CN109900415B - 一种压力压差变送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，且公开了一种压力压差变送器，包括底座和正压隔离膜片，底座的端面且位于正压隔离膜片的内侧设有尖峰脉冲过滤装置，尖峰脉冲过滤装置包括缓冲槽、密封活塞、缓冲簧、定位拉杆和承压件，定位拉杆在缓冲簧的受压弹力作用下将密封活塞拉住定位在缓冲槽内。本发明通过在底座的高压腔室内设尖峰脉冲过滤装置，并将缓冲簧受压的初始状态设定为正压隔离膜片达到标定压力值时产生的位移极限处，当系统受到流体尖峰或脉冲作用时，超过阈值的压力则会优先通过正压隔离膜片作用承压件，带动密封活塞压缩缓冲簧，超过阈值的压力位移则会因硅油进入缓冲槽内而获得缓冲，有效保护中心感压膜片以及相关电容免受尖峰脉冲影响。

Description

一种压力压差变送器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种压力压差变送器。

背景技术

变送器即凡是能输出标准信号的传感器，其是基于负反馈原理工作的，主要由测量部分、放大器和反馈部分组成，是过程控制工艺中常用的检测设备，按其压力-信号转换方式可分为：电阻应变片式压力变送器、扩散硅压力变送器、陶瓷压力变送器等。其中，压力变送器以电容变化量显示压力检测值的变送器也叫差压变送器。

如图1所示，中心感压膜片2为测量膜片，又叫可动式电极，其与两侧的弧形电极6形成两个电容极板，负压隔离膜片3和正压隔离膜片4分别为低压腔室隔离膜与高压腔室隔离膜，中心感压膜片2与负压隔离膜片3和正压隔离膜片4分别形成两个腔，其内均填充硅油5，硅油5的特点是受压变形小，可完美传递压力形变量，当正压隔离膜片4侧流体压力改变时，会使得中心感压膜片2向压力小的一侧位移，由此，两侧的极板间距变化，形成差动电容，差动电容的相对变化值与被测压力成正比，经过放大器电路放大后进行反馈控制。

在过程控制过程中，对变送器的选型需参考系统的最大压力值参数，一般来说，压力变送器压力最大值应该达到系统最大压力值的1.5倍，但是，一些水压等流体有压力尖峰或连续的脉冲，这些尖峰可能会达到“最大”压力的5倍甚至10倍，连续的高压脉冲，接近或者超过变送器的最大额定压力，会对测量膜片或电容造成损害，会缩短变送器的使用寿命，为解决上述问题，先有尝试通过提高变送器的额定压力，但是此举会牺牲变送器的分辨率，另一种方式则是在系统中采用缓冲器来减弱尖峰，但是这会降低传感器的响应速度。为此，提出一种压力压差变送器，旨在解决流体尖峰脉冲问题，在选择变送器时，系统性能与变送器寿命之间提供一种优选方案。

发明内容

针对背景技术中提出的现有差压变送器在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种压力压差变送器，具备流体尖峰脉冲防护功能的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种压力压差变送器，包括底座和正压隔离膜片，所述底座的端面且位于正压隔离膜片的内侧设有尖峰脉冲过滤装置，所述尖峰脉冲过滤装置包括缓冲槽、密封活塞、缓冲簧、定位拉杆和承压件，所述缓冲槽开设于底座端面的波谷中心处，所述缓冲槽的内部滑动连接有将缓冲槽内腔分隔为左右两个容腔的密封活塞，所述密封活塞的一侧通过缓冲簧与缓冲槽的内底固定连接，所述密封活塞的一侧还设有定位拉杆，所述定位拉杆在缓冲簧的受压弹力作用下将密封活塞拉住定位在缓冲槽内，所述密封活塞的另一侧设有可与正压隔离膜片受超过额定压力作用而接触的承压件。

优选的，所述缓冲簧处于受压状态的初始弹力值为仪器的额定压力值。

优选的，所述承压件采用轻质空心材料，且自由端为圆平面，另一侧为球形面，球形面的曲率与该位置处的底座的波浪形端面波谷曲率相同。

优选的，所述定位拉杆为受拉张紧的拉绳，所述定位拉杆的张紧状态保持承压件不动的位置为正压隔离膜片受额定压力作用时与承压件接触处。

优选的，所述定位拉杆还可为伸缩筒。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过在底座的高压腔室内设尖峰脉冲过滤装置，并将缓冲簧受压的初始状态设定为正压隔离膜片达到标定压力值时产生的位移极限处，从而，在正压隔离膜片受到正常压力时，因缓冲簧的弹力作用，密封活塞不会产生位移，硅油将压力位移正常传给中心感压膜片进行测量，当系统受到流体尖峰或脉冲作用时，超过阈值的压力则会优先通过正压隔离膜片作用承压件，带动密封活塞压缩缓冲簧，超过阈值的压力位移则会因硅油进入缓冲槽内而获得缓冲，有效保护中心感压膜片以及相关电容免受尖峰脉冲影响。

2、本发明通过定位拉杆的设定，可将始终受压状态的缓冲簧固定在定位拉杆的张紧位置，从而，保障缓冲簧对密封活塞始终处于系统压力最大值的弹力作用下，即定位拉杆与缓冲簧的协同作用，可使得尖峰脉冲过滤装置在系统正常压力范围内工作时不受尖峰脉冲过滤装置设定而影响分辨率，在系统有尖峰脉冲时及时启动响应，消除尖峰脉冲影响，使得该变送器既可以达到最佳的分辨率也可以保障中心感压膜片及其形成组件的使用寿命长效。

附图说明

图1为本发明结构剖视图；

图2为本发明图1的A处局部放大示意图；

图3为本发明定位拉杆与密封活塞安装示意图。

图中：1、底座；2、中心感压膜片；3、负压隔离膜片；4、正压隔离膜片；5、硅油；6、弧形电极；7、尖峰脉冲过滤装置；71、缓冲槽；72、密封活塞；73、缓冲簧；74、定位拉杆；75、承压件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种压力压差变送器，包括已公开的电容式差压变送器的测量部分，具体包括底座1、中心感压膜片2、负压隔离膜片3、正压隔离膜片4、硅油5和弧形电极6，两半底座1通过四组螺栓拧合在一起形成密闭内腔，两侧的底座1中部设有中心感压膜片2，底座1的内部嵌设有玻璃座，其玻璃座内壁设有弧形的弧形电极6，弧形电极6与中心感压膜片2形成电容，底座1的两侧分别设有负压隔离膜片3和正压隔离膜片4，负压隔离膜片3和正压隔离膜片4与底座1的连接处均是通过O型密封圈挤压密封，中心感压膜片2与负压隔离膜片3和正压隔离膜片4之间的容腔均填充有硅油5，其中，负压隔离膜片3一侧为低压腔，正压隔离膜片4的一侧为高压腔，在上述现有电容式差压变送器的高压侧设有尖峰脉冲过滤装置7，即在底座1的一侧且靠近正压隔离膜片4的位置设有尖峰脉冲过滤装置7，所述尖峰脉冲过滤装置7包括缓冲槽71、密封活塞72、缓冲簧73、定位拉杆74和承压件75，缓冲槽71开设在底座1端面的波浪形低谷中心处，缓冲槽71的内部滑动密封连接有密封活塞72，密封活塞72的外部通过设两层密封圈并贴壁油封，密封活塞72的一侧通过缓冲簧73与缓冲槽71的内底固定连接，同时，在密封活塞72的同侧设有定位拉杆74，定位拉杆74在非工作状态下处于张紧状态，在密封活塞72的另一侧固定连接有承压件75，承压件75为轻质材料，承压件75的自由面为圆平面，其一侧为球形面，曲面的曲率与底座1端面的波浪形曲率相同。

通过在高压腔内设置可移动的密封活塞72，当设备在正常设定的流体压力内检测时，因缓冲簧73的弹力效果，正压隔离膜片4位移带动硅油5的位移不会使得密封活塞72发生位移，从而保障了检测设备在额定压力范围内的正常检测工作，而当系统中流体有尖峰脉冲超过额定压力后，正压隔离膜片4即与承压件75接触，推动承压件75带动密封活塞72位移，压缩缓冲簧73，向左位移的密封活塞72给缓冲槽71内预留出额外的储油空间，弥补因正压隔离膜片4位移导致中心感压膜片2与正压隔离膜片4容腔体积减小的空间，从而，由缓冲簧73缓冲尖峰脉冲冲击，同时，因缓冲的位移量导致的储油容腔变化量由缓冲槽71的可储油容腔变化量填补，从而避免了硅油5将正压隔离膜片4的超阈值位移传递完全的传递到中心感压膜片2上，进而达到最佳的缓冲保护效果，既不影响变送器的分辨率，也不降低传感器的响应速度，可提供一个变送器在分辨率与响应速度方面双向兼具的前提下提高仪器使用寿命的选择方案。

其中，缓冲簧73始终处于受压状态，且缓冲簧73处于受压状态的初始弹力值即为仪器的额定压力值，此举可保障仪器在额定压力值范围内工作时，其流体压力值不足以将缓冲簧73压缩，因此密封活塞72不位移，定位拉杆74仍处于张紧状态，正压隔离膜片4受压位移则通过硅油5传递给中心感压膜片2，实现正常分辨率标准的检测，当系统达到额定压力值时，则正压隔离膜片4与承压件75接触并推动密封活塞72位移，压缩缓冲簧73，既能保障仪器正常检测工作，又能实现尖峰脉冲时刻的缓冲保护措施。需要说明的是，缓冲簧73对密封活塞72弹力的初始值设定由缓冲簧73本身受压形变量以及缓冲槽71内空压决定，若缓冲槽71内真空，则该初始弹力值完全由缓冲簧73受压形变提供，若有空压(如一个大气压强)，则该初始弹力值由缓冲簧73受压形变与空压力综合提供，组合值为额定压力值。

其中，定位拉杆74为受拉张紧的拉绳，定位拉杆74的张紧状态保持承压件75不动的位置为正压隔离膜片4受额定压力作用时与承压件75接触处，即系统达到最大额定值后，超过阈值的压力将优先于通过硅油5传递给中心感压膜片2，直接作用在承压件75上，并由缓冲簧73缓冲，使得中心感压膜片2能够在尖峰脉冲阶段得以及时的保护。

其中，定位拉杆74还可为伸缩筒状。对于定位拉杆74的绳状或伸缩筒状，其安装方式均可参阅图3所示，将定位拉杆74的一端固定于缓冲槽71的内底，另一端穿过密封活塞72的内部并在端部由螺栓紧压固定，由此可便于实现密封活塞72的安装，同时有螺栓紧压配合密封垫片保障其密封性能。

其中，承压件75采用轻质空心材料，且自由端面为圆平面，提高与正压隔离膜片4的接触面积，能够更好的将流体尖峰压力传递至密封活塞72，另一端为球形面，且与底座1端面的波浪面曲率相同，以便于承压件75的位移不受阻，轻质空心材料在硅油5中可减小因自重导致密封活塞72的外周密封圈受弯矩发生形变，影响密封性能，具体的可采用空心铝外镀不锈钢。

其中，尖峰脉冲过滤装置7需置于底座1端面的波浪形低谷中心处，一般来说，正压隔离膜片4会优先与波浪形面的波峰接触，将容腔的硅油5聚集在各低谷段，正压隔离膜片4继续受压位移，方可达到额定压力值，因此将尖峰脉冲过滤装置7置于波谷处，可更好的滞后性，执行仪器尖峰脉冲的保护效果。

本发明的工作原理如下：

在额定压力值范围内，仪器正常工作段，正压隔离膜片4受压位移，正压隔离膜片4不与承压件75接触，硅油5受压传递至密封活塞72的压力小于缓冲簧73对密封活塞72的弹力，因此密封活塞72不动作，硅油5将正压隔离膜片4的位移完全的传递至中心感压膜片2上，实现额定压力值范围内的仪器检测分辨率；在系统内流体有尖峰脉冲时，正压隔离膜片4受压位移，正压隔离膜片4与承压件75接触，推动承压件75带动密封活塞72向缓冲槽71内底方向移动，压缩缓冲簧73，一方面，缓冲簧73缓冲正压隔离膜片4的压力，另一方面，向缓冲槽71内底移动的密封活塞72导致缓冲槽71内可容纳硅油5的容腔增大，正压隔离膜片4位移推动硅油5进入缓冲槽71内暂时存储，不会通过硅油5将位移传递给中心感压膜片2，保障了中心感压膜片2的安全性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种压力压差变送器，包括底座（1）和正压隔离膜片（4），其特征在于：所述底座（1）的端面且位于正压隔离膜片（4）的内侧设有尖峰脉冲过滤装置（7），所述尖峰脉冲过滤装置（7）包括缓冲槽（71）、密封活塞（72）、缓冲簧（73）、定位拉杆（74）和承压件（75），所述缓冲槽（71）开设于底座（1）端面的波谷中心处，所述缓冲槽（71）的内部滑动连接有将缓冲槽（71）内腔分隔为左右两个容腔的密封活塞（72），所述密封活塞（72）的一侧通过缓冲簧（73）与缓冲槽（71）的内底固定连接，所述密封活塞（72）的一侧还设有定位拉杆（74），所述定位拉杆（74）在缓冲簧（73）的受压弹力作用下将密封活塞（72）拉住定位在缓冲槽（71）内，所述密封活塞（72）的另一侧设有与正压隔离膜片（4）受超过额定压力作用而接触的承压件（75）。

2.根据权利要求1所述的一种压力压差变送器，其特征在于：所述缓冲簧（73）处于受压状态的初始弹力值为仪器的额定压力值。

3.根据权利要求1所述的一种压力压差变送器，其特征在于：所述承压件（75）采用轻质空心材料，且自由端为圆平面，另一侧为球形面，球形面的曲率与承压件（75）位置处的底座（1）的波浪形端面波谷曲率相同。

4.根据权利要求1所述的一种压力压差变送器，其特征在于：所述定位拉杆（74）为受拉张紧的拉绳，所述定位拉杆（74）的张紧状态保持承压件（75）不动的位置为正压隔离膜片（4）受额定压力作用时与承压件（75）接触处。

5.根据权利要求1所述的一种压力压差变送器，其特征在于：所述定位拉杆（74）为伸缩筒。