Датчик разности давлений Советский патент 1992 года по МПК G01L7/06 

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к датчикам разности давлений (датчикам перепада давления, дифманометрам, реле разности давлений).

Известны датчики типа Сапфир 1, снабженные плоской дисковой мембраной малого размера с полупроводниковыми тензорезисторными преобразователями и двумя гофрированными мембранами, образующими две полости, заполненные крем- неорганической жидкостью. Последняя передает давление на обе стороны чувствительной мембраны, изгибающейся в сторону меньшего давления. Эти датчики имеют ряд недостатков: сложность изготовления, нестабильность характеристик во времени и от температуры Кроме того, конструкция содержит микроэлектронные схемы и гер- мовыводы, нагруженные рабочим давлением жидкости, что снижает надежность.

Известно реле разности давлений 2, содержащее корпус с закрепленными в нем тремя мембранами. Мембраны расположены соосно и параллельно друг другу и соединены между собой по центру штоком. Полости между первой и второй мембраной и второй и третьей сообщены соответственно с первым и вторым штуцерами. Преобразователь перемещения центра мембран расположен с внешней стороны полостей, нагруженных давлением измеряемой среды, Недостатком реле разности давлений является его низкая точность.

Целью изобретения является повышение точности. Указанная цель достигается тем, что в нем вторая мембрана выполнена меньшей толщины и большей площади, чем первая и третья.

На чертеже изображена схема датчика разности давлений.

Датчик разности давлений содержит корпус 1 с отверстиями, подводящими давление Pi и Ра, среднюю мембрану 2, разделяющую на две полости 3 и 4, боковые мембраны 5 и 6, соединенные со средней мембраной 2 стяжкой 7. На корпусе 1 и

(Л

С

4 О CJ Ю

VJ

стяжке 7 размещены элементы преобразователя перемещений 8 и 9 стяжки 7 относительно корпуса 1.

Датчик работает следующим образом.

При равенстве давлений Pi и Р2 в полостях 3 и 4 все элементы датчика нагружены равными и противоположно направленными силами, уравновешивающими друг друга. При этом мембрана 2 находится в среднем положении, а мембраны 5 и 6 удерживаются от симметричных относительно мембраны 2 перемещений стяжкой 27. При появлении разности давлений Pi и Рт. средняя мембрана упруго перемещается в сторону меньшего давления, упруго выгибая при этом стяжкой 7 мембраны 5 и 6. При смещении стяжки 7 на величину X достигается равновесие между силой пропорциональной произведению разности давлений Pi и Р2 на разность площадей мембраны 2 и 5 и силами упругих деформаций мембран.

Упругое смещение стяжки X преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный разности давлений. В качестве преобразователя перемещений могут быть использованы индуктивные, струнные и другие датчики перемещений, включенные по дифференциальной схеме.

Благодаря наличию соосно расположенных мембран и соединению их стяжкой, преобразователи перемещений оказываются полностью вынесенными из полостей, нагруженных давлением контролируемой среды или вспомогательной жидкости. Это повышает эксплуатационную надежность

датчика, особенно необходимую в условиях добычи нефти и газа.

В предложенном устройстве повышение точности достигается строго симметричной схемой, обеспечивающей тепловую и жесткостную симметрию датчика относительно средней мембраны, что позволяет эффективно использовать дифференциальный метод преобразования перемещений

стяжки, исключая при этом погрешности от полного давления, температуры датчика и др., симметричные относительно средней мембраны погрешности и удваивая крутизну сигнала; увеличенной чувствительностью датчика к перепаду давления из-за увеличенной площади и уменьшенной толщины средней мембраны относительно крайних. Датчик не требует подрегулировок во время эксплуатации.

Формула изобретения

Датчик разности давлений, содержащий корпус, в котором закреплены по своим наружным диаметрам первая, вторая и третья мембраны, причем мембраны расположены соосно и параллельно друг другу и соединены между собой по центру штоком, а полости между первой и второй мембранами и второй и третьей сообщены соответственно с первым и вторым штуцерами, при

этом преобразователь перемещения центра мембран расположен с внешней стороны первой, или третьей мембраны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в нем вторая мембрана выполнена меньшей толщины и большей площади, чем первая и третья.

8

Использование: изобретение может быть использован с целью повышения точности измерений и надежности конструкций в датчике разности давлений. Сущность: датчик разности давлений содержит корпус 1 с тремя мем- бранами 2, 5, 6 и преобразователем перемещений, причем упругие мембраны выполнены соосно и параллельно и соединены в своих центрах стяжкой, причем средняя мембрана выполнена большей площади и меньшей толщины, чем боковые мембраны и расположена в плоскости симметрии датчика. 1 ил.