Емкостный датчик разности давлений

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении разности давлений жидкостей и газов. Изобретение направлено на повышение чувствительности при измерении малых разностей давлений. Сущность изобретения: датчик состоит из корпуса, гофрированной мембраны, составного штока, приемных штуцеров, разделительной втулки, дифференциального емкостного преобразователя. Шток выполнен состоящим из жесткой части, соединенной с центром мембраны, и гибкой части, соединенной с торцом разделительной втулки с определенным соотношением жесткостей указанных частей. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности давлений в системах контроля и регулирования.

Известен датчик разности давлений, содержащий корпус, две мембраны, связанные общим жестким центром, и емкостный преобразователь перемещения, выполненный в виде диска, связанного с жестким центром, причем мембраны, корпус, жесткий центр выполнены за одно целое из единой заготовки и корпус снабжен шпильками жесткости, ввернутыми в резьбовые отверстия диска перпендикулярно плоскости мембраны [1] .

Недостатком указанного датчика является невозможность получения высокой чувствительности при измерении малой разности давлений в связи с применением двух соединенных жестким штоком мембран и их изготовления за одно целое из единой заготовки.

Известен дифференциальный датчик давления, содержащий крышку (корпус), шток, металлические мембраны (упругий чувствительный элемент), разделительную трубку, емкостный преобразователь [2] .

Недостатком указанного датчика является сложность конструкции (применение двух мембран, соединенных жестким стержнем, заполнение внутренних полостей) и недостаточная чувствительность при измерении малых разностей давлений. Повышение чувствительности датчика без дальнейшего усложнения конструкции возможно только путем уменьшения толщины мембраны или увеличением ее диаметра, что не всегда целесообразно с точки зрения усложнения технологии изготовления и увеличения габаритов датчика. Кроме того, уменьшение толщины мембраны возможно до определенной величины, так как для получения рабочего перемещения обкладки емкостного преобразователя необходимо преодолевать реакции мембран и жесткость соединяющего мембраны цельного стержня, совершающего сложное поступательно-изгибающее движение.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика. Согласно изобретению в емкостном датчике разности давлений, содержащем корпус с приемными штуцерами, размещенную в корпусе мембрану со штоком, связанным с тонкостенной разделительной втулкой, консольно закрепленной в корпусе, емкостный преобразователь с подвижным и неподвижными электродами и расположенный в полости разделительной втулки стержень, один конец которого прикреплен к ее торцу, а на другом его конце закреплен подвижный электрод преобразователя, шток выполнен составным из жесткой части, соединенной с центром мембраны, и гибкой части, соединенной с торцом разделительной втулки, с соотношением жесткостей частей соответственно 10: 1, при этом отношении длины стержня к длине разделительной втулки составляет 1: 5.

Гибкая часть указанного штока обеспечивает сборку датчика без дополнительных напряжений в мембране и обеспечивает компенсацию изменения линейных размеров при воздействии температуры. При подаче разности давлений Δ Р = Р₁ - Р₂ гибкая часть работает как тяга.

На чертеже изображен предлагаемый емкостный датчик разности давлений, общий вид.

Датчик состоит из корпуса 1, упругого чувствительного элемента 2, выполненного в виде гофрированной мембраны, составного штока 3, приемных штуцеров 4 и 5, разделительной втулки 6 и дифференциального емкостного преобразователя 7.

Датчик разности давлений работает следующим образом.

В приемные штуцеры 4 и 5 поступают давления Р₁ и P₂ соответственно, равные и отличающиеся друг от друга по величине. При равенстве давлений Р₁ и Р₂ мембрана не прогибается и на выходе датчика (емкостного преобразователя 5 регистрируется определенный выходной параметр (значение емкости).

При воздействии разности давлений Δ Р = Р₁ - Р₂ > 0 мембрана с составным штоком перемещается в сторону меньшего давления и перемещает точку закрепления емкостного преобразователя на составном штоке. В результате поворачиваются плечи емкостного преобразователя и разделительной втулки относительно точки поворота 8 на определенный угол и изменяют воздушный зазор между обкладками емкостного преобразователя пропорционально изменению разности давлений Δ Р.

Изготовление макетов датчиков и результаты проведенных испытаний показали, что предлагаемая конструкция емкостного датчика разности давлений проще в изготовлении, более технологична и имеет высокую чувствительность к измеряемой разности давлений, что позволит получить работоспособный датчик разности давлений на диапазон измерения 20 мм рт. ст. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 617695, кл. G 01 L 9/12, 1976.

2. Siemens Energietechn. . . , 1979, т. I, N 6, с. 234-236.

Формула изобретения

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ , содеpжащий коpпус с пpиемными штуцеpами, pазмещенную в коpпусе мембpану со штоком, связанным с тонкостенкой pазделительной втулкой, консольно закpепленной в коpпусе, емкостный пpеобpазователь с подвижным и неподвижными электpодами и pасположенный в полости pазделительной втулки стеpжень, один конец котоpого пpикpеплен к ее тоpцу, а на дpугом его конце закpеплен подвижный электpод пpеобpазователя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, шток выполнен составным из жесткой части, соединенной с центpом мембpаны, и гибкой части, соединенной с тоpцом pазделительной втулки с соотношением жесткостей частей соответственно 10 : 1, пpи этом соотношение длины стеpжня и длины pазделительной втулки составляет 1 : 5.

РИСУНКИ

Рисунок 1