Датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления



Датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления
Датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления
Датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления

 


Владельцы патента RU 2606255:

Мирошникова Лариса Александровна (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения избыточного или абсолютного давления в условиях работы с возможным воздействием большого перегрузочного давления до 1000 бар. Заявленный датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления, содержащий корпус из нержавеющей стали, в верхней части которого имеется узкое дренажное отверстие и в центре вдоль продольной оси расположена заполненная силиконовой жидкостью полость, над которой размещен сенсор с чувствительным элементом, а в нижней части корпуса установлена мягкая разделительная металлическая мембрана, связанная с полостью с силиконовой жидкостью через узкое отверстие, расположенное вдоль продольной оси корпуса, при этом корпус выполнен из двух соединенных между собой и расположенных по вертикали на одной продольной оси верхней и нижней частей, при этом снизу в верхней части корпуса установлены дополнительно две компенсационные мембраны, связанные через узкое отверстие, расположенное вдоль продольной оси корпуса, с мягкой разделительной мембраной в нижней части корпуса, а через узкое ступенчатое отверстие в верхней части корпуса - с полостью, заполненной силиконовой жидкостью. Технический результат - обеспечение компенсации воздействия высокого перегрузочного давления на мягкую разделительную мембрану перемещением компенсационных мембран и обеспечение нормальных условий работы сенсора. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения избыточного или абсолютного давления в условиях работы с возможным воздействием большого перегрузочного давления до 1000 бар. Известен датчик избыточного давления, представленный в Каталоге «Датчики давления» ЗАО ПГ «Метран», вып. №12, 2013 г., стр. 160, выбранный в качестве прототипа.

Известный датчик для измерения избыточного и абсолютного давления содержит измерительный блок (ИБ), который состоит из штуцера и корпуса из нержавеющей стали, при этом в верхней части штуцера имеется резьбовое отверстие, в которое закручивается и герметизируется тензопреобразователь. В верхней части конструкции тензопреобразователя имеется пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами. Рабочее давление поступает в отверстие штуцера ИБ и воздействует на чувствительный элемент (ЧЭ) сенсора. ЧЭ выдерживает без разрушения, как правило, давление не более 1, 5 максимальной настройки.

Недостаток известного датчика заключается в следующем.

В процессе работы датчика давления могут возникать большие перегрузочные давления, например, при запуске насоса, подающего жидкость в трубу, или при его внезапной остановке, а также при подаче в трубу влажного газа в условиях морозной погоды, когда происходит образование льда в приемной полости измерительного блока. Это приводит к появлению высокого давления на чувствительном элементе, в приемной полости; также бывает и много других случаев в технологическом процессе. В этих случаях при воздействии перегрузочного давления давление через продольное отверстие поступает во внутреннюю полость с тензопреобразователем, воздействуя непосредственно на чувствительный элемент в сенсоре, который не может выдерживать воздействия большого давления и разрушается.

Задачей является повышение надежности работы датчика.

Поставленная задача решается тем, что в датчике избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления, содержащем корпус из нержавеющей стали, в верхней части которого имеется узкое дренажное отверстие и в центре вдоль продольной оси расположена заполненная силиконовой жидкостью полость, над которой размещен сенсор с чувствительным элементом, а в нижней части корпуса установлена мягкая металлическая мембрана, связанная с полостью с силиконовой жидкостью через узкое отверстие, расположенное вдоль продольной оси корпуса, согласно изобретению, корпус выполнен из двух соединенных между собой и расположенных по вертикали на одной продольной оси верхней и нижней частей, при этом снизу в верхней части корпуса установлены дополнительно две компенсационные мембраны, связанные через узкое отверстие, расположенное вдоль продольной оси корпуса, с мягкой мембраной в нижней части корпуса, а через узкое ступенчатое отверстие в верхней части корпуса - с полостью, заполненной силиконовой жидкостью.

При этом верхняя и нижняя части корпуса могут быть соединены между собой разъемно или неразъемно.

Кроме того, компенсационные мембраны и мягкая разделительная мембрана могут быть расположены параллельно или непараллельно между собой.

Выполнение корпуса датчика из двух соединяемых между собой частей, в совокупности с установкой снизу верхней части корпуса двух компенсационных мембран, связанных через узкое отверстие указанным выше образом с полостью с силиконовой жидкостью под чувствительным элементом сенсора, обеспечивает при воздействии перегрузочного давления на мягкую мембрану перемещение вместе с ней двух компенсационных мембран, компенсирующих перемещение мягкой разделительной мембраны до установки ее на упор при давлении не более 1,5 Рmах, которое чувствительный элемент выдерживает. После установки мягкой разделительной мембраны на упор дальнейшее повышение давления действует только на приемную полость, то есть на поверхность мягкой разделительной мембраны, которая в этот момент сидит на упоре, а также и на сварной шов подсоединительного штуцера с нижним корпусом и исключает тем самым воздействие большого перегрузочного давления на сенсор, сохраняя его работоспособность, метрологические характеристики и повышая долговечность и надежность работы датчика, т.к. конструктивно в полости чувствительного элемента давление не может быть более 1, 5 Pmax.

Технический результат - обеспечение компенсации воздействия высокого перегрузочного давления на мягкую разделительную мембрану перемещением компенсационных мембран и обеспечение нормальных условий работы сенсора.

Заявляемый датчик обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков? как выполнение корпуса датчика из двух соединенных между собой и расположенных по вертикали на одной продольной оси верхней и нижней частей, установка снизу в верхней части корпуса дополнительно двух компенсационных мембран, связанных через узкое отверстие, расположенное вдоль продольной оси корпуса, с мягкой разделительной мембраной в нижней части корпуса, а через узкое ступенчатое отверстие в верхней части корпуса - с полостью, заполненной силиконовой жидкостью, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными выше отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата и не следующие явным образом из уровня техники, поэтому он считает, что заявляемый датчик соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления может найти широкое применение в измерительной технике, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:

- фиг. 1 - общий вид датчика в вертикальном разрезе для избыточного давления;

- фиг. 2 - общий вид датчика в вертикальном разрезе для абсолютного давления.

Заявляемый датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления содержит корпус из нержавеющей стали, выполненный из двух разъемно или неразъемно соединенных между собой и расположенных по вертикали на одной продольной оси верхней 1 и нижней 2 частей. В верхней части 1 корпуса имеется узкое дренажное отверстие 3, а в центре расположена заполненная силиконовой жидкостью полость 4. Над полостью 4 размещен сенсор 5 с чувствительным элементом 6. В нижней части корпуса 2 установлена мягкая металлическая разделительная мембрана 7. Снизу в верхней части корпуса 1 установлены две упругие компенсационные мембраны 8, связанные через узкое отверстие (канал) 9, расположенное вдоль продольной оси корпуса, с мягкой разделительной мембраной 7 в нижней части корпуса 2, а через узкое ступенчатое отверстие - канал 10 и каналы 11 - в верхней части корпуса 1 они связаны с полостью 4 с силиконовой жидкостью. При этом компенсационные мембраны 8 и мягкая разделительная мембрана 7 могут быть расположены параллельно или непараллельно между собой.

Сенсор 5 может быть использован как для избыточного, так и для абсолютного давления. Для случая избыточного давления (см. фиг. 1) отверстие 14 в корпусе сенсора 5 с обратной стороны чувствительного элемента 6 открыто и сообщается по каналу 3 с воздухом вне конструкции датчика.

Для обеспечения абсолютного давления (при вакууме) (см. фиг. 2) отверстие 14 с обратной стороны чувствительного элемента 6 после откачки воздуха заваривается.

Технологически корпус измерительного блока изготавливают из 2-х частей. К верхней части 1 корпуса вверху приваривают сенсор 5 с чувствительным элементом 6, а внизу верхней части 1 приваривают две мембраны 8 для компенсации перемещения мягкой разделительной мембраны 7 при увеличении давления в приемной полости. Мягкая разделительная мембрана 7 приваривается к нижней части 2 корпуса. Полость 4 между разделительной мембраной 7 и сенсором 5 заполняется жидкостью, разделительная мягкая мембрана 7 служит для передачи давления на чувствительный элемент сенсора. К нижней части 2 приваривается подсоединительный штуцер 12 для подачи давления среды.

Датчик работает следующим образом.

При увеличении давления в приемной полости 13 давление действует на мембрану 7, которая передает давление жидкости на сенсор 5 по каналам 9 и 10 и при этом:

- мягкая разделительная мембрана 7 начинает перемещение одновременно с компенсационными мембранами 8 сразу при повышении давления в приемной полости 13. При этом при перемещении мембраны 7 жидкость по каналу 9 давит как на чувствительный элемент 6, так и на поверхность нижней мембраны 8 и одновременно по каналам 11 жидкость давит на верхнюю компенсационную мембрану 8. Также при этом происходит увеличение давления на чувствительный элемент 6 сенсора 5, изменение сигнала тензомоста и измерение давления.

Когда давление в полости 13 будет более Рmах, но меньше 1,5 Ртах, мембрана 7 сядет на нижнюю поверхность корпуса 2 и далее перемещение мембраны 7 не происходит.

Поэтому в полости 4, где расположен чувствительный элемент 6, максимальное давление будет не более 1,5 Pmax, что не влияет на работоспособность сенсора 5.

При понижении давления до 0 компенсационная мембрана 8 перемещает мягкую разделительную мембрану 7 обратно в исходное положение.

В сравнении с прототипом заявляемый датчик является более надежным в работе.

1. Датчик избыточного и абсолютного давления с защитой от высокого перегрузочного давления, содержащий корпус из нержавеющей стали, в верхней части которого имеется узкое дренажное отверстие и в центре вдоль продольной оси расположена заполненная силиконовой жидкостью полость, над которой размещен сенсор с чувствительным элементом, а в нижней части корпуса установлена мягкая разделительная металлическая мембрана, связанная с полостью с силиконовой жидкостью через узкое отверстие, расположенное вдоль продольной оси корпуса, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух соединенных между собой и расположенных по вертикали на одной продольной оси верхней и нижней частей, при этом снизу в верхней части корпуса установлены дополнительно две компенсационные мембраны, связанные через узкое отверстие, расположенное вдоль продольной оси корпуса, с мягкой разделительной мембраной в нижней части корпуса, а через узкое ступенчатое отверстие в верхней части корпуса - с полостью, заполненной силиконовой жидкостью.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя части корпуса соединены между собой разъемно.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя части корпуса соединены между собой неразъемно.

4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что компенсационные мембраны и мягкая разделительная мембрана расположены параллельно между собой.

5. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что компенсационные мембраны и мягкая разделительная мембрана расположены непараллельно между собой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для измерения давления жидких и газообразных сред в условиях воздействия нестационарных температур измеряемой среды.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям давлений, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых датчиков давлений.

Изобретение относится к оборудованию для гранулирования измельченного полуфабриката растительного происхождения. Прессующий ролик пресс-гранулятора содержит обечайку, подшипники качения, торцевые крышки для фиксации обечайки относительно наружных колец подшипников и измеритель нормальных напряжений на рабочей поверхности ролика.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения давления на основе тензомостового интегрального преобразователя давления в широком диапазоне рабочих температур.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления, массы, деформаций и напряжений. Устройство содержит тензорезисторы, которые размещены в контролируемых точках объекта и соединены с внешними конденсаторами в фазирующую RC-цепочку, образуя совместно с усилителем генератор гармонических колебаний, соединенный через преобразователь частота-код и микроконтроллер, программа которого снабжена градуировочной характеристикой зависимости частоты от контролируемой массы или деформации, с цифровым индикатором.

Изобретение относится к оборудованию для гранулирования предварительно измельченных материалов и может быть использовано для определения напряженного состояния в клиновидном рабочем пространстве вальцово-матричных пресс-грануляторов.

Способ настройки термоустойчивого датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы относится к области измерительной техники и предназначен для измерения давления при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к измерительной технике. Микромеханический волоконно-оптический датчик давления выполнен на основе оптического волокна, содержащего участки ввода и вывода излучения, а также участок, размещенный в пропускном канале корпуса.

Датчик давления с нормализованным или цифровым выходом содержит корпус с установленными в нем чувствительным элементом давления (ЧЭД) с кристаллом интегральной микросхемы преобразователя давления (ИПД) и контактными площадками, кристалл интегральной микросхемы (ИС) преобразователя сигнала ИПД, защитную крышку ЧЭД и ИС, выходные контакты, средства электрических соединений ЧЭД, ИС и выходных контактов и по меньшей мере один канал в корпусе для подвода давления среды.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения неэлектрических величин, а именно к тензорезисторным датчикам абсолютного давления на основе кремний-на-изоляторе (КНИ) микроэлектромеханической системы. Тензорезисторный датчик абсолютного давления содержит корпус с трубкой для подвода измеряемого давления, выполненный из металлической пластины-основания и металлической крышки, внутри которого имеется электрическая цепь коммутации тензопреобразователя с внешней электрической схемой и жестко закреплен чувствительный элемент абсолютного давления (ЧЭД). При этом ЧЭД состоит из чипа тензопреобразователя с измерительным мостом Уинстона, стеклянного пьедестала и вакуумированной полости. Причем чип тензопреобразователя выполнен на основе КНИ-гетероструктуры, состоящей из двух монокристаллических кремниевых пластин, разделенных промежуточным тонким слоем неорганического диэлектрика, причем в верхней сформирована монолитная тензорамка, а в нижней сформированы трапециевидная выемка и мембрана, образующие вакуумированную полость в результате герметичного соединения чипа тензопреобразователя с пьедесталом по полоске на периметре пьедестала. Пьедестал ЧЭД выполнен в форме квадратной пластины из стекла Pyrex и жестко закреплен на пластине-основании в посадочном месте, выполненном в форме глухого отверстия со ступенчатым профилем, а монолитная тензорамка состоит из четырех объемных тензорезисторов равной длины и равного сечения, образующих измерительный мост Уинстона. Трубка для подвода измеряемого давления установлена в крышке корпуса со стороны рабочей поверхности чипа тензопреобразователя. Электрическая цепь коммутации выполнена в виде гибкого шлейфа на основе полиимидной пленки, который ленточными выводами с одного конца электрически соединен с контактными площадками чипа тензопреобразователя, а на другом конце шлейфа расположен ряд контактных площадок для соединения с внешней электрической схемой, проводники и микроконтакты гибкого шлейфа защищены тонкой неорганической пленкой. Техническим результатом является повышение временной стабильности и надежности, расширение диапазона рабочей температуры датчика, снижение его чувствительности к воздействию гамма-радиации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх