Сигнализатор давления Советский патент 1987 года по МПК G01L19/08 

11

Изобретение относится к приборостроению, а точнее к устройствам для измерения давления, и может быть использовано, например, для контроля герметичности пневмоаппаратуры.

Цель изобретения - повышение надености конструкции путем предохранени упругого чувствительного элемента от воздействия значительных перепадов давления, высоких скоростей изменения давления с учетом направленности этого воздействия и при сохранении высокой чувствительности и быстродействия устройства.

На фиг.1 схематически изображен сигнализатор давления, разрез, линиями со стрелкой показаны связи элементов устройства с блоком управления; на фиг.2 - конструкция блока управления и его связи с элементами устройства; на фиг.З - конструкция вставки где пунктиром показано изменение диаметра при работе.

блока управления (фиг. 2) содержит дифференцирующее устройство IB. предназначенное для преобразования входного сигнала в выходной сигнал, напряжение которого пропорционально скорости изменения входного сигнала. Вход дифференцирующего устройства подключен к преобразователю деформации в электрический сигнал, к которому подключено также и регистрирующее устройство 14, предназначенное для индикации величины утечек сжатого воздуха и др. К выходу дифференцирующего устрой ства подключены измерительные входы 5 компараторов 15 и 16, предназначенных для сравнения электрических сигналов от дифференцирующего устройства с эталонными значениями источника 7 опорного напряжения. При этом сравнивающий вход первого компаратора 5 подключен к положительному полюсу ис- точ ника опорного напряжения, а второго 16 - к отрицательному. Выходы компараторов подключены к соответствующим вставкам из пьезокерамических элементов. Вставка выполнена в виде набора пьезокерамических дисков 18 (фиг.З), между которыми размещены изолируюпще прокладки 19 из другого

25

Сигнализатор давления содержит герметичный корпуЬ (фиг.1), разделенный на две камеры А и Б упругим чувствительным элементом 2, который выполнен из полупроводниковой монокристаллической пластины. Одна из по- 30 материала и не реагирующие на воздей- лостей подключается к источнику эта- электрического тока. Размеры лонного давления, а вторая - через прокладок соизмери№1 с размерами золотниковое устройство к испытывае- дисков в исходном состоянии., т.е. . мому изделию (не показаны). В цент- .. вставка имеет гладкую поверхность. В ральной части пластины выполнена выем- отверстии дросселя вставка закрепле- ка 3, а с противоположной стороны пластины над выемкой размещен преобразователь 4 деформации в электрический сигнал, представляющий собой тен- зометрический мост, например, из диф- Q фузионных резисторов, нанесенных на упругий элемент известным способом. Такое исполнение обеспечивает высокую чувствительность, точность и быстродействие сигнализатора давлегшя. В стенк е корпуса каждой камеры имеется регулируемый дроссель 5 и 6, выполненный в виде отверстия, снабжен ;

витальный элемент 2 прогибается-в jQ центральной части, имеющей выемку 3, в сторону меньщего давления. При этом преобразователь 4 деформации в электрический сигнал выдает соответствующую информацию на регистрирующее уст- г ройство 14, т.е. регистрируется появление утечек и их величина. В случае резкого перепада давлений, например, в начале заполнения камер при подготовке их к работе или при неожиданной

на на растяжках (не показано).

Сигнализатор давления работает следзпощим образом.

В камеры А и Б сигнализатора давления подается сжатый воздух одинакового заданного давления, а затем камеру с подключенным к ней объемом испытываемого изделия отключают от.источ- ника сжатого воздуха. При понижении давления, т.е. при появлении утечки, в камере, например Б, связанной с испытываемым изделием, упругий чувст- ного соответственно вставкой 7 и 8 Вставка изготовлена из пьезокерами- ческого элемента и образует со стенкой отверстия каналы питания 9 и 10 соответствующих камер сжатым воздухом. Кроме того, в стенках корпуса выполнены герметичные электрические разъемы 11 для подключения преобразователя деформации в электрический сигнал и пьезокерамических элементов к блоку 12 управления. Конструкция

блока управления (фиг. 2) содержит дифференцирующее устройство IB. предназначенное для преобразования входного сигнала в выходной сигнал, напряжение которого пропорционально скорости изменения входного сигнала. Вход дифференцирующего устройства подключен к преобразователю деформации в электрический сигнал, к которому подключено также и регистрирующее устройство 14, предназначенное для индикации величины утечек сжатого воздуха и др. К выходу дифференцирующего устройства подключены измерительные входы компараторов 15 и 16, предназначенных для сравнения электрических сигналов от дифференцирующего устройства с эталонными значениями источника 7 опорного напряжения. При этом сравнивающий вход первого компаратора 5 подключен к положительному полюсу ис- точ ника опорного напряжения, а второго 16 - к отрицательному. Выходы компараторов подключены к соответствующим вставкам из пьезокерамических элементов. Вставка выполнена в виде набора пьезокерамических дисков 18 (фиг.З), между которыми размещены изолируюпще прокладки 19 из другого

материала и не реагирующие на воздей- электрического тока. Размеры прокладок соизмери№1 с размерами дисков в исходном состоянии., т.е. вставка имеет гладкую поверхность. В отверстии дросселя вставка закрепле-

30 материала и не реагирующие на воздей- электрического тока. Размеры прокладок соизмери№1 с размерами дисков в исходном состоянии., т.е. . вставка имеет гладкую поверхность. В отверстии дросселя вставка закрепле- Q

на на растяжках (не показано).

Сигнализатор давления работает следзпощим образом.

В камеры А и Б сигнализатора давления подается сжатый воздух одинакового заданного давления, а затем камеру с подключенным к ней объемом испытываемого изделия отключают от.источ- ника сжатого воздуха. При понижении давления, т.е. при появлении утечки, в камере, например Б, связанной с испытываемым изделием, упругий чувст- разгерметизации какого-либо канала, связанного с одной из камер сигнализатора давления, может произойти разрушение упругого чувствительного элемента, или его деформация на недопус- тимую величину, или на регистрирующее устройство будет подан сигнал, величина которого превышает допустимые пределы. В этом случае высокая скорость нарастания сигнала в преобразователе 4 деформации в электрический сигнал воспринимается дифференцирующим уст- ройством 13, преобразуется в выходной сигнал положительной или отрицатель-. ной полярности, соответствующий на- правлению прогиба упругого чувстви-; тельного элемента 2. Эти сигналы далее поступают на измерительные входы компараторов 15 и 16. Уровни срабатывания компараторов соответствуют до- пустимой скорости изменения давления в камерах сигнализатора давления. При превышении этого давления или скорости его изменения на выходе одного из компараторов появляется управляющий сигнал, поступающий на соответствующую вставку из пьезокерамического элемента, деформирует его в сторону увеличения диаметра, уменьшая тем самым сечение канала питания и снижая ск;орость изменения давления. Порядок срабатывания компараторов зависит от полярности сигнала, поступающего с дифференцирующего устройства; если упругий чувствительный элемент 2 про- гибается в сторону камеры Б, что соответствует высокой скорости сжатого воздуха в канале 9 питания, с дифференцирующего устройства придет сигнал, например отрицательной полярности, и сработает компаратор 15, выдав электрический сигнал на вставку 7, осуществив тем регулировку сечения канала 9 питания дросселя 5. Компаратор 16 при этом не срабатыва- ет. При установившемся давлении ежа- того воздуха, а также незначительной скорости его изменения сигнал на вы- ходе дифференцирующего устройства отсутствует или мал по величине, KOMпаратор не срабатывает, напряжение на вставке отсутствует , сечение канала питания дросселя имеет исходите размеры. При уменьшении перепада давления сигнал на вставке уменьшается или отсутствует, и она также принимает исходные размеры. Если же упругий чувствительный элемент 2 прогибается в сторону камеры А, что соответствует высокой скорости сжатого воздуха в канале 10, то на выходе дифференцирующего устройства будет сигнал положительной полярности. Срабатывает компаратор 16, запитывает вставку 8, уменьшив тем самым сечение канала 10 питания; компаратор 15 в этом случае не срабатывает. Для предохранения упругого чувствительного элемента от неожиданной, аварийной разгерметизации меняется порядок срабатывания компараторов посредством изменения полярности их подсоединения к источн ку опорного напряжения, т.е. указанное подключение меняется на противоположное. При необходимости, после каждого компаратора подключается, усилитель напряжения. Эффект регулирования скорости сжатого воздуха усиливается тем, что на электрический сигнал от компаратора реагируют только пьезокерамические диски 18, т.е. диаметр вставки изменяется, как это показано пунктиром, только за счет пьезокерамических дисков (фиг.З). Изолирующие прокладки 19 остаются без изменения. Таким образом при подаче сигнала вставка приобретает зубчатую форму, при которой значительно увеличивается газодинамическое сопротивление канала дросселя из-за возникновения дополнительных турбулентных, встречных потоков в выемках вставки (завихрешда потоков сжатого воздуха), еще больше снижая тем самым скорость потока сжатого воздуха, подаваемого к устройству или истекающего из него в атмосфе-; ру. При снятии или отсутствии сигнала диаметр дисков исходный, равный диаметру прокладок.

Формула изобретения

1.Сигнализатор давления, содержащий герме тичньй корпус, разделенный мембраной на две камеры, каждая из которых снабжена подводящим щт щером и преобразователь перемещения мембраны, о тличающий ся тем, что с целью повыщения надежности, он снабжен блоком управления и регулируемыми дросселями, причем регулируемые дроссели выполнены в виде цилиндрических пьезокерамических вставок с электр о- дами, установленных соосно в каналах штуцеров, а блок управления выполнен в виде дифференцирующего устройства, источника опорного напряжения и двух

компараторов, выходы которых подключены к электродам соответствующих пьезокерамических вставок, а измерительные входы - к выходу дифференцирующего устройства, при этом сравнивающий вход первого компаратора подключен к положительному полюсу, а второго .- к отрицательному полюсу ис точника опорного напряжения, причем

038646

вход дифференцирующего устройства подключен к выходу преобразователя перемещения мембраны.

2.Сигнализатор по п.1, о т л и - с чающийся тем, что в нем

пьезокерамическая вставка выполнена в виде набора пьезокерамических дисков, разделенных изолирующими прокладками.

и,г.2

18 1В

-I /I-« i- I-1 f-t

Ii I II I

ил.Ъ

Изобретение может быть использовано дпя контроля герметичности пнев- моаппаратуры. Цель изобретения - повышение надежности конструкции путем предохранения упругого чувствительного элемента (ЧЭ) от воздействия значительных перепадов давления, высоких скоростей изменения давления с учетом направленности этого воздействия. При перепаде давлений упругий ЧЭ прогибается. Преобразователь 4 деформации в электрический сигнал выдаст соответствующую информацию на регистрирующее устройство 14, а также на дифференцирующее устройство 13, где преобразуется в выходной сигнал, соответствующий направлению прогиба ЧЭ. Эти сигналы далее поступают на входы компараторов 15 и 16, уровни срабатывания которых соответствуют допустимой скорости изменения давления в ка-, мерах сигнализатора давления. При срабатывании компараторов 15 и 16 запитываются соответствующие вставки 7 и 8, которые приобретают зубчатую форму, увеличивается газодинамическое сопротивления канала дросселя и снижается скорость потока сжатого воздуха. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. S сл 00 о со 00 G5 4;;

Составитель А.Соколовский Редактор Э.Слиган Техред А.Кравчук Корректор А.Зимокосов

Заказ 1298/41 Тираж 777Подписное

ВНВДПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4