УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ ОТ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G01L19/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам для предотвращения перегрузки на дифференциальный датчик давления.

Дифференциальные датчики давления часто используются для обнаружения небольших различий в больших перепадах давления.

Дифференциальное давление в этом случае очень маленькое по отношению к общему давлению. Например, в трубе с давлением 200 атм стоит фильтр и нужно понять, загрязнен он или нет. Тогда ставят дифференциальный датчик, у которого одна сторона с одной диафрагмой выведена до фильтра, а другая сторона с другой диафрагмой за фильтром. Пока фильтр не загрязнен - он пропускает поток без потери давления, если загрязнен, то появляется разность давления пропорциональная загрязнению (обычно 0,1-0,2 атм), то есть в 1000 раз меньше давления в трубе. В момент подключения дифференциального датчика часто бывают случаи, когда из-за ошибки открытия клапанов все общее давление подается на одну диафрагму, при этом другая сторона остается без давления. Поэтому и необходима защита, чтобы такая огромная перегрузка не повредила конструкцию датчика.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна заявка WO200442338, опубл. 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 US 20180180505, 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 RU 2499238, 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 для защиты дифференциального датчика давления от избыточного давления включает корпус, состоящий из двух частей, каждая из которых включает гофрированную мембрану, установленную на части корпуса, гофры которой выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами, выполненными на поверхности части корпуса под гофрированной мембраной. Под центральной областью гофрированной мембраны выполнено отверстие, соединяющее зазор между гофрированной мембраной и соосными гофрами, выполненными на поверхности части корпуса, с первой полостью, которая перекрыта плоской мембраной, за которой выполнена вторая полость.

При этом жесткость плоской мембраны выше, чем жесткость гофрированной мембраны. В каждой части корпуса также 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. В одной части корпуса выполнена дополнительная полость, в которой установлен измерительный элемент датчика давления, при этом эта полость над измерительным элементом соединена со второй полостью данной части корпуса. Пространство под измерительным элементом датчика давления соединено герметичным трубчатым соединением со второй полостью другой части корпуса. Вторая полость каждой части корпуса соединена герметичным трубчатым соединением с первой полостью другой части корпуса, а все полости, каналы и отверстия и трубчатые соединения корпуса заполнены жидкостью.

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 плоской мембраны по отношению к жесткости гофрированной мембраны и установкой запорного элемента в канале на необходимую глубину.

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

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 приведен разрез одной части корпуса в районе гофрированной мембраны.

На Фиг. 3 показан вид на корпус сверху под гофрированной мембраной.

На Фиг. 4 приведен пример использования измерительного элемента в виде полупроводниковой кремниевой мембраны со стеклянной подложкой - чувствительного элемента измерения давления.

На Фиг. 5 показан канал с запорным элементом в виде шарика.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для защиты дифференциального датчика давления от избыточного давления включает (Фиг. 1) корпус 1, содержащий первую часть корпуса 2, вторую часть корпуса 3 и соединительный элемент 4, объединяющий устройство защиты в единое устройство, размещенное в едином корпусе 1. Конструктивно защитное устройство может быть выполнено и в виде двух отдельных частей корпуса 2 и 3, соединенных герметичными трубчатыми соединениями.

Каждая из частей 2 и 3 корпуса 1 включает гофрированную мембрану 5, установленную на корпусе 1. Гофры 6 мембраны 5 выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами 7, выполненными на поверхности корпуса 1 под гофрированной мембраной 5 (Фиг. 1, Фиг. 2).

Под центральной областью гофрированной мембраны 5 каждой части 2 и 3 корпуса 1 выполнено отверстие 8, соединяющее зазор 9 между гофрированной мембраной 5 и соосными гофрами 7 с первой полостью 10, которая перекрыта плоской мембраной 11, за которой выполнена вторая полость 12. При этом жесткость плоской мембраны 11 выше, чем жесткость гофрированной мембраны 5. На гофрированной поверхности корпуса 1 в радиальном направлении выполнены углубления 13, соединяющие зазор 9 под гофрированной мембраной 5 с отверстием 8 в корпусе 1 под центральной областью гофрированной мембраны 5 (Фиг. 3).

В каждой части 2 и 3 корпуса 1 также выполнен канал 14, соединенный с упомянутым отверстием 8 и внешней средой (Фиг. 2). Канал 14 герметизирован от внешней среды запорным элементом 15, выполненным с возможностью установки по длине канала 14 в процессе регулировки устройства. Запорный элемент 15, например, может быть выполнен в виде шарика, установлен с возможностью выбора его положения по длине канала 14.

В одной части корпуса 1 (Фиг. 1), в данном примере в части 2, выполнена дополнительная полость 16, в которой установлен измерительный элемент 17 датчика давления. Измерительный элемент 17 (Фиг. 4) выполнен в виде полупроводниковой кремниевой мембраны 18 со стеклянной подложкой 19, который может использоваться для измерения давления.

Дополнительная полость 16 соединена со второй полостью 12 данной части 2 корпуса 1, а противоположная часть 18 измерительного элемента 17 датчика давления соединена герметичным трубчатым соединением 19 со второй полостью 12 другой части 2 корпуса 1.

При этом вторая полость 12 каждой части 2 и 3 корпуса 1 соединена герметичным трубчатым соединением 20 с первой полостью 10 другой части 2 и 3 корпуса 1. Все полости 10, 12 и 16, каналы 14 и отверстия 8 корпуса 1, а также герметичные трубчатые соединения 19 и 20, соединяющие указанные полости заполнены жидкостью.

При изготовлении устройства гофрированная мембрана 5 полностью лежит на гофрах 7 частей 2 и 3 корпуса 1. После крепления сваркой гофрированной мембраны 5, плоской мембраны 11 с частями 2 и 3 корпуса 1 и установки измерительного элемента 17, последующей проверки герметичности, производится откачка воздуха из объема полостей 10, 12, 16, отверстия 8 и канала 15. Затем объем заполняется жидкостью, при этом гофрированные мембраны 5 по-прежнему лежат на гофрах 7 частей 2 и 3 корпуса 1. При герметизации устройства запорный элемент 15 - шарик, или другой запорный элемент, вдавливается в канал 14 на расстояние L, при этом вытесняет объем жидкости V, зависящий и от диаметра d канала. (Фиг 5). Так как гофрированная мембрана 5 значительно менее жесткая, чем плоская мембрана 11, то гофрированная мембрана 5 поднимается в рабочее положение, образуя зазор 9 между гофрами 7 корпуса 1 и гофрированной мембраной 5.

Выбор различной толщины и диаметра плоской мембраны 11 позволяют добиться разных диапазонов давления срабатывания защитного устройства. Точная настройка защитного устройства и измерительного устройства в целом, осуществляется глубиной установки каждого запорного элемента 15 по длине канала 14.

Работа защитного устройства осуществляется следующим образом. В диапазоне нормальных давлений, на которое рассчитан измерительный элемент с защитным устройством, гофрированная мембрана 5 перемещается в рабочем диапазоне, при этом в зазоре 9 имеется жидкость. При превышении давления среды определенного предела гофрированная мембрана 6 сближается с гофрами 7 той или иной части 2 или 3 на корпусе 1. В этот момент прогнется плоская мембрана 11, и гофрированная мембрана 5 ляжет на гофры 7. В этот момент произойдет запирание канала передачи давления на измерительный элемент 17. Разрушение измерительного элемента 17 не произойдет.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Устройство защиты измерительного элемента дифференциального датчика давления от избыточного давления может применяться 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 дифференциальный датчик давления. Устройство для защиты дифференциального датчика давления от избыточного давления включает корпус, состоящий из двух частей, каждая из которых включает гофрированную мембрану, установленную на части корпуса, гофры которой выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами, выполненными на поверхности части корпуса под гофрированной мембраной. Под центральной областью гофрированной мембраны выполнено отверстие, соединяющее зазор между гофрированной мембраной и соосными гофрами, выполненными на поверхности части корпуса, с первой полостью, которая перекрыта плоской мембраной, за которой выполнена вторая полость. При этом жесткость плоской мембраны выше, чем жесткость гофрированной мембраны. В каждой части корпуса также 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. В одной части корпуса выполнена дополнительная полость, в которой установлен измерительный элемент датчика давления, при этом эта полость над измерительным элементом соединена со второй полостью данной части корпуса. Пространство под измерительным элементом датчика давления соединено герметичным трубчатым соединением со второй полостью другой части корпуса. Вторая полость каждой части корпуса соединена герметичным трубчатым соединением с первой полостью другой части корпуса, а все полости, каналы и отверстия и трубчатые соединения заполнены жидкостью. Технический результат - повышение эффективности защитного устройства и упрощение конструкции. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для защиты дифференциального датчика давления от избыточного давления, включающее корпус, состоящий из двух частей, каждая из которых включает гофрированную мембрану, установленную на части корпуса, гофры которой выполнены с возможностью совпадения с соосными гофрами, выполненными на поверхности части корпуса под гофрированной мембраной, под центральной областью гофрированной мембраны выполнено отверстие, соединяющее зазор между гофрированной мембраной и соосными гофрами, выполненными на поверхности части корпуса, с первой полостью, которая перекрыта плоской мембраной, за которой выполнена вторая полость, при этом жесткость плоской мембраны выше, чем жесткость гофрированной мембраны, в каждой части корпуса также 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; в одной части корпуса выполнена дополнительная полость, в которой установлен измерительный элемент датчика давления, при этом эта полость над измерительным элементом соединена со второй полостью данной части корпуса, а пространство под измерительным элементом датчика давления соединено герметичным трубчатым соединением со второй полостью другой части корпуса, а вторая полость каждой части корпуса соединена герметичным трубчатым соединением с первой полостью другой части корпуса, а все полости, каналы и отверстия и трубчатые соединения корпуса заполнены жидкостью.

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

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

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

5. 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.