Цифровой преобразователь давления Советский патент 1985 года по МПК F15C3/04 G01L7/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения преимущественно малых давлений и разряжений, а также в качестве пневматического аналого-цифрового преобразователя в различных отраслях промышленности, например химической.

Известны цифровые измерительные приборы со счетчиками импульсов. Для измерения давления к этим приборам необходим преобразователь давления- в электрический сигнал 1.

Известен также цифровой преобразователь давления, содержащий пневмомеханический сумматор, состоящий из рычага, установленного на упругой опоре, один конец которого связан с чувствительным манометрическим элементом, и счетчик импульсов 2.

К недостаткам известного устройства следует отнести сложность измерительной схемы преобразователя и наличие в ней электрических элементов, усложняющих применение этого устройства для измерения давления пожаре- и взрывоопасных сред.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности преобразователя.

Эта цель достигается тем, что в цифровом преобразователе давления, содержащем пневмомеханический сумматор, состоящий из рычага, установленного на упругой опоре, один конец которого связан с чувствительным манометрическим элементом, счетчик импульсов и канал питания, пневмомеханический сумматор состоит из четырех камер, в первой из которых, сообщенной с входным каналом, размещен чувствительный манометрический элемент в виде сильфона, один торец которого жестко закреплен на перегородке между первой и второй камерами, причем на данной перегородке жестко закреплен торец второго сильфона, размещенного во второй камере, связанной с атмосферой, и являющегося упругой опорой рычага, и выполнено отверстие для сообщения полостей первого и второго сильфонов, между подвижными торцами которых установлена пружина, рычаг пневмомеханического сумматора выполнен в виде трубы с дросселем, через который полости первого и второго сильфонов сообщены с внещней полостью третьего сильфона, установленного в третьей камере, причем один торец третьего сильфона жестко закреплен на перегородке между второй и третьей камерами, выполненной с отверстием для рычага и с отверстием для связи внутренней полости третьего сильфона со второй камерой, а подвижный торец третьего сильфона соединен с рычагом, третья и четвертая камеры пневмомеханического сумматора сообщены через золотниковый клапан, золотник которого размещен на верхнем торце рычага, нижний торец которого жестко соединен с подвижным торцом второго сильфона, четвертая камера сообщена с атмосферой, а третья - со счетчиком импульсов и через другой пневматический дроссель - с каналом

питания.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя.

Устройство состоит из корпуса, разделенного на четыре камеры 1-4. Камера 1 через щтуцер 5 сообщается с входным каналом Р, давление в котором измеряется. Камеры 1 и 2 отделены друг от друга перегородкой 6. На этой перегородке со стороны камер 1 и 2 закреплены торцы сильфонов 7 и 8. В перегородке 6 имеется отверстие, благодаря которому сильфоны 7 и 8 образуют общую внутреннюю полость 9. В этой полости находится пружина 19, стягивающая подвижные торцы сильфонов 7 и 8. Сильфон 7 является чувствительным манометрическим

элементом. В камере 3 установлен подпружиненный пружиной 10 СИЛЬФОН 11, при этом один торец этого сильфона закреплен на перегородке 12, разделяющей камеры 2 и 3. В этой перегородке имеются отверстия, через которые проходит рычаг 13, и внутренняя полость сильфона 11 сообщается с камерой 2 и с атмосферой. Камеры 3 и 4 отделены друг от друга золотниковым клапаном 14 с золотником 15, закрепленным на верхнем торце рычага 13. Последний выполнен в виде трубь, в которую установлен пневматический дроссель 16. Верхний торец этой трубы герметично закрыт золотником 15. Через рычаг 13 соединены между собой подвижные торцы сильфонов 8 и 11. Внутренняя полость сильфонов 7 и 8 через

пневматический дроссель 16 сообщается с камерой 3. Последняя соединена со счетчиком 17 импульсов и через пневматический дроссель 18 - с каналом питания Рщп . Камера 4 сообщается с атмосферой.

Преобразователь работает следующим образом.

Камера 3 через дроссель 18 заполняется сжатым воздухом, который через пневматический дроссель 16 в трубе рычага 13 поступает во внутреннюю полость 9, образованную сильфонами 7 и 8. При этом давдение воздуха в камере 3 растет быстрее, чем в полости 9. Давление воздуха в камере 3 сжимает сильфон 11 и изза этого перемещает рычаг 13 вниз. Клапан 14

поэтому плотнее закрывается золотником 15. Давление воздуха продолжает расти в камере 3 и в полости 9. При определенном давлении воздуха в полости 9 сила, действующая на рычаг 13 со стороны сильфонов 7 и 8, становится больше силы,

действующей на него со стороны сильфона 11, а также веса рычага 13 и золотника 15. Рычаг 13 начинает перемещаться

вверх, что приводит к открытию кольцевого отверстия в клапане 14 золотником 15 и стравливанию воздуха из камеры 3. При этом сила, действующая на рычаг 13 со стороны сильфона 11, уменьшается, что способствует еще большему открытию клапана 14 золотником 15 и уменьшению давления в камере 3. Воздух из внутренней полости 9 сильфонов 7 и 8 начинает стравливаться через пневматический дроссель 16 и клапан 14 в атмосферу. Объем полости 9 уменьшается, поэтому рычаг 13 начинает перемещаться вниз.

При определенном объеме полости 9 клапан 14 закрывается золотником 15 и давление в камере 3 вновь начинает расти. Таким образом, в камере 3 в установившемся режиме наблюдаются циклические изменения давления сжатого воздуха. При этом частота этих изменений пропорциональна давлению контролируемой среды в камере 1. При изменении давления контролируемой среды Р в камере 1, например, при его уменьшении, также уменьшается сила, действующая на рычаг 13 снизу вверх от сильфона 7, представляющего собой манометрический чувствительный элемент. Сила, развиваемая сильфоном 7 и пропорциональная измеряемому давлению, передается рычагу 13 через пружину 19 и подвижный торец сильфона 8. Вследствие уменьшения этой силы увеличивается время, в течение которого в камере 3 наблюдается максимальное давление из-за необходимости увеличения, по сравнению с прежним, давления во внутренней полости 9 сильфонов 7 и 8 до момента, когда сумма сил, действующих на рычаг 13 снизу вверх, станет равной и больше суммы сил, действуюших на этот рычаг снизу вверх. Далее, увеличивается также время, в течение которого в камере 3 наблюдается минимальное давление из-за уменьшения скорости истечения в атмосферу через дроссель 16 и открытый клапан 14 воздуха из внутренней полости 9 сильфонов 7 и 8. В результате частота изменения давления в камере 3 уменьшается пропорционально уменьшению давления измеряемой среды.

Счетчик 17 импульсов измеряет время, в течение которого давление в камере 3 изменяется заданное число раз, либо длительность наблюдения максимального или минимального давлений в камере 3, либо частоту изменения давления в этой камере. Этот счетчик градуируется в единицах давления.

Диапазон измерения давления и чувствительность определяются эффективной поверхностью сильфона 7. Начало шкалы прибора выставляется изменением жесткости пружины 10 сильфона 11, а конец шкалы - изменением жесткости пружины 19, сильфонов 7 и 8, а также из.менением проводимости пневматического дросселя 16.

По сравнению с известным прибором уменьшаются аппаратурные затраты при использовании изобретения в цифровых системах контроля и управления из-за упрощения измерительной схемы благодаря исключению из нее ряда электромеханических преобразователей и обеспечению простоты измерения давления пожаро- и взрывоопасных сред.

/

/////// ////////А ////////////////Л

15 /

-

Y/////.

-

ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий пневмомеханический сумматор, состоящий из рычага, установленного на упругой опоре, один конец которого связан с чувствительным манометрическим элементом, счетчик импульсов и канал питания, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя и повышения его надежности, пневмомеханический сумматор состоит, нз четырех камер, в первой из которых, сообщенной с входным каналом, размещен чувствительный манометрический элемент в виде сильфона, один торец которого жестко закреплен на перегородке между первой и второй камерами, причем на данной перегородке жестко закреплен торец второго сильфона, размещенного во второй камере, связанной с атмосферой, и являющегося упругой опорой рычага, и выполнено отверстие для сообщения полостей первого и второго сильфонов, между подвижными торцами которых установлена пружина, рычаг пневмомеханического сумматора выполнен в виде трубы с дросселем, через который полости первого и второго сильфонов сообщены с внещней полостью третьего сильфона, установленного в третьей камере, причем один торец третьего сильфона жестко закреплен на перегородке между второй и третьей камерами, выполненной с отверстием для рычага и с отверстием для связи внутренней полости третьего сильфона с второй камерой, а подвижный торец третьего сильфона соединен с рычагом, третья и четвертые камеры пневмомеханического сумматора сообщены через золотниковый клапан, золотник которого размещен на верхнем торце рычага, нижний торец которого жестко соединен с подвижным торцом второго сильфона, четвертая камера сообщена с атмосферой, а третья - со счетоо оо со чиком импульсов и через другой пневматический дроссель - с каналом питания. 4