ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК G01L13/02 

Изобретение относится к средствам измерения давления газообразных и жидких веществ, а именно к устройствам для измерения разности давлений с помощью упругодеформируемых элементов в качестве чувствительных элементов, и может использоваться в металлургической, нефтеперерабатывающей, газодобывающей, химической промышленности и т.п.

Известен измерительный преобразователь разности давлений, описанный в книге Кремлевского П.П. "Расходомеры и счетчики количества". Л., 1989, стр.182-184.

Известный преобразователь содержит чувствительный элемент, состоящий из двух мембранных коробок, внутренние полости которых, соединенные между собой, заполнены разделительной жидкостью, расположенных друг над другом в полостях для подачи давления и через средство передачи движения чувствительного элемента соединенных с преобразователем перемещения в давление.

Недостаток известного измерительного преобразователя заключается в том, что он имеет большие размеры, неудобен в эксплуатации и чувствителен к изменению температуры измеряемой среды.

Известен измерительный преобразователь разности давлений, описанный в вышеупомянутой книге на стр.188-190, рис.99. Известный преобразователь содержит датчик давления, содержащий основание, фланец, две измерительные мембраны, жестко прикрепленные концами к противоположным сторонам основания и образующие с ним общую герметичную полость, заполненную разделительной жидкостью, окружающей внутреннюю и наружную поверхность тензомодуля с тензорезисторами, средство для передачи перемещения мембран под действием разности давлений в перемещение рычага тензомодуля, в результате которого происходит разбаланс тензомоста, находящегося на внешнем контуре тензомодуля, гермопроходник и устройство преобразования этого разбаланса в электрический сигнал, пропорциональный разности давлений.

Недостаток известного преобразователя заключается в том, что имеются дополнительные погрешности от изменения температуры и статического давления рабочей среды. Эти факторы изменяют начальный объем разделительной жидкости, заполняющей общую герметичную полость, образованную двумя измерительными мембранами и основанием. При этом из-за неидентичности мембран, проявляющейся, например, в различии эффективных площадей, геометрических размеров и жесткости оболочек, происходит их нежелательное перемещение, которое преобразуется в изменение выходного сигнала и вносит погрешность в измерение давления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является измерительный преобразователь разности давлений, описанный в одноименном патенте РФ №2087884 по кл. G 01 L 13/02, з. 06.10.94, оп. 20.08.97 и выбранный в качестве прототипа.

Известный преобразователь содержит основание, в котором выполнена герметичная полость с разделительной жидкостью и установлен тензомодуль с тензорезисторами и рычагом, связанным через тягу с жестким центром измерительной гофрированной мембраны, закрепленной по контуру между основанием и фланцем, гермопроходник и электронный преобразователь, мягкий упругий разделитель сред, герметично установленный в основании, при этом герметичная полость с разделительной жидкостью образована наружной поверхностью тензомодуля с тензорезисторами, поверхностью гермопроходника, закрепленного в основании, и внутренней поверхностью разделителя сред. Поверхности основания и фланца, обращенные к мембране, совпадают по форме с формой мембранных гофр, представляя собой профилированные упоры для мембраны, и расположены с небольшим зазором относительно мембраны.

Недостатком известного преобразователя является то, что он не всегда надежен в работе из-за того, что рабочей средой этот зазор между мембраной и упорами засоряется и устройство дает отказы в работе, т.е. снижается надежность устройства.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности устройства.

Поставленная задача решается тем, что в измерительном преобразователе разности давлений, содержащем фланец и основание, на котором закреплена по наружному контуру измерительная гофрированная мембрана, взаимодействующая с помощью тяги, соединенной с ее жестким центром с тензопреобразователем, имеющим тензорезисторы на внешней поверхности, с которой упругий разделитель сред образует замкнутую герметичную полость, заполненную диэлектрической жидкостью, и гермопроходник с токопроводами, соединенными с тензорезисторами и внешним электронным преобразователем, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ введено имеющее сквозные отверстия дополнительное основание, к одной стороне которого закреплена по ее наружному контуру измерительная гофрированная мембрана, а к другой его стороне закреплена по ее наружному контуру разделительная гофрированная мембрана, образующая в отверстиях дополнительного основания совместно с измерительной мембраной вторую герметичную полость, заполненную разделительной жидкостью, при этом дополнительное основание жестко закреплено в основании.

При этом поверхности дополнительного основания, обращенные к измерительной и разделительной мембранам, могут быть выполнены профилированными и совпадающими по формам с гофрами измерительной и разделительной мембран и соответственно отстоящими от этих поверхностей на некотором расстоянии.

Введение в измерительный преобразователь дополнительного основания, имеющего сквозные отверстия, и дополнительной разделительной мембраны, образующей в этих отверстиях совместно с измерительной мембраной и дополнительным основанием вторую герметичную полость, заполненную разделительной жидкостью, в совокупности с выполнением наружных поверхностей дополнительного основания в виде гофрированных профилей, выполняющих роль предохранительных упоров для каждой из названных мембран, обеспечивает при измерении разности давлений надежную защиту мембран от перегрузки, позволяя каждой из мембран при превышении давления "садиться" на профилированную поверхность своего упора. Расположение этих предохранительных упоров со сторон, противоположных направлениям подачи давления, и разнесение мембран на расстояние друг от друга с образованием герметичной полости между ними дает возможность избежать засорения промежутка между измерительной мембраной и профилированным упором при измерении разности давлений в загрязненной среде, что также повышает надежность работы устройства.

Заявляемое техническое решение обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как наличие дополнительного основания со сквозными отверстиями, дополнительно введенной разделительной мембраны, закрепленной по периметру дополнительного основания на расстоянии от измерительной гофрированной мембраны, также закрепленной к другой стороне дополнительного основания с образованием в его отверстиях вместе с разделительной мембраной второй герметичной полости, заполненной разделительной жидкостью, выполнение наружных поверхностей дополнительного основания в виде гофрированных профилей, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый измерительный преобразователь может найти широкое применение в металлургической, нефтеперерабатывающей, газодобывающей, химической промышленности и потому соответствует критерию "промышленная применимость".

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показано выполнение измерительного преобразователя разности давлений в разрезе.

Измерительный преобразователь разности давлений содержит основание 1 и фланец 2. В полости основания 1 установлен связанный с электронным преобразователем 3 тензопреобразователь 4 с тензорезисторами (на чертеже не обозначены) и рычагом 5, связанным через тягу 6 с жестким центром 7 измерительной гофрированной мембраны 8, закрепленной по периметру на поверхности дополнительного основания 9. В основании 1 закреплен гермопроходник 10 и размещен мягкий упругий разделитель 11 сред, поверхность которого образует с наружной поверхностью тензопреобразователя 4 с тензорезисторами и внутренней поверхностью разделителя 11 сред герметичную полость 12, заполненную разделительной жидкостью. Измерительная гофрированная мембрана 8 имеет на дополнительном основании 9 со стороны, противоположной направлению подачи давления, предохранительный упор 13 в виде гофрированного профиля верхней наружной поверхности дополнительного основания 9. Измерительный преобразователь содержит также разделительную мембрану 14, закрепленную по периметру дополнительного основания 9 со стороны фланца 2 на расстоянии от измерительной гофрированной мембраны 8 и образующую вместе с последней вторую герметичную полость 15 в виде капсулы, заполненную разделительной жидкостью. При этом разделительная гофрированная мембрана 13 также имеет со стороны, противоположной направлению подачи давления, предохранительный упор 16 в виде гофрированного профиля нижней наружной поверхности дополнительного основания 9. В основании 1 и фланце 2 выполнены отверстия 17 и 18 для подачи контролируемых давлений.

Измерительный преобразователь разности давлений работает следующим образом.

Рабочую среду с большим контролируемым давлением подводят к разделительной мембране 13 через отверстие 17, с меньшим давлением - через отверстие 18. Результирующая сила через разделительную жидкость в герметичной полости 15 перемещает разделительную мембрану 14, которая, перемещаясь, передает движение измерительной мембране 8. Измерительная мембрана 8 через тягу 6 поворачивает на некоторый угол рычаг 5 чувствительных элементов - тензорезисторов тензопреобразователя 4. На наружной поверхности тензопреобразователя 4 происходит разбаланс тензомоста, пропорциональный перемещению мембраны 8, преобразуемый электронным преобразователем 3 в сигнал, пропорциональный разности давлений. При этом наружная поверхность тензопреобразователя 4, на которой находятся тензорезисторы и тензомост, защищена от воздействия рабочей среды в полости основания 1. При одностороннем воздействии перегрузочного статического давления на мембрану 8 или 14 каждая из них прижимается соответственно к "своему" предохранительному упору 13 или 16, выполненному в виде гофрированных профилей, и "садится" на них, что позволяет надежно защитить их от перегрузок. При работе в загрязненной среде за счет размещения мембран 8 и 14 и их предохранительных упоров 13 и 16 в герметичной полости не происходит засорения пространства между мембраной и упором, что также повышает надежность работы устройства. В сравнении с прототипом заявляемый измерительный преобразователь давлений является более надежным в работе.

Сущность: измерительный преобразователь разности давлений содержит основание и фланец. В полости основания установлен связанный с электронным преобразователем тензопреобразователь с тензорезисторами и рычагом, связанным через тягу с жестким центром измерительной гофрированной мембраны, закрепленной по периметру на поверхности дополнительного основания. В основании размещен упругий разделитель сред, образующий с внешней поверхностью тензопреобразователя с тензорезисторами герметичную полость, заполненную диэлектрической жидкостью. Дополнительная разделительная мембрана закреплена по периметру дополнительного основания со стороны фланца на расстоянии от измерительной гофрированной мембраны и образует вместе с ней вторую герметичную полость в виде капсулы, заполненную разделительной жидкостью. В основании и фланце выполнены отверстия для подачи контролируемых давлений. Технический результат: повышение надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Измерительный преобразователь разности давлений, содержащий фланец и основание, на котором закреплена по наружному контуру измерительная гофрированная мембрана, взаимодействующая с помощью рычага и тяги, соединенной с ее жестким центром, с тензопреобразователем с тензорезисторами, мягкий упругий разделитель сред, образующий с внешней поверхностью тензопреобразователя с тензорезисторами замкнутую герметичную полость, заполненную диэлектрической жидкостью, и гермопроходник с токопроводами, соединенными с тензорезисторами и внешним электронным преобразователем, отличающийся тем, что дополнительно содержит разделительную мембрану, закрепленную со стороны фланца по периметру дополнительного основания на расстоянии от измерительной гофрированной мембраны с образованием вместе с ними второй герметичной полости в виде капсулы, заполненной разделительной жидкостью, при этом дополнительное основание с двумя мембранами жестко закреплено в основании, снабженном отверстием для подачи контролируемого давления.2. Измерительный преобразователь разности давлений по п.1, отличающийся тем, что поверхности дополнительного основания, обращенные к измерительной и разделительной мембранам, выполнены профилированными и совпадающими по формам с гофрами измерительной и разделительной мембран и, соответственно, отстоящими от этих поверхностей на некотором расстоянии.