Измеритель разности давлений Советский патент 1980 года по МПК G01L13/02 G01L7/16 

Изобретение относится к области приборостроения, а точнее к устройствам для измерения разности давлений . Известным прибором для измерения давлений и разности давлений ярляется поршневой манометр. Точность и чувствительность такого манометра в значительной степени определяются уплотнением поршня, которое должно обеспечивать его полную герметизацию при высокой степени подвижности В одном из известных приборов подобного типа 1 герметизация осуществлена с помощью манжетного уплот нения,не обеспечивающего достаточную подвижность поршню. Известен другой измеритель разности давлений, содержащий корпус с установленным в нем на упругой подвеске вертикальным цилиндрическим поршнем, разделяющем полости высокого и низкого давлений, преобразователь перемещения и жидкостное .уплотнение поршня 2. В этом приборе жидкостный уплотнитель Подается под напором в кольце ;вую канавку корпуса вокруг боковой поверхности поршня, протекая в зазоре между поршнем и к орпусом (уплотне ние гидродинамического типа). Недостатком его является то, что нагрузку на поршень надо относить не к истинному значению величины поперечного сечения поршня, а к определяемой-так называемым эффективным диаметром (с учетом зазора), который для каждого прибора находится индивидуально. Точность его измерения ограничена точностью жидкоатного нометра, по которому производится та ировка прибора. Кроме того, поршневые манометры данного типа совершенно непригодны для измерения быстропеременных давлений. Целью изобретения является повышение точности измерения давлений и перепадов давлений, в том числе и переменных во времени, вследствие исключения влияния гидродинамических сил в жидкостном уплотнении, а также за счет более точной тарировки устройства. Для достижения поставленной цели в измерителе разности давлений, содержащем корпус с установленным в нем на упругой подвескевертикальным цилиндрическим поршнем, разделяющем полости высокого, и низкого давлений, преобразователь перемещения У йдкЬстное уплотнёниё поршн я, корлус в.нижней части непосредственно под пьршнем имеет внутренний коль цевой BticTVrt с горйзонтальнбй торцовой повёрхйбстью, об: ащёйн6Й K° rtSpuiню, который на обращенной к выступу торцЪвой поверхности имеет острую кольцевую кромку е;коническимсКОббй с ве ршиной расположенной BMiie плрс 1Гое РорШо 1т1льнШ 8р|евбй гШерх ности поршня, а полость между поршнем и корпусом залита жидкостью, йе смачивающей материалы поршня и вйступа. Кроме того, в предлагаемом йэмери теле упругая подвёска п6 ршйя помещена в полости высокого давления и соедийена с одйий Ко Н1 М преоб а;зойателя гГерёЯёЩёШ яГ 1Ш Ш неШо1 о в виде тейзопреобр§Гбва;ГёШ17 1цр угрЙ KdTdpbro укреплен йа устанс(:влённой в той же полости раме, жестко соединенной с кбргГрсЩЩ . прй ём -жёсткость подвески больше жесткости преобразбвателя. --- - - - - Разъединейие полостей высокого и тэтйО1РО дайл ения о,бёс1 ёчйваётся жидкостным уплотнением в результате образбвйнйя мениска идкого уплотнй т:еля в зазоре между : орцовыйй:™гг©й1|5х нрст ями поршня й §йс : йа; т; ё. йЬпользуются силы пбЪерхнрстйого йатяжеййя жидкого уплртнйтеляв зазоре. Предельный перепад давлений, выдер жйваемый мениском жидкости, определяется по формуле: да - пред 5 где APnpgjj - предельный перепад давле ,НИЙ-Г- ---- .,-.,.-,.,.:..-„ , О - коэффициент поверхностно . - го натяжения, 9 - краевой угол смачивания, 5 Для обеспечения работоспособности устройства необходимбГ чтобы текущее значенйе перепада давления ( Р) на упЛо йи -еле было всегда меньше предельйого,т .е. Л Р ЛРпргА ПРИ.заполнении устройства в случа изглерШйя давТтёййЙ и пёрепадов давЛЭ НИИ жййкйз ;1 0 й эМоремеждупоршнем и выступом со стороны полости ,;,ниэкрго. давл1ения может всээникнуть вбздушнйй г§Рслойка1 междУ мениском ....,..РЙёХНйтелд:., и; лёриском/ ря° мой Э|511®, 6 йривёдёт к по явлёнйю фполнйтельной погрешнр ст.и за счет влйяйи ЯJ сил поверхностногр натя жеййя измеряемой среды. Для исключения этой погрешности нижняя часть Т5бршн я выполнена с цилиндрической боковой поверхностью со стороны жидкого уплотнителя и то11ц6врй - в виде острой кромки с коническим ско ; сшййутрь;: :;:: ::f;:.v ,,: 1U На фиг.1 изображен продольный разрез описываемого устройства; на

TV - 1 7:1-ЛЙ. oi-S tf H--- ii-i-V; -i-l |фйг,2 - узел 1 фйгЛ; на фйг.З один ИЗ возможных вариантов тарировки устройства,. . Измеритель состоит йз Kopriyca 1, крышки 2, поршня 3, разделяющего . полоски высокого 4 и низкого 5,давдений и под ешёнйого на жесткой и радиаДьйом и податлйво-.упругой в осевом направлении осесимметричной балке 6; жидкого уплотнителя 7, размещенного в кольцевой полости 8, расположенной между поршнем и корпусом и примыкающей к выступу 9. Нижняя часть поршня 3 имеет цилиндрическую наружную боковую поверхность 10- и нижнюю гОрйЗонта:льйую торцовую 11 - в виде кольцевой острой кромки с вершины, располЬженныд выше плоскости горизонталь йой торцовой поверхности выступа 9. К корпусу 1 крепится рама 12, к которой через цилиндрический шарнир 13 и тягу 14 с регулировочными гайками 15 с пбмощью Щтастйн 16 присоединяется упругий лепесток 17. Другим концом лепесток 17 таким же образом прикреплен к поршню 3.. На лепесток 17, наклеены тензогтреобраэрв атели 18. Подврд давлёнийМ полости 4 и 5 осуществляется через трубопроводы 19 и 20. Для йр эдувки полости 4 предусмотрено отверстие в крышке 2 с пррбкой 21. Полость 5 содержит продувочный капилляр 22, впаянный во втулку воздушника 23, уплотняемую сальником 24. Пробка 25 вворачивается в нажимной фланец сальника 26. Для предотвращения попадания материала жидкого уплотнителя 7 в подводящий трубо пррвод 20 устайовлена ловушка 27. Для огранйгчёния перемещения поршня 3 вверх предусмотрены ограничитель|йре кольцо 28 и упорная втулка с буртиком 29, Прикрепляемая к поршню 3. В месте соединения поршня 3 И упругой балки б между нижней тррцовой поверхностью ее центральной ( втулки и пбршнем 3 установлены регулирующие калиброванные по толщине прокладки 30 (см.ф:йг.2) . neitiscTOK 1 изготовляется из тоякрй; металлйческой фольги ,обладающей, xopoши 1й упругост.ью и теплопроводностью, а его жесткость быть значительнр меньше, чем жесткость упругой балки 6. Тёнзопреобразова ®,- . - зае1ся два годин - параллельно направлению перемещения поршня 3, Другой - перпендикулярно. Они . присоединяются к вторичному прибору по мостовой схеме.. Все несущие койструкции Устрбйств1а изготовляются из одайакойбго материала или из материалов,обладающих близкими по величине коэффициентами температурного расширения. Эти условия обеспечивают незавйсимрсть прказаний

устройства от температуры йзмёр1РГёмой среды и окружающего воздуха7 Дляобеспечения особо прецизионных измерений давлений и перепадов давлений Для определения перембщеНИИ поршня 3 может быть применен бесконтактный датчик перемещений, устанавливаемый над поршнем, Напри мер ла,зерный интерферометр. Устройство работает следующим образом. Поршень 3 подвешен на упругой балке б так, что между .его нижней торцовой поверхностью ризонггальной поверхностью выступа 9 в случае равенства давлений в полостях 4 fi 5 имеется зазор, еличина которого выбирается в завйсимости от величины максимального дав ления или перепада давления,ИЗмёряемрго данным устройством. С пс вышением давления в полости 4 относительно полости 5 поршень 3 опускается до тех пор, пока Ойне придет в соприкосновение с выступом 9. При перемещении поршня 3 происходит удлинение лепестка 17, а следовательно, и наклеенныхна него тензопреобразователей 18, что приводит к изменению электрического сопротивления последних. Величина измнения сопротивления может быть намерена известными способами.Подбирая величину базы тензопреобразователей 18, можно изменять чувствительность устройства. Пределы измерения устроства можно изменять, варьируя жесткость балки б, величину зазора межд нижней торцовой поверхностью порщня 3 и выступом 9 и материал жидкоЬр уплотнителя 7 с разными коэффициент)ли поверхностного натяжения. Ограничительное кольцо 28 и втулка с бурти ком 29 предусмотрены для того, чтобы в случае ошибки при подсоединений устройства к измеряемому объекту и превышении давления в полости 5 относительно полости 4 ограничить перемещение вверх поршня 3 так, что деформация балки б оставалась в области упругости.

При сборке устройства начала с помощью прокладок 30 добиваются, чтобы при плотно присоединенной ,к корпусу 1 упругой балке б поршень 3, подвешенный на ней, соприкасался с выступом 9. Затем удаляются часть прокладок 30. Толщина удаленных прокладок равна устанавливаемому зазору между нижней торцЬвой поверхностью поршня 3 и выступом 9. Величину зазора измеряют оптическим катетометром по перемещению поршня 3 от исходного положения до соприкосновения с выступом 9, Затем в кольцевую выборку 8 заливают жидкий уплотнитель 7 так/ чтобы его уровень был выше упомяиуто,то зазора. .

Тарировкуустройства производят слёд ЮЩИМ образом (см.фиг.1 и 3) : удаляют втулку воздушника23 с впаянным в нее капилляром 22 и через отверстие вкорпусе 1 в поршень 3 вворачивают стержень 31 с тарелкой 32, на которой размещают стандартные разновесы 33 и, таким oбpaзQM получают зависимостьсигнала вторичного прибора непосредственно от силы, действующей на поршень 3. Зная геометрические размеры поршня 3, которые можно измерить с большой точностью, и силу, действующую на него, можно точно протарировать устройство.

Достоинством описываемого устройства является высокая точность измерений, достигаема я благодаря замене ГИД150динамического уплотнения поршня жидкостным уплотнением, использующим силы поверхностного натяжения и дeйcтвsющим между торцовыми поверхностями пЬршня и выступа, что обеспечивает возможность введения истиной величины площади сечения поршня. Преимуществом предложенного устройства является также независимость его показаний от абсолютного давления измеряемойсреды и ее температуры, а таше температуры OKiiyжающего воздуха. Независимость показаний от давления осуществляетс.я тем, что лепесток с ензопреобразователями крепится к разгруженной от одностороннего давления раме. Кроме того, все тензопреобразовател находятся при одинаковом давлении и при включении по мостовой схеме зависимость их сопротивления от давления, ощутимая при высоких давлениях, самокомпенсируется. Большим достоинством устройства является его применимость для измерения переменных-во времени давлений и перепадов давлений, в том числе и быстропеременных.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства состоит в повышении точности измерения давлений и перепадов давлений. Так, данное устройство с тензопреобразователями, которое можно применять для технических измерений позволяет получить точностьпорядка 0,1%, а устройство с лазерным .. интерферометром, которое можно применять как эталонное, позволяет получить точность порядка 0,001%. Такая точность достигается тем, что измерение сводится к определению массы, линейных размеров и линейных перемещений, т.е. величин, которые можно измерять с наибольшей точностью.

Формула изобретения

1. Измеритель разности давлений, содержащий корпус с установленным

и нём на упругой подвеске вертикальным цилиндрическим Поршнем, разделяющем полости BfcicoKOto и низкого давлений, преобразователь перемещения и жидкостное уплотнение поршня, о л и.ч а ю щ и И-с я тем, что, с целью повышения тсг ности измерений, корпус в нижней части непосредственно под поршнем имеет внутрён ниЖТсШьцеврЙ выступ;с г6 риШн1тальноШтбрцовбй поверхностью, об ЗДЙНной к поршню, котсчрый на обращенной к выступу торцовой поверхности имеет острую кольцевую кромку с коническим скосом вершиной, расположенной выше плоскости горизонтальной торцовой поверхности поршня, а полость между поршнем и корпусом залита жидкостью, ке смачивающей ма1 ериалы поршня -2. Измеритель non.l отличающий с я тем, что уп|ругая подвеска поршня помещена в полости высокого давления и соединена с одним концом преобразователя перемещения, выполненного в виде тб нзопреобразователя, другой конец которого укреплен на установленной в той же полости раме, жестко соединенной с корпусом, причем жесткость подвески ботГьше жесткости тензопреобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР № 354676, кл. G 01 L 7/16, 1969.

1. Граменицкий В.Н. Грузопоршневые измерительные приборы. М., Издательство стандартов, 1973, с.79 (прототип). .

Т

- го fl

12

2S

13

30