УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕНСОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ В РАБОЧЕМ ТРУБОПРОВОДЕ Российский патент 2015 года по МПК G01L13/02 F15B5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству для сенсорного определения посредством датчиков возникающей между первым местом и расположенным в направлении прохождения потока на расстоянии от него вторым местом разности давлений в зоне введенного в рабочий трубопровод, через который проходит сжатый воздух, дросселя.

Уровень техники

Область применения предложенного на рассмотрение изобретения охватывает случаи использования технических жидкостей, при которых должно быть определено наличие в трубопроводе течения передающей давление среды, а также его направление для преобразования данной информации в сигнал для вышестоящего устройства управления. Возможными вариантами применения являются, к примеру, устройства контроля давления воздуха, в которых производится управление подачей давления по меньшей мере к одной пневматически подрессоренной шине транспортного средства. При этом вышестоящее устройство управления требует технически определяемую посредством датчиков информацию об актуальном давлении присоединенных пневматически подрессоренных шин. Однако возможны и другие случаи применения, к примеру в пневматических устройствах управления дверьми или в области техники двигателей внутреннего сгорания.

Из ЕР 0003188 А1 обнаруживается техническое решение для определения разности давлений в зоне введенного в рабочий трубопровод, через который проходит передающая давление среда, дросселя. В данном случае рабочий трубопровод проводит воздух для горения, подача которого должна регулироваться. Наличие воздушного течения через рабочий трубопровод определяется посредством его отбора в двух расположенных на расстоянии друг от друга местах. В зоне вызывающего дросселирование сужения, а также в направлении потока, перед этим сужением, преобладающее там давление с обеих сторон подается к помещенной в закрытый корпус мембране из эластомера. При этом нижнее упорное положение может быть отрегулировано посредством установочного винта. Посредством рычажного механизма определяется выявляемое в зависимости от разности давлений между двумя местами положение мембраны из эластомера. На основании фактического положения мембраны из эластомера можно, таким образом, сделать вывод о преобладающей разности давлений в зоне дросселя.

DE 2318973 А1 выявляет другое устройство для технического определения посредством датчиков разности давлений, при котором эта разность давлений подается к обеим сторонам поршня в соответствии с величиной и знаком, для получения коммутационных сигналов для вышестоящего устройства управления. Поршень с возможностью аксиального перемещения расположен в корпусе, который с обеих сторон установленного с возможностью продольного перемещения против силы упругости пружины поршня образует по одной снабженной устройством соединения для подачи передающей давление жидкости камере нагнетания. К поршню для его смещения в двух направлениях присоединены два пружинных устройства, которые своими обращенными друг от друга первыми концами постоянно опираются на упоры на корпусе, а своими вторыми концами - на насаженные на конструктивный элемент упорные шайбы. Обращенные от упорных шайб соответствующих пружин торцевые поверхности в зависимости от опоры на поршне и на корпусе сопряжены таким образом, что в отличающемся от конечных положений нейтральном положении поршня обе упорные шайбы опираются на соответствующие опоры на поршне и корпусе, в то время как при смещениях поршня имеющаяся в направлении соответствующего смещения упорная шайба опирается лишь на соответствующую опору на поршне, и, напротив, задняя в направлении соответствующего смещения упорная шайба опирается лишь на соответствующую опору на корпусе. Поршень снабжен средствами для зависящего от его положения управления посредством электрических средств коммутации. В качестве электрических средств коммутации предусмотрены два расположенных напротив друг друга толчковых включателя, переменное приведение в действие которых осуществляется посредством захвата, который механически соединен с поршнем датчика разности давлений.

Недостатком данного уровня техники является действительно большое количество конструктивных элементов, обусловленное наличием упорных шайб, нажимных пружин, уплотнений и т.д.

Из DE 4226941 А1 следует другое техническое решение для дифференциального реле давления, при котором описанная ранее проблема решается посредством того, что некоторые функционально интегрированные конструктивные элементы комбинируются с бесконтактно работающим переключателем. В прямоугольном корпусе расположена зажатая с одной стороны лента, и положение свободного конца этой ленты зависит от разности давлений. Сравниваемые источники давления входят в противолежащие ленте параллельные стенки корпуса. С помощью бесконтактного датчика перемещение или положение свободного конца ленты преобразуется в соответствующие электрические сигналы. Если лента выполнена в виде металлической полосы, то датчик может быть выполнен по типу индуктивного датчика. Далее предлагается намагнитить, по меньшей мере, подвижную часть ленты для обеспечения надежного измерения.

Раскрытие изобретения

И с помощью данного технического решения можно измерять разность давлений и преобразовывать ее в коммутационный сигнал. Это дифференциальное реле давления используется в предпочтительном варианте для регулировки ходового механизма, при которой давление в амортизаторах за счет перехода изменяется с периодически тягового на периодически нажимное. Недостатком является при этом, однако, действительно чувствительная конструкция, которая ограничивает сферу применении данного технического решения.

Задачей изобретения является создание устройства для технического определения посредством датчиков разности давлений, которое при использовании простых конструктивных элементов выполнено с большим запасом прочности и всегда выдает надежные измеренные значения.

Задача решается в сочетании с отличительными признаками п.1 формулы изобретения. Последующие зависимые пункты формулы изобретения демонстрируют предпочтительные варианты усовершенствования изобретения.

Согласно изобретению производится отведение давления в первом месте в направлении прохождения потока перед дросселем и во втором месте в направлении прохождения потока не возле, а после дросселя, для подачи разности давлений через интегрированный в рабочий трубопровод дроссель с обеих сторон к параллельно подключенному для этого клапану разности давлений. Клапан разности давлений во взаимодействии с электрическим устройством коммутации передает на вышестоящее устройство управления двойной сигнал подачи или отведения воздуха, в случае, если клапан разности давлений определяет существенную положительную или отрицательную разность давлений через дроссель, которая в рамках устройства в соответствии с изобретением служит в этом отношении в качестве определенного типа измерительного дросселя.

Преимущество решения в соответствии с изобретением состоит, в частности, в том, что специальное расположение измерительного дросселя рядом с клапаном разности давлений может быть простым образом преобразовано в электрическое устройство коммутации с небольшим количеством конструктивных элементов. При этом посредством первого парного соединения измерительного дросселя и клапана разности давлений имеющаяся разность давлений преобразуется в определенное положение. Посредством парного соединения клапана разности давлений и электрического устройства коммутации полученное таким образом положение используется в качестве приводного усилия для электрического устройства коммутации. Полученный таким образом на основании разности давлении электрический сигнал может быть использован для инициирования начала и окончания базирующихся на течении сжатого воздуха в рабочем трубопроводе случаев применения.

Клапан разности давлений, который служит для преобразования измеренной разности давлений в установочное движение, состоит в предпочтительном варианте из цилиндрического корпуса с расположенными с торцевой стороны элементами присоединения к трубопроводу для подсоединения к первому месту и, соответственно, ко второму месту перед/после дросселя и включает в себя выполненный с возможностью аксиальной двухсторонней регулировки посредством разности давлений поршень клапана, который динамически герметизирован относительно стенки корпуса. Для позиционирования поршня клапана в определенное в качестве исходного положения без разности давлений среднее положение с обеих сторон поршня клапана располагаются два пружинных элемента, которые своими, соответственно, обращенным к поршню клапана концами прилегают к торцевым сторонам корпуса. Таким образом, создаются две противолежащие поршню клапана и выполненные с возможностью нагружения против силы упругости пружины камеры нагнетания. Такой клапан разности давлений выполнен просто и надежно и состоит из упомянутого ранее небольшого количества отдельных конструктивных элементов.

Взаимодействие данного клапана разности давлений с сопряженным с ним электрическим устройством коммутации производится в предпочтительном варианте в соответствии с двумя описываемыми далее предпочтительными вариантами осуществления.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения предлагается использование магнитных средств соединения. В качестве магнитного средства соединения интегрированный в предпочтительном варианте в поршень клапана постоянный магнит взаимодействует при этом с выполненным в виде индуктивного переключателя на герконах устройством коммутации. При этом поршень клапана может и полностью состоять из постоянного магнита. Такие магнитные средства соединения позволяют осуществлять бесконтактное управление электрическим устройством коммутации, которое допускает герметичное размещение конструктивных элементов клапана разности давлений внутри полностью закрытого корпуса. Таким образом, предотвращаются проблемы с герметизацией и благодаря магнитным средствам соединения можно реализовать в целом действительно компактное устройство.

В соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления изобретения предлагается, чтобы клапан разности давлений посредством механического средства соединения взаимодействовал с электрическим устройством коммутации. В качестве подходящего механического средства соединении может быть предусмотрен при этом соединяющий поршень клапана с устройством коммутации шток управления, который располагается перпендикулярно оси перемещения поршня клапана в направлении электрического устройства коммутации. Штоком управления может являться при этом либо элемент поршня клапана, либо элемент устройства коммутации. В данном случае электрическое устройство коммутации можно образовать в виде традиционного многополюсного перекидного выключателя, который предлагается в виде стандартного конструктивного элемента.

В соответствии с улучшающим управление выполненного в виде перекидного выключателя электрического устройства коммутации мероприятием предлагается, чтобы поршень клапана располагался между двумя мембранами из эластомера, которые ограничивают по одной камере нагнетания, которые соединены с первым и, соответственно, вторым местом дросселя. Дальний конец штока управления взаимодействует при этом с радиальным углублением на поршне клапана для управления переключателем. Благодаря обеим включающим в себя поршень клапана мембранам из эластомера взаимодействующая со штоком управления и электрическим переключателем зона перехода не находится под давлением, так что не требуется никаких других мер по обеспечению герметичности. Толщина материала мембраны из эластомера выбрана такой, что в случае равновесного давления, то есть при отсутствии разности давлений, устанавливается нейтральное среднее положение, без необходимости использования дополнительных пружинных элементов.

В предпочтительном варианте электрическое устройство коммутации в рамках предложенного на рассмотрение изобретения имеет три положения включения и передает вышестоящему предпочтительно электрическому устройству коммутации в упомянутом выше среднем положении поршня клапана сигнал об отсутствии необходимости подачи давления.

Если напротив, поршень клапана принимает одно из конечных упорных положений с левой или с правой стороны, то, таким образом, может быть подан сигнал о необходимости подачи или отведения воздуха. Таким образом, может быть преобразована клапанная функция 3/n. Клапанная функция 2/2 может быть реализована на основании суммы имеющихся возможностей посредством того, что сигналы подаются лишь в случае нейтрального положения в качестве конечного положения и в случае необходимости подачи или отведения воздуха.

В соответствии с предпочтительным случаем применения к оснащенному устройством в соответствии с изобретением для технического определения посредством датчиков разности давлений рабочему трубопроводу со стороны входа от электропневматического клапана подается сжатый воздух, чтобы со стороны выхода заполнить в предпочтительном варианте закрытый резервуар. Устройство в соответствии с изобретением определяет при этом, проходит ли сжатый воздух в резервуар и когда устанавливается выравнивание потока, и передает соответствующий электрический сигнал на вышестоящее устройство управления, которое, со своей стороны, приводит в действие распределительный клапан. Электронное устройство управления может получать желаемый уровень давления заданным вручную или автоматически. Такой пример использования может быть применен при наполнении пневматически подрессоренных шин транспортного средства, при заполнении имеющих форму цистерн накопительных резервуаров для сжатого воздуха и т.д.

Краткое описание чертежей

Другие, улучшающие изобретение, мероприятия изображены далее более детально в сочетании с описанием двух предпочтительных примеров осуществления изобретения на основании чертежей, на которых представлено:

фиг.1 - схематичное изображение устройства для определения разности давлений в первом варианте осуществления, и

фиг.2 - устройство для определения разности давлений во втором варианте осуществления.

Осуществление изобретения

В соответствии с фиг.1 поток сжатого воздуха, выходя из изображенного здесь лишь схематично электропневматического распределительного клапана 1, проходит через рабочий трубопровод 2 в также изображенный лишь схематично закрытый резервуар 3, который должен быть заполнен сжатым воздухом. В рабочий трубопровод 2 вставлен сужающий активное поперечное сечение потока дроссель 4. В первом месте 5а перед дросселем 4 и во втором месте 5b после дросселя 4 при прохождении сжатого воздуха через рабочий трубопровод 2 наблюдаются различные по величине значения давления. Подключенный параллельно дросселю 4 клапан 6 разности давлений определяет получающуюся вследствие различных величин давления в первом месте 5 а и во втором месте 5b разность давлений, в которой выделяются вышеупомянутые значения давлений в рабочем трубопроводе 2.

Клапан 6 разности давлений состоит, в основном, из цилиндрического корпуса 7 с элементами присоединения к трубопроводу с каждой торцевой стороны для подсоединения к первому месту 5а и второму месту 5b рабочего трубопровода 2. Внутрь корпуса 7 по центру помещен выполненный с возможностью аксиальной двусторонней регулировки поршень 8 клапана. Поршень 8 клапана в результате нагружения двумя противоположно воздействующими на него пружинными элементами 9а и 9b находится в характеризующемся отсутствием разности давлений исходном положении в представленной на чертеже центральной позиции.

Клапан 6 разности давлений в таком варианте осуществления изобретения через магнитные средства соединения взаимодействует с позиционированным вблизи него электрическим устройством 10 коммутации. В качестве магнитного средства соединения поршень 8 клапана состоит в данном случае из постоянного магнита, в то время как взаимодействующее с ним электрическое устройство 10 коммутации выполнено в виде индуктивного переключателя на герконах. Если клапан 6 разности давлений в зависимости от направления прохождения потока по рабочему трубопроводу 2 определяет существенную положительную или отрицательную разность давлений через дроссель 4, то о таком технически установленном посредством датчика событии посредством электрического устройства 10 коммутации можно сообщить на вышестоящее устройство 11 управления, которое в зависимости от заданных управляющих значений и установленного значения разности давлений настраивает электропневматический распределительный клапан 1.

Если после открытия электропневматического распределительного клапана 1 сжатый воздух проходит в подсоединенный резервуар 3 до тех пор, пока последний не будет полностью заполнен, то через дроссель 4 в конце концов уже невозможно будет определить какую-либо разность давлений, так что электронное устройство 11 управления сможет затем перевести электропневматический клапан 1 из открытого в закрытое положение.

В соответствии с представленным на фиг.2 вторым вариантом осуществления изобретения поршень 8' клапана располагается между двумя мембранами 12а и 12b из эластомера, которые ограничивают по одной камере 13а и, соответственно, 13b нагнетания, которые связаны с не изображенным первым и, соответственно, вторым местами рабочего трубопровода аналогично описанному ранее варианту осуществления изобретения.

Для приведения в действие сопряженного с поршнем 8' клапана электрического устройства 10' коммутации служит механическое средство соединения, которое в виде штока 14 управления входит в зацепление с соответствующим радиальным углублением 15 на поршне 8' клапана. Полученное вследствие разности давлений аксиальное перемещение поршня 8' клапана приводит, таким образом, к переключению с откидыванием штока 14 управления электрического устройства 10' коммутации с уже обозначенной в связи с вышеизложенным описанием первого варианта осуществления изобретения целью.

Изобретение не ограничено двумя описанными выше предпочтительными вариантами осуществления. Более того, возможны и другие варианты осуществления, которые включаются в область охранительного действия последующей формулы изобретения. Так, к примеру, возможно также использовать устройство в соответствии с изобретением для технического определения посредством датчиков разности давлений для другой цели, чем цель подачи давления в закрытый резервуар. Особо предпочтительным является его использование с устройством контроля давления воздуха в шинах для пневматически подрессоренных шин транспортного средства.

Перечень ссылочных позиций

1 - электропневматический клапан

2 - рабочий трубопровод

3 - резервуар

4 - дроссель

5 - место

6 - клапан разности давлений

7 - корпус

8 - поршень клапана

9 - пружинный элемент

10 - электрическое устройство коммутации

11 - устройство управления

12 - мембрана из эластомера

13 - камера нагнетания

14 - шток управления

15 - углубление

Устройство предназначено для определения разности давлений в рабочем трубопроводе. Устройство содержит дроссель, установленный в рабочем трубопроводе, и параллельно подключенный к нему клапан разности давлений, выполненный в виде цилиндрического корпуса с поршнем, с обеих сторон которого для позиционирования его в среднее положение в качестве исходного положения без разности давлений расположены два пружинных элемента. Технический результат - повышение надежности устройства. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для сенсорного определения возникающей между первым местом (5а) и расположенным в направлении прохождения потока на расстоянии от него вторым местом (5b) разности давлений в зоне введённого в дроссель (4), причём предусмотрено отведение давления в первом месте (5а) в направлении прохождения потока перед дросселем (4) и во втором месте (5b) в направлении прохождения потока после дросселя (4), для подачи разности давлений через дроссель (4) с обеих сторон к параллельно подключенному для этого клапану (6, 6') разности давлений, который во взаимодействии с электрическим устройством (10, 10') коммутации выполнен с возможностью передачи на вышестоящее устройство (11) управления сигнала, в случае если клапан (6, 6') разности давлений определяет существенную положительную или отрицательную разность давлений через дроссель (4), отличающееся тем, что клапан (6, 6') разности давлений для определения положительной или отрицательной разности давлений в рабочем трубопроводе (2), через который проходит сжатый воздух, состоит из цилиндрического корпуса (7) с расположенными с торцевой стороны элементами присоединения к трубопроводу для подсоединения к первому и второму местам (5а, 5b) рабочего трубопровода (2), который содержит выполненный с возможностью аксиальной двухсторонней регулировки посредством разности давлений поршень (8) клапана, с обеих сторон которого для позиционирования его в среднее положение в качестве исходного положения без разности давлений расположены два пружинных элемента (9а, 9b).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для взаимодействия электрического устройства (10, 10') коммутации с клапаном (6, 6') разности давлений предусмотрены механические или магнитные средства соединения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве магнитного средства соединения образующий поршень (8) клапана постоянный магнит взаимодействует с выполненным в виде индуктивного переключателя на герконах устройством (10) коммутации.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве механического средства соединения предусмотрен соединяющий поршень (8') клапана с устройством (10') коммутации шток (14) управления.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что поршень (8') клапана для переключения с опрокидыванием штока (14) управления устройства (10') коммутации расположен между двумя мембранами (12а, 12b) из эластомера, которые ограничивают по одной камере (13а, 13b) нагнетания, которые соединены с первым и, соответственно, вторым местом (5а, 5b) рабочего трубопровода (2).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дальний конец штока (14) управления электрического устройства (10') коммутации входит в зацепление в соответствующее радиальное углубление (15) на поршне (8') клапана.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрическое устройство (10, 10') коммутации имеет три положения включения и в соответствующем среднему положению поршня (8, 8') клапана среднем положении не подаёт сигнал на устройство (11) управления о необходимости подачи давления, в то время как в конечных положениях с обеих сторон подаётся сигнал о необходимости подачи или отведения воздуха.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий трубопровод (2) выполнен с возможностью подачи давления на выходе из электропневматического распределительного клапана (1) по меньшей мере к одному закрытому резервуару (3).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что закрытый резервуар (3) образован посредством пневматически подрессоренной шины транспортного средства или посредством имеющего форму цистерны резервуара для сбора сжатого воздуха.