Манометр сверхвысокого давления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/04 

S//s////Sit /S ////////S/SSS/ // .

VI Ю СО

ю

00 N

Изобретение может быть использовано при измерении высоких давлений. Манометр содержит в термостатируемом метал- личе ском корпусе с системой электровводов датчик с керамическим изолятором 1 и пье- зочувствительной спиралью 5. Спираль 5 выполнена из стабилизированного сплава на основе хрома с золотом с улучшенными механическими свойствами и малым температурным коэффициентом сопротивления в диапазоне температур 20-100°С, расположёна в параллельных оси изолятора каналах 2 с узкими выступами 3 и в соединительных пазах 4 около торцов, глубина которых превышает ширину каналов изолятора. Монтаж спирали, витки которой не касаются, исключает рабочие и монтажные напряжения, искажающие результаты измерений давления. 2 ил.

Фиг1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при измерении высоких давлений.

Известен манометр высокого давления с бескаркасным пьезоэлектрическим датчи- ком в виде многослойной катушки с касающимися витками проволоки с изоляцией из манганина.

Недостатки датчика связаны с ограниченными долговечностью и точностью изме- рений, связанными с повреждениями изоляции проволоки потоками сжатого газа и искажениями результатов измерений давления из-за механических напряжений в витках проволоки из манганина, возникаю- щих в процессе изменения давления при накачке газа в камеры высокого давления и стравливания газа из систем сверхвысокого давления, и при изготовлении катушки датчика.

Близким к предлагаемому манометру является манометр высокого давления; COL держащий керамический корпус с установленной в нем пьезочувствительной спиралью. К недостаткам его следует отне- сти малый срок службы и невысокую точность измерения.

Целью изобретения является увеличение точности измерений давления и долговечности датчика сверхвысокого давления при увеличении верхнего предела диапазона рабочих температур при измерениях.

На фиг. 1 представлен общий вид пьезоэлектрического датчика сверхвысокого давления; на фиг. 2 - каркас датчика.

Датчик сверхвысокого давления содержит цилиндрический каркас-изолятор 1 из микролитйой керам йки из окиси алюминия с добавкой 0,5% окиси магния с параллельными оси сквозными каналами 2, на повер- хности которых имеются параллельные оси каркаса узкие выступы 3. Концы каналов соединены кольцевыми пазами 4 в области торцов каркаса, глубина которых больше диаметров каналов. Внутренние каналы 2 фор- мируются с применением литья под давлением керамического шликера с 8% пластификатора в разборные металлические формы, в которых установлены формовочные стержни с продольными пазами из оргстекла при термопластичного полимера метилметакрилата, остающиеся в отливке после разборки литьевой формы. Температура шликера при литье порядка 60°С, давление - 6 атм. Каналы и пазы формируются в процессе предварительного обжига для выжигания из отливки пластификатора и формующих элементов в диапазоне температур до 1300°С. Температура спекания каркаса 1800°С.

В каналах 2 и пазах 4 расположена спираль 5, например, из магнаниновой проволоки (53% меди, 39% цинка. 2,75% олова, 2,5% никеля, 1,7% марганца, 0,2 алюминия) или из сплава, содержащего 97,9% золота и 2,1 хрома, температурный коэффициент электрического сопротивления которого порядка в диапазоне 20-100°С. Диаметр проволоки в пределах 0,1-0,2 мм.

В испытанных моделях цилиндрических изоляторов из различных керамических материалов минимальная толщина стенки между каналами и поверхностью изолятора была порядка 1,5 мм. В модификациях датчиков с малогабаритными каркасами-изоляторами для манометров систем с увеличенным верхним пределом давлений минимальная толщина стенки между каналами из микролитной керамики может быть уменьшена до 0,7-1 мм, при этом концы каждого канала соединены около одного торца каркаса только с одним из соседних каналов, а около другого торца изолятора только с другим из ближайших каналов соответствующими пазами. Глубина пазов только между ближайшими двумя каналами превышает диаметр пьезочувствительной спирали, который в малогабаритных датчиках может находиться в пределах 1,2-1,6 мм при диаметре каналов в пределах 1,8-2,2 мм. Расстояние между продольными выступами на поверхностях каналов обеспечивает свободную укладку спирали без возникновения дополнительных монтажных и операционных внутренних механических напряжений. Минимальное число выступов - три.

Пьезочувствительный датчик после присоединения концов проволоки спирали к электровводам обтюратора герметизируется в цилиндрической полости камеры высокого давления - в корпусе манометра, который соединен в системе высокого давления с операционной камерой. Зазор между поверхностями полости корпуса манометра и каркаса-изолятора 0,3-0,5 мм, Диаметр внутренней полости корпуса манометра 20 мм.

Электрическое сопротивление спирали датчика давления - 200 Ом. Пьезочувстви- тельная спираль включена в стандартную электрическую схему, например, четырех- плечего моста, раскомпенсация которого из-за изменения сопротивления спирали датчика, связанного с уменьшением или увеличением давления в системе, при измерениях регистрируется самописцем или компенсационной схемой. Точность измерений давления манометром со спиралью из сплава золото-хром порядка 0,2 %. Калибровка -испытанных моделей датчиков проводилась метрологической лабораторией с применением поршневого манометра, обеспечивающего точность градуировки по- ряЬка 0,5%. Калибровка манометров проводилась с передающей давление жидкой ср едой.

Линейность зависимости электрическо- гО;Сопротивления датчика от давления аргона проверялась в процессе многолетних контрольных испытаний в диапазоне давле- ний до 6000 атм. Различные типы изоляторов с внутренними каналами с выступами испытывались применением в качестве передающей давление среды жидкости или га за. Минимальная высота выступов в испы-

энных керамических изоляторах была порядка 0,3 мм при ширине выступов 0,2-0,3 мм.

Ряд увеличивающих точность измере- HI и давления преимуществ манометра с изолятором с внутренними параллельными каналами связан с исключением искажений результатов измерений, возникающих в датчиках альтернативных конструкций на основе катушек из проволоки с касающими- ся витками из-за старения или разрушения щи длительной эксплуатации изоляции или покрытий на металлической проволоке,

Формула изобретения

н

КС

внступов, причем концы каждого канала сонтактирует с поверхностями продольных

уменьшающих долговечность датчиков, заполняемых сжатым газом.

Дополнительные преимущества датчиков давления с изоляторами с параллельны- ми оси каналами по сравнению с альтернативными манометрами на основе катушек с касающимися витками связаны с исключением уменьшающих точность измерений монтажных и операционных механических напряжений. Конструкция датчика с выступами в каналах изолятора практически исключает абразивный износ спирали, который должен возникать в рассмотренных альтернативных манометрах.

Использование проволоки без изоляции для спирали в датчиках на основе изоляторов с внутренними каналами позволяет расширить диапазон рабочих температур по сравнению с манометрами с изоляцией проволоки катушек с касающимися витками.

Преимущества датчиков давления с изр- ляторами с параллельными каналами связаны с исключением вероятности замыкания витков и касания спирали с металлическим корпусом манометра. Уменьшение площади поверхности контакта спирали датчика с изолятором благодаря наличию выступов в каналах увеличивает точность измерений.

единены двумя основными пазами в виде кольцевых секторов с первого торца корпуса с одним из близлежащих каналов, а с второго торца корпуса - с другим из близлежащих каналов.. .

менее 2,1% хрома, 0,005 - 0.06% теллура, остальное - золото.

ФИГ. 2