Датчик дифференциального давления

Изобретение относится к приборостроению, а именно к датчикам дифференциального давления, первичный преобразователь (ПП) которых имеет в своем составе чувствительные элементы (ЧЭ) и индуктивный преобразователь (ИП). Датчик дифференциального давления может использоваться в специальных условиях с ударными и длительными вибрационными нагрузками, а также имеет возможность контролировать широкий диапазон сред, включая агрессивные и кристаллизующиеся. ПП датчика дифференциального давления имеет два ЧЭ, измерительный и компенсационный, которые соосно расположены в минусовой и плюсовой полости датчика. Каждый ЧЭ является мембраной коробкой, состоящей из двух сваренных между собой мембран. ИП состоит из индуктивного трансформатора и плунжера, жестко связанного осью с измерительным ЧЭ. Плунжер перемещается внутри разделительной трубки, приваренной к корпусу датчика соосно с ЧЭ. Дополнительно введенный канал объединяет внутренние полости ЧЭ и внутреннюю полость разделительной трубки в герметичную рабочую полость, которая заполняется передающей жидкостью. Под воздействием давлений контролируемых сред происходит деформация ЧЭ и перемещение связанного с ними плунжера. Введение специального дополнительного канала изменяет соотношение сил, воздействующих на ЧЭ при ударных нагрузках. При этом перемещение плунжера от воздействия ударной нагрузки может быть полностью скомпенсировано. Плунжер датчика находится в передающей жидкости и изолирован от влияния контролируемых сред, вызывающих дополнительные помехи. Технический результат – обеспечение возможности контролировать более широкий диапазон сред, в том числе агрессивные и кристаллизующиеся. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к датчикам дифференциального давления.

Известны датчики дифференциального давления, например типа ДМЭ-16 [1]. Основными измерительными узлами известных датчиков являются:

- первичный преобразователь (ПП), имеющий в своем составе измерительный блок и индуктивный преобразователь (ИП);

- электронный преобразователь.

Измерительный блок состоит из двух чувствительных элементов (ЧЭ) - измерительного и компенсационного, непосредственно воспринимающих давление контролируемых сред и преобразующих его в перемещение плунжера. ИП осуществляет преобразование перемещения плунжера в напряжение переменного тока. Электронный преобразователь преобразует напряжения переменного тока в унифицированный выходной сигнал.

На фигуре 1 изображена конструктивная схема ПП известного датчика дифференциального давления [1].

Каждый ЧЭ представляет из себя мембранную коробку, состоящую из двух сваренных между собой мембран. Последовательно расположенные и связанные между собой измерительный 1 и компенсационный 2 ЧЭ находятся в минусовой и плюсовой полости датчика. Внутренние полости мембранных коробок объединены и заполнены передающей жидкостью 3.

ИП состоит из индуктивного трансформатора 4 и плунжера 5, жестко связанного осью 6 с измерительным блоком. Плунжер перемещается внутри разделительной трубки 7, приваренной к корпусу датчика соосно с измерительным блоком.

Известный датчик работает следующим образом. Под воздействием давлений контролируемых сред P₁ и P₂ происходит деформация ЧЭ 1 и 2 и перемещение связанного с ними плунжера 5. Перемещение плунжера 5 вызывает изменение взаимоиндуктивности обмоток трансформатора 4, в результате чего во вторичных обмотках появляется переменное напряжение, пропорциональное перемещению плунжера 5.

Перемещение плунжера λ, зависящее от деформации ЧЭ 1 и 2, в общем виде выражается формулой:

где ΣF_i - сумма сил, воздействующих на ЧЭ 1 и 2;

ΣCi - суммарная жесткость ЧЭ 1 и 2.

При воздействии ударных нагрузок на подвижные части (жесткие центры) ЧЭ 1 и 2 перемещение плунжера 5 имеет вид:

где λ_g - перемещение плунжера 5 от воздействия ударной нагрузки;

F_и и F_к - импульсы силы от воздействия на подвижные жесткие центры измерительного 1 и компенсационного 2 ЧЭ соответственно;

F_ж - импульс силы от подвижки массы передающей жидкости 3;

C₁ и C₂ - жесткость измерительного 1 и компенсационного 2 ЧЭ соответственно.

Импульсы силы F_и, F_к, F_ж вычисляются по формулам:

где М_и и М_к - массы подвижных жестких центров измерительного 1 и компенсационного 2 ЧЭ;

М_ж - масса передающей жидкости 3;

g - ускорение свободного падения.

Перемещение λ_g может быть сравнимо или превышать перемещение от рабочего давления контролируемых сред, что приводит к резкому увеличению выходного сигнала и выходу его за пределы измерения.

Недостатком известных датчиков дифференциального давления является:

- нахождение плунжера 5 непосредственно в контролируемой среде, что приводит к возможности засорения зазора между плунжером 5 и разделительной трубкой 7 примесями, находящимися в контролируемой среде. Наличие примесей препятствует свободному ходу плунжера;

- неустойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.

Датчик дифференциального давления, выполненный по предлагаемому изобретению, позволяет применять его в специальных условиях с ударными и длительными вибрационными нагрузками, а также контролировать более широкий диапазон сред. Для обеспечения этой возможности в конструкцию ПП датчика дополнительно введен специальный канал, позволяющий перенаправить гидравлические воздействия от импульсов сил, полученных от подвижных элементов системы измерения.

На фигуре 2 изображена конструктивная схема ПП датчика дифференциального давления, выполненного по предлагаемому изобретению.

Датчик имеет два ЧЭ, измерительный 1 и компенсационный 2, которые соосно расположены в минусовой и плюсовой полости датчика. Каждый ЧЭ является мембраной коробкой, состоящей из двух сваренных между собой мембран. ИП состоит из индуктивного трансформатора 4 и плунжера 5, жестко связанного осью 6 с измерительным ЧЭ 1. Плунжер 5 перемещается внутри разделительной трубки 7, приваренной к корпусу датчика соосно с ЧЭ 1 и 2. Дополнительно введенный канал 8 объединяет внутренние полости ЧЭ 1, 2 и внутреннюю полость разделительной трубки 7 в герметичную рабочую полость, которая заполняется передающей жидкостью 3.

Введение обратной гидравлической связи, обеспеченное дополнительным каналом, изменяет соотношение сил, воздействующих на ЧЭ 1 и 2 при ударных нагрузках. При этом перемещение плунжера 5 от воздействия ударной нагрузки λ_g может быть полностью скомпенсировано (для ударных нагрузок до 1000 g):

Положительный технический результат от применения предлагаемого изобретения состоит в возможности использования датчика дифференциального давления в специальных условиях с ударными и длительными вибрационными нагрузками. Плунжер датчика находится в передающей жидкости и изолирован от влияния контролируемых сред, в том числе агрессивных и кристаллизующихся.

Источники информации

1. Дифманометр мембранный электрический ДМЭ-16. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 08902051 ТО. Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления, 1975 г.

1. Датчик дифференциального давления, содержащий индуктивный преобразователь, состоящий из индуктивного трансформатора и плунжера, и двух упругих чувствительных элементов - измерительного и компенсационного, причем плунжер связан осью с подвижным жестким центром измерительного чувствительного элемента, отличающийся тем, что измерительный и компенсационный чувствительные элементы связаны не прямой, а обратной связью через дополнительно вводимый специальный канал.

2. Датчик дифференциального давления по п. 1, отличающийся тем, что плунжер изолирован от нежелательного воздействия загрязненных контролируемых сред.