Манометр сверхвысокого давления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/04 G01L9/08 

Шиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления в камерах высокого давления.

Целью изобретения является повыше- ние точности измерения давления и долговечности датчика высокого давления при увеличении верхнего предела операционного диапазона температур при измерениях.

На фиг. 1 представлен манометр сверх- высокого давления: на фиг. 2 -модификация манометра.

Датчик высокого давления на основе цилиндрического трубчатого изолятора 1 из микролитной керамики из окиси алюминия с добавкой 0,5% окиси магния со спиралеобразным внутренним каналом 2, изображен на фиг. 1. Спиралевидный канал 2. концы которого выходят в торцы керамического изолятора,- формируется с примене- нием литья под давлением керамического шликера с 8% пластификатора в разборные металлические формы, в которых установлена спираль из оргстекла или линейного термопластичного полимера ме- тилметакрилата, остающаяся в керамической отливке после разборки литьевой формы. Температура шликера при литье порядка 60РС, давление - 6 атм. Спиралеобразный канал формируется в процессе предварительного обжига для выжигания из отливки пластификатора и формующей спирали - вкладыша из рргстекла в диапазоне температур до 1300°С. Температура спекания каркаса-изолятора 1800°С.

В спиралевидном канале 2 расположена спираль 3, например, из манганиновой проволоки - 53% меди, 49% цинка, 2,75% олова, 2,5% никеля, 1,7% марганца, 0,2% алюминия, или стандартного сплава. - 97,9% золота и 2,1 % хрома, температурный коэффициент сопротивления которого в диапазоне температур 20-100°С порядка 10диаметр проволоки- в пределах 0,15-0;2 мм. а барический коэффициент электрического сопротивления - постоянная для двух сплавов.

В каркасе-изоляторе из микролитной керамики с увеличенной прочностью толщина стенок между соседними витками спира- левидного канала 2 и минимальное расстояние между цилиндрической поверхностью изолятора и спиралеобразной полостью может быть уменьшена до 0,8-1 мм. Диаметр спиралевидного канала обеспечи- вает свободную укладку с касанием стенок спиралевидной полости без возникновения дополнительных монтажных и операционных внутренних механических напряжений пьезочувствительной металлической спирали. В испытанных моделях пьезоэлектрических манометров диаметр спирали из отмеченного сплава золото - хром был порядка 2,0-2,5 мм, зазор между соседними витками отмеченной спирали был порядка 2,0-2,5 мм.

В модификациях манометра спиральный канал 2 каркаса-изолятора соединен спиральной прорезью (фиг, 2) или пазом с внутренней полостью изолятора. В простых конструкциях манометра спиральный канал соединен диагностической прорезью с внешней поверхностью каркаса-изолятора.

Описанный пьезочувствительный датчик после присоединения концов проволоки спирали к электровводам обтюратора герметизировался в цилиндрической внутренней полости камеры высокого давления - корпуса манометра, соединенного с операционной камерой системы высокого давления, зазор между поверхностями полости корпуса манометра и каркаса-изолятора - порядка 0,3-0,4 мм. Диаметр внутренней полости термостатируемого корпуса манометра был порядка 20 мм, при увеличении диаметра полости корпуса трубчатый каркас-изолятор может .быть без отмеченного паза между спиралозидным каналом и внутренней цилиндрической полостью. Сопротивление спирали пьезоэлектрического датчика порядка 200 Ом.

Пьезочувствительная спираль включена в стандартную электрическую схему, например, четырехплечего моста, раскомпенса- ция которого при изменении сопротивления отмеченной спирали датчика давления регистрируется при измерениях самописцем или компенсационной схемой. Точность измерения давления манометром со спиралью из сплава золото - хром порядка 0,2%, калибровка датчика проводилась метрологической лабораторией с применением поршневого манометра, обеспечивающего точность градуировки порядка 0,05%.

Измерения давления проводятся в системе сверхвысокого давлении, которая заполняется инертным газом. При сжатии газа изменяется электрическое сопротивление пьезочувствительной спирали датчика, уменьшение которого в соответствии с градуировкой обеспечивает измерение давления. Линейность зависимости электрического сопротивления датчика от давления проверялась в контрольных экспериментах с использованием различных сред, в том числе аргона до давлений порядка 5500-6000 атм, для создания и передачи давления используются и жидкости.

Ряд увеличивающих точность измерений давления преимуществ манометра со спиральным каналом в изоляторе связан с

исключением искажений результатов, возникающих в системах детекторов на основе катушек из проволоки с касающимися витками из-за старения и разрушения изоляции, уменьшающего долговечность датчика, или покрытий на металлической проволоке при длительности эксплуатации, особенно сильных в камерах высокого давления, заполненных сжатым газом.

Дополнительные преимущества датчиков давления со спиральным каналом по сравнению с отмеченными альтернативными системами с касающимися витками свя- заны с исключением монтажных механических напряжений и операционных неоднородных напряжений, которые должны возникать в большинстве известных систем пьезоэлектрических манометров, в том числе на основе катушек с касающимися витками, которые отмечены в начале описания: и эти напряжения уменьшают точность измерений давления.

В манометрах с изоляторами с внутренними спиральными каналами возможно использование проволоки спирали без изоляции, что позволяет расширить диапазон операционных температур по сравне-. нию с альтернативными детекторами с проволокой, требующей изоляции.

В манометрах со спиральным .каналом сведен к минимуму абразивный износ про- вол.оки или изоляции, который не исключен в альтернативных системах на основе катушек с касающимися витками.

Преимущества манометра с изолятором со спиральным каналом по сравнению с другими аналогичными детектирующими системами или отмеченными альтернатив3 S,

А

0

5

0

5

0

5

ными датчиками давления связаны с исключением вероятности замыкания витков спирали при деформациях и предотвращением замыкания витков спирали в случае касания с корпусом манометра при больших деформациях спирали.

Изобретение не ограничивается рассмотренными модификациями манометра сверхвысокого давления.

Формул а изобретения

1. Манометр сверхвысокого давления, содержащий корпус, выполненный из изоляционного материала,и пьезочувствитель- ную спираль с токовыводами на концах, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и долговечности, в нем корпус выполнен в виде цилиндра со сквозным осевым отверстием, в стенках которого выполнен спиралевидный канал, каждый конец которого расположен на соответствующем торце цилиндра, причем пьезочувствитель- ная спираль размещена в спиралевидном канале, в каждый токовывод расположен в соответствующем отверстии торца корпуса.

2. Манометр по п. 1,ртличающий- с я тем, что в стенке корпуса выполнена спиралевидная прорезь, соединяющая осевое отверстие со спиралевидным каналом.

3. Манометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем. что в нем на внешней цилиндрической поверхности выполнена прорезь для сообщения канала с измеряемой средой.

4. Манометр поп, 1,отличающий- с я тем, что в нем корпус выполнен из мик- ролитной керамики из окиси алюминия с добавкой окиси магния.

/