СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАНОМЕТРОВ Российский патент 2006 года по МПК G01L7/04 

Изобретение относится к измерительной технике. Конкретно - к способам изготовления деформационных манометров, в которых упругим чувствительным к давлению среды элементом является трубчатая пружина Бурдона, включая их сборку и регулировку.

Известны манометры, содержащие держатель-основание, оканчивающийся штуцером, трубчатую пружину Бурдона, закрепленную в держателе-основании одним концом и оканчивающуюся герметизирующим ее другой конец наконечником с плоским выступом, в котором выполнено щелевое отверстие для первого шарнира, жестко соединенный с держателем-основанием секторный передаточный механизм, в состав которого входят зубчатый сектор с осью вращения и хвостовиком, имеющим щелевое отверстие для второго шарнира, трибка, сцепленная с зубчатым сектором, и тяга с регулируемой длиной между ее концами, при этом тяга соединена при помощи первого и второго шарниров соответственно с плоским выступом наконечника трубчатой пружины и хвостовиком зубчатого сектора, втулку-корректор с осевым отверстием и радиальной прорезью, насаженную на ось трибки, натяжную спиральную пружину, закрепленную внутренним концом в прорези втулки-корректора, а внешним концом - в секторном передаточном механизме, циферблат с центральным отверстием, через которое проходит свободный конец оси трибки, и указательную стрелку, насаженную на свободный конец оси трибки [1].

Способ настройки таких манометров состоит в подборе оптимальной длины тяги и оптимальных мест расположения осей шарниров в щелевых отверстиях плоского выступа наконечника трубчатой пружины и хвостовика зубчатого сектора методом последовательного приближения. Недостатком способа является сложность и длительность настройки манометров.

Наиболее близким к заявляемому способу изготовления манометров, содержащих держатель-основание, оканчивающийся штуцером, трубчатую пружину Бурдона, закрепленную герметично в держателе-основании одним концом и оканчивающуюся герметизирующим ее другой конец наконечником с плоским выступом, в котором выполнено круглое отверстие для первого шарнира, жестко соединенный с держателем-основанием секторный передаточный механизм, в состав которого входят зубчатый сектор с осью вращения и хвостовиком, имеющим круглое отверстие для второго шарнира, трибка, сцепленная с зубчатым сектором, и тяга, при этом тяга соединена при помощи первого и второго шарниров соответственно с плоским выступом наконечника трубчатой пружины и хвостовиком зубчатого сектора, втулку-корректор с осевым отверстием и радиальной прорезью, насаженную на ось трибки, натяжную спиральную пружину, закрепленную внутренним концом в прорези втулки-корректора, а внешним концом - в секторном передаточном механизме, циферблат с центральным отверстием, через которое проходит свободный конец оси трибки, и указательную стрелку, насаженную на свободный конец оси трибки, является способ сборки манометров, заключающийся в нагружении трубчатой пружины максимальным для данного типа манометра давлением среды, контролируемым образцовым манометром, измерение хода точки плоского выступа наконечника трубчатой пружины, находящейся на ее геометрической оси, при изменении давления среды от минимального ("нулевого") до максимального значений, расчет координат центров отверстий для первого и второго шарниров в прямоугольной системе координат, начало которой совпадает с центром оси вращения зубчатого сектора и ось ординат которой расположена параллельно продольной оси штуцера, определение длины тяги, изготовление отверстий в плоском выступе наконечника трубчатой пружины и хвостовике зубчатого сектора и соединение при помощи тяги и шарниров плоского выступа наконечника и хвостовика зубчатого сектора, при этом для каждого вновь изготавливаемого манометра координаты центров отверстий для первого и второго шарниров и длина тяги рассчитываются индивидуально [2].

Недостатком способа-прототипа является большая трудоемкость изготовления манометров, так как для каждого вновь изготавливаемого манометра приходится рассчитывать оптимальные места нахождения центров отверстий в плоском выступе наконечника трубчатой пружины и хвостовике зубчатого сектора, а также длину тяги (расстояние между осями первого и второго шарниров).

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - упрощение изготовления деформационных манометров, в которых упругим чувствительным к давлению среды элементом является трубчатая пружина Бурдона и конструктивное исполнение которых описано выше [2].

Это достигается тем, что в способе изготовления манометров, содержащих держатель-основание, оканчивающийся штуцером, трубчатую пружину Бурдона, закрепленную герметично в держателе-основании одним концом и оканчивающуюся герметизирующим ее другой конец наконечником с плоским выступом, в котором выполнено круглое отверстие для первого шарнира, жестко соединенный с держателем-основанием секторный передаточный механизм, в состав которого входят зубчатый сектор с осью вращения и хвостовиком, имеющим круглое отверстие для второго шарнира, трибка, сцепленная с зубчатым сектором, и тяга, при этом тяга соединена при помощи первого и второго шарниров с плоским выступом наконечника трубчатой пружины и хвостовиком зубчатого сектора, втулку-корректор с осевым отверстием и радиальной прорезью, насаженную на ось трибки, натяжную спиральную пружину, закрепленную внутренним концом в прорези втулки-корректора, а внешним концом - в секторном передаточном механизме, циферблат с центральным отверстием, через которое проходит свободный конец оси трибки, и указательную стрелку, насаженную на свободный конец оси трибки, включающем нагружение трубчатой пружины максимальным для данного типа манометра давлением среды, контролируемым образцовым манометром, измерение хода выбранной точки плоского выступа наконечника трубчатой пружины при изменении давления среды от минимального до максимального значений, определение координат центров отверстий для первого и второго шарниров в прямоугольной системе координат, начало которой совпадает с центром оси вращения зубчатого сектора и ось ординат которой расположена параллельно продольной оси штуцера, определение длины тяги, изготовление отверстий в плоском выступе наконечника трубчатой пружины и хвостовике зубчатого сектора и соединение при помощи тяги и шарниров плоского выступа наконечника и хвостовика зубчатого сектора, координаты центра отверстия плоского выступа наконечника трубчатой пружины и длину тяги определяют посредством усреднения этих параметров для ранее настроенных манометров данного типа, у которых производился индивидуальный подбор координат центров отверстий для шарниров, и устанавливают их постоянными для вновь изготавливаемых манометров, а определение координат центра отверстия в хвостовике зубчатого сектора каждого вновь изготавливаемого манометра осуществляют расчетным путем на основе измеренного значения хода выбранной точки плоского выступа наконечника, за которую принимают центр отверстия плоского выступа наконечника, координаты которого найдены путем усреднения упомянутых параметров.

На фиг.1 представлена конструкция деформационного манометра, на фиг.2 - его кинематическая схема, а на фиг.3 - схема, поясняющая принцип определения координат центра отверстия в хвостовике зубчатого сектора.

На фиг.1 обозначено: 1 - держатель-основание; 2 - трубчатая пружина Бурдона; 3 - плоский выступ наконечника трубчатой пружины; 4 - тяга; 5 - зубчатый сектор; 6 - ось вращения зубчатого сектора; 7 - хвостовик зубчатого сектора; 8 и 9 - первый и второй шарниры; 10 - указательная стрелка; 11 - спиральная пружина.

На фиг.2 сплошными линиями обозначена кинематическая схема манометра в исходном (начальном) положении, соответствующем отсутствию давления среды, пунктирными линиями - расположение трубчатой пружины, тяги и зубчатого сектора при максимальном измеряемом давлении. Через точку D обозначено положение оси вращения 6 зубчатого сектора 5, через точки Е и Е₁ - положения оси второго шарнира 9 и через точки С и С₁ - положения оси первого шарнира 8 соответственно при отсутствии давления среды и максимальном давлении среды; через R обозначена длина хвостовика, через L - длина тяги, через Н=СС₁ - значение хода центра отверстия первого шарнира.

На фиг.3 через ϕ обозначен угол поворота хвостовика, соответствующий углу поворота указательной стрелки 10 (фиг.1) на угол 270° (между делениями шкалы манометра, соответствующими минимальному и максимальному значениям давления среды). Пунктирными линиями обозначены траектории движения точек Е и С.

Предлагаемый способ изготовления манометров основан на том, что в основе их кинематической схемы заложены равенство и параллельность хорд СС₁ и ЕЕ₁ (точки С и Е перемещаются по дугам окружностей), называемые ходами точек С и Е. При равенстве ходов центров отверстий в плоском выступе наконечника и хвостовике зубчатого сектора погрешность измерения при минимальном и максимальном давлениях отсутствует (многоугольник СС₁Е₁Е в этом случае образует параллелограмм). Длина хвостовика (расстояние между осью вращения зубчатого сектора и осью вращения второго шарнира) в этом случае определяется формулой

Формула (1) получена из треугольника DEF (фиг.3), в котором EF=FE₁=H/2.

Угол ϕ равен максимальному углу, на который поворачивается указательная стрелка, деленному на передаточное число зубчатого механизма (передаточное число равно отношению радиусов зубчатого сектора и трибки по линии зацепления).

Настройка манометров производится следующим образом.

Устанавливают группу манометрических узлов, не содержащих корпусов и отверстий в хвостовиках зубчатых секторов, в зажимные приспособления, соединенные с гидравлическим или воздушным формирователем давления и образцовым манометром. Определяют координаты центров отверстий в плоских выступах наконечников при минимальном давлении среды (положение точки С). Подают максимальное давление среды и определяют новые координаты этих же отверстий (положения точек ) и их ходы Н. Определение координат точек С и С₁ производят в прямоугольной системе координат, оси которой пересекаются в точке D (фиг.2), являющейся осью вращения зубчатого сектора.

Для найденных значений Н по вышеприведенной формуле определяют значения R.

Зная координаты точек С и С₁, при найденных значениях R и известном L определяют координаты центров отверстий хвостовиков зубчатых секторов при минимальном и максимальном давлениях среды (положение точек Е и E₁).

Зная координаты точек Е и Е₁ и значение R, определяют угол ϕ₁, на который повернется хвостовик зубчатого сектора. Если выполняется условие где δ - значение допускаемой погрешности (определяется классом точности прибора), то найденное значение R удовлетворяет заданному классу точности прибора. Если это условие не выполняется, то определяют новое значение R=R' по формуле

Затем на основе скорректированного по формуле (2) значения R' определяют координаты точек Е' и и соответствующий им угол поворота хвостовика зубчатого сектора Если

то дальнейший подбор оптимального значения R прекращают. В противном случае продолжают процесс корректирования значения R (определяют значения второй итерации R'' и ϕ'' и т.д.). Подбор значений R осуществляется компьютером по заданной программе. Для большинства манометров требуется не более двух-трех корректировок значения R.

После окончательного определения координат Х_E и Y_E относительно координатной системы станка в хвостовике зубчатого сектора сверлят отверстие. Затем соединяют при помощи тяги и шарниров наконечник трубчатой пружины и хвостовик зубчатого сектора.

Предлагаемый способ позволяет упростить процесс изготовления манометров, поскольку не требует индивидуального определения местоположения центра отверстия в плоском выступе наконечника трубчатой пружины и индивидуального расчета длины тяги.

Источники информации

1. Манометры, вакуумметры и мановакуумметры. Инструкция по регулировке 5Ш0.283.113Д, Томск, 2002, 24 с.

2. А.с. СССР №1207709, кл. В 23 Р 21/00. Способ сборки манометров. Опубл. 30.01.1986. Бюл. №4 - прототип.

Использование: в измерительной технике при изготовлении деформационных манометров, в которых упругим чувствительным к давлению среды элементом является трубчатая пружина Бурдона. Сущность: координаты центра отверстия плоского выступа наконечника трубчатой пружины и длину тяги, соединяющей при помощи шарниров наконечник трубчатой пружины с хвостовиком зубчатого сектора, определяют посредством усреднения этих параметров для ранее настроенных манометров данного типа, у которых производился индивидуальный подбор координат центров отверстий для названных шарниров, и устанавливают их постоянными для вновь изготавливаемых манометров. Определение координат центра отверстия в хвостовике зубчатого сектора каждого вновь изготавливаемого манометра осуществляют расчетным путем на основе измеренного значения хода центра отверстия в плоском выступе наконечника. Технический результат: упрощение изготовления манометров. 3 ил.

Способ изготовления манометров, содержащих держатель-основание, оканчивающийся штуцером, трубчатую пружину Бурдона, закрепленную герметично в держателе-основании одним концом и оканчивающуюся герметизирующим ее другой конец наконечником с плоским выступом, в котором выполнено круглое отверстие для первого шарнира, жестко соединенный с держателем-основанием секторный передаточный механизм, в состав которого входят зубчатый сектор с осью вращения и хвостовиком, имеющим круглое отверстие для второго шарнира, трибка, сцепленная с зубчатым сектором, и тяга, при этом тяга соединена при помощи первого и второго шарниров с плоским выступом наконечника трубчатой пружины и хвостовиком зубчатого сектора, втулку-корректор с осевым отверстием и радиальной прорезью, насаженную на ось трибки, натяжную спиральную пружину, закрепленную внутренним концом в прорези втулки-корректора, а внешним концом - в секторном передаточном механизме, циферблат с центральным отверстием, через которое проходит свободный конец оси трибки, и указательную стрелку, насаженную на свободный конец оси трибки, включающий нагружение трубчатой пружины максимальным для данного типа манометра давлением среды, контролируемым образцовым манометром, измерение хода выбранной точки плоского выступа наконечника трубчатой пружины при изменении давления среды от минимального до максимального значений, определение координат центров отверстий для первого и второго шарниров в прямоугольной системе координат, начало которой совпадает с центром оси вращения зубчатого сектора и ось ординат которой расположена параллельно продольной оси штуцера, определение длины тяги, изготовление отверстий в плоском выступе наконечника трубчатой пружины и хвостовике зубчатого сектора и соединение при помощи тяги и шарниров плоского выступа наконечника и хвостовика зубчатого сектора, отличающийся тем, что координаты центра отверстия плоского выступа наконечника трубчатой пружины и длину тяги определяют посредством усреднения этих параметров для ранее настроенных манометров данного типа, у которых производился индивидуальный подбор координат центров отверстий для шарниров, и устанавливают их постоянными для вновь изготавливаемых манометров, а определение координат центра отверстия в хвостовике зубчатого сектора каждого вновь изготавливаемого манометра осуществляют расчетным путем на основе измеренного значения хода выбранной точки плоского выступа наконечника, за которую принимают центр отверстия плоского выступа наконечника, координаты которого найдены путем усреднения упомянутых параметров.