Коррозионно-стойкий малогабаритный датчик давления

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2525659:

Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Метран" (RU)

Изобретение относится к средствам измерения давления и может быть использовано в условиях воздействия высоких давлений и контакта с агрессивными средами. Сущность: корпус датчика выполнен из трех частей: нижней (1), верхней (2) и средней (3). Нижняя (1) часть, выполненная из тугоплавкого инертного металла, имеет форму цилиндра с фигурной наружной поверхностью, сквозным цилиндрическим отверстием (5) в центре и цилиндрическим углублением (6) сверху. К нижней (1) части корпуса неразъемно прикреплена снаружи чувствительная мембрана (4). Верхняя (2) часть корпуса, выполненная из стали, имеет форму тонкостенного стакана с толстым днищем (7). Днище (7) стакана имеет в центре цилиндрическое отверстие (8) того же диаметра, что и отверстие (5) в нижней (1) части корпуса. К верхней (2) части корпуса датчика приварен сенсорный блок (9) с чувствительным элементом (10). Под чувствительным элементом (10) имеется цилиндрическая полость (11), заполненная разделительной кремний-органической жидкостью (12). Средняя (3) часть корпуса, размещенная в полости стакана верхней (2) части и в отверстии (5) нижней части, выполнена из тугоплавкого инертного металла. Средняя (3) часть выполнена в форме болта с ножкой (16) внизу и головкой (13) вверху, имеющего узкое цилиндрическое отверстие (14) вдоль продольной оси. Узкое цилиндрическое отверстие (14) совместно с узким каналом (15) соединяет чувствительную мембрану (4) и сенсорный блок (9). Вокруг ножки (16) болта выполнена кольцевая проточка (17) под расположенное в ней уплотняющее резиновое кольцо (18). Технический результат: повышение надежности работы датчика в агрессивных средах при уменьшении его веса и габаритов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления и может использоваться в условиях воздействия высоких давлений и контакта с агрессивными средами.

Проблема заключается в следующем.

В конструкциях датчиков морского исполнения используется материал, контактирующий с морской водой - титан, который обладает абсолютной стойкостью к морской воде, но при этом титан не варится с нержавеющей сталью (SST) и трудно паяется с ней. Сложность в конструкциях создается из-за необходимости соединения корпусных деталей из титана с сенсором и другими элементами, которые применяются внутри датчика, и изготавливаются, как правило, из SST. Выполнять датчик полностью из титана - дорого.

Известен датчик давления, описанный в п. РФ №2377515 по кл. G01L 7/08, 3.24.12.07, оп.27.12.09.

Известный датчик давления содержит корпус с приемным штуцером, мембрану с плоским буртом и кольцо, закрепленное в корпусе, и отличается тем, что в нем мембрана приварена плоским буртом к нижней части кольца, имеющего выточку в непосредственной близости к сварному шву, воспринимающего воздействие давления измеряемой среды с внешней стороны, причем мембрана и кольцо выполнены из металлов с одинаковыми или отличными друг от друга температурными коэффициентами линейного расширения и модуля упругости, что полностью исключает негативное влияние щелевой коррозии в условиях замены растягивающих мембрану напряжений на напряжения сжатия, воспринимаемые поверхностями крепления мембраны в течение всего срока эксплуатации датчика.

Недостатком известного датчика является то, что в нем все-таки происходит проникновение агрессивной среды и коррозия, поскольку для исключения влияния щелевой коррозии необходимо подбирать металлы для мембраны и кольца либо с одинаковыми или отличными друг от друга коэффициентами линейного расширения и модуля упругости.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является датчик давления Метран-150, представленный в статье авторов Фетисова А.В. и Черкашиной Г.В. Этапы развития датчиков давления компании «Метран» за последние два десятилетия» в журнале «Датчики и системы», 2012 г., №8, стр.7-10 (рис.6) и выбранный в качестве прототипа.

Известный датчик содержит массивный корпус из нержавеющей стали, к которому в нижней части неразъемно прикреплена снаружи чувствительная мембрана. К верхней части корпуса приварена головка из нержавеющей стали с размещенным в ее нижней части сенсором, под которым в верхней части корпуса имеется цилиндрическая полость, заполненная разделительной кремний-органической жидкостью. При этом мембрана соединена с сенсором посредством узкого цилиндрического отверстия, проходящего вдоль продольной оси корпуса и через полость с разделительной жидкостью.

Недостаток известного датчика заключается в том, что он не может надежно работать в агрессивных средах, поскольку выполнен из нержавеющей стали. Кроме того, датчик из-за массивности корпуса имеет большой вес.

Задачей является повышение надежности работы датчика в агрессивных средах при уменьшении его веса и габаритов.

Поставленная задача решается тем, что в коррозионно-стойком малогабаритном датчике давления, содержащем корпус из металла, к которому в нижней части неразъемно прикреплена снаружи чувствительная мембрана, а к верхней части приварен сенсорный блок с размещенным в его нижней части чувствительным элементом, под которым в верхней части корпуса имеется цилиндрическая полость, заполненная разделительной кремний-органической жидкостью, при этом мембрана соединена с сенсором посредством узкого цилиндрического отверстия, проходящего вдоль продольной оси корпуса и через полость с разделительной жидкостью согласно изобретению корпус выполнен составным из трех частей - нижней, верхней и средней, плотно прилегающих в местах контакта друг к другу, при этом нижняя часть выполнена из тугоплавкого инертного металла и имеет форму короткого цилиндра с фигурной наружной поверхностью, сквозным цилиндрическим отверстием в центре и цилиндрическим углублением сверху под верхнюю часть корпуса, которая выполнена из стали и имеет форму тонкостенного стакана с толстым днищем, имеющим в центре цилиндрическое отверстие того же диаметра, что и отверстие в нижней части корпуса, и опирающегося днищем на углубление в нижней части корпуса, а средняя часть корпуса размещена в полости стакана, выполнена из тугоплавкого инертного металла и имеет форму «болта» с головкой вверху и с узким цилиндрическим отверстием вдоль его продольной оси, соединяющим мембрану с сенсором, причем верхняя часть в виде головки «болта» соразмерна с цилиндрической полостью, заполненной разделительной кремний-органической жидкостью, и плотно прилегает к ней снизу верхней частью головки, нижняя часть которой опирается на толстое днище стакана и имеет вокруг ножки «болта» кольцевую проточку под расположенное в ней уплотняющее резиновое кольцо, а нижняя часть в виде ножки «болта» проходит через отверстия в нижней части корпуса и в днище стакана верхней части и приварена к стенкам отверстия в нижней части корпуса из тугоплавкого инертного металла.

При этом между стенкой стакана и боковыми поверхностями головки болта может быть нанесено покрытие Анатерм.

При этом верхняя часть корпуса может быть выполнена из нержавеющей стали, и нижняя и средняя части - из титана.

Выполнение корпуса составным из 3-х частей, две из которых выполнены из титана и неразъемно соединены между собой сваркой, обеспечивает работоспособность датчика при контакте с агрессивными средами. При этом выполнение верхней части корпуса из стали, опирающейся на нижнюю часть, с плотным прилеганием к ней и тесном контакте со средней частью из тугоплавкого инертного металла, герметизируемом уплотнением в виде резинового кольца, при увеличении давления дает возможность сохранить герметичность датчика, т.к. давление жидкости во внутренней полости действует на верхнюю и боковую поверхность «болта» и прижимает ее к днищу стакана и не работает на раскрытие уплотнения.

Технический результат - обеспечение надежной работы датчика в агрессивных средах при уменьшении его размеров и веса.

Заявляемый датчик давления обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение корпуса составным из трех частей - нижней, верхней и средней, плотное прилегание этих частей в местах контакта друг к другу, выполнение нижней части корпуса из тугоплавкого инертного металла в форме короткого цилиндра с фигурной наружной поверхностью, сквозным цилиндрическим отверстием в центре и цилиндрическим углублением сверху под верхнюю часть корпуса, выполнение верхней части корпуса из стали в форме тонкостенного стакана с толстым днищем, имеющим в центре цилиндрическое отверстие того же диаметра, что и отверстие в нижней части корпуса, и опирающегося днищем на углубление вверху нижней части корпуса, размещение средней части корпуса в полости стакана и выполнение ее из тугоплавкого инертного металла в форме «болта» с головкой вверху и с узким цилиндрическим отверстием вдоль его продольной оси, соединяющим мембрану с сенсором, при соразмерности верхней части в виде головки «болта» с цилиндрической полостью, заполненной разделительной кремний-органической жидкостью, плотное прилегание к ней снизу верхней частью головки, опирание нижней части «болта» на толстое днище стакана и наличие вокруг ножки болта кольцевой проточки под расположенное в ней уплотняющее резиновое кольцо, расположение нижней части в виде ножки «болта» в отверстиях в нижней части корпуса и в днище стакана верхней части, неразъемное соединение сваркой между собой внизу средней и нижней частей корпуса, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданного результат, поэтому он считает, что заявляемый датчик давления соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый малогабаритный датчик может найти широкое применение в измерительной технике для работы в агрессивных средах и потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежом, где приведен общий вид датчика в продольном разрезе.

Заявляемый датчик содержит корпус из трех частей - нижней 1, верхней 2 и средней 3. Нижняя часть 1 корпуса выполнена из тугоплавкого инертного металла, в частности, титана. К нижней части 1 неразъемно прикреплена снизу чувствительная мембрана 4. Нижняя часть 1 имеет форму короткого цилиндра с фигурной наружной поверхностью, снабжена сквозным цилиндрическим отверстием 5 в центре и цилиндрическим углублением 6 сверху. Верхняя часть 3 корпуса выполнена из стали, например, нержавеющей и имеет форму тонкостенного стакана с толстым днищем 7, имеющим в центре цилиндрическое отверстие 8 того же диаметра, что и отверстие 5 в нижней части 1 корпуса, и опирающегося днищем 7 на углубление 6 вверху нижней части 1 корпуса. К верхней части 2 приварен сенсорный блок 9 с размещенным в его нижней части чувствительным элементом 10, под которым в верхней части 2 корпуса имеется цилиндрическая полость 11, заполненная разделительной кремний-органической жидкостью 12. Средняя часть 3 корпуса размещена в полости стакана 2, выполнена из тугоплавкого инертного металла, например, титана, и имеет форму «болта» с головкой 13 вверху и с узким цилиндрическим отверстием 14 вдоль его продольной оси, соединяющим мембрану 4 с сенсором 9. При этом верхняя часть 3 в виде головки 13 болта соразмерна с цилиндрической полостью И, заполненной разделительной кремний-органической жидкостью 12, через которую проходит узкий канал 15, и плотно прилегает к ней снизу верхней частью головки 13. Нижняя часть головки 13 опирается на толстое днище 7 стакана 2 и имеет вокруг ножки 16 болта кольцевую проточку 17 под расположенное в ней уплотняющее резиновое кольцо 18. Нижняя часть в виде ножки 16 болта проходит через отверстия 5 в нижней части 1 корпуса и отверстие 8 в днище 7 стакана верхней части 2 и приварена к стенкам отверстия 5 в нижней части 1 корпуса из тугоплавкого инертного металла.

При этом между стенкой стакана 2 и боковыми поверхностями головки 13 средней части 3 может быть нанесено покрытие 19 Анатерм.

Датчик давления работает следующим образом.

Рабочее давление воздействует снизу на мембрану 4 в нижней части корпуса 1 и передается через узкое отверстие 14 и 15 к чувствительному элементу 10 сенсора 9. Так как давление передается на сенсор 9 через жидкость 12, то при повышении давления внутри полости 11 повышается и давление на верхнюю поверхность головки 13 «болта», не допуская раскрытия стыка уплотняющих поверхностей. При нагружении высоким давлением (выше 1500 бар) датчик сохраняет герметичность, хотя боковые стенки стакана 2 становятся бочкообразными. Для дополнительной герметизации и защиты резинового кольца 18 от воздействия наполняющей полость 11 жидкости 12 можно использовать покрытие Анатерм с нанесением его на места контакта боковых стенок «болта» средней части 3 и тонких стенок стакана 2 под полостью 11.

В сравнении с прототипом заявляемый коррозионно-стойкий малогабаритный датчик давления является более надежным при работе в агрессивных средах, имеет меньшие габариты и вес.

1. Коррозионно-стойкий малогабаритный датчик давления, содержащий корпус из металла, к которому в нижней части неразъемно прикреплена снаружи чувствительная мембрана, а к верхней части приварен сенсорный блок с размещенным в его нижней части чувствительным элементом, под которым в верхней части корпуса имеется цилиндрическая полость, заполненная разделительной кремний-органической жидкостью, при этом мембрана соединена с сенсором посредством узкого цилиндрического отверстия, проходящего вдоль продольной оси корпуса и через полость с разделительной жидкостью, отличающийся тем, что корпус выполнен составным из трех частей - нижней, верхней и средней, при этом нижняя часть выполнена из тугоплавкого инертного металла и имеет форму короткого цилиндра с фигурной наружной поверхностью, сквозным цилиндрическим отверстием в центре и цилиндрическим углублением сверху под верхнюю часть корпуса, которая выполнена из стали и имеет форму тонкостенного стакана с толстым днищем, имеющим в центре цилиндрическое отверстие того же диаметра, что и отверстие в нижней части корпуса, и опирающегося днищем на углубление вверху нижней части корпуса, а средняя часть корпуса размещена в полости стакана, выполнена из тугоплавкого инертного металла и имеет форму болта с головкой вверху и с узким цилиндрическим отверстием вдоль его продольной оси, соединяющим мембрану с сенсором, причем верхняя часть в виде головки болта соразмерна с цилиндрической полостью, заполненной разделительной кремний-органической жидкостью, и плотно прилегает к ней снизу верхней частью головки, нижняя часть которой опирается на толстое днище стакана и имеет вокруг ножки болта кольцевую проточку под расположенное в ней уплотняющее резиновое кольцо, а нижняя часть в виде ножки болта проходит через отверстия в нижней части корпуса и в днище стакана верхней части и приварена к стенкам отверстия в нижней части корпуса из тугоплавкого инертного металла.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что между стенкой стакана и боковыми поверхностями головки болта нанесено покрытие Анатерм.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть корпуса выполнена из нержавеющей стали.

4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что нижняя и средняя части корпуса выполнены из титана.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интегральным преобразователям давления. .

Способ изготовления многослойного контактного датчика в виде слоистой пленки // 2411473

Изобретение относится к технологии изготовления пленочных датчиков порогового давления и направлено на улучшение показателей надежности средств контрольно-измерительной техники, работающей в условиях высокоскоростных механических нагружений, и может быть использовано для изготовления контактных тонкопленочных датчиков, закрепляемых непосредственно на поверхности измеряемых объектов.

Гидравлический датчик давления (варианты) // 2393445

Изобретение относится к гидравлическому датчику давления. .

Датчик давления // 2377515

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к датчикам, обеспечивающим контроль давления в условиях воздействия высоких температур, вибрации и контакта с агрессивными средами, и затрагивает проблему закрепления мембраны в корпусе датчика.

Датчик управления рабочим процессом // 2351906

Изобретение относится к датчику для управления технологическим процессом, в частности оно относится к уплотнению. .

Тонкопленочный датчик давления // 2345341

Датчик давления // 2335745

Изобретение относится к датчикам давления. .

Датчик плотности // 2330251

Изобретение относится к микроэлектронному приборостроению, в частности к датчикам плотности. .

Способ изготовления высокотемпературного тонкопленочного резистора // 2326460

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления датчиков, и может быть использовано при создании малогабаритных металлопленочных датчиков механических величин, работоспособных в широком диапазоне рабочих температур (-196 - +150)°С.

Датчик динамического давления и элемент, чувствительный к давлению // 2296965

Изобретение относится к датчику давления или к элементу, чувствительному к давлению, с датчиком давления. .

Система и способ обнаружения давления // 2559142

Настоящее раскрытие относится к обнаружению давления, а именно к системам и способам измерения давления жидкости внутри одноразового набора для внутривенного вливания, соединенного с насосом для подачи жидкости. Заявленная система включает бесконтактную систему обнаружения давления для измерения как положительного, так и отрицательного давлений жидкости в пределах изолированного пути прохождения жидкости с использованием камеры, включенной в состав изолированного пути прохождения и соединенной с насосом для подачи жидкости, кассету, сконфигурированную для соединения с насосом для подачи жидкости и способ измерения давления жидкости в одноразовом наборе для внутривенного IV вливания, соединенном с насосом для подачи жидкости. При этом бесконтактная система обнаружения давления для измерения как положительного, так и отрицательного давлений жидкости в пределах изолированного пути прохождения жидкости с использованием камеры, включенной в состав изолированного пути прохождения и соединенной с насосом для подачи жидкости, содержит основу датчика, соединенную с насосом и имеющую, по меньшей мере, одно средство обнаружения, являющееся неподвижным относительно основы датчика, причем средство обнаружения сконфигурировано для генерирования сигнала измеряемого параметра, указывающего переменную величину обнаруживаемого измерения, схему измерения, электрически соединенную со средством обнаружения для приема сигнала измеряемого параметра, камеру или корпус, сконфигурированный для прикрепления к основе датчика, камеру, имеющую: впускное отверстие для жидкости и выпускное отверстие для жидкости, и подвижный элемент, сконфигурированный для перемещения с изменениями давления жидкости внутри камеры и тем самым вызова изменения переменной величины обнаруживаемого измерения, без контакта со средством обнаружения, причем величина перемещения подвижного элемента связана с величиной изменения давления жидкости. Технический результат заключается в обеспечении системы обнаружения давления для измерения давления жидкости внутри кассеты, которая является как точной, так и экономичной. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ изготовления многослойного пленочного контактного датчика // 2577915

Заявленный способ относится к технологии изготовления многослойных пленочных контактных датчиков порогового давления и может быть использован при изготовлении многослойных контактных датчиков порогового давления, закрепляемых на поверхности измеряемых объектов. Техническим результатом заявленного способа является избежание таких эффектов, как скручивание, коробление и смещение токопроводящего рисунка на разных слоях датчика относительно друг друга. Способ изготовления многослойного пленочного контактного датчика включает выполнение, по крайней мере, двух слоев, один из которых изготовлен из гибкого диэлектрического материала, чувствительного к давлению, на котором формируют второй слой из токопроводящего элемента методом фотохимического травления с использованием комплекта фотошаблонов, последующую сборку элемента датчика с получением пакета из чередующихся диэлектрических и токопроводящих слоев, соединение элементов в пакет в условиях термокомпрессионной сварки. При этом для обжатия сборки используют два вспомогательных упругих элемента, которые после снятия давления удаляют и окончательно формируют контур датчика. В качестве одного из вспомогательных упругих элементов используют металлическую сетку, проложенную с двух сторон пленкой из термореактивного полимера. Причем со стороны, обратной пакету, перед пленкой из термореактивного полимера располагают пленку из термопластичного полимера. Для изоляции контактов на токопроводящих слоях разных уровней датчика используют термопластичный полимер, который прокладывается между термореактивными пленками, ламинированными термопластичным полимером, перед термокомпрессионной сваркой и удаляется перед окончательным формированием контура датчика. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.