Устройство для напуска газа Советский патент 1993 года по МПК G05D7/06 

Изобретение относится к технике регулирования расхода в потоке текучей среды, в частности к устройствам для плавной регулировки потока газа низкого давления.

Целью изобретения является повыше- ние точности и расширение диапазона дозировки напуска газа.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройст

ва для напуска газа.

Устройство для напуска газа состоит из корпуса 1, седла 2, подвижного штока, состоящего из двух частей - пьезоэлектрической части 3 и части 4 со стороны седла, источника питания 5, втулки 6 и упругого элемента 7. В корпусе выполнена перегородка 8 с отверстием под шток. Втулка 6 установлена соосно штоку с зазором между ним и стенкой корпуса. Торец пьезоэлектрической части 3 штока и один из торцоо втул- ки 6 соединены жесткой перемычкой 9, а другой торец втулки 6 взаимодействует с перегородкой 8 корпуса. Упругий элемент 7 установлен между перемычкой 9 и крышкой 10 корпуса. В корпусе выполнено отверстие для подвода газа (показано стрелкой) м отверстие для напуска газа, совмещенное с седлом 2.

Длина пьезоэлектрической части 3 штока (1ш ). части 4 штока 0ш). втулки б (в), части корпуса 1 между втулкой 6 и седлом 2 (IK), a также материалы указанных элементов устройства выбраны мз условия: б +1ш| + 1ш 1в + 1к:

«Llm + «IL IB + «к IK,

где 3 - зазор между штоком и седлом, a oL

oilj , GO и Qk - коэффициенты линейного расширения материалов соответствующих элементов.

Пьезоэлектрическая часть 3 штока подключена к источнику 5 через изолятор 11 и по цепи корпус 1 - крышка 10 - упругий элемент 7 - перемычка 9. Подключение может быть произведено непосредственно че- рез два изолятора (второй изолятор не показан).

Для расширения диапазона регулировки напускаемого газа втулка 6, если она вы- полнена из материала с характеристикой пьезопреобразования обратной по отношению к пьезоэлектрической части 3 штока, подключена к источнику питания 5, также как шток. В том случае, когда втулка б выполнена из того же материала, что и пьезо- электрическая часть штока, то она подключена к источнику питания 5 встречно (обратной полярностью) по отношению к пьезоэлектрической части штока.

5

0

5 0 5

0

5

0

5

50 55

Устройство для напуска газа работает следующим образом.

В исходном состоянии зазор д между седлом 2 и частью 4 штока равен нулю (полагаем, что пьезоэлектрическая характеристика части 3 штока соответствует укорочению се при подаче от источника питания). При этом упругий элемент 7, взаимодействуя с крышкой 10 корпуса и перемычкой 9. прижимает втулку б к перегородке 8 корпуса 1, При подаче напряжения от источника питания 5 на пьезоэлектрическую часть 3 штока, закрепленную в перемычке 9, последний изменяет свои линейные размеры, изменяя зазор 5 между седлом и штоком, Регулируя величину прикладываемого напряжения, можно изменять зазор д , изменяя тем самым дозировку напускаемого газа.

Диапазон дозировки может быть увеличен за счет подключения пьезоэлектрической втулки 6 к источнику питания 5. При подключении источника питания к штоку и втулке одновременно они будут изменять свои линейные размеры, сжимая через перемычку 9 упругий элемент 7. При этом зазор д будет равен суммарному перемещению торцов втулки и штока, что существенно расширяет диапазон регулирования напуска газа (в частности, если ш ID и материал штока и втулки имеют одинаковый модуль коэффициента преобразования, то диапазон расширяется вдвое).

Точность дозировки напускаемого газа зависит от стабильности зазора д между седлом и штоком, в частности, от температурной стабильности б . Условием последнего является равенство абсолютных приращений длины частей штока, с одной стороны, и участков в и (к, с другой стороны: Д1ш + А 1ш А 1В + А 1К(1)

Полагая, что все элементы устройства изменяют температуру на одну и ту же величину AT, имеем:

Ош 1ш + Ош 1ш СГв IB - Ок IK (2)

Кроме того, при любой температуре должно выполняться условие (полагаем д 0, т.к. д « 1ш + 1ш ):

Гш - - liu - IB + IK(3)

С целью упрощения конструирования и подбора материалов, удовлетворяющих температурной стабильности звзора бк, можно корпус и часть 4 штока (1Ш) выполнить из материалов с одинаковым коэффициентом линейного расширения

( ей OK - и то же сделать для пьезоэ- лектрической части 3 штока и втулки

6 (Ош ctD - (Уз. ). В этом случае имеем:

«I flu, - ID) - «Z(le - 1ш1})(4)

Поскольку обычно не удается получить части штока из материален с одинаковым коэффициентом линейного расширения, то в большинстве случаев конструирования . Однако, по условию (3) ш - 1к 1в поэтому из (4) получаем ш - IK 1В - 1ш 0, откуда 1ш к, IB 1ш Проще всего элементы устройства выполнить попарно из одного и того же материала (пару элементов 1ш и к - из одного, а пару 1В и 1Ш - из другого),

Использование предлагаемого устройства для напуска газа позволит повысить точность дозировки напускаемого газа зз счет стабилизации зазора между штоком и седлом, при изменении температуры окружающей среды, а также расширить диапазон дозировки напускаемого газа за счет подключения втулки, изготовленной из пьезоэлектрического материала.

Формула изобретения 1. Устройство для напуска газа, содержащее корпус, седло, перекрываемое подвижным штоком, часть которого выполнена из пьезоэлектрического материала и подключена к источнику питания, отличающееся тем, что оно содержит втулку, установленную соосно со штоком и с зазором между штоком и стенкой корпуса, перегородку в корпусе с отверстием для штока, перемычку, с которой жестко соединены торец пьезоэлектрической части штока и один из торцов втулки, другой торец которой выполнен взаимодействующим с перегородкой, и упругий элемент, установленный между перемычкой и крышкой корпуса, причем длина элемента устройства и их материал выбраны из условий

+ ш ч-dL

(в + IK,

II.

0

д + 1Ш

0 |1ш + Ош в + СЈк IK,

где д - зазор между штоком и седлом по оси штока;

ш - длина пьезоэлектрической части штока:

ш - длина части штока со стороны седла;

IB - длина втулки;

1К - длина части корпуса между седлом и поверхностью перегородки;

QJJU , «ш . % и ак коэффициенты линейного расширения материалов указанных соответствующих элементов устройства.

2,Устройство по п. 1,отличэющее- С я тем, что втулка и пьезоэлектрическая часть штока, а также корпус и часть штока со стороны седла попарно выполнены из материалов с одинаковыми коэффициентами линейного расширения, а длина соответствующих элементов выбрана из условия ш Is и 1ш IK.

3.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что втулка и пьезоэлектрическая часть штока, а также корпус и часть штока со стороны седла попарно выполнены из одного материала.

0 4. Устройство по пп, 1и 2, отличающее с я тем, что втулка выполнена из пьезоэлектрического материала с характеристикой пьезопреобразованил, обратной характеристике материала пьезоэлектриче5 ской части штока, а концы втулки подключены к источнику питания.

L 5. Устройство по п. 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что концы втулки подключены

к источнику питания встречно по отношеQ нию к пьезоэлектрической части штока.

5

0

5

Изобретение относится к технике регулирования расхода в потоке текучей среды, в частности к устройствам для плавной регулировки потока газа низкого давления. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона дозировки напуска/ Ј емого газа. Предлагаемое устройство для напуска газа содержит корпус 1, седло 2, подвижный шток, часть которого 3 подключена к источнику питания 5, втулку 6 и упругий элемент 7. В корпусе 1 выполнена перегородка 8 с отверстием под шток, втулка б установлена соосно штоку, торец пьезоэлектрической части штока 3 и один из торцов втулки 6 соединены жесткой перемычкой 9, другой торец втулки 6 взаимодействует с перегородкой 8 корпуса 1, упругий элемент 7 установлен между перемычкой 9 и крышкой 10 корпуса 1, а длины элементов устройства выбраны из условия термокомпенсации зазора между седлом 2 и штоком. 4 з.п. ф-лы. 1 ил. 73 С/1 с 00 КЗ 00 СП ел ю Ј 2 /