Реле давления Советский патент 1988 года по МПК H01H35/24 

Ю

(Л

, «

Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле давления

Цель изобретения - повьппение чув-г ствительнос№ и точности сгабатыва- ния, уменьшение габаритов.

На фиг.1 изображено реле давления на фиг.2 - мембрана в разных положениях относительного постоянного магнита; на фиг.З - зависимости сил, действующих на мембрану при ее перемещении.

Реле давления (фиг.1) содержит корпус 1, мембрану 2 с жестким центром 3 из. магнитно-мягкогр материала, формирователь 4 выходного сигнала, постоянный магнит 5 и ярмо 6.

В исходном состоянии сила жесткос ти мембраны 2 равна или больше силы действия постоянного магнита 5 на же жесткий центр 3 мембраны 2, и зазор 7 между жестком центром мембраны и магнитным устройством соответству- ® чей Величина зазора 7 может рег лироваться перемещением ярма 6 в ре резьбовом отверстии корпуса 1. Этим перемещением устанавливается требуемая чувствительность реле давления. Уменьшением зазора повьшается чувствительность реле. При появлении давления в отверстии 8 в полости 9 между корпусом 1 и мембраной 2 повышается давление, которое перемещает мембрану 2 в сторону магнитного устройства 5,6. При величине давления, равного давлению срабатьюания реле, зазор 7 соответствует А„др и при дальнейшем уменьшении зазора 7 сила воздействия магнитного устройства 5, 6 на жесткий центр 3 превосходит силу упругости мембраны 2, что ведет к перемещению жесткого центра 3 в сторону магнитного устройства 5,6 уже не требуя повьшгёния давления рабочего тела, подаваемого в отверстие 8. Немагнитный шток 10, жестко связанный с жестким центром 3 мембраны 2, входит во взаимодействием с формирователем 4 и приводит к его сраба тьшанию.

Снятие давления не изменяет состояния микровыключателя до подачи давления в отверстие 11 или до перемещения мембраны в исходное состоя ние внешней силой с помощью известных приспособлений.

На фиг.2 показаны четыре положения мембраны 2 с жестким центром

3 относительно магнита 5 и ярма 6, связанных с корпусом I.

Первое (начальное) положение соответствует ненапряженному состоянию мембраны 2. В этом положении зазор между жестким центром 3 мембраны 2 и магнитным устройством 5,6 равен л .

Второе положение соответствует перемещению жесткого центра 3 мембраны 7 от начального положения на величину Л исх этом положении все силы, действующие на мембрану 2, уравновешены.

Третье положение соответствует неустойчивому равновесию сил,.которое наступает при перемещении жесткого центра 3 мембраны 2 от началь

ного положения на величину А

0

5

5

0

5

0

пор

Это

положение соответствует порогу срабатывания реле.

Четвертое прложение мембраны 2 соответствует перемещению мембраны 2 на величину Лтп. когда резко возрастает действие на мембрану 2 со стороны формирователя 4 выходного сигнала, препятствующее перемещению мембраны 2. При дальнейшем перемещении мембраны 2 после надежного сра- 0 батывания формирователя 4 выходного сигнала жесткий центр 3 мембраны 2 . ложится на упор.

Силы, (фиг.З), действующие на мембрану, имеют следующие обозначения: Fj - сила, обусловленная жесткостью мембраны 2; F, - сила, с которой магнитное устройство 5,6 действует на жесткий центр 3 мембраны 2; FT- - сумма сил трения и упругих сил формирователя 4 выходного сигнала.

Все эти силы зависят от перемещения 7 жесткого центра 3 мембраны, причем F в двух положениях жесткого центра 3, соответствующих перемещениям его от начального положения на величины „ и Л „;.,„ .

Положение мембраны, соответствующее перемещению ее Жесткого центра на величину Л и с X является устойчивым, так как любое незначительное перемещение жесткого центра 3 приводит к появлению сил, возвращающих его в исходное положение. Положение мембраны 2, соответствующее перемещению (,., , неустойчиво, так как при малейшем отклонении мембраны 2 в сторону, где по абсолютной величине F, 1 разность сил ( F)

жил - (1Л

возвращает мембрану 2

жм положение.

соответствующее А „р, а при отклонеНИИ мембраны 2 в другую сторону, где по абсолютной величине F Г.„ разность сил (F,- F.) ведет к дальнейшему перемещению мембраны 2. При положении мембраны 2, соответствующем перемещению жесткий центр 3 мембраны 2 входит во взаимодействие с формирователем 4 выходного сигнала, и результирующая сила резко изменяет свою величину вплоть до изменения направления Действия.

Кроме перечисленных сил, на мембрану 2 действует еще сила давления рабочего тела Fp, но эта сила не зависит от не показана). Действия этой силы приводят к смещению результирующей силы (фиг.З) в ту или другую сторону в зависимости от того, с какой стороны мембраны 2 подано давление.

ДЬя обеспечения срабатывания реле давления необходимо, чтобы Fp бьшс равно или больше суммы сил F при .,pH суммы сил , « + - Fj при А i -Лтр , т.е. реле давления должно удовле-Гворять следующим соотношениям:

F()-F(A)Fp ,при А„,,

.) - ) + F,piFp, ,р

где (А) означает зависимость указанных сил от перемещения жесткого центра мембраны А.

Обеспечить вьтолнение этих соотношений можно соответствующим вы бором конструктивных параметров мем браны 2 с жестким центром 3 и постоянного магнита 5 с ярмом 6 и подбором их взаимного расположения.

Сила, обсулозленная действием давления на мембрану, эквивалентна по перемещению ее силе, приложенной в центре мембраны,.если использовать понятие эффективной площади мембраны S ,

F Ч Р Р

Эффективная площадь мембраны зависит от типа мембранных (плоская, гофрированная), от ее размеров и размеров жесткого центра.

Сила, обусловленная жесткостью мембраны, определяется формулой

R

-иЕ h

С h

п

c.(-f-) .,

(3)

где R,h - радиус и толщина мембраны;

Е - модуль упругости материала мембраны; CjjC - коэффициенты, которые зависят от геометрии мембраны. Из (3) получают

- С, -н С,%(4)

-де С, Cj-ITEh /R ; С, Cft-irE h/R

20

Сила, с которой магнитное устрой- :ство действует на жесткий центр мембраны, определяется формулой 5

В . о , 1 г , iJ о /л s

-; i|r:-s::r(;:ii:i.:::,,

30

35

где БД- остаточная индукция намагничивания магнита, лежащая на прямой возврата, которая для реальных .закритических материалов совпадает с характеристикой размагничивания, Вд :S - площадь сечения постоян- 40 ного магнита;

5„ - площадь сечения полюсного наконечника, для высококоэрцитивных магнитов наиболее оптимально S,

1„ - длина постоянного магнита;

/UQ - магнитная постоянная; б - магнитная жесткость материала постоянного магнита;

1, - длина зазора между жестким центром мембраны и постоянным магнитом ( );

К - коэффициент, зависящий от

формы постоянного магнита и и ярма.

45

50

55

С учетом указанного формулу силы воздействия постоянного магдита на жесткий центр мембраны можно преобразовать к виду

или

(С,- с,.)

11.

10

(-г- -Ь-)

Sfi. к

Изобретение относится к электротехнике , в частности к реле давления. Цель изобретения - повьппение чувствительности и точности срабатывания, уменьшение габаритов. При подаче давления в полость 9 мембрана 2 прогибается и при достижении определенного положения жесткий центр 3 скачком притягивается к постоянному магниту 5 с ярмом 6, вьщавая срабатывание формирователя выходного сигнала. 4. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

где С,

:Р1.±1г--й:И..../

В), IM

15 i

I

С, - Ч- при А.с Х.т, , С,-х + С,Л - --.-i-.™ F; S,. Р. при .p,

из которой определяют конструктивные параметры всего реле, исходя из заданных значений давления срабатьюа- ния Р и . Учитывая то, что число конструктивных параметров реле давления, входящих в систему 6 , велико, целесообразно провести с помощью ЭВМ оптимизационные расчеты при наложении ограничений на оптимизируе мые параметры. Критерием может служить функция массы устройства при заданной чувствительности. Например, имея ограничения в выборе материала мембраны и магнитного устройства, а также ограничения на отдельные размеры, можно задать значения параметров имеющихся материалов и в преде лах заданных ограничений на отдель - ные геометрические размеры (r,h,l|(j, S),найти оптимальные значения дру- гих размеров (R,&), обеспечив при этом заданную чувствительность (Давление срабатьшания Р), и наоборот, задавшись желаемыми размерами мембраны и магнитного устройства, можно определить оптимальные параметры их материалов (Е, 0 , Bj.)

Система неравенств (6) не имеет ограничений на величину давления срабатывания реле Р, следовательно, Р может быть задано сколько угодно малым. В этом случае для исключения ложного срабатывания при действии внешних инерционных и вибрационных сил необходима соответствующая баВг . 1„ Подставив (2), (4), (5) в (Л.) получают систему неравенств

(6) .

.лансировка Всех подвижных деталей 25 реле давления.

Вьшолнейие соотношений (6) позволяет получить реле давления, срабатывающее от сколь угодно малого давления рабочего тела, однако возврат его в исходное состояние требует уже.конечного значения давления рабочего тела.

Формула изобретения

с целью повышения чувствительности и точности срабатывания, уменьшения габаритов, постоянный магнит размещен относительно жесткого центра мембраны так, что направление его воздействия на жесткий центр мембраны совпадает с направлением воздействия рабочего давления на мембрану.

С, -ь C.j X 1387062

(С,- C,7lf

СЛ + С. л

где С;,С,С,С - коэффициенты, не зависящие от перемещения жесткого центра мембраны,

С, С; IT Е hVR% С С ITE H/R ;

„ i«(

(С,

B,S 1дл

1м

. - Т

В T|S IM

jjCj - коэффициенты, зависящие

от геометрии мембраны; Е - модуль упругости материа- 30 А|,с, пор

ла мембраны;

h - толщина мембраны; R - радиус мембраны; ро - магнитная постоянная; 1 - длина магнита магнитного 5

устройства; S - площадь сечения магнита

и ярма магнитного устрой- Р .ства;

Лтр

Ч-S, Р

при 9 „с, i Л пор

Ч

S, Р при 71 1V ,р ,

Д ) 0

5

0

5

б Л в.

0 А|,с, пор

5

Р

Лтр

Чмагнитная жесткость материала магнита; коэффициент, зависящий от формы постоянного магнита и ярма;

максимальный зазор между жестким центром мембраны и магнитным устройством При ненапряженном состоянии мембраны; остаточная индукция намагничивания постоянного магнита;

перемещение жесткого центра мембраны, отсчитываемое от ненапряженного состояния мембраны; сумма сил трения и упругих сил устройства формирования выходного сигнала;

перемещение мембраны,соответствующее исходному состоянию, порогу срабатывания и скачку сил соответственно; эффективная площадь мембраны;

давление срабатьюания реле.

////////

iiei АпорЧц глр

Лися.

0utZ

А

F)n,M.fmp- ffi

Фиг.З