Измерительный преобразователь разности давлений Советский патент 1982 года по МПК G01L13/02 

1

Изобретение относится к нриборостроению, а именно к мембранным измерительным преобразователям разности давлений.

Известен измерительный преобразователь разности давлений, содержащий основание, две мембраны, закренленные по наружному контуру к нротивоположным сторонам основания н имеюш.ие жесткие диски, которые соединены между собой в одно нелое через отверстие в основании, нри этом мембраны с жесткими дисками находятся на некотором расстоянии от основания и образуют с ннм общую герметичную нолость, заполненную жидкостью, имеется средство для передачи перемещения мембран под действием разности давлений и устройство, преобразующее это перемещение в выходной сигнал, пронорциональный разности давлений.

Недостатком такого измерительного преобразователя разности давлений является наличие дополнительных погрещностей от изменения темнературы и статического давления рабочей среды. Эти факторы изменяют начальный объем жидкости, заполняющей общую герметичную полость, образованную мембранами с жесткими дисками и основанием. При этом из-за неидентнчноcTii мембран, которая проявляется, например, в различии эффективных площадей.

геометрических размеров и жесткостеи оболочек, происходит их иежелательиое перемещенне, которое преобразуется в выходной сигнал. Величина этого сигнала и является дополнительной ногрешиостью от изменения темнературы или статического давления рабочей среды.

Цель изобретения - уменьшение донолннтельных погрешностей от 1зменения темнературы н статнческого давлеиня и новышенме коррозионной стойкости измерительного нреобразователя.

Для этого каждая из мембран нредлагаемого измерительного преобразователя

снабжена кольневым участком, к которому нрикреплен жесткий диск, а нейтральный участок каждой мембраны, заключенный внутри ее кольцевого участка, находится на некотором расстоянии от жесткого диска. Кольцевые участки мембран соединены с жесткими дисками герметично, при этом иолости, образованные центральными участками мембран и жесткими дисками, соединены каналами с общей герметичной

полостью.

Кроме того, поверхности дисков, обращенные к мембранам, совпадают с формой мембранных гофр, прижимаемых к диску и основанию при одностороннем воздейстВИИ перегрузочного давления. На фиг. 1 показан неполный вертикальный разрез предложенного измерительного преооразователя разности давлеппй; на фиг. i; - то же, вариант. Измерительный преобразователь разности давлений содержит основание 1, выполненное в форме диска, и две мемораны 2 и 3, закрепленные по наружному контуру к противоположным сторонам основания. Каждая из мембран имеет соответственно кольцевые участки 4 и 5, к которым прикреплены жесткие диски b и 7. Диски соединены с кольцевыми участками мембран, например, при помощи сварки без нарушения герметичности и целостности оболочки мембран, что повышает коррозионную стойкость измерительного преооразователя. Периферийный участок каждой мембраны, заключенный между ее наружным контуром и кольцевым участком, расположен на некотором расстоянии от поверхностей 8 и 9 оспования. Центральные участки 10 и 11 каждой мембраны, заключенные внутри их кольцевых участков, находятся на некотором расстоянии от поверхностей 12 и 13 жесткого диска. Поверхности 8 и 9 основания и 12, 13 жестких дисков, обращенные к мембранам, выполнены совнадающими с формой мембранных гофр на периферийных и центральных участках меморан, прижимаемых к основанию и дискам при одностороннем воздействии перегрузочного давления. Такая форма поверхностей основания и жестких дисков защищает мембрану от разрушения при их перегрузках большим статическим давлением. Жесткие диски 6 и 7 соединены между собой в одно целое 14 через отверстие 16 в основании и имеют опорные поверхности 16 и 17, расположенные на некотором расстоянии от онорных поверхностей 18 и 19 основания и ограничивающие перемещение мембран нри одностороннем воздействии перегрузочного давления. Полости 20 и 21, образованные центральными участками мембран и жесткими дисками, соединены каналами 22 и 23 с общей герметичной полостью 24, образованной основанием и мембранами. Полости 20, 21 и 24 заполняются жидкостью через канал 25, который уплотняется шариком 26 и винтом 27. Для передачи перемещения мембран под действием разности давлений, имеется средство, содержащее рычаг 28 с герметичной упругой опорой в виде мембраны 29 малого диаметра, закрепленной на выступе 30 оспования. Один конец рычага, расположенный внутри основания с некоторым зазором, взаимодействует с жесткими дисками, соединенными в одно целое, имеющее упор 31. Другой конец рычага, расположенный снаружи основания по другую сторону герметичной мембраны 29, служит для взаимодействия с устройством 32, закрепленным на основании 1 и преобразуюашм перемещение мембран в выходной сигнал, пропорциональный разности давлений. В качестве такого устройства могут использоваться известные электрические или пневматические преобразователи, например, с силовой компенсацией. Устройство 32 закрыто кожухом 33. Фланцы 34 и 35 установлены на основании и образуют полости 36 и 37 для подвода к мембранам 2 и 3 контролируемых давлений через отверстия 38 и 39. Уплотнительные кольца 40 и 41, выполненные, например, из фторопласта, герметизируют полости по наружному контуру мембран. Фланцы и мембраны могут быть выполнены из различных коррозионностойких материалов, таких как хастеллой, титан, никель, тантал и других. Измерительный преобразователь разности давлений (фиг. 2) имеет жесткие диски 6 и 7 с установленными на них со стороны опорных поверхностей 16 и 17 уплотнительпыми кольцами 42 и 43, выполненными, например, из резины. :Эти кольца расположены на некотором расстоянии от опорных поверхностей 18 и 19 основания и могут гер.метично перекрывать отверстие 15 в основании со стороны действия перегрузочного давления. Поверхности 8 и 9 основания 12 и 13 жестких дисков, обращенные к мембранам, имеют простую форму, например, плоскую, так как при перегрузках, давлением периферийпые и центральные части мембран не соприкасаются с ними. Отношение диаметра кольцевого зчастка 4 и 5 каждой мембраны (фиг. I и 2) к диаметру ее наружного контура составляет 0,4-0,9 в зависимости от требуемой величины эффективной площади мембран и объема жидкости, заполняющей внутреннюю герметичную нолость измерительного преобразователя разности давлений. С увеличением отношения этих диаметров увеличивается относительная эластичность центральной части каждой мембраны и уменьшаются дополнительные ногрешности от изменения температуры и статического давления. Измерительный преобразователь разности давлений работает следующим образом. Большее из двух контролируемых давлений подводится к мембране 2 через отверстие 38 во фланце 34. Меньшее из двух контролируемых давлений подводится к мембране 3 через отверстие 39 во фланце 35. Оба давления преобразуются мембранами в пропорциональные силы, направленные навстречу друг другу и действующие вдоль общей оси мембран и жестких дисков 6 и 7. Результирующая сила, равная разности действующих сил, передается через упор 31 на рычаг 28, который поворачивается на некоторый угол относительно упругой опоры 29. При этом конец рычага, расположенный снаружи основания 1, взаимодействует с устройством 32, которое преобразует перемещение мембран в электрический или пневматический выходной сигнал, пропорпиональный разности давлений. Это преобразование перемещения осуществляется, например, по одной из извест-. ных схем с силовой компенсацией или устройством с индуктивным или тензометрнческим преобразователем. Центральные участки 10 и 11 мембран являются упругими компенсаторами изменения начального объема жидкости, заполняющей герметичную полость 24 измерительиого преобразователя. Это изменение объема жидкости, вызванное изменением температуры и(или) статического давления, действующего по обе стороны мембран 2 и 3, в большей мере воспринимается упругими оболочками центральных частей мембран благодаря их высокой эластичности по отношению к эластичности периферийных участков мембран. Благодаря наличию двух упругих компенсаторов в виде центральных участков мембран, достигается дополнительный эффект уменьщения погрещиости от изменения температуры и статического давления, так как приращение объема жидкости практически не вызывает смещения мембран от своего начального положения. Описываемый измерительный преобразователь особенно целесообразно использовать для контроля малой разности давлеиий. В этом случае применяются мембраны с достаточно большой эффективной площадью, определяемой диаметрами наружного контура и жестких дисков. При этом с увеличением диаметров жестких дисков увеличиваются эффективная площадь и эластичность нейтральных участков мембран, что обусловливает уменьщение дополнительных погрешностей при изменении температуры и статического давления. При одностороннем воздействии иерегрузочного давления на мембрану 2 (фиг. 1) ее иериферийиый и цеитральный участки прижимаются к профилированным поверхностям 8 и 12, которые совпадают с формой мембранных гофр и тем самым защищают мембрану от разрущения. Центральный участок мембраны вместе с жестким диском 6 перемещается до контакта опорной поверхпости 16 диска с опорной поверхностью 18 основания. При этом мембрана 3 вместе с жестким диском 7 отходит от поверхности 9 основания, а цеитральный учаCTQK 11 отходит от поверхности 13 жесткого диска, увеличивая объем полости 21, в которую вытесняется жидкость из иолости 20 через каналы 22 и 23. При одностороннем воздействии перегрузочного давления на мембрану 3 ее защита от разрущения осуществляется аналогично. Измерительный преобразователь разности давлений (вариант, фиг. 2) при одностороннем воздействии перегрузочного давления на мембрану 2 работает следующим образом. Под действием перегрузочного давления центральный участок мембраны вместе с жестким диском 6 перемещается до контакта опорной поверхности 16 диска с опорной поверхностью 18 основания, при этом уплотнительное кольцо 42 герметично перекрывает отверстие 15 в основании и препятствует вытеснению жидкости из-под периферийного и центрального участков мембраны. Жидкость, замкнутая между мембраной 2 с диском 6, уплотнительным кольцом 42 и основанием 1, препятствует прогибу оболочек периферийного и центрального участков мембраны и благодаря этому защищает мембрану от разрушения. При одностороннем воздействии перегрузочного давления на мембрану 3 ее защита от разрущения осуществляется аналогичным образом, при этом отверстие 15 осиования герметично перекрывается уплотнительным кольцом 43 на диске 7. Формула изобретения 1.Измерительный преобразователь разности давлений, содержащий основапие, две мембраны, закрепленные по наружному коитуру к иротивоположным сторонам основания и имеющие л есткие диски, которые соединены между собой в одно целое через отверстие в основании, ири этом мембраиы с жесткими дисками удалены от основания и образуют с ним общую заполиенную жидкостью герметичиую полость, выводное устройство и иреобразователь перемещения мембраи в выходной сигнал, пропорциональный разности давлений, отличающийся тем, что, с целью уменьшения дополнительных погрешностей от изменения температуры и статического давления и повышения коррозионной стойкости, каждая из мембран снабжена кольцевым участком, к которому прикреплен жесткий диск, образующий с центральным участком мембраны заполненную жидкостью герметичную полость, соединенную каналом с общей герметичной полостью. 2.Преобразователь но п. 1, отличаюи; и и с я тем, что, с целью защиты мембран от перегрузочного давления, поверхпостн дисков, обращенные к мембранам, совпадают с формой мембранных гофр.

J