Устройство для измерения разности давлений и способ его изготовления Советский патент 1980 года по МПК G01L13/02 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для измерения разности давлений. Известно устройство, содержащее корпус, две. гофрированные мембраны с профильными упорами и электрический преобразователь, образующие вместе измерительный преобразователь в известных устройствах мембрана защищена от перегрузок с .помощью профилированных упоров, ограничивающих ее прогиб. Однако в этом случае затруднительно согласовать профили мембраны и упоров. Цель изобретения - заицита мембра ны от перегрузок. Эта цель достигается тем, что ка дый упор содеря ит две секции с зеркально-симметричными профилями в форме концентрических колец, высту пы и впадины которых имеют форму дуг, соединенных между собой по касательной, длины радиусов которых отличаются на толщину мембраны, при чем между секциями расположена скре .планная между ними по кромке мем1бра на, а обе мембраны связаны тягбй, в полненной с буртиком посредине и магнитомягкими шайбами по концам, проходящей через центральные отверстия в упорах, причем корпус образован двумя упорами, скрепленны,1и по кромке между собой выточками, в которых расположены катушки преобразователя с сердечниками, имеющими ограничители тяги, а внутренние полости корпуса соединены мелзду собой посредством отверстий и выемок и заполнены маслом. . Устройство кюжет быть снабжено разделительными мембранами с капиллярными отверстиями, укрепленными На торцах корпуса посредством колец с фланцами, а также крышками, закрыВсИощими эти мембраны. Кроме того, заготовки мембран, прикрепленные к секциям упоров, формуют пуансоном с профилем, обратным профилю упоров посредством знакопеременных усилий, затем путем развальцовки и вытя;Кки выполняют центральные отверстия в мембранах, вставляют тягу, составляют секции и скрепляют их по кромкам, затем в крайнем положении поочередно скрепляют каждую

мембрану с тягой и заполняют корпус маслом под вакуумом.

Измерительный преобразователь состоит из двух тонких мембран, жестк соединенных между собой по центрам, и упоров, причем при перегрузке каждая мембрана ложится на соответствующий ей упор, а внутренняя полость измерительного преобразователя заполнена жидкостью.

В таком элементе при перегрузке в контакт с упором вступает только одна мембрана. Тем самым, двойная мембранная система . самозащищена от перегрузок, а деформации исключены .

На фиг.1 показан измерительный преобразователь; на фиг.2 и 3 - устройство для измерения разности давлений с измерительным преобразователем; на фиг.4 - построение профиля мембраны; на фиг.5 - профиль пуансона; на фиг.6-13 - операции технологического процесса изготовления; на фиг.14 - характеристика -устройства.

Устройство содержит упор первой секции 1, упор второй его секции 2, центральное отверстие 3, выточку 4, соединительную тягу 5, буртик 6, мембраны 7, сварочный шов 8, отверстие 9 для заливки, шарик 10, толкатель 11, основание 12, шайбу-сердечник 13, катушки съема сигнала 14 фланец 15, ось вращения 16,. каналы электропроводов 17 и 18, рабочий объем 19, гермоввод 20, корпусное кольцо 21, разделительную мембрану 22, крышку 23 разделительной мембраны, крышку корпуса 24, подмембран.ную полость 25, входное отверстие 2 сечение профиля 27, плоскость внешних участков профиля 28, сечение профиля пуансона 29, сечение мембраны 30, профиль штампа 31, штамповочный пуансон 32, вырубной инструмент 33, центрирующий,поясок 34, вытяжной инструмент 35, центрирующий поясок 36, соединительное отверстие 37, радиальные выемки 38, уравнительное отверстие 39, профили упоров 40, внутренние участки 41 профилей внешние участки профилей 42, винтов соединение 43, выемки 44, прилив 45 выточку 46, разделительную прокладку 47 и капилляры 48.

Согласование профилей мембран и упоров достигается тем, что каждый упор состоит из двух секций с зеркальным расположением профилей, причем эти секции сварены между собой. Сварйу осуществляют неплавящимся вольфрамовЁПл электродом в инертной среде. ,

yseJi yiiopa по оси вращения имеет центральное отверстие с выточкой,в котором свободно расположена, соединительная тяга с буртиком, входящим в выточку. Эта выточка ограничивает

осевое перемещение соединительной тяги и тем самым ограничивает осево перемещение соединительной тяги и тем самым ограничивает деформацию мембраны.Устройство содержит две мембраны, приваренные по внешней кромке к упорам первой и второй секций, а по внутренней кромке - к соединительной тяге. Расстояние между мембранами по соединительной тяге выбрано так, чтобы обеспечивал разносторонний контакт мембран с прфилями упоров при одновременном касании буртика соединительной тяги с дном выточки центрального отверстия.

внутреннее пространство измерительного преобразователя имеет незнчительный объем VQ, который заполне силиконовым маслом. Для. заливки имеется радиальное заливочное отверстие, с выточкой, которое закрыто шариком, запрессованным в эту выточку, с помощью толкателя.

г1ри запресовке шарика возникает дополнительный объем, который можно задать по формуле

С( ,„; + PS Х , (1) где Т, - температура прессовки

минимальная рабочая темпеmitратура :, - максимальное статическое

. давление; о( - температурный коэффициент

объемного расширения; X. - сжимаемость силиконового

масла

VQ - объем измерител1ьного преобразователя.

Дополнительный объем необходим, чтобы исключить самопроизвольную деформацию мембран при минимальной тетипёратурё и максимальном статическом давлении, когда объем наполняющей жидкости становится минимальным

При перегрузке мембрана касается упора центральной своей областью, причем протйвОлежащая сторона соответственно имеет большую выпуклость а затем Ловится на упор полностью.

Для уменьшейия времени действия предусмотрены отверстия и выемки, соединяющие полости обеих секций :между собой, для перетекания жидкости, заполняющей измерительный преобразователь.

Эффективность соединения можно оценить значением коэффициента, которое должно быть много больше единицУ и определяется по формуле

в

s

.,

nЗ У{1-П)У

где Vj - объем зазора между центральным отверстием и соединительной тягой;

V - объем центрального отверстия;

V. - объём дополнительного отверстия . Эффективность тем больше, чем меньше измеряемая разность рабочих давлений, Кроме того соединительные отверстия и выемки препятствуют слипанию мембран с упорами после снятия пере грузки. Рсщиус, размеры профилями толщин мембраны выбраны так, чтобы обеспечить заданное осевое перемещение двойной мембраной системы в обе стороны при измеряемой разнице давл ний. Перемещение соединительной тяги преобразуется э электрический сигнал Для этого соединительная тяга с обо их концов снабжена сердечниками-шай бами из магнитомягкого материала, с регулировкой их положения вдоль оси. Против этих сердечников расположены индуктивные катушки съема си гнала, которые вместе с сердечникам образуют переменную индуктивность. Кроме того, система преобразования перемещения соединительной тяги может быть выполнена и на тензометрических Датчиках сопротивления. Описанный измерительный преобразоватеАь входит в устройство для измерения разности давлений (см. фиг. 2) . Для защиты от коррозии измерител ный преобразователь закрыт крышками с разделительными мембранами, а также кольцами и крышками корпуса, которые имеют соответствующие уплот нения и стянуты резьбовыми деталями Разделительные подмембранные полости Vp и Vpg имеют незначительный объем и также заполнены жидкостью. Разделительные мембраны не несут функции защиты от перегрузок. Поэто му вместо них можно использовать капилляры с разделительными проклад ками (см.фиг.3). На фиг. 4. показано сечение половины профиля. В случае равномерного профилирования внешний участок профиля RA имеет радиус R , внутренний участок профиля - радиус R которые связаны значением h R - R, , где h - толщина стенки мембраны.. Оба участка профиля связаны каса тельной Т , длина которой L должна быть больше нуля. Высота профиля Н и толщина стено h выбраны так, чтобы обеспечить заданную жесткость мембраны. Профилирование начинается с внешнего экстремума кривой и заканчивается вну. тренним экстремумом. На фиг.5 показано сечение профиля штамповочного пуансона с концентрическими кольцами шириной В и радиусом кривизны Rj . Высота Н выбрана так, что пуансон формирует (лишь внутренние участки профиля, мем браны.При этом профиль пуансона выполнен таким,что с пуансоном имеют соприкосновение только внутренние участки профилей. Внешние участки профилей, касательные и плоскость центра образуются на мембране только путем ее вытяжки при пределе текучести . Тем самым штамповка ICOOTseTствует режиму перегрузки, при котором эти мембраны получают окончатель У° Фоому. Профиль пуансона состоит из концентрических колец, средние радиусы которых равны радиусам экстремумов соответствующих внутренних участков профилей. Ширина кольца в данном случае равна Ь 2(R.j- h) . Эти кольца ограничены на стороне штампа радиусом R соответственно фбрмуле R . При равномерном профилировании радиусы равны Rj R. Высота колец обеспечивает то. что пуансоном будут захвачены только внутренние участки профилей. Описанное устройство обеспечивает полный контакт поверхностей мембран и жестких упоров лишь при определенной технологии, которая обеспечивается при соблюдении следующих условий. Вначале плоские заготовки мембран сваривают по кромкам с упорами первой и второй секции (см. фиг.6) . Затем производится опрессовка мембран по обеим секциям (см. фиг .7). Далее инструментом, зафиксированным относительно центра, пробивают центрсшьное отверстие мембран (см.фиг.8). Затем производят калибровку и вытяжку кромок центральных отверстий мембран инструментом, который фиксирован относительно отверстий (см.фиг.9). Указанная вытяжка необходима для подготовки внутренних кромок под сварку. На фиг. 10 обе секции с предварительно вставленной соединительной тягой свариваются между собой по периметру. На фиг.11 показана сварка мембраны с соединительной тягой. Сварку производят в таком положении, когда соединительная тяга и мембрана посредством независимого приложения усилий F и fg поджаты к соответствующим упорам по профилю и выточке. На фиг.12 показан соответствующий процесс с обратной стороны. При этом мембрана секции приподнимается со своего упора. После сварки обеих мембран полученная двойная мембранная система занимает нейтральное,т.е.исходное,положение, как это показано на фиг.13,где изображен процесс заливки измерительного преобразователя под вакуумом.Заливку производят силиконовым маслом, которое заполняет преобразователь до краев заливочного отверстия. Затем -в выточку этого отверстия вкладывают Шарик и поджимают его до упора тол кателем. После заливки преобразователь подвергают тренировочному режиму дл заневоливания материала мембран.Для этого устройство для измерения разн сти давлений собирают с измерительн преобразователем (см. фиг.2) и пода максимальное статическое давление в входные отверстия пр ибора поперемен пока отклонения от исходного положе ния не исчезнут, либо не станут сим метричными, повторяя нагрузочные цик лы не менее пяти раз. На фиг.14 показана характеристика преобразователя, где Р, - диапазон измерения (разность давлений); разность давлений, , котором происходит контакт мембран с упорной частью, т.е. предел разрешающей способности системы; максимально допустимое статическое давление, на которое рассчитаны упоры. Эффективность изобретения состоит в высокой надежности защиты от перегрузок благодаря описанному принципу контакта мембран по профилю. Дополнительные узлы для удержания центра мембран посредством изме 1ритёльных пружин или посредством силовых компенсаторов, которые, выступают, в функционирование только при пёрёЕру зках и действуют на вытеснение объема без значительного приема на себя давления, не нужны. Данное техническое решение требует точного согласования профилей мембраны и упора. . Измерительный элемент может быть применендля измерений разнести давлений и для защиты от перегрузок устройств измерения разностного.давления с разделенными мембранами или без таковых, либо с разделительными прокладками с помощью параллельно работающих устр зйств с различ:ными диапазонамиизмерения. Формула изобретения 1. Устройство для измерения разности давлений, содержащее корпус. две гофрированные мембраны с профи{1ьными упорами и электрический преобразователь, образующие измерительный преобразователь, отличающееся тем, что, с целью защиты, мембраны от перегрузок,.каждый упор выполнен из двух секций с зеркальносимметричными профилями в форме концентрических колец, выступы и впадины которых имеют форму дуг, соединенных между собой по касательной, длины радиусов которых отличаются на толщину мембраны, причем между секциями . расположена скрепленная с ними по кромке мембрана, а обе мембраны-связаны тягой, выполненной с буртиком посредине и магнитомягкими шайбами по концам, проходящей через центральные отверстия в упорах, причем корпус образован двумя упорами,. скрепленными по кромкам между собой, с выточками, в которых расположены катушки электрического преобраз.рватеЛя с сердечниками имеющими ограничители хода тяги, а внутренние полости корпуса соединены между собой посредством отверстий и выемок и за- . полнены маслом. 2.Устройство по П.1, о т л и ,чающееся тем, что в него введены разделительные мембраны с апиллярными отверстиями и крышки, установленные по торцам корпуса, причем мембраны укреплены посредством колец с фланцами. 3.Способ изготовления устройства попп.1и2, отличающийс я тем, что заготовки мембран, прикрепленные к секциям упоров, формуют пуансоном с профилем, обратным профилю упоров посредством знако- переменных усилий, затем путем развальцовки и вытяжки выполняют центральные отверстия в мембранах, вставляют тягу, составляют секции и скрепляют их по кромкам, затем в крайнем положении поочередно скрепляют каждую мембрану с тягой и заполняют корпус маслом под вакуумом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. Машиностроение, 1975, С.604, фиг.У-58. 2 / Z7 7 /J iMj /; 6 я J3 7 4 4s / . иг. / / . . . y 7 f9 -/2 эд 6

fpue.s