Преобразователь давления Советский патент 1982 года по МПК G01L9/12 G01L13/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике/ в частности к емкостным дифференциальным преобразователям давления с силовой компенсацией и предназначено для измерения давлений разряженных газовых смесей.

Известны емкостные преобразователи с электростатической компенсацией измеряемого давления, которые имеют корпус, образованный двумя расположенными встык с мембраной фланцами, которые связаны между собой для закрепления мембраны, к противоположным торцам фланцев прикреплены , крьюки и мембрана в совокупности с корпусом образуют две полости преобразователя - измерительную и сравнительную, каждый фланец снабжен штуцером для подачн в полости измеряемого и сравнительного давлений, в обоих фланцах на резьбовых кольцах установлены изолированные электроды для создания силовой электростатической компенсации прогиба мембраны, подвижная мембрана в совокупности с электродами образует дифференциальный конденсатор (Ij.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству

является преобразователь давления, содержащий цилиндрический корпус, образованный двумя полыми металлическими цилиндрическими секциями, расположенными торцами встык с электропрюводящей мембраной, находящейся между ними, секции связаны между собой и также по краю мемб аны для образования единой структурной груп10пы. К противоположным торцам секций прикреплены крывдки, крьаики и мембрана собираются для создания в корпусе двух отдельных полостей давления, расположенных на противо15положных сторонах мембраны, каждая полость имеет штуцер для подачи в нее давления. Каждая секция имеет электрод. Электроды изолированы от корпуса и расположены по отношению

20 к мембране таким образом,что образуют с мембраной дифференциальный конденсатор. Изолированные выводы на крышках соединены с центрами электродов для фиксации изменений

25 в емкости конденсатора, вызванных отклонением мембраны в соответствии с перепадом давлений в двух полостях преобразователя, зазор между электродами и мембраной регулирует30ся 2J. В известном преобразователе давления возврат мембраны в исходное положение осуществляется только сила ми электростатического притяжения при подаче на один из электродов компенсирующего напряжения и в случае измерения большого перепада давлений на электрод необходимо подавать высокое (до 600 В), компенсирую щее прогиб мембраны напряжение, что может привести к электрическому искровому пробою воздушного зазора между электродами и мембраной. Цель изобретения - расширение диа пазона измерений преобразователя давления, а также повышение его надежности . Указанная цель достигается тем, что преобразователь давления снабжен подключенной к выводам электрической обмоткой, установленной в теле одного из электродов в плоскости параллельной плоскости мембраны. Эта обмотка предназначена для осуществления электромагнитной компенсации прогиба мембраны, что позволяет при измерении небольших пере падов давлений осуществлять возврат мембраны в нейтральное положение только электростатической компенсацией путем подачи на этот электрод компенсирующего напряжения, а при измерении больших перепадов давления - электромагнитной компенсацией когда при прохождении тока через обмотку электрода он выполняет функ цию воздействующего на мембрану электромагнита, кроме того, при изм рении больших перепадов давлений, возможно одновременное осуществлени электростатической и более мощной электромагнитной компенсацией проги ба мембраны. На фиг. 1 показан преобразовател давления, общий вид, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Мембрана 1 через прокладку 2 зажата с помощью винтов 3 между крышками 4 и 5, имеющими штуцера для подсоединения подводящих пневмоприводов. Уплотнение ножевого типа кры шек 4 и 5 гарантирует герметичность установки мембраны 1. Установка и фиксация электродов 6 и 7 в обеих крышках идентична. Изолированные металлические электро ды 6 и 7 закреплены на опра.вках 8 с помощью изоляционных керамических шайб 9 и 10 и винтов 11, а опра ки 8 установлены в крышках 4 и 5 на резьбе.Оправка 8 зафиксирована коль цевыми пружинными шайбами 12 и конт гайками 13. Изолированные выводы 14 и 15 со щетками предназначены для подключения электрической обмотки 16 электрода 6 к компенсационной схеме и осуществления электромагнитной ко енсации прогиба мембраны 1, вывод 17 и клемма 18 - для подключения измерительной мостовой схеме, фикирующей величину прогиба мембраны 1, а вывод 19 - для подачи на элект од 6 компенсирующего напряжения с целью осуществления электростатической компенсации. Электрод б снабжен контактными токосъемными кольами 20 и 21, по которым при вращении оправки 8 должны скользить щетки выводов 14 и 15 соответственно. Кольца 20 и 21 изолированы от электрода 6 прокладкой 22, и каждое из них подпаяно к одному из двух выводов обмотки. 16. Преобразователь работает следующим образом. Мембрана 1 совместно с электродами 6 и 7. представляет собой дифференциальный конденсатор, одна из емкостей которого образована мембраной 1 и электродом 6, а другая - мембраной 1 и электродом 7. При одинаковых давлениях в обеих плоскостях преобразователя прогиб мембраны 1 отсутствует, и зазоры между электродами 6 и 7 и мембраной 1 выставляются таким образом, что емкости дифференциального конденсатора равны по величине (сбалансированы). В процессе измерений под действием перепада давлений мембрана 1 перемещается, изменяя тем самым величины и соотношение емкостей конденсатора. Разбаланс емкостей фиксируется измерительной мостовой схемой, подключаемой к выводу 17 и клемме 18, которая одновременно управляет подачей компенсирующего прогиб мембраны 1 напряжения на электрод 6 через вывод 19. в момент, когда сила электростатического притяжения (или отталкивания) мембраны 1 к электроду б уравновешивает силу давления, мембрана 1 вернется в исходное положение, а величины емкостей дифференциального конденсатора сравняются. По величине подаваемого на электрод 6 компенсирующего напряжения определяется измеряемая разность давлений. При использовании только электростатической компенсации (в процессе измерения небольших перепадов давлений) большее по величине давление подают в любую полость преобразователя, но при этом в зависимости от направления прогиба мемб{5аны 1 измерительная схема взаимно меняет местами вышеуказанное функциональное подключение выводов 17 и 19 или меняет полярность подаваемого на электрод 6 компенсирующего напряжений. В случаях измерения больших перепадов давлений, когда сила электростатического притяжения (или отталкивания) мембраны 1 к электроду 6

недостаточна для осуществления компенсации ее прогиба или когда для , этого требуется высокое (до 600 в) напряжение, возможно (одновременное с электростатической) осуществление и более мсяцной электромагнитной компенсации. При этом напряжение электростатической компенсации повышают лишь до определенного преде1ла (например, 50 в), а дальнейшая компенсация осуществляется электромагнитной либо наоборот, ток в электрической обмотке 16 повышают до определенного значения (напри-мер, 2 А), а дальнейшая компенсация осуществляется электростатически.

Электромагнитная компенсация осуществляется электродом 6, когда при прохождении тока через электрическую обмотку 16 он выполняет функцию воздействующего на мембрану 1 электромагнита, причем сила притягивания мембраны 1 к электроду 6 возрастает при увеличении силы тока. По величине силы тока определяется измеряемая разность давления (с учетом, конечно, и воздействия электростатической компенсации при их одновременном осуществлении). При, использовании электромагяи ной компенсации большее по величине давление подается в ту полость преобразователя, где находится электрод с электрической обмоткой, так как электромагнит работает

Iтолько на притягивание мембраны.

Наличие электрической обмотки в теле одного из электродов позволяет

использовать дополнительно к электростатической более мощную электромагнитную компенсацию прогиба мембраны, что расширяет .диапазон измеряемых давлений в область более высоких давлений и повышает надежность за счет снижения напряжения электростатической компенсации при измерении больших перепадов давлений.

Формула -изобретения

Преобразователь давления, содержащий корпус, в котором расположены образующие дифференциальный конденсатор чувствительная мембрана и металлические электроды с выводами, включенными в электрическую схему силовой компенсации, элементы изоляции, перемещения и фиксации электродов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения надежности, он снабжен подключенной к выводам электрической обмоткой, установленной в теле одного из электродов в плоскости, параллельной плоскости мембраны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.йпексеев Н.Г. и др. Г именение электронных приборов и схем

в физико-химическом исследовании. М., ГХИ, 1961, с. 436.

2.Патент США № 3232114,кл.73-398 1966 (прототип).