УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ОТ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G01L19/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам для предотвращения перегрузки на измерительное устройство, в частности на датчик давления

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна заявка WO200442338, публикация 21.05.2004, МПК G01L-9/00 в которой описан датчик относительного давления, состоящий из двух камер и двух разделительных мембран, предназначенных соответственно для рабочего давления и давления окружающей среды. Камеры разделены измерительной мембраной и заполнены передающей средой. Для ослабления импульсов перегрузки на стороне процесса, которые действуют на первую разделительную мембрану, предусмотрен гидравлический демпфер, который размещается на стороне атмосферы между второй разделительной мембраной и чувствительным к давлению элементом. Чувствительный к давлению элемент представляет собой пьезорезистивный кремниевый чип, передающая среда состоит из силиконового масла, а демпфер состоит из фильтрующего элемента из спеченной бронзы.

Известна заявка US20180180505, опубл. 28.06.2018, МПК G01L-7/04, узел разделительной диафрагмы, который включает в себя измерительный прибор, давление передается от контролируемой технологической стороны через конструкцию из двух диафрагм, имеющих вакуумированное промежуточное пространство, расположенное между ними, к измерительному прибору, надежно отделенному от технологической стороны, Повышена усталостная прочность узла разделительной диафрагмы в экстремальных условиях эксплуатации.

Наиболее близким аналогом является патент RU2499238, опубл. 20.11.2013, МПК G01L 19/06, Узел защиты разделительной мембраны датчика давления от перегрузки давлением. Узел разделительной мембраны содержит корпус, на котором неразъемно, по периферии прикреплена разделительная гофрированная мембрана. Гофры разделительной мембраны соответствуют гофрам на корпусе под ней и образуют рабочий зазор с корпусом, заполненный разделительной несжимаемой жидкостью. Рабочий зазор соединен с полостью сенсора с помощью двух отверстий на краевом гофре. На гофрированной поверхности корпуса выполнены два радиальных углубления, соединяющих зазор под центральной областью мембраны с отверстиями, соединяющими рабочий зазор с полостью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности защитного устройства и упрощение конструкции.

Устройство защиты измерительного элемента от избыточного давления включает корпус с полостью для установки измерительного элемента, гофрированную мембрану, установленную на корпусе, гофры которой выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами, выполненными на поверхности корпуса под гофрированной мембраной. Полость для установки измерительного элемента изолирована от внешней среды второй мембраной, при этом жесткость второй мембраны выше, чем жесткость гофрированной мембраны. В корпусе под центральной областью гофрированной мембраны выполнено отверстие, объединяющее зазор между гофрированной мембраной и соосными гофрами, выполненными на поверхности корпуса, с полостью для установки измерительного элемента в объем, заполненный жидкостью. В корпусе выполнен канал, соединяющий упомянутый объем, заполненный жидкостью, с внешней средой при этом канал герметизирован от внешней среды запорным элементом, выполненным с возможностью установки по длине канала в процессе регулировки устройства.

Повышение эффективности защитного устройства обеспечивается надежностью работы элементов конструкции и точностью настройки под необходимый диапазон давления, с которым должен работать измерительный элемент. При этом настройка устройства производится за счет выбора жесткости второй мембраны по отношению к жесткости гофрированной мембраны и точной установкой запорного элемента в канале на необходимую глубину.

В частности, измерительный элемент выполнен в виде полупроводниковой кремниевой мембраны со стеклянной подложкой.

Кроме того, вторая мембрана выполнена плоской.

Помимо этого, запорный элемент выполнен в виде шарика.

При этом запорный элемент установлен с возможностью выбора его положения по длине канала.

Кроме того, на гофрированной поверхности корпуса в радиальном направлении выполнены углубления, соединяющие зазор под гофрированной мембраной с отверстием в корпусе под центральной областью гофрированной мембраны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 приведен разрез устройства.

На Фиг. 2 показан вид на корпус сверху под гофрированной мембраной.

На Фиг. 3 приведен пример использования измерительного элемента в виде полупроводниковой кремниевой мембраны со стеклянной подложкой - чувствительного элемента измерения давления.

На Фиг. 4 показан канал с запорным элементом в виде шарика.

На Фиг. 5 показано устройство в процессе регулировки.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство защиты измерительного элемента от избыточного давления включает (Фиг. 1) корпус 1 с полостью 2 для установки измерительного элемента 3, гофрированную мембрану 4, установленную на корпусе 1. Гофры мембраны 4 выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами 5, выполненными на поверхности корпуса 1 под гофрированной мембраной 4 (Фиг 2). Полость 2 изолирована от внешней среды второй мембраной 6. Мембрана 6, как правило, выполнена плоской и ее жесткость выше, чем жесткость гофрированной мембраны 4. В корпусе 1 под центральной областью гофрированной мембраны 4 выполнено отверстие 7, объединяющее зазор 8 между гофрированной мембраной 4 и корпусом 1 с полостью 2 в объем, заполненный жидкостью. На гофрированной поверхности 5 корпуса 1 в радиальном направлении выполнены углубления 9 (Фиг. 2), соединяющие зазор 8 под гофрированной мембраной 4 с отверстием 7 в корпусе 1 под центральной областью гофрированной мембраны 4. В корпусе 1 выполнен канал 10, соединяющий упомянутый объем, заполненный жидкостью 11, с внешней средой, при этом в канале 10 установлен запорный элемент 12. Измерительный элемент 3 в данном примере (Фиг. 3) выполнен в виде полупроводниковой кремниевой мембраны 13 со стеклянной подложкой 14, который может использоваться для измерения давления относительно атмосферного давления, подаваемого к измерительному элементу по каналу 15.

Запорный элемент 12, устанавливаемый в канале 10, может быть выполнен, например, в виде шарика, установлен с возможностью выбора его положения по длине канала 10 (Фиг. 4).

При изготовлении устройства (Фиг. 5) гофрированная мембрана 4 полностью лежит на гофрах 5 корпуса 1. После крепления сваркой гофрированной мембраны 4, второй мембраны 6 с корпусом 1 и установки измерительного элемента 3, последующей проверки герметичности, производится откачка воздуха из объема полости 2, отверстия 7 и канала 10. Затем объем заполняется жидкостью, при этом гофрированная мембрана 4 по-прежнему лежит на гофрах 5 корпуса 1. При герметизации устройства запорный элемент 12 - шарик, или другой запорный элемент, вдавливается в канал 10 на расстояние L, при этом вытесняет объем жидкости V, зависящий и от диаметра d канала. (Фиг. 4) Так как гофрированная мембрана 4 значительно менее жесткая, чем вторая мембрана 6, то гофрированная мембрана 4 поднимается в рабочее положение, образуя зазор 8 между гофрами 5 корпуса 1 и гофрированной мембраной 4.

Выбор различной толщины и диаметра второй мембраны 6 позволяют добиться разных диапазонов давления срабатывания защитного устройства. Точная настройка защитного устройства и измерительного устройства в целом, осуществляется глубиной установки запорного элемента 12 по длине канала 10.

Работа защитного устройства осуществляется следующим образом. В диапазоне нормальных давлений, на которое рассчитан измерительный элемент с защитным устройством, гофрированная мембрана 4 перемещается в рабочем диапазоне, при этом в зазоре 8 имеется жидкость. При превышении давления среды определенного предела гофрированная мембрана 4 сближается с гофрами 5 на корпусе 1. В этот момент прогнется вторая мембрана 6, чтобы гофрированная мембрана 4 легла на гофры 5 корпуса 1. В этот момент произойдет запирание канала передачи давления на измерительный элемент 3. Разрушение измерительного элемента 3 не произойдет.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Устройство защиты измерительного элемента от избыточного давления может применятся для защиты, в частности, датчиков давления, выполненных на полупроводниковой кремниевой мембране с подложкой из стекла, и других измерительных элементов.

Изобретение относится к устройствам для предотвращения перегрузки на измерительное устройство, в частности на датчик давления. Устройство для защиты измерительного элемента от избыточного давления включает корпус с полостью для установки измерительного элемента, гофрированную мембрану, установленную на корпусе, гофры которой выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами, выполненными на поверхности корпуса под гофрированной мембраной. Полость изолирована от внешней среды второй мембраной, при этом жесткость второй мембраны выше, чем жесткость гофрированной мембраны. В корпусе под центральной областью гофрированной мембраны выполнено отверстие, объединяющее зазор между гофрированной мембраной и корпусом с полостью в объем, заполненный жидкостью. В корпусе выполнен канал, соединяющий упомянутый объем, заполненный жидкостью, с внешней средой, при этом в канале установлен запорный элемент, выполненный с возможностью установки по длине канала в процессе регулировки устройства. Технический результат - повышение эффективности защиты и простота конструкции. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для защиты измерительного элемента от избыточного давления, включающее корпус с полостью для установки измерительного элемента, гофрированную мембрану, установленную на корпусе, гофры которой выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами, выполненными на поверхности корпуса под гофрированной мембраной, полость для установки измерительного элемента изолирована от внешней среды второй мембраной, при этом жесткость второй мембраны выше, чем жесткость гофрированной мембраны, в корпусе под центральной областью гофрированной мембраны выполнено отверстие, объединяющее зазор между гофрированной мембраной и соосными гофрами, выполненными на поверхности корпуса, с полостью для установки измерительного элемента в объем, заполненный жидкостью, при этом в корпусе выполнен канал, соединенный с упомянутым отверстием и внешней средой, при этом канал герметизирован от внешней среды запорным элементом, выполненным с возможностью установки по длине канала в процессе регулировки устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный элемент выполнен в виде полупроводниковой кремниевой мембраны с стеклянной подложкой.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторая мембрана выполнена плоской.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что запорный элемент выполнен в виде шарика.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что запорный элемент установлен с возможностью выбора его положения по длине канала.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на гофрированной поверхности корпуса в радиальном направлении выполнены углубления, соединяющие зазор под гофрированной мембраной с отверстием в корпусе под центральной областью гофрированной мембраны.