Устройство для измерения давления Советский патент 1989 года по МПК G01L11/00 G01L7/18 

29287/58 Л 21

л УчУ .Чуч ..

;з/7 / пз 2

AXvLXuAAv V fSffi fs t

TyfyT ™™ j

;«

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения давления. Целью изобретения является расширение измерений и повышение точности. Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с приемными камерами на торцах для прозрачной измеряемой среды. В торцах установлены также источник 11 и приемник 12 излучения. Между ними установлены светопроницаемые мембраны 7 и 8, в межмембранной камере которых размещена рабочая частично проницаемая для света среда. Межмембранная полость соединена отверстием 17 с камерой 24, отделенной разделителями 22 и 23 в виде поршней от эталонной среды в трубопроводе 25. При изменении давления в приемных камерах прогибаются мембраны 7 и 8 и вытесняют рабочую среду в камеру 24. Расстояние между мембранами изменяется, что приводит к изменению светового потока, поступающего на приемник 12 излучения. 1 ил.

f22J2 ;8 I 30V 20 23 29

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, служащим для измерения, контроля и регистрации давления жидких или газо- образных сред, и может быть использовано в различных системах контроля и измерения давления.

Цель изобретения - распшрение диапазона измерения и повышение точное- ти.

На чертеже представлен датчик давления, разрез.

Датчик давления состоит из цилиндрического корпуса 1, имеющего от- веретия 2 для доступа измеряемой среды в рабочие полости. На внутренней поверхности корпуса 1 нарезана резьба, по которой могут перемещаться имеющие внешнюю резьбовую нарезку фигур- ные кольца 3 и 4, снабженные диафрагмами 5 и 6. В пазах фигурных колец 3 и 4 расположены светопроницаемые эластичные мембраны 7 и 8, выполненные, например из синтетического каучука,

Торцы корпуса 1 закрыты торцовыми крышками 9 и 10, которые посредст- вЬм резьб крепятся к корпусу 1. Эти крьшпси 9 и 10 оснащены сквозными отверстиями для установки светоизлучаю- щего 11 (например светодиода) и све- топриемного 12 (например фотодиода) элементов. На наливах торцовых крьппек 9 и 10 посредством резьбовых нарезок установлены крышки 13 и 14, имеющие отверстия для гибких проводников, электрически связьшающих светочувствительные элементы с источником напряжения или со схемой управления, регистрации и т,д. давления,

На торцах цилиндрического корпуса 1 установлены светопроницаемые пластины 15 и 16, выполненные например, из органического стекла, отделяющие рабочие полости корпуса 1 от полостей сквозных отверстий в торцовых крьш- ках 9 и 10, где расположены светочувствительные элементы 11 и 12, и защищющие от воздействий среды, давление которой подлежит измерению

Между фигурными кольцами 3 и 4 помещена рабочая среда,.частично поглощающая свет (например хлор - зеленовато-желтый газ или минеральное масло - мутная вязкая коричневатая жидкость), Корпус 1 снабжен отверстием 17, служащим для циркуляции через него рабочей среды, которая изолирована от измеряемой среды при помощи эластичных герметг зирующих прокладок 18 и стопорных колец 19, препятствующих самоперемеще1шю колец 3 и 4 во внутреннем объеме корпуса 1, На внешней поверхности корпуса 1 с натягом жестко установлен резервуар 20, который крепится к корпусу 1 с помощью винтов 21, Во внутреннем объеме резервуара 20 помещены свободно перемещающиеся поршни 22 и 23, выполненные, например, из пластмассы, и снабженные уплотнительгшми кольцами, При этом заполненное рабочей средой пространство между фигурными кольцами 3 и 4 связано с полостью 24, ограниченной поршнями 22 н 23, посредством отверстия 17 в корпусе датчика 1

Тело резервуара 20 оснащено каналом 25, который окан чивается штуцером 26, взаимодействующим с трубопроводом 27, выполненным, например, из полихлорвинила.

Корпус резервуара 20 снабжен отверстиями 28, связьгаающими полости 29 - резервуара с каналом 25. В наливе корпуса резервуара 20 предусмотрено отверстие под винт-пробку 30, служащее для заполнения полостей.резервуара и датчика рабочей средой, частично поглощающей свет

Датчик давления работает следующим образом.

При помещении датчика в светопроницаемую среду (прозрачная жидкость, газ и т,д,), которая подлежит измерению, эта среда проникает через отверстия 2 в корпусе датчика 1 в рабочие полости. Оказывая усилие на светопроницаемые эластичные мембраны 7 и 8, давление измеряемой среды выгибает их навстречу одна другой, уменьшая тем самым объем рабочей среды между ними, а следовательно, сечение рабочей среды вдоль оптической оси Вытесненное вследствие деформации элас- тнч}1ых мембран 7 и 8 количество рабочего вещества, частично поглощающего свет, поступает через отверстие 17 корпуса 1 в полость 24, ограниченную поршнями 22 и 23, Под действием этого nopmmi 22 и 23 изменяют срое положение во внутреннем объеме резервуара 20 относительно друг друга, компенсируя тем самым уменьшение объема рабочей среды в полости между мембранами 7 и 8,

Если давление измеряемой среды меныче давления pa6o4eii с-рецы, по515255026

мещенной между фигурными кольцами 3 Вследствие уменьшения или упеличе-- и 4, то эластичные светопроницаемые ния сечения рабочей среды вдоль опти- мембраны пы1шмаются в прот1шоположные стороны, увеличивея тем самым объем рабочей среды между ними, а, следовательно, сечение рабочей среды по оптической оси датчика„ При этом, вследствие увеличения объема в полости между фигурньтми кольцами 3 и 4, рабочее вещество поступает через отверстие 17 корпуса 1 из полости 24 резервуара 20 в эту полость. Поршни 22 и 23 перемещаются относительно друг друга, уменьшая объем рабочего вещества в полости 24, ограниченного их поверхностями, и увеличивая объем рабочего вещества в пространстве между фигурными кольцами 3 и 4.

Таким образом, независимо от прост-20 оптической оси рабочей среды посредст10

ческой оси датчика, вызванных деформа- цией светопроницаемых эластичных мембран 7 и 8 под действием измеряемого давления, изменяется количество свето- поглощающих и рассеивающих свет частиц вдоль этого сечения.

На основании того, что степень поглощения света прямо пропорциональна количеству таких частиц в рабочем веществе, можно сделать вьшод, что увеличение или уменьшение сечения ра- 15 бочего вещества вдоль оптической оси вызывает большее, либо меньшее ослабление светового потока.

Таким образом, среда, подвергающаяся измерению, меняет сечение вдоль

ранственного положения эластичных мембран 7 и 8, давление и объем вещества, частично поглощающего свет, находящегося как в полости 24, так и между мембранами 7 и 8, в совокуп- цости остаются неизменными Однако величина этого давления зависит от вличины давления эталонной среды, например воздуха, находящейся п полостях 29 резерпулрл 20. Варьируя давление эталонисп среды путем его увеличения, либо уменьшения через отверстия 28, канал резервуара 25 со штуцером 26, на который надевается трубонролод 27, связанный с баллоном заполненным эталонной средой, можно достигнуть расширения диапазона измеряемых давле1 ий.

В случае, если трубопровод 27, а следовательно, полости 29 связаны с атмосферой, т.е. с открытым воздушным пространством, датчик измеряет давление среды относительно атмосферного давления. От источника 1 сиетопого излучения светово луч, проходя сквозь последовательно расположетшые на одной оптнческой оси cBeToiTpoHHuaeM TCi пластину 15, измеряемую среду, фокусирующую диафрагму 5, светопроницаемую эластичную мембрану 7, рабочую среду, светопроннцаем гТо мембрану 8, фокусирующую диафрагму 6, измеряемую среду, светопроннн.аемую пластину 16, поступает на светоприемный элемент 12, т- Ur высоком для резервуара 20 увеличении меченная им сила света, преобразован- объема рабочей среды упираются в на- ная в электрический сигнал, поступает далее на схему управления, регистраЛИВЫ корпуса резервуара 20, не препятствуя при этом доступу эталонно среды в полости 29 резервуара. При

ции, контроля и т,п„ давления.

Вследствие уменьшения или упеличе-- ния сечения рабочей среды вдоль опти-

оптической оси рабочей среды посредст

ческой оси датчика, вызванных деформа- цией светопроницаемых эластичных мембран 7 и 8 под действием измеряемого давления, изменяется количество свето- поглощающих и рассеивающих свет частиц вдоль этого сечения.

На основании того, что степень поглощения света прямо пропорциональна количеству таких частиц в рабочем веществе, можно сделать вьшод, что увеличение или уменьшение сечения ра- бочего вещества вдоль оптической оси вызывает большее, либо меньшее ослабление светового потока.

Таким образом, среда, подвергающаяся измерению, меняет сечение вдоль

0

5

0

5

п

вом оказываемого ею давления на эластичные светопроницаемые мембраны 7 и 8. Так как рабочая среда обладает снособ11ост1 ю частично поглощать свет, 5 то в зависимости от сечения рабочей среды вдоль оптической оси, луч света от источника 11 излучения претерпевает либо большее, либо меньшее ос- лабленпе и это регистрируется свето- приемным устройством 12,

В случае измерения, регистрапии н т.п. максимально высокого,для данного датчика давления, эластичные мембраны 7 и 8 выгинаются навстречу одна другой и в процессе растяжения упираются во внутренние сферические поверхности стопорных колец 19, которые зазцищают их от повреждения. При зтом луч света претерпевает минимальное ослабление рабочей средой для данной настройки датчика.

В случае измерения, регистрации и т.п. максимально низкого для данного датчика давления, эластичные мембраны 7 и 8 максимально выгинаются в противоположные стороны и упираются в диафрагмы 5 и 6, что защищает их от повреждения. При этом луч света, мак симально ослабляется, так как сечение рабочей среды по оси прохождения светового луча будет наибольпгим и луч максимально поглощается рабочей средой.

Поршни 22 и 23 при максимально

высоком для резервуара 20 увеличении объема рабочей среды упираются в на-

ЛИВЫ корпуса резервуара 20, не препятствуя при этом доступу эталонно среды в полости 29 резервуара. При

максимальном для резервуара 20 уменьшении объема рабочей среды поршни , 22 и 23 соприкасаются друг с другом своими наливами, не препятствуя досту пу рабочей среды через отверстие 17 в полость 24 между ними.

В предлагаемом датчике давления предусмотрена возможность изменения Q пределов регулировки на различные ви- ды давлений. Она заключается в следующем. Фигурные кольца 3 и 4 могут перемещаться во внутреннем объеме цилиндрического корпуса 1 по нарезанным 15 резьбовым поверхностям, в результате чего объем рабочей среды между эластичными мембранами 7 и 8 может уменьшаться, либо увеличиваться. При этом это уменьшение, либо увеличение объ- 20 ема будет скомпенсировано за счет изменения объема в полости 24 резервуара 20, ограниченной поршнями 22 и 23 и связанной с полостью между эластичными мембранами 7 и 8, Таким образом. 25 повышается чувствительность датчика давления к разного знака изменениям давления измеряемой среды, что способствует расширению диапазона измерений. Изменяя давление эталонной. ЗО среды в полостях 29 резервуара 20, которые связаны посредством.отверстий 28, канала 25 со штуцером 26, взаимодействующим с трубопроводом 27, с баллоном, заполненном эталонной средой, ., давление которой может быть изменено ,

Составитель А.Соколовский Редактор И„Касарда Техред А.Кравчук Корректор М.(амборск.ая

Заказ 7212/35

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

в любую сторону, можно увеличивать, либо уменьшать давление рабочей среды, частично поглощающей свет, что способствует расширению диапазона измерений. Изменяя интенсивность излучения светоизлучающего элемента 11 путем изменения няпряжения на его выводах, можно дополнительно повысить чувствительность датчика давления в том случае, когда объем рабочей среды велик, либо мал для различного вида измеряемых сред„

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее корпус в виде полого цилиндра, по оси которого размещеиэ источник и приемник излучения, помещенные между ними светопроницаемые эластичные мембраны с межмембранной камерой, заполненной рабочей средой, отлнчающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности, оно снабжено дь/мя приемными камерами, разделителем и баллоном со средой эталонного давления, причем межмембранная камера соединена через разделитель с баллоном, а в качестве рабочей среды использовано вещество, частично поглощающее свет, при этом приемные камеры размещены в торцах полого цилиндра, а мембраны установлены с возможностью осевого перемещения.

Подписное