СИГНАЛИЗАТОР ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ, СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОФИЛЯ МЕМБРАНЫ ДЛЯ СИГНАЛИЗАТОРА ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01L19/00 G01L19/12 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения порогового значения давления, и предназначено для предотвращения перегрузки.

Известно реле давления (см., например, Д.И.Агейкин и др. “Датчики контроля и регулирования”. Машиностроение, М., 1965 г., с.626, фиг.V, 92), содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде поршня, расположенного с зазором в отверстии корпуса, эластичную мембрану, герметизирующую зазор. Перемещение поршня под воздействием давления передается штоку, который, двигаясь в направляющих и преодолевая усилие пружины, вызывает срабатывание исполнительного элемента, например микровыключателя.

Известное реле давления имеет достаточную чувствительность за счет введения эластичной мембраны и точность, обеспечиваемую поршнем, площадь которого стабильна. Однако в нем возможно заклинивание штока в направляющих, а величина усилия, развиваемого поршнем в начальной стадии, недостаточна, чтобы преодолеть заклинивание и обеспечить плавное перемещение штока. Прерывистое же перемещение штока уменьшает точность измерения давления.

Известно реле давления (см., например, патент №2106611, кл. G 01 L 19/12, 96 г.), содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде поршня, расположенного с зазором в отверстии корпуса, эластичную мембрану, выполненную с концентрическим гофром, контактирующую с поршнем и герметично соединенную по периферии с корпусом, шток, расположенный соосно с поршнем и взаимодействующий с пружиной и электроконтактным элементом, на поршне и в отверстии корпуса выполнены концентрично друг другу фаски, между которыми расположен гофр мембраны, причем мембрана установлена с зазором относительно корпуса.

Это реле давления принято за прототип.

В прототипе эластичная мембрана расположена с зазором от корпуса, и в начальной стадии подачи давления на шток действует усилие, развиваемое мембраной, площадь которой больше, чем площадь основания поршня. Благодаря большему усилию преодолевается заклинивающий эффект в направляющих штока. Шток выравнивается и происходит его плавное перемещение, что обуславливает меньшую погрешность срабатывания, т.е. повышение точности измерения.

Для снижения влияния жесткости мембраны на величину уставки срабатывания сигнализатора мембрана прототипа имеет предварительно сформированный гофр, расположенный над опорной поверхностью в зазоре между поршнем и корпусом, но поскольку за счет допусков на изготовление реальные размеры предварительно сформированного гофра мембраны отличаются от размеров профиля опорной поверхности, то при воздействии давления, величина которого близка к величине уставки срабатывания сигнализатора, гофр изменяет свою первоначальную форму, при этом в областях несовместимости происходит его смятие или растяжение, и в зависимости от величины дополнительной деформации образуются трещины с последующей потерей герметичности мембраны.

Кроме указанного, из-за того, что поршень в сигнализаторе-прототипе установлен непосредственно в корпусе, изготовление модификаций для измерения значительно отличающихся по величине давлений требует изготовления и модификаций корпуса сигнализатора, что экономически нерентабельно.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков.

Для этого в корпусе сигнализатора избыточного давления, в котором герметично установлена эластичная мембрана, выполненная с концентрическим гофром, охватывающим верхнюю часть поршня, выполняющего роль жесткого центра, взаимодействующего с регулируемой по усилию пружиной и электроконтактным устройством, размещена вставка с центральным отверстием, в котором с концентричным зазором установлен поршень, а эластичная мембрана снабжена вторым гофром, расположенным над опорной поверхностью во вставке, отделяя периферийную часть мембраны, герметично соединенную со вставкой, от перемещающейся вместе с поршнем ее центральной части, при этом вставка выполнена со ступенчатым центральным отверстием, причем ступенчатый переход в отверстии служит опорной поверхностью для днища поршня, а глубина той части отверстия, в которой установлен поршень, равна высоте поршня, при этом контактирующие поверхности вставки с поршнем и мембраны согласованы по профилю. Кроме того, в сигнализаторе избыточного давления согласованные по диаметрам, но с различными эффективными площадями пары "вставка-поршень" и взаимодействующие с поршнем пружины различной жесткости выполнены сменными и взаимозаменяемыми по посадочным размерам.

Формирование профиля мембраны для сигнализатора избыточного давления происходит следующим образом: при сборке исходно плоскую мембрану, вырубленную из полиимидной пленки, герметично устанавливают на профилированную поверхность вставки с поршнем, прижимают ее к их профилированной поверхности, воздействуя на нее давлением ≥120 кг/см², при этом эластичная мембрана повторяет и запоминает профиль опорной поверхности за счет произошедших в ней пластических деформаций.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена конструкция сигнализатора избыточного давления, на фиг.2 и 3 показана динамика изменения формы гофра в каждом из характерных положений сигнализатора с предварительно выполненным гофром в прототипе и в предложенном сигнализаторе избыточного давления.

Сигнализатор избыточного давления содержит (см. фиг.1) корпус 1, в котором установлена вставка 2 с поршнем 3, эластичную мембрану 4 с гофрами 5, 6, расположенную над вставкой 2 и поршнем 3, крышку со штуцером 7, пружину 8 и электроконтактное устройство 9, показанное условно.

В сигнализаторе избыточного давления в качестве чувствительного элемента, преобразующего давление в усилие, используется поршень 3, установленный в цилиндрической вставке 2 с некоторым радиальным зазором. Герметизация радиального зазора пары поршень-вставка достигается за счет использования эластичной мембраны 4, изготовленной из пленки полиимида и герметично соединенной по периферии со вставкой 2.

Для снижения влияния жесткости мембраны 4 на величину уставки срабатывания сигнализатора мембрана 4 имеет гофр 5, отделяющий ее неподвижную периферийную часть от перемещающейся вместе с поршнем 4 центральной части, и гофр 6, охватывающий верхнюю часть поршня, препятствуя его смещению в радиальном зазоре. Согласованные по профилю поверхность мембраны 4 и поверхности вставки 2 с поршнем 3, являющиеся опорными поверхностями для нагруженной перегрузочным давлением мембраны, защищают ее от нерегламентированных деформаций и, в конечном счете, от разрушения.

На фиг.2A (см. фиг.2) показана мембрана с предварительно изготовленным гофром, еще не установленная в сигнализатор.

При отсутствии избыточного давления поршень 3 прижат пружиной 8, регулирующей величину уставки срабатывания, к донышку крышки со штуцером 7. Для того, чтобы при указанном положении поршня гофр 6 разместился в зазоре между вставкой 2 и поршнем 3, он должен изменить свою форму (см. фиг.2Б). В этом положении сигнализатор находится при хранении.

При воздействии давления, величина которого близка к величине уставки срабатывания сигнализатора, приложенное давление, плотно поджимая мембрану 4 к вставке 2 и поршню 3, вновь изменяет форму гофра 6 (см. фиг.2В).

При воздействии перегрузочного давления нижняя поверхность поршня 3 прижата к ступенчатому переходу в центральном отверстии во вставке 2, при этом между центральной частью мембраны и поверхностью поршня остается условно показанная на фиг.2Г область несовместимости, внутри которой и происходит смятие мембраны 4. При этом в зависимости от величины области несовместимости при последующей циклической нагрузке могут образовываться трещины с потерей герметичности мембраны.

Для устранения этого недостатка в предложенном сигнализаторе формируют два гофра: гофр 5, расположенный вблизи герметичной заделки мембраны, назначением которого является обеспечение перемещения центральной части мембраны 4 за счет изгибной деформации гофра, и гофр 6, фиксирующий соосное положение поршня относительно мембраны 4.

Гофры в соответствии с предложенным способом формируют следующим образом:

В процессе сборки сигнализатора плоскую заготовку эластичной мембраны 4, полученную вырубкой из полиимидной пленки (см. фиг.3A), герметично устанавливают над поверхностями вставки 2 с поршнем 3 и воздействуют на нее повышенным давлением ≥120 кг/см² со стороны крышки со штуцером 7, при этом нижняя поверхность поршня 3 прижимается к ступенчатому переходу в центральном отверстии во вставке 2, а верхняя поверхность поршня 3 совместно с поверхностью вставки 2 образует профилированную опорную поверхность для мембраны 4, на которой за счет растяжения, превышающего предел упругости, формируется профиль мембраны 4 с гофрами 5, 6 (см. фиг.3Б), повторяющий профиль опорной поверхности вставки с поршнем.

Поршень 3 пружиной 8 прижат к донышку проточки в крышке со штуцером 7 (см. фиг.3Г). Мембрана сигнализатора из-за жесткости образованных гофров при отслеживании перемещения поршня слегка приподнимается над поверхностью поршня, дополнительно изгибаясь по линии соприкосновения с границей проточки.

Таким образом, в предложенном сигнализаторе избыточного давления за счет удаления гофра из радиального зазора поршень-вставка исключается влияние изменения формы гофра мембраны на стабильность величины уставки срабатывания сигнализатора после настройки.

Кроме того, обеспечение возможности изготовления модификаций для измерения значительно отличающихся по величине давлений снижает затраты на изготовление.

Сигнализатор избыточного давления и способ формирования профиля мембраны для него относятся к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения порогового значения давления, и предназначены для предотвращения перегрузки. В корпусе сигнализатора избыточного давления, в котором герметично установлена эластичная мембрана, выполненная с концентрическим гофром, охватывающим верхнюю часть поршня, выполняющего роль жесткого центра и взаимодействующего с регулируемой по усилию пружиной и электроконтактным устройством, размещена вставка с центральным отверстием, в котором с концентричным зазором установлен поршень, а эластичная мембрана снабжена вторым гофром, расположенным над опорной поверхностью во вставке, отделяя периферийную часть мембраны, герметично соединенную со вставкой, от перемещающейся вместе с поршнем ее центральной части, при этом вставка выполнена со ступенчатым центральным отверстием, причем ступенчатый переход в отверстии служит опорной поверхностью для днища поршня, а глубина той части отверстия, в которой установлен поршень, равна высоте поршня, при этом контактирующие поверхности вставки с поршнем и мембраны согласованы по профилю. Кроме того, в сигнализаторе избыточного давления согласованные по диаметрам, но с различными эффективными площадями пары “вставка-поршень” и взаимодействующие с поршнем пружины различной жесткости выполнены сменными и взаимозаменяемыми по посадочным размерам. Описан способ формирования профиля мембраны для сигнализатора избыточного давления. Технический результат - снижение погрешности срабатывания сигнализатора, повышение точности. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сигнализатор избыточного давления, содержащий корпус, в котором герметично установлена эластичная мембрана, выполненная с концентрическим гофром, охватывающим верхнюю часть поршня, выполняющего роль жесткого центра, взаимодействующего с регулируемой по усилию пружиной и электроконтактным устройством, отличающийся тем, что в корпусе сигнализатора размещена вставка с центральным отверстием, в котором поршень установлен с концентрическим зазором, а эластичная мембрана снабжена вторым гофром, расположенным над опорной поверхностью вставки с возможностью отделения периферийной части мембраны, герметично соединенной со вставкой, от перемещающейся вместе с поршнем ее центральной части.2. Сигнализатор избыточного давления по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена со ступенчатым центральным отверстием, причем ступенчатый переход в отверстии служит опорной поверхностью для днища поршня, а глубина той части отверстия, в которой установлен поршень, равна высоте поршня.3. Сигнализатор избыточного давления по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что контактирующие поверхности вставки с поршнем и мембраны согласованы по профилю.4. Сигнализатор избыточного давления по одному из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что согласованные по диаметрам, но с различными эффективными площадями, пары “вставка-поршень” и взаимодействующие с поршнем пружины различной жесткости выполнены сменными и взаимозаменяемыми по посадочным размерам.5. Способ формирования профиля мембраны для сигнализатора избыточного давления, заключающийся в том, что при сборке сигнализатора исходно плоскую эластичную мембрану, выполненную из полиимидной пленки, герметично устанавливают на профилированную поверхность вставки с поршнем, прижимают ее к их профилированной поверхности, воздействуя на нее давлением ≥120 кг/см², с возможностью повторения и запоминания эластичной мембраной профиля опорной поверхности за счет произошедших в ней пластических деформаций.