Устройство для измерения перепада давления Советский патент 1975 года по МПК G01L13/02 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам и элементам регулирующей автоматики и может найти применение, например, в контрольно-измерительных приборах и регулирующих устройствах для автоматизации судовых энергетических установок и общекорабельных систем.

Известные устройства для измерения перепада давления, содержащие корпус, в котором размещены два равновеликих сильфона, сильфон больщой площади, настроечную пружину и преобразовательный элемент, не обладают достаточной чувствительностью и точностью измерения.

Для повышения чувствительности и увеличения точности измерения в предлагаемом устройстве сильфоны соединены общим подвижным жестким центром и образуют одну рабочую и три измерительных камеры, две из которых сообщаются между собой, ограничивая площадь, равную площади большего сильфона.

На чертеже показано описываемое устройство.

В корпусе 1 расположен сильфонный изме рительный блок, содержащий измерительный сильфон 2, неподвижное основание 3, подвижное основание 4, измерительный сильфон 5, неподвижное основание 6 и сердечник 7.

Сердечник 7 выполнен из магнитного материала и жестко соединен с подвижными основаниями 4 и 8 так, что образует вместе с ними подвижный жесткий центр сильфонного измерительного блока. Жестки1т центр сильфонного измерительного блока с сердечником 7 может перемещаться возвратно-поступательно за счет упругой деформации сильфонов.

Сильфоны 2 и 9, выполненные одинаковыми и имеют малую эффективную площадь, больщую жесткость и высокую механическую прочность, устанавливаются с предварительным растяжением.

Сильфон 5, имеющий большую эффективную площадь и малую жесткость, устанавливается с предварительным сжатием.

Во внутренней полости сильфоиа 5 установлена настроечная пружина 10, предварительное сжатие которой задается регулировочным болтом II, имеющим резьбовое соединение с неподвижным основанием 6.

К корпусу 1 герметично крепится крыщка 12.

Сильфонный измерительный блок образует в измерительном устройстве четыре камеры: три измерительных камеры А, Б и В и одну рабочую камеру Г.

Измерительная камера образована сильфоном 2, неподвижным осиовапием 3, иодвижиым основанием 4 и крыщкой 12. В крышке

12 имеется канал 13 для подвода одного из входных сигналов.

Измерительная камера Б образована корпусом 1, сильфоном 8, неподвижным основанием 9, подвижным основанием 8 и сильфоном 5.

Камеры А и Б сообщаются между собой каналом 14 в корпусе 1 и крышке 12.

Измерительная камера Б образована сильфоном 6, подвижным основанием 8 и неподвижным основанием 15 с регулировочным болтом И. В неподвижном основании 6 имеется канал 16 для подвода к камере Б другого входного сигнала.

Рабочая камера Г, расположенная во внутренней полости сильфонного измерительного блока, образована корпусом 1, сильфоном 2, неподвижным основанием 3, подвижным основанием 4, сильфоном 9, неподвижным основанием 15 и подвижным основанием 8.

Б рабочей камере Г установлена катушка 17 индуктивного дифференциально-трансформаторного датчика.

Катушка 17 имеет три обмотки: обмотку 18 питания, верхнюю рабочую 19 обмотку и нижнюю рабочую обмотку 20 (показаны условно) .

Устройство работает следуюш,им образом.

На обмотку 18 катушки индуктивного дифференциально-тр:ансформаторното датчика подается напряжение переменного тока U.

К измерительной камере сильфонного измерительного блока по каналу 1Ь и, далее, к измерительной камере Б по каналу 14 подводится входной сигнал с давлением PI. К измерительной камере Б по каналу 16 подводится входной сигнал с давлением Р2- Номинальная разность давлений входных сигналов PB.J. PJ - 2 уравновешивается усилием от предварительного сжатия настроечной пружины И. При этом жесткий подвижный центр сильфонного измерительного блока с сердечником 7 занимает такое положение внутри катушки 17, при котором индуктивные сопротивления рабочих обмоток 19 и 20 катушки 17 одинаковы, и на выходе дифференциальнотрансформаторного датчика отсутствует напряжение: УВЫХ О (обмотки одинаковы и намотаны встречно).

Отклонение разности давлений входных сигналов от номинального значения, например, увеличение разности давлений входных сигналов, что соответствует увеличению давления PI либо уменьшению давления Р, вызывает сжатие сильфонов 2, 5 и пружины 10 и растяжение сильфона 9. Это приводит к смеш,ению подвижного жесткого центра сильфонного измерительного блока с сердечником 7 вниз от первоначального положения на величину, пропорциональную отклонению разности давлений входных сигналов от номинального значения.

S - /С,ДЯ«,

где б - смеш,ение сердечника 7 от первоначального положения;

АРвх - приращение входного сигнала - отклонение разности давлений входных сигналов от номинального значения;

К - коэффициентпропорциональности, зависящий от эффективной площади и суммарной жесткости, упругих элементов измерительного устройства (сильфонов 2, 9, 5 и пружины 10).

Указанная зависимость сохраняется в диапазоне изменения входного сигнала, соответствующего выходу жесткого центра сильфонного измерительного блока на механические упоры, ограничивающие растяжение (сжатие) сильфонов.

Смещение сердечника 7 вниз от первоначального положения приводит к увеличению

индуктивного сопротивления рабочей обмотки 19 и уменьшению индуктивного сопротивления рабочей обмотки 20 катушки 17.

На выходе дифференциально-трансформаторного датчика формируется выходной сигнал в форме напряжения переменного тока определенной фазы.

При уменьшении разности давлений входиых сигналов, что соответствует уменьшению давления PI либо увеличению давления Ра,

действие измерительного устройства аналогично описаппому, с той разницей, что в последнем случае жесткий центр сильфонного измерительного блока с сердечником 7 смещается вверх от первоначального положения,

индуктивное сопротивление обмотки 19 уменьщается, индуктивное сопротивление обмотки 20 увеличивается, и на выходе дифференциально-трансформаторного датчика формируется выходной сигнал в виде напряжения переменного тока f/вых противоположной фазы.

Амплитуда напряжения i/вых на выходе измерительного устройства изменяется пропорционально отклонению разности давлений

входных сигналов от номинального значения в оговоренном выше диапазоне перемещения жесткого цеитра сильфонного измерительного блока, т. е. реализуется зависимость:

вых ДЯвх,

где Кч - коэффициент пропорциональности (чувствительность измерительного устройства), зависящий от жесткости упругих элементов и от крутизны характеристики катушки дифференциально-трансформаторного датчика.

Измерительное устройство может перестраиваться на различные значения номинальной

разности давлений входных сигналов изменением предварительного сжатия пастроечно пружины 10.

Увеличение чувствительности данного сильфонного измерительного устройства в сравнеНИИ с чувствительностью двух сильфонных

измерительных устройств объясняется следующим.

Давление PI одного из входных сигналов воздействует в камере А на площадь, равную эффективной площади сильфона 2, и в. камере Б на площадь, равную разности эффективных площадей сильфона 2 и сильфона 9. Давление другого входного сигнала воздействует в камере на полную эффективную площадь большого сильфона 5.

Поскольку сильфоны 2 и 9 одинаковы (без учета разноплощадности, обусловленной неточностью изготовления сильфонов), то давление PI в итоге воздействует в камерах А и Б на площадь, также равную полной эффективной площади больщого сильфона 5.

Таким образом, перепад давления входных сигналов воздействует в данном измерительном устройстве на площадь, равную полной эффективности площади больщого сильфона 5 при всех значениях абсолютного давления входных сигналов.

Следовательно, в сравнении с двухсильфонньш измерительным устройством, в данном измерительном устройстве чувствительность увеличивается приблизительно во столько раз, во сколько раз эффективная площадь больщого сильфона 5 превыщает эффективную площадь малого сильфона 2 или 9, так как ввиду малой жесткости сильфона 5 суммарная жесткость упругих элементов измерительного устройства при добавлении больщого сильфоня 5, практически не изменяется.

Погрещность измерения перепада давления данного измерительного устройства при изменении абсолютного давления входных сигналов измеряемой среды, обусловленная неточностью изготовления сильфонов (технологической разноплощадностью сильфонов 2 и 9),

уменьщается в сравнении с двухсильфонным измерительным устройством во столько раз, во сколько эффективная площадь большого сильфона 5 превыщает эффективную площадь малого сильфона 2 или 9.

В качестве преобразовательного элемента применен индуктивный дифференциальнотрансформаторный датчик (катушка 17 с сердечником 7), преобразующий перемещение

подвижного жесткого центра сильфонного измерительного блока в непрерывный электрический сигнал на выходе измерительного устройства. Сущность изобретения сохраняется, если в

качестве преобразовательного элемента используется гидравлический или пневматический усилительно-преобразовательный элемент, преобразующий перемещение подвижного жесткого центра сильфонного измерительного блока в гидравлический либо пневматический непрерывный сигнал на выходе устройства.

Предмет изобретения

Устройство для измерения перепада давления, содержащее корпус, в котором размещены два равновеликих сильфона, сильфон

большой площади, настроечную пружину и преобразовательный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и увеличения точности измерения, в нем сильфоны соединены общим подвижным жестким центром и образуют одну рабочую и три измерительных камеры, две из которых сообщаются между собой, ограничивая площадь, равную площади большего сильфона.

12