SU1763916A1 - Датчик разности давлений - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение может быть использовано с целью повышени  чувствительности датчика давлени . Сущность изобретени : в датчике разности давлений, содержащем корпус 11 с мембранами 1, 2, 3,4,5,6,7, 8, 9, и преобразователь перемещени , нечетное число упругих мембран, образующих четное число полостей, соединены ст жкой, при этом мембраны с четными номерами выполнены большего диаметра, чем мембраны с нечетными номерами , а толщина первой и последней мембран больше, чем остальных. Полости с четными номерами св заны между собой и патрубком, подвод щим одно из давлений, а полости с нечетными номерами также соединены между собой и патрубком, подвод щим другое давление. Все мембраны уравновешены силами статического давлени  и упруго деформируютс  только под действием малой величины разности давлений . 1 ил. 13 VJ Оч CJ чэ

Description

Изобретение относитс  к точному приборостроению , а именно к датчикам разности давлений (датчикам перепада давлени , дифманометрам).

Известны датчики разности давлений, содержащие одну упругую мембрану 1, 2. Однако, в датчике 1 электрический преобразователь перемещений мембраны омываетс  контролируемой средой, что недопустимо по требовани м взрывобезо- пасности в услови х добычи и транспортировки газа и нефтепродуктов. В датчике 2 преобразователь перемещений упругой мембраны отделен от контролируемой среды дополнительным трубчатым элементом, снижающим чувствитель датчика, особенно дл  больших давлений и малых перепадов.

В дифференциальном датчике давлени  3 теоретически может быть достигнута высока  чувствительность. Однако, в силу того , что чувствительные элементы - мембранные коробки нагружены полным давлением, уравновешенным только упругими деформаци ми последних, такой датчик не может быть использован при давлени х в дес тки и сотни атмосфер из-за ограничений по прочности.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности датчика,

Указанна  цель достигаетс  тем, что в датчике число мембран нечетное, они закреплены в корпусе по своим наружным диаметрам и скреплены между собой по центру штоком, причем все четные мембраны выполнены большего диаметра, чем нечетные , а толщина первой и последней мембраны больше, чем толщина других мембран, при этом нечетные полости между мембранами сообщены с одним штуцером, а четные полости - с другим.

Повышение чувствительности датчика достигаетс  в предлагаемом техническом решении наличием многократно повтор ющегос  нечетного числа мембран и четного числа полостей (в прототипе только два упругих элемента, образующих три полости), что позвол ет многократно суммировать силы от малого значени  разности давлений Pi-P2 и взаимно уравновешивать силы от большого значени  статического давлени .

Повышение чувствительности вызвано увеличением хода ст жки из-за суммировани  на ней многократно повтор ющихс  сил. Ст жка одновременно подкрепл ет внешние мембраны, снижа  тем самым возникающие в них напр жени  и позвол ет снизить их толщину и, следовательно, увеличить их податливость.

1763916

еоюэ

Наличие разности площадей больших и малых мембран также ведет к повышению чувствительности датчика.

На чертеже изображена схема датчика

разности давлений, содержащего, например , дев ть мембран 1-9, которые вместе со ст жкой 10 и корпусом 11 образуют восемь полостей 12-19, четыре из которых 12, 14, 16, 18 сообщаютс  между собой и с патруб0 ком 20, подвод щим давление Pi, а полости 13, 15, 17, 19 сообщаютс  между собой и с патрубком 21, подвод щим давление Р2. На корпусе 11 и ст жке 10 условно показаны элементы преобразовател  22 перемеще5 ний ст жки 10 относительно корпуса одного из известных типов.

Датчик работает следующим образом. При равенстве давлений Pi и Р2 в полост х 12,14,16,18 и 13,15,17,19всеэлемен0 ты датчика нагружены равными и противоположно направленными силами, уравновешивающими друг друга. При этом мембраны 2-8 остаютс  плоскими и ст жка 10 занимает среднее положение. Мембран ы

5 1 и 2 нагружены полным давлением Pi-Pa и удерживаютс  от симметричных перемещений ст жкой 10. При по влении разности давлений Pi и Р2 равновесие сил нарушитс , поскольку на каждую из мембран 2, 4, 6, 8

0 будет действовать сила, пропорциональна  разности давлений PI и Р2 и разности площадей большей и меньшей мембран, например 2 и 3. При этом кажда  из мембран 2, 4, 6,8 упруго перемещаетс  в сторону меныие5 го давлени , выгиба  ст жкой 10 внешние мембраны 1, 9. При некотором смещении ст жки достигаетс  равновесие между силами давлени  и силами от упругих деформаций мембран. Смещение ст жки пропорциональ0 но разности давлений, разности площадей большей и меньшей мембран и числу мембран . В качества преобразовател  перемещений могут быть использованы индуктивные, струнные и другие датчики перемещени ,

5 включенные по дифференциальной схеме. Повышение чувствительности датчика разности давлени  достигаетс :

-суммированием на выходном звене (ст жке) малых сил от разности давлений,

0 приложенных со стороны многократно повтор ющихс  чувствительных элементов (мембран), число которых теоретически не ограничено;

-повышенное податливостью каждой 5 из мембран, поскольку они изгибаютс  под

действием только малой разности давлений и, следовательно, могут иметь минимальную толщину и максимальные размеры, Последнее обсто тельство следует из соотношений (1), (2), (3) см. 4, стр. 240.

W0

PR 64D

0).

D

EhJ

GKB - 0,666

PR h2

12(1 -/) (3),

где Wo - смещение центра мембраны от давлени  Р,

R - радиус мембраны,

D - жесткость пластины,

Е - модуль упругости материала мембраны ,

/и - коэффициент Пуассона,

h - толщина мембраны.

Ожв эквивалентные напр жени  в мембране;

- наличие ст жки, котора  подкрепл ет внешние мембраны и снижает тем самым напр жени , возникающие при подаче в датчик давлений Pi и Р2, поэтому оказываетс  возможным снизить толщину этих мембран и, следовательно, их жесткость.

Особенность датчиков разности давлений (датчиков перепада давлени , дифференциальных датчиков)  вл етс  то обсто тельство, что они должны реагировать на малые величины разности Р1-Р2 двух относительно больших давлений PI и Р2.

Например, дл  датчика САПФИР 22 ДД модель 2410 (см. 51, стр. 190) разность P-I-P2 25 х кгс/см2 при Р1 40 кгс/см2. Поэтому в датчиках, выполненных по схеме прототипа, невозможно сохранение их чувствительности при повышении статического давлени  Р, поскольку полное статическое давление в каждой из манометриче- (2) ских коробок уравновешено только силами

их упругих деформаций, а не силами от ста- 5 тического давлени . Это ограничение св зано с прочностью конструкции. В предлагаемом техническом решении все чувствительные элементы (мембраны) уравновешены силами статического давлени  и 10 упруго деформируютс  только под действием малой величины разности давлений PIР2 .

В итоге может быть достигнута высока  чувствительность измерений малых разно15 стей давлений Рч и 2 при больших статических давлени х.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик разности давлений, содержащий корпус, не менее трех соосно располо20 женных в нем мембран, образующих полости между ними, расположенный соосно мембранам шток, преобразователь перемещени  центра мембран в выходной сигнал и два штуцера дл  подачи минусо25 вого и плюсового давлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности, в нем число мембран нечетное , они закреплены в корпусе по своим наружным диаметрам и скреплены между

   30 собой по центру штоком, причем все четные мембраны выполнены большего диаметра, чем нечетные, а толщина первой и последней мембраны больше, чем толщина других мембран, при этом нечетные полости между

   35 мембранами сообщены с одним штуцером, а четные, полости - с другим.