Устройство для измерения малых пульсаций давления среды

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения малых пульсаций давления, и может быть использовано для измерения параметров технологических сред при исследовании вибраций корпусов, устройств, сосудов, а также в других областях техники. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности. Устройство содержит корпус с крышкой, на которую воздействует давление среды, чувствительный элемент в виде мембраны, приемное и передающее оптические волокна, узел компенсации статического давления, передаточный элемент и блок регистрации. Мембрана выполнена с зеркальной поверхностью, от которой отражается сигнал, подаваемый по передающему оптическому волокну и принимающийся по приемному оптическому волокну. Сигнал в блоке регистрации, принятый по приемному оптическому волокну, преобразуется в электрический. Узел компенсации статического давления выполнен в виде сосуда, во внутренней полости которого установлен демпфирующий элемент, образующий камеры, в которых размещены концы капиллярных трубок. Вторым концом одна капиллярная трубка связана с объемом среды, а другая - с полостью, образованной между крышкой и чувствительным элементом. Передаточный элемент в виде конуса, взаимодействующего вершиной с чувствительным элементом, закреплен основанием на внутренней поверхности крышки. Демпфирующий элемент может быть выполнен в виде резиновой диафрагмы, мелкоячеистой сетки, гребенки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения давления, и может быть использовано для измерения параметров технологических сред (жидкость или газ) при исследовании вибраций внутрикорпусных устройств, сосудов, а также в других областях техники.

Известно устройство для измерения давления, выполненное в виде волоконно-оптического датчика, содержащего чувствительную мембрану, изготовленную из золота и покрытую хромом, оптические волокна и электронную схему обработки сигнала (журнал «Sensor and Actuators», 1998 г., A,. №66, стр.150-154).

Прибор имеет возможность измерять только большие давления, то есть обладает низкой чувствительностью, что является недостатком данного устройства.

Известно устройство для измерения давления, выполненное в виде амплитудного волоконно-оптического преобразователя механических величин, содержащее корпус с крышкой, чувствительный элемент в виде мембраны, приемный и передающий оптические волокна, штуцера для подачи внешнего воздействия на чувствительный элемент (патент RU №2180100, МПК G01L 11/02 от 27.02.2002 г.). Устройство позволяет измерять малые давления, но не позволяет измерять малые пульсации давления на фоне большого статического давления. Это является недостатком данного устройства.

По решаемой задаче и совокупности существенных признаков устройство по патенту №2180100 является наиболее близким техническим решением, поэтому его выбираем за прототип.

Техническая задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании устройства, позволяющего измерять малые пульсации давления среды на фоне большого статического давления.

Решение поставленной задачи обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства за счет повышения чувствительности устройства.

Малые пульсации давления имеют место в корпусах, работающих при больших давлениях среды, и обуславливают появление вибраций корпуса, приводящих в конечном итоге к его разрушению. Поэтому измерение малых пульсаций давления среды является важным фактором при эксплуатации объектов, работающих при высоких давлениях.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для измерения малых пульсаций давления среды, снабжено узлом компенсации статического давления и передаточным элементом, имеющим вид конуса, жестко закрепленного основанием на внутренней поверхности крышки и взаимодействующего вершиной с чувствительным элементом, а узел компенсации статического давления выполнен в виде сосуда, во внутренней полости которого установлен демпфирующий элемент, образующей камеры, в которых размещены концы капиллярных трубок, при этом вторым концом одна трубка связана с объемом измеряемой среды, а другая трубка с полостью, образованной между крышкой и чувствительным элементом.

Кроме того, демпфирующий элемент может быть выполнен в виде резиновой диафрагмы, мелкоячеистой сетки, гребенки.

Предлагаемое устройство позволяет на фоне высокого статического давления (до 200 атм) реагировать на малые пульсации давления и измерять их величину, не превышающую доли атмосферы.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлен общий вид устройства;

на фиг.2 представлен демпфирующий элемент, выполненный из резины;

на фиг.3 представлен демпфирующий элемент, выполненный в виде мелкоячеистой сетки;

на фиг.4 представлен демпфирующий элемент, выполненный в виде гребенки.

Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, имеющей встроенную силовую мембрану, чувствительный элемент 3, выполненный в виде мембраны с зеркальной поверхностью А, передаточный элемент 4 в виде конуса. Передаточный элемент 4 жестко закреплен основанием конуса на внутренней поверхности крышки 2, а вершиной взаимодействующий с мембраной чувствительного элемента 3.

Устройство содержит узел компенсации статического давления, содержащий сосуд 5, во внутренней полости которого установлен демпфирующий элемент 6, образующий две камеры. В каждой камере размещены концы капиллярных трубок 7 и 8. Второй конец трубки 7 связан с полостью 9, образованной крышкой 2 и чувствительным элементом 3, а трубки 8 с объемом измеряемой среды 10. Демпфирующий элемент 6 выполнен в виде резиновой диафрагмы, но может быть выполнен в виде мелкоячеистой сетки или гребенки.

В корпусе 1 со стороны зеркальной поверхности А мембраны чувствительного элемента 3 расположены приемное 11 и передающее 12 оптические волокна.

Устройство работает следующим образом.

Для измерения давления среды (жидкой или газообразной) корпус 1 размещается в объеме измеряемой среды 10. На крышку 2 воздействует статическое давление Р и пульсирующее давление Δр, имеющее место, например, в объектах, работающих при больших давлениях среды. Давление Р+Δр через передаточный элемент 4 передается на мембрану чувствительного элемента 3. В тоже время через капиллярную трубку 8 в камеру сосуда 5 подается давление Р+Δр, а в полость 9 через капиллярную трубку 7 подается давление Р, которое направлено в сторону противодействия давлению с внешней стороны крышки 2. Демпфирующем элементом 6 гасится составляющая давления Δр. Таким образом исключается постоянная составляющая давления Р и на мембрану чувствительного элемента 3 будет действовать только переменная составляющая Δр, вызывая прогиб мембраны.

Сигнал, подаваемый по оптическому волокну 12, отражается от зеркальной поверхности А мембраны чувствительного элемента 3 и принимается по оптическому волокну 11. В блоке регистрации (не показан) он преобразуется в электрический сигнал, что дает возможность измерять изменение величины зазора между мембраной чувствительного элемента 3 и торцем приемного оптического волокна 11 и преобразовать его в изменение отраженного светового потока пропорционально изменению пульсаций давления Δр.

Предложенное устройство позволяет измерять малые пульсации давления среды Δр на фоне большого статического давления, то есть повышается чувствительность устройства, следовательно, расширяются его функциональные возможности. Использование предложенного устройства позволит следить за вибрациями, происходящими при эксплуатации объектов, работающих при высоких давлениях. Следовательно, своевременно можно обнаружить начинающиеся разрушения и предотвратить аварии или обосновать продление срока службы объекта.

1. Устройство для измерения малых пульсаций давления среды, содержащее корпус с крышкой, на которую воздействует давление среды, чувствительный элемент в виде мембраны, приемное и передающее оптические волокна, отличающееся тем, что мембрана чувствительного элемента выполнена с зеркальной поверхностью, от которой отражается сигнал, подаваемый по передающему оптическому волокну и принимающийся по приемному оптическому волокну, дополнительно устройство снабжено узлом компенсации статического давления, передаточным элементом и блоком регистрации, в котором сигнал, принятый по приемному оптическому волокну, преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный изменению малых пульсаций давления среды, при этом узел компенсации статического давления выполнен в виде сосуда, во внутренней полости которого установлен демпфирующий элемент, образующий камеры, в которых размещены концы капиллярных трубок, вторым концом одна капиллярная трубка связана с объемом среды, а другая капиллярная трубка с полостью, образованной между крышкой и чувствительным элементом, передаточный элемент имеет вид конуса, жестко закрепленного основанием на внутренней поверхности крышки и взаимодействующего вершиной с чувствительным элементом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что демпфирующий элемент выполнен в виде резиновой диафрагмы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что демпфирующий элемент выполнен в виде мелкоячеистой сетки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что демпфирующий элемент выполнен в виде гребенки.