Преобразователь разности давлений



Преобразователь разности давлений
Преобразователь разности давлений
Преобразователь разности давлений

 


Владельцы патента RU 2573711:

РУМЯНЦЕВ СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ (RU)
ВИНОГРАДОВ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ (RU)
КОЛОМИЕЦ ЛЕВ НИКОЛАЕВИЧ (RU)

Изобретение относится к средствам измерения давления газообразных сред, а именно к устройствам для измерения разности давлений с помощью упругодеформируемых элементов в качестве чувствительных элементов с использованием оптических средств. Техническим результатом изобретения является повышение надежности преобразователя и точности измерения давления. Преобразователь разности давлений содержит измерительную мембрану, расположенную между опорными элементами с образованием между мембраной и опорными элементами первой и второй полостей, сообщающихся с источниками давления, средства преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал, выполненные в виде волоконных световодов, расположенных с противоположных сторон мембраны с зазором относительно нее, и электронный преобразователь, выполненный с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала с выходов волоконных световодов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к средствам измерения давления газообразных сред, а именно к устройствам для измерения разности давлений с помощью упругодеформируемых элементов в качестве чувствительных элементов с использованием оптических средств.

Известны волоконно-оптические преобразователи разности давлений, в которых в качестве средства преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал использован интерферометр Фабри-Перо (патент США №7054011, МПК G01B 9/02, 2006 г.; заявка США №2012/116255, МПК G01B 9/02, 2012 г.). Указанные преобразователи содержат одну измерительную мембрану и одну полость, которая соединена с окружающей атмосферой или вакуумирована с целью измерения соответственно избыточного или абсолютного давления.

Недостатком известных волоконно-оптических преобразователей давления является то, что они не имеют возможности измерять дифференциальное давление (разность давлений).

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбран преобразователь разности давлений по патенту РФ №2087884, МПК G01L 13/02, 1997 г. Указанный преобразователь содержит основание, в котором выполнена герметичная полость с разделительной жидкостью и установлен тензомодуль с тензорезисторами и рычагом, связанным через тягу с жестким центром измерительной гофрированной мембраны, закрепленной по контуру между опорными элементами - основанием и фланцем, с образованием между мембраной и опорными элементами первой и второй полостей, сообщающихся с источниками давления, гермопроходник и электронный преобразователь, мягкий упругий разделитель сред, герметично установленный в основании, при этом герметичная полость с разделительной жидкостью образована наружной поверхностью тензомодуля с тензорезисторами, поверхностью гермопроходника, закрепленного в основании, и внутренней поверхностью разделителя сред. Тензомодуль, рычажная система, гермопроходник и разделитель сред образуют средства преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал.

Недостатком известного преобразователя является сложность конструкции, обусловленная большим количеством элементов для преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал - тензомодуля, рычажной системы, гермопроходника, разделителя сред, что, в свою очередь, снижает надежность преобразователя и точность измерения давления за счет появления дополнительных погрешностей от изменения температуры и статического давления рабочей среды, от воздействия вибрации, ударов и т.п. Кроме того, известный преобразователь имеет большие размеры и неудобен в эксплуатации.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение надежности преобразователя и точности измерения давления.

Указанный технический результат достигается тем, что в преобразователе разности давлений, содержащем измерительную мембрану, расположенную между двумя опорными элементами с образованием между мембраной и опорными элементами первой и второй полостей, сообщающихся с источниками давления, средства преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал и связанный с ними электронный преобразователь, упомянутые средства преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал выполнены в виде двух волоконных световодов, расположенных с противоположных сторон мембраны с зазором относительно нее, а электронный преобразователь содержит источник и приемники оптического излучения, связанные с волоконными световодами, при этом электронный преобразователь выполнен с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала с выходов волоконных световодов.

Указанный технический результат достигается также тем, что электронный преобразователь выполнен с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала, соответствующего разности интенсивностей оптического излучения, отраженного от противоположных сторон измерительной мембраны.

Указанный технический результат достигается также тем, что волоконные световоды выполнены с образованием между торцами световодов и измерительной мембраной интерферометров Фабри-Перо, а электронный преобразователь выполнен с возможностью обработки интерферометрических сигналов с противоположных сторон измерительной мембраны.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показан измерительный блок преобразователя разности давлений, на фиг.2, 3 схематически изображен заявляемый преобразователь с двумя исполнениями электронного преобразователя.

Заявляемый преобразователь разности давлений содержит измерительный блок и электронный преобразователь. Измерительный блок (фиг.1) включает опорные элементы 1 и 2, между которыми с зазором установлена плоская измерительная мембрана 3. В опорных элементах 1 и 2 выполнены соответственно каналы 4 и 5 для подачи измеряемой газообразной среды с давлениями P1 и P2, в результате чего полость, образованная внутренней поверхностью опорного элемента 1 и мембраной 3, сообщается со средой с давлением P1, а полость, образованная внутренней поверхностью опорного элемента 2 и мембраной 3, сообщается со средой с давлением P2.

Профили внутренних поверхностей опорных элементов 1 и 2, обращенных к мембране 3, идентичны профилю мембраны 3, прогибающейся под действием давления газообразной среды. Такое конструктивное решение защищает мембрану от разрушения при перегрузках большим статическим давлением либо с одной, либо с другой стороны мембраны.

В опорных элементах 1 и 2 герметично выполнены узлы 6 и 7, с помощью которых к противоположным сторонам мембраны 3 подведены волоконные световоды 8 и 9, являющиеся бесконтактными оптическими средствами преобразования механического перемещения мембраны в результате воздействия на нее разности давлений в измерительный сигнал. Торцы световодов 8 и 9 расположены с зазором L относительно поверхности мембраны 3 и отполированы.

Волоконные световоды 8 и 9 могут быть расположены симметрично относительно мембраны 3.

Все элементы измерительного блока преобразователя (за исключением волоконных световодов) изготовлены из одного материала с целью повышения термической стабильности.

Электронный преобразователь 10 содержит источник оптического излучения 11 и приемники оптического излучения 12 и 13. Волоконные световоды 8 и 9 связаны с источником 11 и приемниками 12 и 13 с помощью разветвителей 14 и 15.

Электронный преобразователь 10 выполнен с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала с выходов волоконных световодов.

Электронный преобразователь 10 может быть выполнен с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала, соответствующего разности интенсивностей оптического излучения, отраженного от противоположных сторон измерительной мембраны (фиг.2). В этом случае приемники оптического излучения 12 и 13 выполнены в виде фотоприемников, а преобразователь 10 содержит также суммирующий усилитель 16, дифференциальный усилитель 17, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18 и микропроцессор 19. Входы усилителей 16 и 17 соединены с выходами фотоприемников 12 и 13, а выходы усилителей 16 и 17 подключены к входу АЦП 18, выход которого соединен с входом микропроцессора 19.

Волоконные световоды 8 и 9 могут быть выполнены с образованием между торцами световодов и измерительной мембраной 3 интерферометров Фабри-Перо, базой которых является расстояние L между торцами световодов 8 и 9 и поверхностью измерительной мембраны 3.

В этом случае приемники оптического излучения 12 и 13 содержат дифракционные решетки и линейки фотоприемников, связанные с помощью разветвителей 14 и 15 с выходами волоконных световодов 8 и 9, а электронный преобразователь 10 содержит АЦП 18 и микропроцессор 19 (фиг.3). Приемники 12 и 13 формируют интерферометрические сигналы, которые поступают на вход АЦП 18, выход которого соединен с входом микропроцессора 19.

Все функциональные элементы электронного преобразователя могут быть конструктивно реализованы в одном блоке, который располагается на значительном расстоянии от измерительного блока, например 100 м или 1000 м.

Предлагаемый преобразователь разности давлений работает следующим образом. Среда с контролируемым давлением P1 по каналу 4 подается в полость между опорным элементом 1 и мембраной 3, а среда с контролируемым давлением P2 по каналу 5 подается в полость между опорным элементом 2 и мембраной 3. Результирующая сила, возникающая вследствие разности давлений (P2-P1), перемещает измерительную мембрану 3 в направлении меньшего давления. Оптическое излучение, распространяющееся по волоконным световодам 8 и 9, регистрирует изменение расстояния между поверхностью центральной части мембраны 3 и волоконными световодами 8 и 9, оптический сигнал преобразуется в приемниках оптического излучения 12 и 13 в электрический сигнал и электронный преобразователь 10 вырабатывает сигнал, пропорциональный измеренной разности давлений.

Электронный преобразователь 10 может быть выполнен с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала, соответствующего разности интенсивностей оптического излучения, отраженного от противоположных сторон измерительной мембраны 3. В этом случае оптическое излучение, генерируемое источником излучения 11, через разветвители 14 и 15 поступает в световоды 8 и 9, отражается от поверхности мембраны 3 и отраженный оптический сигнал по световодам 8 и 9, через разветвители 14 и 15 поступает к фотоприемникам 12 и 13. Интенсивность отраженных от мембраны 3 оптических сигналов зависит от расстояния L между торцами световодов 8 и 9 и мембраной 3, при этом чем меньше расстояние L, тем больше интенсивность величины отраженного сигнала.

С выхода фотоприемников 12 и 13 оптические сигналы поступают на входы суммирующего 17 и дифференциального 18 усилителей, на выходе которых соответственно формируется сигнал коррекции синфазной помехи и сигнал, пропорциональный измеренной разности давлений P1 и P2. В АЦП 19 аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и с выхода АЦП 18 электрический сигнал поступает в микропроцессор 19, который по заданному алгоритму обрабатывает полученные сигналы и формирует нормированный выходной сигнал, пропорциональный разности давлений.

В том случае, когда волоконные световоды 8 и 9 выполнены с образованием между торцами световодов и измерительной мембраной 3 интерферометров Фабри-Перо, базой которых является расстояние L между торцами световодов и поверхностью измерительной мембраны 3, оптическое излучение, генерируемое источником излучения 11, через разветвители 14 и 15 поступает в световоды 8 и 9, отражается от поверхности мембраны 3 и отраженный оптический сигнал по световодам 8 и 9, через разветвители 14 и 15 поступает к приемникам оптического излучения 12 и 13. Приемники 12 и 13, содержащие дифракционную решетку и линейку фотоприемников, формируют интерферометрические сигналы.

В АЦП 18 аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и с выхода АЦП 18 электрический сигнал поступает в микропроцессор 19, который по заданному алгоритму обрабатывает полученные сигналы и формирует нормированный выходной сигнал, пропорциональный разности давлений.

Предлагаемый преобразователь разности давлений за счет выполнения средств преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал в виде бесконтактных оптических средств - двух волоконных световодов, расположенных симметрично с противоположных сторон измерительной мембраны, и реализации электронного преобразователя с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала, позволяет - по сравнению с ближайшим аналогом - упростить конструкцию, повысить надежность и точность измерения разности давлений.

1. Преобразователь разности давлений, содержащий измерительную мембрану, расположенную между двумя опорными элементами с образованием между мембраной и опорными элементами первой и второй полостей, сообщающихся с источниками давления, средства преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал и связанный с ними электронный преобразователь, отличающийся тем, что упомянутые средства преобразования механического перемещения мембраны в измерительный сигнал выполнены в виде двух волоконных световодов, расположенных с противоположных сторон мембраны с зазором относительно нее, а электронный преобразователь содержит источник и приемники оптического излучения, связанные с волоконными световодами, при этом электронный преобразователь выполнен с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала с выходов волоконных световодов.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что электронный преобразователь выполнен с возможностью обработки дифференциального оптического сигнала, соответствующего разности интенсивностей оптического излучения, отраженного от противоположных сторон измерительной мембраны.

3. Преобразователь по п.1., отличающийся тем, что волоконные световоды выполнены с образованием между торцами световодов и измерительной мембраной интерферометров Фабри-Перо, а электронный преобразователь выполнен с возможностью обработки интерферометрических сигналов с противоположных сторон измерительной мембраны.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к передающим измерительным преобразователям параметров технологических процессов промышленного назначения, предназначенным для применения в системах управления промышленными технологическими процессами.

Устройство предназначено для определения разности давлений в рабочем трубопроводе. Устройство содержит дроссель, установленный в рабочем трубопроводе, и параллельно подключенный к нему клапан разности давлений, выполненный в виде цилиндрического корпуса с поршнем, с обеих сторон которого для позиционирования его в среднее положение в качестве исходного положения без разности давлений расположены два пружинных элемента.

Изобретение относится к гидростатическим плотномерам жидкости или газа, предназначенным для работы в разведочных и эксплуатационных скважинах, а также в сосудах и резервуарах.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и направлено на создание датчика давления с уменьшенными размерами, эффективного в эксплуатации и дешевого в изготовлении, что обеспечивается за счет того, что, согласно изобретению, в состав датчика входит корпус и отклоняемый элемент, установленный на корпусе, при этом отклоняемый элемент реагирует на измеряемый параметр, а корпус и отклоняемый элемент выполнены из спеченной керамики, в состав которой входит, по крайней мере, одно из следующих веществ: шпинель из оксинитрида алюминия и шпинель из алюмината магния.

Изобретение относится к оптическому волокну, содержащему по всей своей длине датчики давления и температуры. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению изменения давления при транспортировке жидкости в трубопроводе, и может быть использовано в нефтегазовой отрасли и коммунальном хозяйстве для обнаружения утечек в трубопроводах по профилю давления в нем.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензорезистивным датчикам давления, и предназначено для измерения разности давления жидкости и газов. .

Заявленное изобретение относится к измерительным преобразователям давления, которые обычно используются в производственных процессах, чтобы измерять и отслеживать давления различных производственных технологических текучих сред, таких как взвеси, жидкости, пары и газы, на установках для обработки химикатов, пульпы, нефти, газа, лекарственных средств, продуктов питания и других типов текучих сред. Заявленный копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды содержит копланарное основание, содержащее пару входов для давления технологической текучей среды, каждый из которых содержит изолирующую диафрагму, корпус, соединенный с копланарным основанием на границе между копланарным основанием и корпусом, усиливающую пластину, содержащую отверстие, через которое проходит корпус, причем усиливающая пластина сконфигурирована, чтобы зажимать корпус между собой и копланарным основанием, и датчик перепада давления, оперативно соединенный с парой входов для давления технологической текучей среды и расположенный рядом с копланарным основанием внутри корпуса. Технический результат заключается в обеспечении возможности работать на «периферии» в течение длительных периодов (например, лет) за раз. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх