МАНОМЕТР ПАРАМОНОВА 2 Российский патент 2008 года по МПК G01L7/04 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к манометрам показывающим и индикаторам давления показывающим (далее манометрам), и может быть использовано при измерении и контроле величины давления как в нормальных условиях, так и в условиях воздействия: высоких вибрационных и ударных нагрузок; повышенных и пониженных температурах (в плоть до воздействия открытого пламени), при экстремальных воздействиях внешней среды (в том числе и под водой), при любых наклонах корпуса, а также при измерении и контроле давления среды, которое имеет пульсирующий характер или скачкообразно изменяется. В частности может быть использовано при измерении и контроле величины давления в дыхательных аппаратах пожарных и спасателей.

Изобретение также может быть использовано при измерении температур как капиллярный манометрический термометр.

Изобретение позволяет упростить конструкцию манометров, повысить их надежность, точность, устойчивость и прочность к вибрационным и ударным нагрузкам, устойчивость при измерении пульсирующего или скачкообразно изменяющегося давления среды, а также уменьшить массу и себестоимость приборов.

Известен классический манометр (патент СССР №11512, кл. G01/04, 1929) с манометрической трубчатой пружиной (трубкой Бурдона). Такой манометр состоит из корпуса, держателя, манометрической трубчатой пружины, регулируемой тяги, зубчатого колеса, компенсационной пружины, стрелки, циферблата и стекла. При подаче давления в манометрическую трубчатую пружину через отверстие в держателе, она деформируется, ее свободный конец перемещается и тянет за собой тягу, которая в свою очередь поворачивает вокруг неподвижной оси зубчатый сектор, вращающий зубчатое колесо и связанную с колесом стрелку.

Недостатком рассматриваемого аналога является громоздкость конструкции, большой вес, сложность регулировки, невысокая точность показаний, большой объем внутренней полости манометрической трубчатой пружины, неустойчивость работы в условиях вибрации и ударах и при измерении пульсирующего или скачкообразно изменяющегося давления среды, а также сложность изготовления, большая металлоемкость и высокая стоимость манометров.

Известен также «Манометрический прибор» (патент RU №2006010, 5 G01L 7/04, 15.01.94), взятый в качестве прототипа, включающий упругий чувствительный элемент, соединенный поводком с зубчатым сектором, связанным с трубкой, на оси которой установлена стрелка, снабжен инерционным успокоителем пульсации, состоящим из пружинного компенсатора, роль которого исполняет зубчатый сектор или один из поводков прибора, в рассечку которого вмонтирована пружина инерционного диска, устанавливаемого со стрелкой на оси прибора.

Недостатком рассматриваемого прототипа является громоздкость конструкции, большой вес, сложность регулировки, не высокая точность показаний, большой объем внутренней полости манометрической трубчатой пружины, возможность работы только в условиях невысоких вибраций определенной частоты и амплитуды и при измерении пульсирующего давления среды определенной частоты и амплитуды, высокая стоимость приборов.

Цель изобретения - упрощение конструкции прибора, повышение точности показаний, повышение надежности и долговечности, возможность работы при измерении и контроле величины давления как в нормальных условиях, так и в условиях воздействия: высоких вибрационных и ударных нагрузок; повышенных и пониженных температурах (в плоть до воздействия открытого пламени), при экстремальных воздействиях внешней среды (в том числе и для работы под водой), при любых наклонах корпуса, а также при измерении и контроле давления среды, которое имеет пульсирующий характер или скачкообразно изменяется.

Поставленная цель достигается тем, что в манометре показывающем, содержащим корпус, чувствительный элемент (манометрическую трубку), циферблат, стрелку и стекло, корпус манометра выполнен в форме усеченного конуса с фланцем, переходящим в цилиндр, на боковой поверхности корпуса жестко закреплен штуцер, корпус покрыт (гуммирован) с наружи полностью и изнутри со стороны цилиндра и фланца, оболочкой, выполненной из упругого, эластичного материала. В цилиндрическую часть корпуса до упора во фланец запрессовывается циферблат, в центральной части выполненный в форме трубки, внутри которой жестко закреплена направляющая втулка, через отверстие втулки проходит рабочая часть чувствительного элемента. Чувствительный элемент состоит из рабочей и подводящей частей. Подводящая часть, имеющая в поперечном сечении форму круглой трубки, одним концом герметично соединяется с отверстием штуцера, которое сообщается с измеряемой средой, а другим концом жестко закреплена на конце трубки циферблата и плавно переходит в трубку рабочей части, имеющую в поперечном сечении форму, близкую к плоскопараллельной, причем зазор между внутренними боковыми стенками трубки и толщина стенки трубки по периметру в поперечном сечении трубки формируется из условия, оптимальной проходимости измеряемой среды и условия прочности при воздействии на чувствительный элемент внутреннего и внешнего давления и нагрузочных факторов. Рабочая часть чувствительного элемента выполнена в форме винтовой многовитковой трубчатой спирали, подвижный (свободный) конец трубки, рабочей части, выходящей из направляющей втулки со стороны циферблата, отрезан в плоскости перпендикулярной оси вращения рабочей части чувствительного элемента, и герметично заварен (запаян), причем сварочный шов расположен также в плоскости, перпендикулярной оси чувствительного элемента, и смещен от свободного торца трубки на расстоянии 1/3...2/3h вдоль оси чувствительного элемента, где h - глубина заделки свободного конца чувствительного элемента в полости стрелки, стрелка сбалансирована по массе относительно оси ее вращения, и имеет со стороны циферблата углубление цилиндрической (конической) формы, в которое входит и закрепляется (приваривается, запаивается или клеится) подвижный конец чувствительного элемента, с другой стороны стрелка имеет выступ цилиндрической (конической) формы, который входит с зазором в углубление в стекле цилиндрической (конической) формы, расположенное на оси вращения рабочей части чувствительного элемента, и служит ограничителем перемещений стрелки с чувствительным элементом при ударах и вибрации, действующих на манометр, стекло устанавливается в корпус с определенным натягом и буртиком поджимается к циферблату, между стенками циферблата и стекла образуется пространство, в котором перемещается (поворачивается) стрелка, циферблат и стекло служат ограничителем перемещения концов стрелки при ударах и вибрации, действующих на манометр, стекло также может выполнять функцию предохранительного клапана (при отсутствии предохранительного клапана), в случае аварийной разгерметизации чувствительного элемента и повышении давления газа во внутренней полости манометра, стекло выдавливается наружу. Чувствительный элемент своей внутренней полостью соединяется с измеряемой средой, под действием давления которой происходит раскручивание (скручивание) рабочих витков чувствительного элемента и поворот свободного конца чувствительного элемента с закрепленной на нем стрелкой на определенный градус, со шкалы циферблата, относительно длинного конца стрелки, считывается показание измеряемого давления. Циферблат с направляющей втулкой чувствительным элементом и стрелкой образуют единый измерительный узел, который связан с корпусом и штуцером за счет упругих связей (эластичная оболочка) гасящих удары и вибрации.

Направляющая втулка выполняет функцию подшипника при раскручивании (скручивании) рабочих витков чувствительного элемента и ограничителя перемещения рабочей части чувствительного элемента (при ударах и вибрации, действующих на манометр и при перегрузках давления измеряемой среды выше критических значений).

На фигуре 1 (вариант 1) изображены: фронтальный вид со стороны циферблат, осевое сечение манометра и сечение конусной части манометра.

На фигуре 2 (вариант 2) изображены осевое сечение манометра с чувствительным элементом в форме двухрядной винтовой многовитковой трубчатой спирали и сечение конусной части манометра.

На фигуре 3 (вариант 3 и 4) изображены осевое сечение манометра с предохранительным клапаном и осевое сечение манометра со стеклом, имеющим кольцевые выступы (в увеличенном масштабе).

На фигуре 4 (вариант 5) изображено осевое сечение манометра с корпусом, покрытым (гуммированным) полностью с наружи и изнутри эластичной оболочкой.

«Манометр Парамонова 2» содержит корпус 1 (см. фиг.1, 2, 3 и 4), гумированный эластичной оболочкой А, со штуцером 2, циферблат 3, состоящий из пластины циферблата Б и бумажного (пластикового) циферблата В, направляющую втулку 4 (фиг.1, 3 и 4) чувствительный элемент 5, состоящий из рабочей части Г и подводящей части Д, стрелку 6 (фиг.1-4), стекло 7 и предохранительный клапан 8 (фиг.3 и 4).

Корпус манометра 1 (фиг.1-4) выполнен в форме усеченного конуса с фланцем, переходящим в цилиндр. На боковой поверхности корпуса жестко закреплен штуцер 2. Корпус покрыт (гуммирован) с наружи полностью и изнутри со стороны цилиндра и фланца (фиг.1, 2 и 3), или полностью с наружи и изнутри (фиг.4) оболочкой А, прочно соединенной с корпусом, и выполненной из упругого, эластичного материала.

В оболочку цилиндрической части корпуса до упора во фланец запрессовывается циферблат 3 (фиг.1-4), состоящий из пластины циферблата Б и закрепленного на ней с лицевой стороны бумажного (или пластикового) циферблата В, на котором нанесена шкала (шкалы) с обозначением и маркировкой. Вместо бумажного или пластикового циферблата шкала (шкалы) с обозначением и маркировкой могут быть выполнены красками, или иным способом, непосредственно на платине циферблата. Платина циферблата (циферблат) в своей центральной части вытянута в форме трубки Е, или трубка прикреплена к платине циферблата, и имеет небольшой паз Ж (фиг.1, 3 и 4), или паз на всю длину трубки (фиг.2), через который проходит и закрепляется конец подводящей части чувствительного элемента. Внутри трубки циферблата жестко закреплена направляющая втулка 4 (фиг.1, 3 и 4), или с небольшим зазором проходит рабочая часть Г чувствительного элемента (фиг.2).

Чувствительный элемент 5 состоит из рабочей части Г и подводящей части Д (фиг.1-4). Подводящая часть в поперечном сечении имеет форму круглой трубки и одним концом герметично соединяется с отверстием К штуцера 2, которое связано с измеряемой средой, другой конец подводящей части чувствительного элемента жестко закреплен на трубчатой части циферблата и плавно переходит в трубку рабочей части чувствительного элемента. Рабочая часть чувствительного элемента выполнена в форме однорядной винтовой многовитковой трубчатой спирали (фиг.1, 3 и 4) или двухрядной винтовой многовитковой трубчатой спирали, где подводящая часть плавно переходит в первый ряд рабочей части большего диаметра, а затем плавно переходит во второй ряд меньшего диаметра (фиг.2). Рабочая часть чувствительного элемента проходит с небольшим зазором через отверстие во втулке 3 (фиг.1, 3 и 4), а в варианте с двухрядной винтовой многовитковой трубчатой спиралью проходит с небольшим зазором через трубчатую часть циферблата (фиг.2). Между соседними витками рабочей части (фиг.1-4) имеется небольшой зазор, чтобы исключить межвитковое трение. Трубка рабочей части имеет в поперечном сечении форму, близкую к плоскопараллельной, причем зазор между внутренними боковыми стенками трубки и толщина стенки трубки по периметру в поперечном сечении трубки формируются из условия оптимальной проходимости измеряемой среды и условия прочности при воздействии на чувствительный элемент внутреннего и внешнего давления и нагрузочных факторов. Подвижный (свободный) конец трубки, рабочей части чувствительного элемента, выходящий из направляющей втулки со стороны циферблата (фиг.1, 3 и 4) или из первого ряда рабочей части большего диаметра (фиг.2), отрезан в плоскости, перпендикулярной оси вращения рабочей части чувствительного элемента и герметично заварен (запаян), причем сварочный шов расположен также в плоскости, перпендикулярной оси чувствительного элемента, и смещен от свободного торца трубки на расстоянии 1/3...2/3h вдоль оси чувствительного элемента, где h - глубина заделки свободного конца чувствительного элемента в полости стрелки. Стрелка 6 (фиг.1-4) сбалансирована по массе относительно оси ее вращения, имеет со стороны циферблата углубление цилиндрической (конической) формы, в которое входит и закрепляется подвижный конец чувствительного элемента, с другой стороны стрелка имеет выступ цилиндрической (конической) формы, который входит с зазором в углубление в стекле цилиндрической (конической) формы, расположенное на оси вращения рабочей части чувствительного элемента. Стекло 7 устанавливается в оболочку корпуса с определенным натягом, достаточным для герметизации внутренней полости манометра и фиксации стекла в корпусе при ударах и вибрации. Стекло буртиком И поджимается к циферблату 3, между стенками циферблата и стекла образуется небольшое пространство, в котором перемещается (поворачивается) стрелка 6. При ударах и вибрации, действующих на манометр, циферблат и стекло служит ограничителем перемещения концов стрелки 6.

Кроме того, стекло может выполнять функцию предохранительного клапана, в случае аварийной разгерметизации чувствительного элемента и повышении давления газа во внутренней полости манометра, стекло без разрушения выдавливается наружу, не травмируя наблюдателя.

Возможен вариант (фиг.3, вар.4), в котором стекло прочно запрессовывается в корпус или приклеивается, для этого в стекле по наружному диаметру имеются кольцевые выступы, которые внедряются в оболочку корпуса и служат для герметизации стекла от внешних воздействий среды и надежной фиксации его в корпусе при повышенных ударах и вибрации. В дне корпуса имеется отверстие малого диаметра Н, которое соединяет внутреннею полость манометра с выемкой, расположенной с внешней стороны оболочки, и в которую устанавливается предохранительный клапан 8 (фиг.3 и 4), причем края оболочки А охватывают и удерживают его с усилием, достаточным для: надежной фиксации его в корпусе при повышенных ударах и вибрации и герметизации внутренней полости манометра от внешних воздействий среды, а в случае аварийного повышения давления газа во внутренней полости манометра до критической величины, при разгерметизации чувствительного элемента, срабатывания клапана 8, то есть выдавливание клапана наружу давлением во внутренней полости манометра и сброс давления.

Возможен вариант, когда чувствительный элемент выполнен из нескольких частей (трубок), герметично соединенных между собой. Например, подводящая и рабочая части сделаны из трубок из разных материалов и с разными параметрами.

Зазоры между стенками рабочей части чувствительного элемента по наружному диаметру и стенками направляющей втулки, а также зазоры между стенками выступающей части стрелки и стенками отверстия стекла выбираются из условий свободного перемещения (вращения) рабочей части чувствительного элемента со стрелкой во всем диапазоне давлений, обозначенных на шкале циферблата, и ограничение перемещения (отклонение от рабочего положения) чувствительного элемента со стрелкой при ударах, вибрациях, и ограничение перемещения (вращения) рабочей части чувствительного элемента при давлениях, превышающих верхний предел показаний шкалы циферблата выше максимально допустимого значения, когда чувствительный элемент раскручивается и его наружный диаметр увеличивается до размеров отверстия втулки.

Сварочный шов частично разгружен от воздействия давления измеряемой среды за счет прочной заделки подвижного конца чувствительного элемента в полости стрелки.

Часть подвижного конца чувствительного элемента, расположенная за сварочным швом, не подвержена воздействию внутреннего давления, и ее размеры не изменяются в процессе эксплуатации, чем достигается надежность крепления стрелки на конце чувствительного элемента.

Циферблат, чувствительный элемент и стрелка образуют единый измерительный узел, который связан с корпусом и штуцером за счет упругих связей (эластичная оболочка) гасящих удары и вибрации, в том числе и на резонансных частотах.

Корпус особой формы, имеющий сочетание конических и цилиндрических поверхностей, гуммированный эластичной оболочкой, штуцер и стекло образуют единый узел, который хорошо защищает внутренюю полость манометра с измерительным узлом от различных воздействий внешней среды, в том числе и агрессивной (вода, пар, масла, слабые растворы кислот и щелочей, песок, пыль, грязь), от значительных ударных и вибрационных воздействий и от истирания о грубые предметы.

Стекло выполнено из ударопрочного материала и за счет крепления в эластичной оболочке, хорошо выдерживает значительные вибрационные и механические нагрузки, в том числе и прямое попадание твердых предметов на большой скорости.

Деформация корпуса и штуцера при внешних ударах или падение манометра с большой высоты (несколько метров) на твердую поверхность не вызывает изменений в показаниях манометра.

При использовании теплостойких материалов манометр может сохранять работоспособность при высоких температурах, до 200°С в течение нескольких минут и открытого пламени с температурой 850°С в течение нескольких секунд.

Из изложенного выше описания предлагаемого «Манометра Парамонова 2», его аналога и прототипа следует, что изобретение дает возможность:

1. Значительно упростить конструкцию манометра за счет использования механизма прямого действия и отсутствия промежуточных (передаточных) звеньев и механизмов, а также повысить ее точность и надежность.

2. Значительно повысить устойчивость и прочность к вибрационным и ударным нагрузкам за счет того, что:

а) рабочая часть чувствительного элемента установлена в направляющей втулке с небольшим зазором, или в трубке циферблата, что ограничивает отклонение рабочей части чувствительного элемента со стрелкой от рабочего положения при ударах, вибрациях и при давлениях, превышающих верхний предел показаний шкалы;

б) выступ стрелки расположен с небольшим зазором в углублении стекла, и это ограничивает смещение стрелки с чувствительным элементом при ударах и вибрации;

в) измерительный узел связан с корпусом и штуцером за счет упругих связей, гасящих удары и вибрации, в том числе и на резонансных частотах;

г) корпус имеет эластичное покрытие.

3. Повысить устойчивость к воздействию внешней среды и повышенных температур.

4. Измерять давления среды, которое имеет пульсирующий характер, или скачкообразно изменяется без применения дополнительных демпфирующих и дроссельных устройств, за счет маленького зазора между внутренними боковыми стенками трубки чувствительного элемента.

Изобретение может быть использовано для измерения и контроля величины давления как в нормальных условиях, так и в условиях внешнего воздействия. Манометр содержит корпус, чувствительный элемент, циферблат, стрелку и стекло. Корпус манометра выполнен в форме усеченного конуса с фланцем, переходящим в цилиндр. В цилиндрическую часть корпуса до упора во фланец запрессовывается циферблат, выполненный в центральной части в форме трубки, внутри которой своей рабочей частью проходит чувствительный элемент. Рабочая часть плавно переходит в подводящую часть, одним концом герметично соединяющуюся с отверстием штуцера на корпусе, которое соединяется с измеряемой средой. Между стенками циферблата и стекла образуется пространство, в котором перемещается стрелка. При ударах и вибрации, действующих на манометр, циферблат и стекло служат ограничителем перемещения концов стрелки. Чувствительный элемент своей внутренней полостью соединяется с измеряемой средой, под действием давления которой происходит поворот свободного конца чувствительного элемента с закрепленной на нем стрелкой на определенный градус, со шкалы циферблата относительно длинного конца стрелки считывается показание измеряемого давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности при измерении и контроле величины давления, а также упрощение конструкции и снижение себестоимости манометров. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Манометр, содержащий корпус, чувствительный элемент, циферблат, стрелку и стекло, отличающийся тем, что корпус манометра выполнен в форме усеченного конуса с фланцем, переходящим в цилиндр, на боковой поверхности корпуса жестко закреплен штуцер, корпус покрыт оболочкой, выполненной из упругого эластичного материала, в цилиндрическую часть корпуса до упора во фланец запрессовывается циферблат, выполненный в центральной части в форме трубки, внутри которой своей рабочей частью проходит чувствительный элемент, рабочая часть плавно переходит в подводящую часть, имеющую в поперечном сечении форму круглой трубки, подводящая часть одним концом герметично соединяется с отверстием штуцера, которое соединяется с измеряемой средой, а другим концом жестко закреплена на трубке циферблата и плавно переходит в трубку рабочей части, имеющую в поперечном сечении форму, близкую к плоскопараллельной, причем зазор между внутренними боковыми стенками трубки и толщина стенки трубки по периметру в поперечном сечении трубки формируются из условия оптимальной проходимости измеряемой среды и условия прочности при воздействии на чувствительный элемент внутреннего и внешнего давлений и нагрузочных факторов, подвижный конец трубки рабочей части, выходящий со стороны циферблата, отрезан в плоскости, перпендикулярной оси вращения рабочей части чувствительного элемента, и герметично заварен, причем сварочный шов расположен также в плоскости, перпендикулярной оси чувствительного элемента, и смещен от свободного торца трубки на расстоянии 1/3...2/3 h вдоль оси чувствительного элемента, где h - глубина заделки свободного конца чувствительного элемента в полости стрелки, сбалансированной по массе относительно оси ее вращения и имеющей со стороны циферблата углубление, в которое входит и закрепляется подвижный конец чувствительного элемента, с другой стороны стрелка имеет выступ, который входит с зазором в углубление в стекле, расположенное на оси вращения рабочей части чувствительного элемента, и служит ограничителем перемещений стрелки с чувствительным элементом при ударах и вибрации, действующих на манометр, стекло устанавливается в корпус и буртиком поджимается к циферблату, между стенками циферблата и стекла образуется пространство, в котором перемещается стрелка, при ударах и вибрации, действующих на манометр, циферблат и стекло служат ограничителем перемещения концов стрелки, чувствительный элемент своей внутренней полостью соединяется с измеряемой средой, под действием давления которой происходит поворот свободного конца чувствительного элемента с закрепленной на нем стрелкой на определенный градус, со шкалы циферблата относительно длинного конца стрелки считывается показание измеряемого давления, циферблат с направляющей втулкой, чувствительным элементом и стрелкой образуют единый измерительный узел, который связан с корпусом и штуцером за счет упругих связей, гасящих удары и вибрации.2. Манометр по п.1, отличающийся тем, что в трубке циферблата жестко закреплена направляющая втулка, через отверстие втулки своей рабочей частью проходит чувствительный элемент, рабочая часть чувствительного элемента выполнена в форме винтовой многовитковой трубчатой спирали, направляющая втулка выполняет функцию подшипника при раскручивании рабочих витков чувствительного элемента и ограничителя перемещения рабочей части чувствительного элемента при ударах и вибрациях, действующих на манометр, и при перегрузках давления измеряемой среды выше критических значений.3. Манометр по п.1, отличающийся тем, что рабочая часть чувствительного элемента выполнена в форме двухрядной винтовой многовитковой трубчатой спирали, где подводящая часть плавно переходит в первый ряд рабочей части большего диаметра, а затем плавно переходит во второй ряд меньшего диаметра, первый ряд рабочей части выполняет функцию направляющей втулки.4. Манометр по п.1, отличающийся тем, что в дне корпуса имеется отверстие маленького диаметра, которое соединяет внутреннею полость манометра с выемкой, расположенной с внешней стороны в оболочке, в которую устанавливается предохранительный клапан, причем края оболочки охватывают и удерживают его с усилием, достаточным для срабатывания клапана в случае аварийного повышения давления газа во внутренней полости манометра до критической величины при разгерметизации чувствительного элемента.5. Манометр по п.1, отличающийся тем, что стекло может выполнять функцию предохранительного клапана, в случае аварийной разгерметизации чувствительного элемента и повышения давления газа во внутренней полости манометра до критической величины стекло выдавливается наружу.