ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ Российский патент 2004 года по МПК G01L13/02 

Изобретение относится к средствам измерения давления газообразных и жидких сред при помощи упругодеформируемых элементов и предназначено для использования в металлургической, нефтеперерабатывающей, газодобывающей промышленности при измерении давления сред, характеризующихся одновременным изменением температуры.

Опыт разработки указанных измерителей отражен в книге Нуберта Г.П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. Л.: Энергия, 1970.

Конструктивное решение преобразователя разности давлений представлено в частности в книге Кремлевского П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., 1989, где на с.182-184 и с.188-190 представлены особенности преобразователей, нашедших промышленное применение.

К числу недостатков описанного в книге П.П.Кремлевского прибора следует отнести значительные габариты, с одной стороны, и зависимость показаний от изменения температуры транспортируемой среды, что создает реальные условия для возникновения аварийных ситуаций, связанных с искажением значения контролируемого параметра.

Измерительный преобразователь разности давлений фирмы "Метран" лишен вышеназванных недостатков, а его конструкция защищена патентом РФ №2087884 с приоритетом от 20.08.97 г.

Измерительный преобразователь фирмы "Метран" содержит герметичный корпус, в котором выполнена полость с разделительной жидкостью и установлен тензомодуль. Жесткий центр измерительной гофрированной мембраны связан при помощи тяги с тензомодулем. Мембрана закреплена по контуру между корпусом и фланцем. В преобразователе использован гермопроходник и тензомодуль с тензорезисторами, включенными в тензомост, что обеспечивает преобразование неэлектрической величины (давления) в электрическую.

Важной особенностью конструкции является то, что при изменении температуры измеряемой среды происходит перемещение использованного в его составе упругого элемента, вызванное расширением или сжатием жидкости под влиянием температуры, в которую помещен тензомодуль. Тем самым устраняется влияние температуры транспортируемой среды на показания преобразователя, использующего в своем составе тензомодуль, чувствительный именно к давлению, а не к температуре.

При отсутствии элементов компенсации тензомодуль реагирует на изменение температуры среды как на изменение ее давления.

Техническим результатом использования конструктивного решения фирмы "Метран" является уменьшение погрешностей измерения при изменении температуры среды и ее статического давления.

Выполнение герметичной полости с разделительной жидкостью, образованной наружным контуром тензомодуля, гермопроходником, закрепленным в основании и упругим разделителем сред, герметично установленным в основании, позволяет исключить одностороннюю перегрузку тензомодуля и предохраняет его от разрушения при работе с высоким статическим давлением, т.к. рабочее давление контролируемой в одной из полостей преобразователя среды действует как с внутренней, так и с наружной стороны тензомодуля.

К числу недостатков конструкции измерителя фирмы "Метран", оказывающих существенное влияние на стабильность работы измерительного преобразователя, следует отнести то, что среда, давление которой подлежит измерению, имеет непосредственный контакт с внутренней поверхностью тензомодуля, включающего разнохарактерные элементы, защита от коррозии которых представляется достаточно проблематичной.

Следовательно, через какое-то время снова возникнет опасность искажения фактических данных о давлении, причем заранее предсказать сроки наступления этого события не представляется возможным, поскольку разные приборы работают в различных условиях и разрушение включенных в их состав элементов под воздействием коррозии протекает разными темпами.

Целью изобретения является обеспечение стабильной работы измерителя давления в течение всего установленного срока эксплуатации. При этом габариты и технологические особенности конструкции преобразователя разности давления фирмы "Метран", обеспечивающие его эксплуатационные преимущества, не претерпевают существенных изменений.

Для достижения указанной цели измерительный преобразователь разности давлений содержит корпус, в котором выполнена герметичная полость с разделительной жидкостью и установлен тензомодуль с тензрезисторами, погруженными в разделительную жидкость.

Рычаг соединен через тягу с жестким центром измерительной мембраны, взаимодействующие через образованный таким образом передаточный механизм с упругим разделителем.

Упругий разделитель выполнен в виде сильфона, расположенного концентрично по отношению к рычагу тензомодуля и прикрепленного одной стороной к рычагу и тяге, а другой стороной - к корпусу преобразователя разности давлений.

Сильфон выполнен с возможностью исключения прямого воздействия одной из сред на тензомодуль и обеспечения компенсации изменения объема разделительной жидкости, обусловленного изменением температуры, подлежащей измерению.

Компенсация влияния температуры на показания прибора осуществляется за счет изменения под воздействием температуры расстояния между гофрами сильфона, которое не отражается на положении рычага, расположенного по оси сильфона.

Соотношение внутреннего диаметра сильфона к его наружному диаметру составляет 1,6...2,3.

Изобретение поясняется чертежом.

Измерительный преобразователь разности давлений содержит корпус 1, крышку 2, измерительную мембрану 3, на центральном участке которой закреплен диск 4, к которому в свою очередь прикреплена тяга 5 передачи перемещения мембраны 3 к рычагу тензомодуля. Внутренняя поверхность крышки 2 и мембраны 3 образуют полость 6 для подачи измеряемой среды с одной стороны мембраны 3 и полость 7, образованную поверхностями корпуса 1 и мембраны 3 для подачи измеряемой среды с другой стороны мембраны 3.

Тензомодуль 8 установлен в основании 9 при помощи гайки 10 и кольца 11.

Тензомодуль 8 находится в герметичной полости 12, которая сообщается с внутренней полостью сильфона 13, расположенного концентрично по отношению к рычагу 14 тензомодуля. Соотношение диаметров (наружного и внутреннего) сильфона составляет 1,6...2,3.

Разделительная полость 12 заполнена жидкостью, которая защищает тензомодуль 8 от воздействия измеряемой среды с внутренней и внешней сторон. В составе тензомодуля 8 используются тензорезисторы 17 и 18, расположенные симметрично относительно оси рычага 14.

Измерительный преобразователь разности давлений работает следующим образом.

Измеряемая среда Р1 подается внутрь крышки 2 к мембране 3 через отверстие 15, другое давление Р2 подается через отверстие 16 в корпусе 1 соответственно в полость 7. Результирующая сила перемещает мембрану 3, которая через тягу 5 поворачивает рычаг 14 и сильфон 13 на угол “α”, пропорциональный разности измеряемых давлений, которая преобразуется в электрический сигнал тензомодулем 8, в составе которого использованы тензорезисторы 17 и 18.

Наличие объема разделительной жидкости, заполняющей полость 12 с упругим разделителем 13, позволяет исключить одностороннюю перегрузку тензомодуля 8 и предохраняет его от разрушения при работе с высоким статическим давлением.

При изменении температуры измеряемой в условиях стабильной разности давлений среды не происходит изменения сигнала на тензомодуле, т.к. при этом изменение объема жидкости, заполняющей полость 12, компенсируется изменением расстояния между гофрами сильфона 13.

При перемещении системы (мембрана - тензомодуль - сильфон) жесткость сильфона 13 суммируется с жесткостью мембраны и тензомодуля.

Предложенная конструкция исключает влияние температуры измеряемой среды на точность и гарантирует стабильность измерений разности давлений среды в течение установленного срока эксплуатации.

Коррозионное разрушение элементов измерительной схемы полностью исключено, а коррозионная стойкость элементов, передающих усилия от мембраны к тензомодулю, может быть повышена известными техническими средствами с отражением фактического срока работоспособности прибора в его паспортных данных.

Использование: при измерении давления сред, характеризующихся изменением температуры в широком диапазоне значений, в металлургической, нефтеперерабатывающей, газодобывающей промышленности. В измерительном преобразователе разности давлений содержится корпус, в котором выполнена герметичная полость с разделительной жидкостью. В корпусе установлен тензомодуль с тензорезисторами и рычагом, связанным через тягу с жестким центром измерительной мембраны. Упругий разделитель сред выполнен в виде сильфона, расположенного концентрично по отношению к рычагу тензомодуля, прикреплен одной стороной к рычагу и тяге, другой стороной – к корпусу. Соотношение наружного диаметра сильфона к его внутреннему диаметру составляет 1,6...2,3. Технический результат изобретения заключается в обеспечении стабильной работы давления в течение всего срока, указанного в его паспорте. 1 ил.

Измерительный преобразователь разности давлений, содержащий корпус, в котором выполнена герметичная полость с разделительной жидкостью и установлен тензомодуль с тензорезисторами, погруженными в разделительную жидкость, и рычагом, соединенными через тягу с жестким центром измерительной мембраны, воспринимающей воздействие сред, под разным давлением, и расположен упругий разделитель, отличающийся тем, что упругий разделитель выполнен в виде сильфона, расположенного концентрично по отношению к рычагу тензомодуля, прикрепленного одной стороной к рычагу и тяге, а другой стороной - к корпусу преобразователя разности давлений, при этом сильфон обеспечивает возможность исключения прямого воздействия одной из сред на тензомодуль и одновременно гарантирует компенсацию изменения объема разделительной жидкости, обусловленного изменением температуры среды, поступающей внутрь корпуса, за счет изменения расстояния между гофрами сильфона, причем соотношение внутреннего диаметра сильфона к его наружному диаметру составляет 1,6-2,3.