устройства ограничены только сигнализацией падения давления, т.к. для контроля герметичности объекта требуется дополнительно определять уровень рабочего давления и фиксировать продолжительность испытания, т. е. время, в течение которого определяется утечка газа. Кроме того, в данном сигнализаторе давления для обеспечения фиксации соленоида происходит непосредственный контакт кольцевой камеры с перемещающимся соленоидом, что может привести к разрыву ее оболочки из-за истирания или неровностей на поверхности соленоида. Для надежной установки пневматической кольцевой камеры в расточке корпуса она должна обладать значительной упругостью и закрепляться, например, клеем, но при этом затрудняется ее монтаж и демонтаж. При такой конструкции фрикционного элемента затруднителен подвод воздуха к кольцевой камере. В целом все эти недостатки снижают надежность всего устройства.

Технический результат изобретения заключается в расширении технологических возможностей за счет контроля уровня задаваемого рабочего давления и установки времени контроля, что обеспечивает возможность использования в более широком диапазоне контроля, в том числе в устройствах повышенной точности; возможности контролировать непосредственно величину утечки газа за определенное время, характеризующую герметичность объекта; в повышении надежности за счет применения в конструкции фрикционного элемента подпружиненных плунжеров и размещения кольцевой камеры снаружи корпуса.

Указанный технический результат достигается тем, что известный сигнализатор давления, содержащий корпус с установленными в нем мембраной и пружиной, преобразователь перемещения в электрический сигнал в виде соленоида, закрепленного на втулке, и ферромагнитного сердечника, связанного с мембраной и расположенного с возможностью взаимодействия с нижней частью соленоида, фрикционный элемент, содержащий кольцевую камеру, полость которой сообщена с источником давления через нормально закрытый клапан, согласно изобретению снабжен сервисным датчиком и реле времени, которое состоит из пневматической емкости, выполненной в виде стакана, ограниченного чувствительным элементом, установленного на корпусе, и датчика чувствительного элемента, выполненного в виде пружинного реостатного преобразователя, один конец которого закреплен на дне стакана, второй - на чувствительном элементе, при этом пневматическая емкость через регулируемый дроссель и клапанный элемент подключена к источнику давления и через выхлопной клапан соединена с атмосферой, сервисный датчик образован соленоидом и дополнительным ферромагнитным сердечником, установленным на дне стакана с возможностью взаимодействия с верхней частью соленоида, пружина размещена во втулке между незакрепленными торцами сердечников и выполнена из немагнитного материала.

Кроме того, фрикционный элемент снабжен набором подпружиненных плунжеров, расположенных в корпусе радиально между соленоидом и кольцевой камерой, размещенной в кожухе, установленном по наружному периметру корпуса.

Отличием заявляемого сигнализатора давления является его конструктивное исполнение, при котором он снабжен сервисным датчиком, позволяющее контролировать уровень рабочего давления, автоматически производить отсечку при достижении заданного уровня давления, что повышает точность сигнализатора и тем самым расширяет его технологические возможности.

Выполнение сервисного датчика, при котором он образован соленоидом и дополнительным сердечником, установленным на дне стакана с возможностью взаимодействия с верхней частью соленоида, обеспечивает простоту конструкции датчика, т.к. для его функционирования используется уже имеющийся соленоид.

Снабжение сигнализатора давления реле времени позволяет задавать и автоматически выдерживать время контроля, что дает возможность использовать сигнализатор для контроля величины утечки газа за определенный временной интервал, установленный, например, ГОСТом, т.е. для контроля герметичности объекта, тем самым расширяются его технологические возможности.

Выполнение реле времени состоящим из пневматической емкости, изготовленной в виде стакана, ограниченного чувствительным элементом, установленного на корпусе, и датчика чувствительного элемента, выполненного в виде пружинного реостатного преобразователя, при этом пневматическая емкость через регулируемый дроссель и клапанный элемент подключена к источнику давления и через выхлопной клапан соединена с атмосферой, позволяет регулировать и выдерживать временной интервал в необходимом диапазоне, выдавать сигнал о завершении временного интервала и сбрасывать сжатый воздух из пневматической емкости, т.е. подготавливаться к следующему измерению в автоматическом режиме и с учетом функционирования всех других элементов сигнализатора. Кроме того, такая конструкция позволяет использовать для монтажа корпус сигнализатора и сжатый воздух из имеющегося источника давления, что упрощает конструкцию устройства. Причем пружинный реостатный преобразователь дополнительно выполняет функцию противодавления, т.е. подпорной пружины, для чувствительного элемента.

Размещение пружины во втулке между незакрепленными торцами сердечников и ее выполнение из немагнитного материала обеспечивает необходимый для работы подпор мембране и чувствительному элементу реле времени.

Вариант выполнения фрикционного элемента, при котором он снабжен набором подпружиненных плунжеров, расположенных в корпусе радиально между соленоидом и кольцевой камерой, размещенной в кожухе, установленном по наружному периметру корпуса, устраняет непосредственный контакт между шероховатой и неровной поверхностью соленоида и поверхностью кольцевой камеры, выполненной из эластичного материала, как в рабочем, так и нерабочем состоянии. При этом значительно уменьшается износ камеры, исключается возможность проколов, разрывов, истирания эластичной оболочки. Кроме того, существенно упрощается монтаж и демонтаж кольцевой камеры, а также ее подключение к источнику давления, тем самым увеличивается надежность устройства в целом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами конструкции сигнализатора давления.

На фиг. 1 изображена конструкция сигнализатора давления, общий вид в разрезе и схема подключения к нему источника сжатого воздуха; на фиг. 2 - конструкция фрикционного элемента с подпружиненными плунжерами и кольцевой камерой, размещенной в кожухе.

Сигнализатор давления (фиг. 1) состоит из корпуса 1, разделенного на полости мембраной 2, на которой имеется жесткий центр 3 и скрепленный с ним ферромагнитный сердечник 4. Полость А корпуса 1 сообщается с атмосферой, а полость Б - с испытуемым объектом 5, давление в которых создается источником сжатого воздуха (не показан) и отсекается на время испытания клапаном 6. На сердечнике 4 установлена с зазором втулка 7, снабженная соленоидом 8, наружная поверхность 9 которого покрыта слоем твердого диэлектрика. При этом корпус 1, ферромагнитный сердечник 4 и соленоид 8 образуют индуктивный преобразователь В перемещения в электрический сигнал. Втулка 7 с соленоидом 8 имеют фрикционную связь с корпусом 1 посредством фрикционного элемента, выполненного в виде кольцевой пневматической камеры 10, расположенной в расточке корпуса 1. Пневматическая камера 10 имеет возможность фрикционного взаимодействия с наружной поверхностью 9 соленоида 8 и соединена с источником пневматического давления через нормально закрытый клапан 11, что обеспечивает соединение пневматической камеры 10 с атмосферой в начале испытания. На корпусе 1 установлен стакан 12, полость которого ограничена чувствительным элементом 13 и представляет собой герметичную пневматическую емкость 14. В качестве чувствительного элемента 13 может быть использована, например, мембрана. В полости стакана 12 смонтирован датчик чувствительного элемента 13, выполненный, например, в виде пружинного реостатного преобразователя 15 (см. Агейкин Д.И., Костина Е.Н., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования: Справочные материалы. М.: Машиностроение,1965, с. 24, фиг. 1,5), один конец которого закреплен без люфта на дне 16 стакана 12, второй - на чувствительном элементе 13 посредством крепежных шайб 17. Электрические контакты 18 преобразователя 15 выведены наружу через уплотненное отверстие в стакане 12. Пневматическая емкость 14 через регулируемый дроссель 19 и клапанный элемент 20 подключена к источнику пневматического давления (не показан), а через выхлопной клапан 21 - соединена с атмосферой. При этом чувствительный элемент 13, пневматическая емкость 14, реостатный преобразователь 15 и регулируемый дроссель 19 образуют реле 22 времени, которое позволяет автоматически фиксировать продолжительность контроля. С наружной стороны дна стакана 12 соосно сердечнику 4 установлен дополнительный ферромагнитный сердечник 23, незакрепленный конец которого имеет возможность взаимодействовать с верхней частью соленоида 8. Дополнительный сердечник 23 и соленоид 8 образуют сервисный индуктивный датчик 24, обеспечивающий контроль уровня рабочего давления, подаваемого в объект 5 и полость Б. Между незакрепленными торцами сердечников 4 и 23 размещена пружина 25, оттарированная на определенный диапазон рабочего давления, которая воздействует на мембрану 2. Настроечная регулировка усилия пружины 25 в зависимости от заданного рабочего давления осуществляется перемещением стакана 12 относительно корпуса 1 посредством резьбового соединения между ними (фиг. 1) с последующей фиксацией стопором (не показан). Кроме того, регулировка усилия пружины 25 может осуществляться посредством набора прокладок, устанавливаемых между корпусом 1 и стаканом 12 с последующим креплением болтовым соединением (не показано).

Фрикционный элемент может быть образован (фиг. 2) кольцевой пневматической камерой 10 и набором плунжеров 26, снабженных пружинами 27. Каждый плунжер 26 расположен в радиальном отверстии 28 корпуса 1 между кольцевой камерой 10 и соленоидом 8. Количество плунжеров 26 устанавливается в зависимости от усилия, требуемого для надежной фиксации соленоида 8 и втулки 7. При этом кольцевая камера 10 размещена в кожухе 29, установленном по наружному периметру корпуса 1. Кожух 29 ограничивает величину расширения кольцевой пневматической камеры 10 и определяет направление ее действия в сторону плунжеров 26.

Сигнализатор давления (фиг. 1) работает следующим образом.

При контроле герметичности подмембранную полость Б сигнализатора давления и испытуемый объект 5 соединяют с источником пневматического давления. Мембрана 2 с жестким центром 3, деформируясь под действием давления в полости Б сжимает пружину 25, предварительно настроенную перемещением стакана 12 или посредством прокладок на требуемый уровень рабочего давления, и перемещает сердечник 4, втулку 7 и соленоид 8. Полость А не препятствует этому перемещению, т.к сообщена с атмосферой. При этом дополнительный сердечник 23 входит в соленоид 8 и сервисный датчик 24 фиксирует рост давления в полости Б. Причем пневматическая камера 10 не препятствует этому перемещению, которое осуществляется до тех пор пока сервисный датчик 24 не зафиксирует требуемую величину рабочего давления и выдаст сигнал на нормально закрытый клапан 11, обеспечивающий подачу сжатого воздуха в пневматическую камеру 10 и одновременно на клапан 6. Это обеспечивает отсечку полости Б и объекта 5 от источника пневматического давления, а также фиксацию соленоида 8 и втулки 7 за счет возникшей фрикционной связи между наружной поверхностью 9 и пневматической камерой 10. Таким образом, индуктивный преобразователь В перемещения в электрический сигнал подготовлен к работе. Одновременно осуществляется запуск реле 22 времени, предварительно настроенного на требуемую выдержку времени посредством регулируемого дросселя 19, который задает расход воздуха, следовательно, скорость заполнения пневматической емкости 14, для чего включается клапанный элемент 20 и выключается выхлопной клапан 21. Чувствительный элемент 13 под действием давления воздуха, заполняющего пневматическую емкость 14, будет деформироваться. Так как дно 16 стакана 12, на котором закреплен один из концов пружинного реостатного преобразователя 15, неподвижно, то преобразователь 15 начнет растягиваться в сторону деформации чувствительного элемента 13, с которым он скреплен вторым концом посредством шайбы 17. При растяжении сопротивление пружинного реостатного преобразователя 15 растет за счет нарушения условий электрического контакта между его витками.

Скорость заполнения пневматической емкости 14 пропорциональна заданному времени выдержки, поэтому деформация чувствительного элемента 13 и соответствующее ему растяжение преобразователя 15 будут также пропорциональны времени выдержки. По истечении заданного времени контроля на электрических контактах 18 появится соответствующий сигнал. Если за время контроля будет происходить падение давления в полости В из-за негерметичности испытуемого объекта 5, то сердечник 4 выводится из неподвижного соленоида 8. Индуктивность соленоида 8 изменяется пропорционально выведенной из него массы сердечника 4, сигнализируя этим о величине утечки сжатого воздуха из испытуемого объекта 5. По завершении контроля сброс давления в полости Б происходит при отсоединении испытуемого объекта 5. При этом пневматическая камера 10 подсоединяется через клапанный элемент 20 к атмосфере, фрикционная связь с наружной поверхностью 9 соленоида 8 разрывается, втулка 7 и соленоид 8 под действием собственного веса и пружины 25 возвращаются в исходное положение. Сброс давления в пневматической емкости 14 происходит при отсечке от источника пневматического давления посредством клапанного элемента 20 и сообщении через выхлопной клапан 21 с атмосферой.

Если фрикционный элемент (фиг. 2) снабжен набором подпружиненных плунжеров 26, то в исходном положении они отведены в радиальные отверстия 28 в корпусе 1 и не препятствуют перемещению втулки 7 и соленоида 8. После подачи сигнала на фиксацию соленоида 8 сжатый воздух через нормально закрытый клапан 11 поступает в кольцевую пневматическую камеру 10. Она расширяется в пределах кожуха 29 и перемещает плунжеры 26. При этом возникает фрикционная связь между торцами плунжеров 26 и наружной поверхностью 9 соленоида 8, чем и обеспечивается его фиксация. При подаче сигнала о прекращении фиксации соленоида 8 кольцевая камера 10 через нормально закрытый клапан 11 соединяется с атмосферой, и ее давление на плунжеры 26 прекращается. Каждый плунжер 26 под действием соответствующей пружины 27 возвращается в исходное положение внутри корпуса 1, чем полностью исключается даже незначительная фрикционная связь с наружной поверхностью 9 соленоида 8.

Использование предлагаемого сигнализатора давления по сравнению с существующими позволяет существенно расширить технологические возможности за счет того, что в конструкции устройства предусмотрены реле времени и сервисный датчик. Посредством реле времени задается и фиксируется продолжительность контроля падения давления предлагаемым устройством. Это делает возможным применение сигнализатора давления для контроля герметичности изделий в случаях, когда требуется выдерживать продолжительность испытания для обеспечения точности контроля или требования ГОСТа. Применение сервисного датчика расширяет технологические возможности и повышает точностные характеристики сигнализатора давления, так как он обеспечивает точное определение заданного уровня рабочего давления, которое создается в испытуемом объекте, а следовательно, готовность к работе и начало отсчета падения давления, индуктивным преобразователем сигнализатора. Это устраняет влияние на точную и надежную работу сигнализатора давления, например колебания сетевого давления или неисправности в подводящей пневматической сети. Применение в конструкции предлагаемого сигнализатора давления реле времени и сервисного датчика повысили уровень его автоматизации и расширили возможности его использования как автономного контрольного устройства, так и в специализированных стендах для испытания на герметичность различных объектов. Дополнительно в предлагаемом сигнализаторе давления повышена надежность за счет применения в фрикционном элементе подпружиненных плунжеров, подбирая количество которых можно задавать усилие фрикционной связи. Кроме того, такая конструкция фрикционного элемента исключает непосредственный контакт между поверхностями пневматической кольцевой камеры и соленоида, который в известных конструкциях приводил к быстрому износу пневматической камеры, в том числе из-за остаточной фрикционной связи вследствие упругих свойств материала кольцевой камеры и неполного сброса воздуха из нее. Размещение кольцевой пневматической камеры в кожухе снаружи корпуса делает конструкцию устройства технологичнее, т. к. значительно облегчает установку и демонтаж кольцевой камеры, упрощает ее подключение к источнику давления.

Изобретение относится к устройствам для измерения давления. Сигнализатор содержит корпус с мембраной и пружиной. Преобразователь перемещения в электрический сигнал выполнен в виде соленоида, закрепленного на втулке, и ферромагнитного сердечника, связанного с мембраной и расположенного с возможностью взаимодействия с нижней частью соленоида. Фрикционный элемент содержит кольцевую камеру, полость которой сообщена с источником давления через нормально закрытый клапан. Сигнализатор снабжен сервисным датчиком и реле времени. Реле времени состоит из пневматической емкости, выполненной в виде стакана, установленного на корпусе и ограниченного чувствительным элементом. Датчик чувствительного элемента входит в состав реле времени и выполнен в виде пружинного реостатного преобразователя. Один конец преобразователя закреплен на дне стакана, а второй - на чувствительном элементе. Пневматическая емкость через регулируемый дроссель и клапанный элемент подключена к источнику давления, а через выхлопной клапан - к атмосфере. Сервисный датчик образован соленоидом и дополнительным ферромагнитным сердечником, взаимодействующим с верхней частью соленоида. Пружина размещена во втулке между незакрепленными торцами сердечников и выполнена из немагнитного материала. Технический результат - расширение технологических возможностей и повышение надежности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сигнализатор давления, содержащий корпус с установленными в нем мембраной и пружиной, преобразователь перемещения в электрический сигнал в виде соленоида, закрепленного на втулке, и ферромагнитного сердечника, связанного с мембраной и расположенного с возможностью взаимодействия с нижней частью соленоида, фрикционный элемент, содержащий кольцевую камеру, полость которой сообщена с источником давления через нормально закрытый клапан, отличающийся тем, что он снабжен сервисным датчиком и реле времени, которое состоит из пневматической емкости, выполненной в виде стакана, ограниченного чувствительным элементом, установленного на корпусе, и датчика чувствительного элемента, выполненного в виде пружинного реостатного преобразователя, один конец которого закреплен на дне стакана, второй - на чувствительном элементе, при этом пневматическая емкость через регулируемый дроссель и клапанный элемент подключена к источнику давления и через выхлопной клапан соединена с атмосферой, сервисный датчик образован соленоидом и дополнительным ферромагнитным сердечником, установленным на дне стакана с возможностью взаимодействия с верхней частью соленоида, пружина размещена во втулке между незакрепленными торцами сердечников и выполнена из немагнитного материала. 2. Сигнализатор давления по п.1, отличающийся тем, что фрикционный элемент снабжен набором подпружиненных плунжеров, расположенных в корпусе радиально между соленоидом и кольцевой камерой, размещенной в кожухе, установленном по наружному периметру корпуса.