УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАВЛЕНИЯ СО СРЕДСТВОМ ОБНАРУЖЕНИЯ РАЗРЫВА МЕМБРАНЫ И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕХОДНИК СО СРЕДСТВОМ ОБНАРУЖЕНИЯ РАЗРЫВА МЕМБРАНЫ Российский патент 2005 года по МПК G01L19/06 G01M3/16 

Настоящее изобретение относится к устройству для передачи давления, или мембранному разделительному устройству, предназначенному для передачи давления, действующего в первой среде на вторую среду.

В особенности изобретение относится к устройству передачи давления, содержащему основание;

разделительную, мембрану, которая своей кромкой закреплена на основании, при этом первая поверхность разделительной мембраны, обращенная наружу, от основания, может контактировать с первой средой, а вторая поверхность разделительной мембраны, обращенная внутрь, к основанию, образует с основанием камеру давления, которая может быть заполнена второй средой и снабжена отверстием, через которое измеряемое давление может передаваться посредством второй среды;

датчик постоянного контроля свойства среды, находящейся в этой камере.

Устройства подобного типа, помимо их применения для других целей, используют для измерения давления в агрессивных средах. Разделительная мембрана контактирует с первой агрессивной средой, при этом давление, действующее в первой среде, передается второй среде, находящейся в камере давления. Из этой камеры давление посредством второй среды передается через подходящую передающую трубку в ячейку измерения давления.

В качестве второй среды для передачи давления предпочтительно используют несжимаемые масла. В связи с тем, что такое вещество является приемлемым для загрязнения измеряемой среды, а также по другим соображениям, представляется очевидным своевременно выявить наличие утечки в разделительной мембране или разрыва разделительной мембраны. С этой целью Бастиаан в заявке на европейский патент №0838672 предложил конструкцию устройства передачи давления, в которой камера давления имеет в стенке глухое отверстие, и в это отверстие вмонтирован электрод датчика электропроводности. При таком выполнении устройства в случае разрыва разделительной мембраны первая жидкость проникает в камеру давления и в указанное глухое отверстие, вследствие чего может быть выявлено изменение электрической проводимости среды, при условии, что первая среда имеет электропроводность, которая заметно отличается от электропроводности второй среды. В частности, это имеет место, когда первая среда является агрессивной средой, а второй средой - масло.

Для различных случаев измерения давления существует большое количество устройств для передачи давления, конструктивное выполнение которых соответствует различным требованиям предполагаемого их использования. Выполнение указанного большого количества передатчиков давления с резистивиметрами, предложенными Бастиааном, обуславливает очень высокую стоимость изготовления таких устройств. Кроме того, в предложенном Бастиааном устройстве необходим минимальный диаметр отверстия, равный 1,5 дюйма или 3,8 см, для размещения датчика электропроводности вблизи трубки передачи давления, как это следует из публикации заявителя под названием "Badoterm's MDS Deaphragm Leakage Detection System", где описано изделие, соответствующее объекту заявленного изобретения. Указанное условие размещения датчика во многих случаях использования является неприемлемым.

Кроме того, следует отметить, что в описанном выше устройстве для передачи давления перемещение загрязнений к датчику происходит чисто диффузионным путем. В этом случае в зависимости от глубины глухого отверстия и особенностей установки передатчика давления такой механизм перемещения загрязнений может привести к большому времени запаздывания между появлением утечки и обнаружением датчиком загрязнения в результате возникшей утечки.

Соответственно, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении усовершенствованного устройства для передачи давления, в котором устранены указанные недостатки известного аналога.

Задача данного изобретения решается с помощью устройства, охарактеризованного в независимых пунктах 1 и 12 формулы изобретения. Дополнительные преимущества и аспекты изобретения следуют из зависимых пунктов формулы, описания изобретения и приложенных фигур чертежей.

Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением, предназначенное для передачи давления, действующего в первой среде, ко второй среде, содержит

основание,

разделительную мембрану, которая своей кромкой закреплена на основании, при этом первая поверхность разделительной мембраны, обращенная наружу, в сторону от основания, может контактировать с первой средой, а вторая поверхность разделительной мембраны, обращенная внутрь, к основанию, образует с основанием камеру давления, которая может быть заполнена второй средой, причем камера давления снабжена отверстием, через которое измеряемое давление первой среды может передаваться посредством второй среды;

датчик для непрерывного контроля свойства вещества второй среды, при этом указанный датчик сообщается по потоку среды с камерой давления посредством отверстия в камере давления.

Предпочтительно датчик представляет собой датчик электропроводности. Кроме того, в качестве датчика может быть использован емкостной датчик, который непрерывно контролирует относительную диэлектрическую постоянную второй среды.

В случае утечки в разделительной мембране, свойства вещества второй среды меняются благодаря ее загрязнению первой средой. Поскольку загрязнения распространяются, по меньшей мере, при постоянной температуре и постоянном давлении, в основном путем диффузии, максимальное расстояние от датчика до разделительной мембраны предпочтительно должно быть таким, чтобы ожидаемое время диффузии загрязнений, происходящей вследствие утечки через мембрану к датчику, не превышало заданного интервала времени. В зависимости от предъявляемых требований, которые в основном диктуются целями, в которых предполагается использовать такой датчик, этот временной интервал может ограничиваться минутами, часами, днями или неделями. Для обеспечения наибольшей степени универсальности применения предлагаемого устройства передачи давления используемый в нем датчик должен быть установлен на минимально возможном расстоянии от разделительной мембраны.

В случае использования датчика электропроводности такой датчик содержит, по меньшей мере, два отделенных друг от друга электрода, при этом промежуток между электродами заполняют, по меньшей мере частично, второй средой. Датчик может, например, иметь один первый и один второй выступающие электроды, которые электрически изолированы друг от друга и от основания или от трубки (линии) передачи давления. Кроме того, возможен вариант исполнения, при котором вторым электродом служит само основание или трубка передачи давления. Емкостной датчик может иметь такое же выполнение электродов, что и датчик электропроводности.

В предпочтительном воплощении предлагаемого устройства основание устройства для передачи давления выполнено с соединительным элементом (местом сочленения), предназначенным для подключения к передатчику давления трубки передачи давления. Отверстие камеры давления сообщается с указанным соединительным элементом. При этом датчик может быть вмонтирован, например, в соединительный элемент или в соединительный переходник, с помощью которого в соединительном элементе устанавливают трубку линии передачи давления.

В различных вариантах выполнения устройство может быть изготовлено так, что переменная нагрузка по давлению, действующая на разделительную мембрану, и/или изменение объема второй среды вследствие флуктуации температуры, происходящие в пределах заданной рабочей области устройства, приводят к протеканию второй среды через отверстие камеры давления, при этом датчик установлен на таком расстоянии от камеры давления, что по меньшей мере часть среды, находящейся в указанной камере при давлении, составляющем 50% от номинального давления, и при среднем значении температуры из области номинальных температур работы устройства, протекает до места расположения датчика при сжатии объема камеры давления не более чем на 30%, предпочтительно не более чем на 20% и особенно предпочтительно не более чем на 10%.

Соединительный переходник включает в себя соединительную часть, предназначенную для сочленения с соответствующим соединительным элементом линии передачи давления, выполненном в основании, и приемник трубки передачи давления. Кроме того, соединительный переходник содержит первый электрод и второй электрод датчика. Приемник трубки передачи давления соединительного переходника может, например, иметь камеру, с которой сообщается трубка передачи давления.

Первый и второй электроды могут быть, например, зафиксированы в отверстии камеры соединительного переходника с помощью стеклянной изолирующей втулки. Особенно предпочтительно конструктивное выполнение, при котором трубка передачи давления также закреплена с помощью стеклянной втулки, в частности с помощью той же втулки, используемой для закрепления электродов.

Кроме того, преимущество установки датчика непрерывного контроля свойства вещества передаваемой среды в отверстии камеры давления или в другом участке конструкции, сообщающимся с камерой давления посредством отверстия в камере давления, заключается в реализации механизма переноса загрязнений за счет конвекции или течения переносимой среды.

Описанное конструктивное выполнение устройства, как правило, должно обеспечить более быстрое выявление наличия загрязнений, чем в случае чисто диффузионного переноса в вышеупомянутой конструкции, предложенной Баастианом. Если, например, рабочий объем камеры давления составляет 100 мм³, а диаметр отверстия равен 1 мм, то во время действия импульса давления в режиме перегрузки вытеснение общего рабочего объема среды через отверстие соответствует примерно длине 127 мм. Таким путем загрязнения вместе с передающей средой могут достигнуть датчика значительно быстрее, чем при использовании известного устройства Бастиаана.

В равной степени конвективный перенос загрязнений могут вызвать флуктуации температуры. Изменение температуры в трубке передачи давления, например, на 10°С при величине коэффициента объемного расширения, составляющей примерно 10^-3/К, длине линии (трубки) передачи давления 10 м и ее внутреннем диаметре 1 мм может привести к изменению объема примерно на 80 мм³, что соответствует перемещению столба жидкости на конце трубки передачи давления примерно на 100 мм. Описанный механизм конвективного переноса вещества к датчику является тем более эффективным, чем больше длина трубки передачи давления по отношению к величине расстояния от датчика до разделительной мембраны.

Для наилучшего использования описанного эффекта элементы конструкции датчика, в частности электроды датчика электропроводности, должны быть установлены, по мере возможности, в зоне расположения отверстия камеры давления (или в непосредственной близости к этой зоне), трубки передачи давления или соединительного переходника, размещенного между устройством передачи давления и трубкой передачи давления, по которой протекает вышеупомянутый конвективный поток среды.

Настоящее изобретение ниже будет более подробно раскрыто с помощью приложенных чертежей, на которых:

Фиг.1 - вид в перспективе с поперечным разрезом, иллюстрирующий воплощение устройства для передачи давления в соответствии с данным изобретением.

Фиг.2 - предпочтительное воплощение соединительного переходника, выполненного согласно изобретению.

Устройство для передачи давления, показанное на фиг.1, содержит основание 1, которое предпочтительно имеет осесимметричную форму. На передней стороне 13 основания закреплена разделительная мембрана 2 своей кромкой с образованием между разделительной мембраной 2 и основанием камеры давления 11. Передняя сторона 13 основания 1 может быть известным образом снабжена подложкой, к которой прижимается разделительная мембрана в случае действия чрезмерных по величине давлений.

Камера давления 11 имеет отверстие 12 для передачи действующего в камере давления. Отверстие 12 предпочтительно выполнено в виде капиллярного канала. В предпочтительном примере воплощения отверстие 12 проходит до соединительного (с линией передачи давления) элемента 14, который предпочтительно представляет собой цилиндрическую или осесимметричную выемку, выполненную на стороне основания 1, противоположной той ее стороне, на которой установлена разделительная мембрана 2.

Подсоединение трубки передачи давления 4 осуществляется, в предпочтительном воплощении, посредством соединительного переходника 3, в который вмонтирован датчик непрерывного контроля свойства вещества. Особенности конструктивного выполнения соединительного переходника 3 будут далее описаны со ссылкой на фиг.2. Соотношения размеров отдельных деталей воплощения соединительного переходника, показанного на фиг.2, отличаются от соотношений размеров конструктивного воплощения соединительного переходника, изображенного на фиг.1. Однако на обеих фигурах соответствующие элементы конструкции переходника имеют одинаковую нумерация позиций.

Соединительный переходник 3 включает в себя соединительную часть 37 (типа пробки или штуцера), соответствующую по форме поверхности соединительному элементу (выемке) 14 основания, и приемник линии передачи давления, образованный предпочтительно в цилиндрической первой части 33 переходника. Кроме того, соединительный переходник 3 содержит первый электрод 31 и второй электрод 32 датчика.

Соединительная часть 37 переходника для передатчика давления может представлять собой, например, цилиндрический или конический выступ, проходящий в осевом направлении от торцевой поверхности первого участка 33, и снабжена каналом 36, посредством которого осуществляется сообщение между отверстием 12 камеры давления, которая имеется в передатчике давления 1, и приемником трубки передачи давления.

Поскольку радиус цилиндрического выступа меньше радиуса первого участка 33 переходника, внешняя концевая поверхность цилиндрического выступа выполняет роль центральной опорной поверхности, которая фиксирует положение соединительного переходника 3 относительно основания 1 и в то же время создает эффект уплотнения (хотя и не основного, т.е. дополнительного) между основанием 1 и соединительным переходником 3.

Кроме того, боковая поверхность 38 цилиндрического выступа при необходимости может быть снабжена внешней винтовой резьбой дополнительно к ответной внутренней резьбе, выполненной на поверхности соединительного элемента 14 линии передачи давления.

Расположенный в соединительном переходнике 3 приемник трубки передачи давления может, например, иметь камеру 35, в которой расположен входной конец трубки 4 передачи давления. Помимо того, в приемнике трубки передачи давления установлен датчик непрерывного контроля свойства вещества второй среды, в данном случае - электрической проводимости. Первый электрод 31 и второй электрод 32 датчика могут быть, например, закреплены в отверстии камеры 35 с помощью стеклянной втулки 34. Предпочтительно трубка передачи давления также фиксируется с помощью стеклянной втулки, в качестве которой главным образом может быть использована та же стеклянная втулка 34. В качестве варианта выполнения можно закрепить оба электрода датчика или трубку передачи давления, в зависимости от обстоятельств, в отдельном отверстии с помощью отдельной стеклянной втулки или иного приемлемого средства крепления.

Камера 35, с одной стороны, должна быть достаточно большой, чтобы электроды можно было расположить в ней изолированными друг от друга и чтобы между электродами существовал достаточный промежуток, заполненный второй средой, или передающей (промежуточной) жидкостью. Вместе с тем, перенос загрязнений около электродов должен происходить как можно быстрее. Поэтому между каналом 36 соединительной части 37 переходника и электродами должны существовать по возможности короткие и прямые пути сообщения с большими поперечными сечениями. Поскольку выполненный в соединительной части 37 канал 36 также является участком траектории движения загрязнений, то этот канал по возможности должен обладать низкой величиной диффузионного торможения. С другой стороны, общий объем передающей жидкости в устройстве должен быть как можно меньшим, для минимизации влияния температурных флуктуации на функционирование устройства в целом.

Вместо двух отдельных электродов в предлагаемом устройстве можно установить лишь один электрод и измерять в таком случае электропроводность между этим одним электродом и основанием или камерой.

Трубка 4 передачи давления предпочтительно выполнена в виде капиллярной трубки, которая в показанном на фиг.2 примере воплощения выполнена цилиндрической. Однако в качестве капилляра может быть использован канал, просверленный в массивном блоке (детали), например, в теле разделительной детали, в которую могут быть вмонтированы датчик и соединительный переходник, или соединительный элемент устройства передачи давления.

Трубка 4 передает давление, действующее во второй среде, в ячейку измерения давления (не показана в деталях), которая генерирует электрический сигнал, зависящий от величины давления.

Электроды 31 и 32 датчика электропроводности подключены к подходящей схеме оценки сигнала, которая непрерывно контролирует электропроводность передающей среды. Такой контроль электропроводности может, например, проводиться непрерывно, периодически или же событийно, например, путем запроса, осуществляемого с помощью микропроцессора.

Несмотря на то, что в определенном случае датчики электропроводности являются предпочтительными датчиками для непрерывного контроля свойства вещества передающей среды, устройства для передачи давления согласно данному изобретению могут, в зависимости от обстоятельств, использовать и другие датчики. Среди прочих дополнительно приемлемы датчики индуктивности, датчики величины рН, фотометрические датчики или датчики удельной адсорбции, которые позволяют выявить наличие в передающей среде выбранного инородного вещества, входящего в состав первой, или рабочей, среды.

Устройство для передачи давления, действующего в первой среде, ко второй среде включает в себя камеру давления 11, образованную между основанием 1 и разделительной мембраной 2, при этом камера давления может быть заполнена второй средой и снабжена отверстием 12, через которое давление может передаваться посредством второй среды к ячейке для измерения давления. Устройство для передачи давления содержит датчик непрерывного контроля свойства вещества, из которого состоит вторая среда, предпочтительно датчик электропроводности, включающий, по меньшей мере, один электрод 31, 32, который может реагировать на загрязнение второй среды веществом первой среды, вследствие разрыва разделительной мембраны 2, обусловленное изменением контролируемого свойства вещества. Датчик сообщается по потоку среды с камерой давления 11 c помощью отверстия 12, выполненного в камере давления. Технический результат изобретения заключается в обеспечении быстрого выявления наличия загрязнений. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для передачи давления, действующего в первой среде, ко второй среде, содержащее основание (1); разделительную мембрану (2), закрепленную своей кромкой на основании (1), при этом первая поверхность разделительной мембраны (1), обращенная в сторону от основания, наружу, может контактировать с первой средой, а вторая поверхность разделительной мембраны, обращенная внутрь, к основанию (1), образует с основанием камеру давления (11), которая может быть заполнена второй средой, причем камера давления (11) имеет отверстие (12), через которое давление может передаваться с помощью второй среды; и датчик для непрерывного контроля свойства вещества второй среды, отличающееся тем, что датчик сообщается по потоку среды с камерой давления (11) с помощью имеющегося в камере давления отверстия (12).2. Устройство по п.1, в котором датчик представляет собой датчик электропроводности.3. Устройство по п.2, в котором датчик электропроводности содержит первый электрод (31) и второй электрод (32), изолированные друг от друга и от основания (1).4. Устройство по п.2, в котором датчик электропроводности содержит один электрод, выполненный изолированным от основания (1) для того, чтобы измерять проводимость второй среды между указанным электродом и основанием или элементами конструкции, соединенными с основанием с образованием электрического контакта.5. Устройство по любому из пп.1-4, дополнительно содержащее трубку для передачи давления, которая сообщается с отверстием, выполненным в камере давления.6. Устройство по п.5, в котором трубка передачи давления (4) представляет собой капиллярную трубку.7. Устройство по п.5 или 6, дополнительно содержащее переходник (3), который соединяет трубку (4) передачи давления с отверстием в камере давления.8. Устройство по п.7, в котором соединительный переходник (3) снабжен датчиком.9. Устройство по любому из пп.1-4, 6 и 8, в котором переменная нагрузка по давлению, действующая на разделительную мембрану, и/или изменение объема второй среды вследствие флуктуаций температуры, происходящие в пределах заданной рабочей области устройства, приводят к протеканию второй среды через отверстие камеры давления, при этом датчик установлен на таком расстоянии от камеры давления, что по меньшей мере часть среды, находящейся в указанной камере при давлении, составляющем 50% от номинального давления, и при среднем значении температуры из области номинальных температур работы устройства, протекает до места расположения датчика при сжатии объема камеры давления не более чем на 30%, предпочтительно не более чем на 20% и особенно предпочтительно не более чем на 10%.10. Устройство по п.5, в котором переменная нагрузка по давлению, действующая на разделительную мембрану, и/или изменение объема второй среды вследствие флуктуаций температуры, происходящие в пределах заданной рабочей области устройства, приводят к протеканию второй среды через отверстие камеры давления, при этом датчик установлен на таком расстоянии от камеры давления, что по меньшей мере часть среды, находящейся в указанной камере при давлении, составляющем 50% от номинального давления, и при среднем значении температуры из области номинальных температур работы устройства, протекает до места расположения датчика при сжатии объема камеры давления не более чем на 30%, предпочтительно не более чем на 20%, и особенно предпочтительно не более чем на 10%.11. Устройство по п.7, в котором переменная нагрузка по давлению, действующая на разделительную мембрану, и/или изменение объема второй среды вследствие флуктуаций температуры, происходящие в пределах заданной рабочей области устройства, приводят к протеканию второй среды через отверстие камеры давления, при этом датчик установлен на таком расстоянии от камеры давления, что по меньшей мере часть среды, находящейся в указанной камере при давлении, составляющем 50% от номинального давления, и при среднем значении температуры из области номинальных температур работы устройства, протекает до места расположения датчика при сжатии объема камеры давления не более чем на 30%, предпочтительно не более чем на 20% и особенно предпочтительно не более чем на 10%.12. Соединительный переходник (3) для сочленения трубки передачи давления (4) с устройством для передачи давления, действующего в первой среде, второй среде, содержащем основание (1) и разделительную мембрану (2), закрепленную своей кромкой на основании (1), причем первая поверхность разделительной мембраны (1), обращенная наружу, от основания, может контактировать с первой средой, а вторая поверхность разделительной мембраны, обращенная внутрь, к основанию (1), образует с основанием камеру давления (11), которая может быть заполнена второй средой, при этом соединительный переходник содержит приемник трубки передачи давления и соединительную часть (37), для подсоединения к устройству передачи давления, обеспечивающую сообщение, по потоку среды, камеры давления (11) с трубкой передачи давления (4) посредством отверстия в камере давления (12), и

датчик непрерывного контроля свойства вещества второй среды, установленный с возможностью сообщения с камерой давления (11) посредством имеющегося в камере давления отверстия (12) и расположенного за ним участка сочленения устройства передачи давления с соединительным переходником.