Манометрический жидкостный термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K5/32 

31

IS

i

(j

с

буртами присоединены к опорным фланцам 3,22 соответственно. Противоположной стороной фланцы 3,22 контактируют с сильфонами 5,21, При изменении среды изменяется объем жидкости в термобаллоне I, соединенном капилляром 2 с фла1сцем З, Рабочее давление измерительной термосистемы

вызывает перемещение рычажной системы блока 15. Эффективная площадь мембраны 4(20) по меньшей мере в три раза превышает эффективную площадь сильфона 5(21). Обе термосистемы закреплены на корпусе термометра 11 и заполнены термометрргческой жидкостью.. 1 Ш1„

Изобретение относится к термометрии и позволяет упростить конструкцию устр-ва, уменьшить его габариты и массу. В измерительной и компенсационной термосистемах гофрированные мембраны 4, 20 неподвижными

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения температуры, и может найти применение в системах автоматическо- i го контроля и регулирования темпера- i турных режимов промышленных техноло- |гическшс процессов в химической, нефтехимической и других отраслях промьпяленности.

Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение габаритов и массы жидкостного манометрического термометра.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Измерительная система манометрического термометра содержит термо- баллон 15 соединенный капилляром 2 с опорным фланцем 3 измерительной термосистемы, к верхнему торцу которого приварена измерительная гофрированная мембрана 4, а к нижнему торцу приварен неподвижный бурт задающего сильфона 5 блока формирования рабочих давлений, подвижньд торец которо го герметизирован доньшком 6. Внутри сильфона 5 размеп(ен ограничитель 7 объема и перемещения. Внутренние по- лости мембраны 4 и сильфона 5 сообщены каналом 8, который каналом 9 сообщен с капилляром 2. Внутренняя полость измерительной термосистемы

заполнена термометрической жидкостью 10.- Измерительная термосистема за - к реплена на корпусе термометра 1 1 шпильками 12 и гайками 13 и 4, Подвижный центр мембраны 4 соединен с блоком 15 преобразования усилия в выходной пневматический сигнал с первичньгм рычагом 16 блока.

0

5

п 5 п

5

0

Блок 15 содержит узел сопло-заслонка, заслонка J7 которого соединена с рычагом 6, а сопло 18 закреплено на корпусе блока 15, Рычаг 16 имеет опору 19 вращения.

Компенсационная термосистема содержит измерительную гофрированную мембрану 20 и задающий сильфон 21 блока формирования рабочих давлений, приваренные к противоположным торцам опорного фланца 22. Подвижный торец сильфона 21 герметизирован доньшком 23 Внутри сильфона 21 размещен ограничитель 24 объема и перемещения. Внутренние полости мембраны 20 и сильфона 21 сообщены каналом 25 между собой и каналом 26 с фальшк апил- Ляром 27, приваренным к фланцу 22. Компенсационная термосистема заполнена термометрической жидкостью 10 и закреплена на корпусе термометра I1 шпильками 28 и гайками 29 и 30. Подвижный центр мембраны 20 соединен с рычагом 16 блока 15.

Объем жидкости в компенсационной термосистеме равен объему в наружной части измерительной термосистемы (за исключением объема жидкости в термобаллоне , что обеспечивается при настройке термометра.

Блок 15 содержит также сильфон 31 обратной связи, пневмереле 32, корректор 33 нуля и подвигкную опору 34,

Устройство работает следующим образом.

Термобаллон 1 помещен в среду, температуру которой необходимо измерить. В установившемся режиме вся кинематическая система термометра нй- ходится в равновесии: на узле сопло- заслонка установился определе1{ный

зазор, обеспечивающий отработку выходного сигнала, соответствующего установившейся температуре среды.

При изменении, например повышении температуры среды повышается температура термобаллона 1 и термометрической жидкости внутри термобаллона, вследствие чего увеличивается объем . жидкости в термобаллоне на величину ЛУ« Этот избыточньй объем термометрической жидкости uV по дистанционному капилляру 2 перетекает в полость мембраны 4 и сильфона 5, а так как перемещение подвижного центра мембраны 4 ограничено системой силовой компенс ации блока 15, то изменение объема жидкости &V вызовет перемещение подвижного доньппка 6 сильфона 5. Это перемещение выражается формулой

-

где

7

d

ИС

где Л - перемещение задающего

сильфона;

Sj,g - эффективная площадь задающего сильфона измерительной термосистемы. На перемещение задающего сильфона 5 на величину & Л со стороны термометрической жидкости потребуется усилие

г.-л-А, (2)

-сила упругости сильфона;

-жесткость задающего сильфона измерительной термосистемы.

Б свою очередь, со стороны сильфона 5 на жрщкость действует реакция R, величина которой равна силе упругости FU

R (3)

Реакция R представляет собой силу с которой сильфон 5 воздействует на термометрическую жидкость, формирует в измерительной термосистеме рабочее давление

, г . с

Это рабочее давление устанавливается во всем объеме жидкости измерительной термосистемы и вызывает на жестком центре измерительной мембран 4 рабочее усилие

FP Рр SHM (5)

где S., - эффективная площадь из- м„

мерительной мембраны.

Рабочее усилие Fp передается на рычажную систему блока 15, вызьшает

перемео|ение этой системы на некоторый угол, устанавливая новое положение (меньший зазор) в узле сопло-заслонка и новое значение выходного сигнала ( ) термометра. При зтом выходное давление Р,, через силь- фон 31 обратной связи ограничивает перемещение кинемат1-гческой системы блока 15 (принцип силовой компенсации ) в пределах 0,005-0,01 мм.

Изменение объема термометрической ж}щкости uV зависит от начального объема жидкости в термобаллоне

,

15

где

20

25

ДУ V. р, ut,(6)

V - объем жидкости в термобаллоне;

В - козффициент температурного объемного расширения термометрической жидкости; ut - изменение температуры контролируемой среды.

Подставив в (5) значения (А), (3), (2), (1) и (6), получают (после преобразований)

S и.М Z I

Fp

-J. С

u

.

(7)

30

35

40

50

55

Выбирая соответствующим образом параметры элементов измерительной термосистемы, можно получить требуемое значение рабочего усилия термометра, т.е. создать манометрический термометр высокой чувствительности и точности для заданного диапазона шкалы.

Применив в качестве блока преобразования усилия в выходной пневматический сигнал унифицированный пневмо- силовой преобразователь системы ГСП, имеющий пределы измерения О - 1,ОкГс, можно обеспечить измерение п редлагае- мым устройством температуры контролируемой среды в широком диапазоне рабочих температур при малом /порядка 10°с диапазоне шкалы. Изменение диапазона шкалы термометра обеспечивается перемещением подвижной опоры 34 вдоль рычага 16 в блоке 15, а смещение пределов измерения (установка нуля)устанавливается блоком регулирования на термобаллоне 1.

Для обеспечения нормальной работы манометрического термометра в широком диапазоне температур окружающего воздуха, воздействию которого подвержены все злементы термометра, кроме термобаллона а для промышленных термометров диапазон измерения температуры окружающего воздуха зачастую может быть от -50 до +50 с) в термометре обеспечивается равенство объемов термометрической жидкости в компенсационной термосистеме и в наружной части измерительной термосистемы.

Кроме того, необходимо обеспечить рабочую деформацию задающих сильфо- нов измерительной и компенсационной термосйстем в зоне деформаций одного знака (в данном случае - в зоне деформаций растяжения), что достигается путем предварительной деформации (растяжения задающих сильфонов на расчет ную величину при заполнении термосистем жидкостью и настройке термо- |М етра,

Для обеспечения деформаций задающих сильфонов в пределах перемеще- НИИ, допустимых для этих сильфонов ГОСТом, необходимо свести к минимуму абсолютнь1е величины объемов термометрической Жидкости в термосистемах термометра, что обеспечивается при- менением в качестве измерительных чувствительных элементов гофрированных мембран, введением ограничителей объемов в термосистемы и выбором соотношения эффективных площадей измерительных мембран к эффективным

площадям задающих сильфонов порядка не менее трех.

Формул,а изобретения Манометрический жидкостный термометр, содержащий измерительную и компенсационную термосистемы с блоками формирования рабочих.давлений и блок преобразования результатов измерений в выходной сигнал, причем измерительная термосистема содержит также термобаллон и дистанционный капилляр, отличающийся тем, что, с целью упрощения конг струкции, уменьшения габаритов и массы, в него введен опорный фланец измерительный упругий элемент кажцой термосистемы вьтолнен в виде герметизированной гофрированной мембраны, неподвижньй бурт которой присоединен к опорному фланцу термосистемы, с противоположной стороны которого присоединен неподвижньш бурт герметизированного задающего сильфона, внутренняя полость которого гидравлически сообщена с внутренней полостью герметизированной гофрированной мембраны, при этом эффективная площадь мембраны по меньшей мере в три раза превьшает эффективную площадь задающего сильфона.