Устройство для измерения давления Советский патент 1992 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для контроля и измерения давления во взрывоопасных или агрессивных средах, например морской воде.

Известны измерители давления, содержащие измерительный сильфон, частично заполненный контактной жидкостью, в которой распространяются излучаемые пьезоэлектрическим преобразователем акустические импульсы, длина пробега которых в контактной жидкости является функцией величины измеряемого давления,

Недостатком таких измерителей является низкая точность, обусловленная отсутствием компенсации воздействия внешних факторов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель давления, содержащий корпус, первый измерительный сильфон, герметично установленный на плоском основании корпуса, второй измерительный сильфон, герметично соединенный втулкой соосно с первым, плоскопараллельную основную крышку, герметично соединенную с торцом второго измерительного сильфона, образующего с первым герметичную емкость, контактную жидкость, частично заполняющую вакууми- рованную герметичную емкость, приемопередающийпьезоэлектрическийпреобразователь, установленный соосно измерительным сильфонам с внутренней стороны основания корпуса, функциональный преобразователь, вход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем, регистратор, вход которого соединен с выходом функционального преобразователя.

Недостатком этого измерителя является большая погрешность, обусловленная тепловой инерционностью контактной жидкости, погрешность, вносимая влиянием температуры на длину пробега ультразвуковых импульсов, так как в измерителе опоры отражателей ультразвуковых импульсов под воздействием температуры изменяют свою длину, что, при изменении длины опор, например, на 1 мм, приводит к изменению пути ультразвуковых импульсов на 2 мм, а также не учтено, что скорость распространения ультразвуковых импульсов жидкости зависит от ее температуры и давления. Измеритель непригоден для эксплуатации во взрывоопасных средах, сложен в изготовлении и энергоемок, что не позволяет использовать его в автономных батарейных измерительных комплексах.

Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что

в известном устройстве, содержащем корпус, первый сильфон, герметично установленный на основании корпуса и частично заполненный контактной жидкостью, второй сильфон с герметичной крышкой, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь, установленный соосно сильфонам с внутренней стороны основания корпуса и соединенный с электронным

преобразователем, второй сильфон установлен обращенной к основанию корпуса крышкой внутри первого и частично погружен в контактную жидкость, при этом эффективные длины и их материалы выбраны

в соответствии с условием

эф.н &н эф.в ССв ,

где эф.н и 1эф.в эффективные длины первого и второго сильфонов;

ан и ав - температурные коэффициенты линейного расширения материалов первого и второго сильфонов.

На чертеже показано устройство для измерения.

Измеритель давления содержит первый

измерительный сильфон 1, контактирующий с контролируемой средой наружной поверхностью, втулку 2 в виде плоского кольца, герметично закрывающую измерительный сильфон 1, второй измерительный сильфон

3, герметично соединенный с втулкой 2, на которой размещена пробка 4, крышку 5, герметично закрывающую второй измерительный сильфон 3, причем поверхность крышки 5, погруженной в контактную жидкость 6 и

обращенная к основанию 7, является отражателем ультразвуковых импульсов. В корпусе 8 размещен приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь 9, установленный соосно сильфонам 1 и 3, функциональный преобразователь 10 и регистратор 11.

Устройство для измерения давления работает следующим образом.

При воздействии наружного давления

сильфон 3 растягивается, уменьшая величину базы IB пробега ультразвукового импульса, излучаемого пьезоэлектрическим преобразователем 9, частота выходного сигнала вследствие этого на выходе регистратора 11 увеличится. Сильфон 1 в это же время сжимается под действием наружного давления, уменьшая величину базы IE пробега ультразвукового импульса, частота на выходе регистратора 11 еще более увеличится, при этом на единицу прироста в ту или другую сторону длины базы IB величина пути, пробегаемого ультразвуковым импульсом, изменяется на две единицы, суще- ственно повышая чувствительность устройства, что вызывает необходимость устранения дестабилизирующего воздействия температуры, вызывающего увеличение погрешности из-за изменения длины силь- фонов и температурного изменения скорости звука в контактной жидкости и противодавления воздушной прослойки.

Компенсация погрешности, обусловленной температурным расширением силь- фонов производится с учетом того, что основной вклад в прирост высоты сильфо- нов под воздействием температуры вносят его участки, параллельные их осям, поэтому длина сильфона Эф, учитываемая при определении удлиняющейся части сильфона, равна

1эф 1-г-2-Яв, где I - полная высота сильфона;

Z - число гофр;

RB - внутренний радиус гофра.

Поэтому под воздействием температуры первый сильфон 1 удлинится на величину Д1н эф.н «н t, где а - температурный коэффициент линейного расширения материала первого сильфона, а второй сильфон 3 удлинится на величину Д|в эф.в (ъ t, где % - ТКЛР материала второго сильфона, но так как А1Н относительно плоскости, в которой они соединены друг с другом по торцам, то длина базы IE неизменна.

Так как второй сильфон работает на растяжение, его ход не должен превышать 80% максимального хода. Для выполнения этого условия ход второго сильфона, в случае его большей первого чувствительности, ограничивается, например, кронштейном, охватывающим второй сильфон при достижении номинального растяжения и укрепленным в месте соединения обоих сильфонов.

При измерении давлений в агрессивных жидкостях сильфоны изготавливаются из полимерных материалов, например из фторопласта. ГОСТом разрешено телескопическое соединение сильфонов.

Известны растворы, скорость звука в которых в определенных температурных интервалах постоянна с незначительными отклонениями на краях интервалов, что позволяет использовать это свойство растворов в устройстве для измерения давления.

Возможно применение спиртового раствора с концентрацией 15,62%, при этом скорость звука достаточно постоянна для

ряда практических целей в интервале температур 15-25°С.

Например, контактная жидкость представляет собой раствор из смеси химически

чистых 49,5% уксусной кислоты, 0,5% этила- цетата, 50% этилового спирта, к этой смеси прибавляется 80% обезгаженной дистиллированной воды.

Для компенсации погрешностей, вносимых противодавлением воздуха, заполняющего свободный от контактной жидкости объем, производится частичное удаление воздуха из свободного объема с тем, чтобы в свободном объеме были бы пары компонентов контактной жидкости, с давлениями, пропорциональными концентрации каждого компонента в растворе.

Например, после заливки необходимого количества контактной жидкости, определяемого условием погружения крышки-отражателя в жидкость во всем рабочем диапазоне устройства, сильфон 1 при открытой пробке 4 сжимают до нужного расположения уровня жидкости, герметично

закрывают пробкой 4 измеритель и освобождают сильфон 1.

Преимущество предлагаемого устройства в отличие от известного заключается в повышении точности, упрощении сборки и

настройки измерителя, возможности применения в системах контроля и управления параметрами жидких агрессивных и взрывоопасных сред, в возможности использования устройства в качестве простого и

компактного измерителя микроперемещений, использующего для индикации данных аттестованные недорогие приборы серийного изготовления, например частотомеры. Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее корпус, первый сильфон, герметично установленный на основаии и частично заполненный контактной жидкостью, второй сильфон с герметичной крышкой, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь, установленный соосно с сильфонами с внутренней стороны основания корпуса и соединенный с электронным

преобразователем,отличающееся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и упрощения конструкции, второй сильфон установлен обращенной к основанию корпуса крышкой внутри первого и частично погружен в контактную.жидкость, при этом эффективные длины сильфонов и их материалы выбраны в соответствии с условием

1эф. эф. ,

717392278

где 1эф.н и эф.в - эффективные длины перво-а , % - температурные коэффициго и второго сильфонов;енты расширения материалов первого и второго сильфонов.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и упрощение конструкции. В корпусе установлены первый сильфон 1, герметично установленный на основании корпуса и / 2 частично заполненный контактной жидко - стью 6, второй сильфон 3 с герметичной крышкой 5, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь 19, установленный соосно сильфонам с внутренней стороны основания корпуса и соединенный с электронным преобразователем. При этом второй сильфон установлен обращенной к основанию корпуса крышкой внутри первого и частично погружен в контактную жидкость, а эффективные длины и их материалы выбраны в соответствии с условием эф.н(Хн иф.в Яв, где эф.н и эф.в - эффективные длины первого и второго сильфонов; «н и OB -температурные коэффициенты линейного расширения материалов первого и второго сильфонов. 1 ил. 4 СП С ч| со о ю ю vj