Устройство для измерения перепада давления

 

п11 477324

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕйЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 24.05.73 (21) 1921521/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.75. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 04.12.75 (51) М. Кл. G Oll 13/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УД К 531.787 (088,8 ) По делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Ю. А. Зверев, А. Г. Мазокин, А, П. Серегин, Б. Е. Соколов и В. В. Филин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам и элементам регулирующей автоматики и может найти применение, например, в контрольно-измерительных приборах и регулирующих устройствах для автоматизации судовых энергетических установок и общекорабельных систем.

Известные устройства для измерения перепада давления, содержащие корпус, в котором размещены два равновеликих сильфона, сильфон большой площади, настроечную пружину и преобразовательный элемент, не обладают достаточной чувствительностью и точностью измерения.

Для повышения чувствительности и увеличения точности измерения в предлагаемом устройстве сильфоны соединены общим подвижным жестким центром и образуют одну рабочую и три измерительных камеры, две из которых сообщаются между собой, ограничивая площадь, равную площади большего сильфона.

На чертеже показано описываемое устройство.

В корпусе 1 расположен сильфонный измерительный блок, содержащий измерительный сильфон 2, неподвижное основание 3, подвижное основание 4, измерительный сильфон 5, неподвижное основание 6 и сердечник 7.

Сердечник 7 выполнен из магнитного материала и жестко соединен с подвижными основаниями 4 и 8 так, что образует вместе с ними подвижный жесткий центр сильфонного измерительного блока. жесткий центр сильфонного измерительного блока с сердечником

7 может перемещаться возвратно-поступательно за счет упругой деформации сильфонов.

Сильфоны 2 и 9, выполненные одинаковыми и имеют малую эффективную площадь, большую жесткость и высокую механическую прочность, устанавливаются с предварительным растяжением.

Сильфон 5, имеющий большую эффектив15 ную площадь и малую жесткость, устанавливается с предварительным сжатием.

Во внутренней полости сильфона 5 установлена настроечная пружина 10, предварительное сжатие которой задается регулировочным

20 болтом 11, имеющим резьбовое соединение с неподвижным основанием 6.

K корпусу 1 герметично крепится крышка 12.

Сильфонный измерительный блок образует в измерительном устройстве четыре камеры: три измерительных камеры А, Б и В и одну рабочую камеру Г.

Измерительная камера образована сильфопом 2, неподвижным основанием 3, подвижным основанием 4 и крышкой 12. В крышке

477324

10

1. вых — +a Pszi

6 = — К,ЬР, 3

12 имеется канал 13 для подвода одного из входных сигналов.

Измерительная камера Б образована корпусом l, сильфоном 8, неподвижным основанием 9, подвижным основанием 8 и сильфоном 5.

Камеры A и Б сообщаются между собой каналом 14 в корпусе 1 и крышке 12.

Измерительная камера Ы образована сильфоном б, подвижным основанием 8 и неподвижным основанием 15 с регулировочным болтом 11. В неподвижном основании 6 имеется канал 16 для подвода к камере В другого входного сигнала.

Рабочая камера Г, расположенная во внутренней полости сильфонного измерительного блока, образована корпусом 1, сильфоном 2, неподвижным основанием 3, подвижным основанием 4, сильфоном 9, неподвижным основанием 16 и подвижным основанием 8.

В рабочей камере Г установлена катушка

17 индуктивного дифференциально-трансформаторного датчика.

Катушка 17 имеет три обмотки: обмотку 18 питания, верхнюю рабочую 19 обмотку и нижнюю рабочую обмотку 20 (показаны условно) .

Устройство работает следующим образом.

На обмотку 18 катушки индуктивного дифференциально-трансформаторного датчика,подается напряжение переменного тока — U.

К измерительной камере сильфонного измерительного блока по каналу 16 и, далее, к измерительной камере Б по каналу 14 подводится входной сигнал с давлением Рь К измерительной камере B по каналу 16 подводится входной сигнал с давлением Р . Номинальная разность давлений входных сигналов

P„= Р, — Р, уравновешивается усилием от предварительного сжатия настроечной пружины 11. При этом жесткий подвижный центр сильфонного измерительного блока с сердечником 7 занимает такое положение внутри катушки 17, при котором индуктивные сопротивления рабочих обмоток 19 и 20 катушки

17 одинаковы, и на выходе дифференциальнотрансформаторного датчика отсутствует напряжение: U, x = 0 (обмотки одинаковы и намотаны встречно).

Отклонение разности давлений входных сигналов от номинального значения, например, увеличение разности давлений входных сигналов, что соответствует увеличению давления Р либо уменьшению давления Р>, вызывает сжатие сильфонов 2, 5 и пружины 10 и растяжение сильфона 9. Это приводит к смещению подвижного жесткого центра сильфонного измерительного блока с сердечником

7 вниз от первоначального положения на величину, пропорциональную отклонению разности давлений входных сигналов от номинального значения.

45 где 6 — смещение сердечника 7 от первоначального положения;

AP„— приращение входного сигнала— отклонение разности давлений входных сигналов от номинального значения; .К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от эффективной площади и суммарной жесткости упругих элементов измерительного устройства (сильфонов 2, 9, 5 и пружины 10) .

Указанная зависимость сохраняется в диапазоне изменения входного сигнала, соответствующего выходу жесткого центра сильфонного измерительного блока на механические упоры, ограничивающие растяжение (сжатие) сильфонов.

Смещение сердечника 7 вниз от первоначального положения приводит к увеличению индуктивного сопротивления рабочей обмотки 19 и уменьшению индуктивного сопротивления рабочей обмотки 20 катушки 17.

На выходе дифференциально-трансформаторного датчика формируется выходной сигнал в форме напряжения переменного тока

У,„„определенной фазы.

При уменьшении разности давлений входных сигналов, что соответствует уменьшению давления Р либо увеличению давления Р, действие измерительного устройства аналогично описанному, с той разницей, что в последнем случае жесткий центр сильфонного измерительного блока с сердечником 7 смещается вверх от первоначального положения, индуктивное сопротивление обмотки 19 уменьшается, индуктивное сопротивление оомотки 20 увеличивается, и на выходе дифференциально-трансформаторного датчика формируется выходной сигнал в виде напряжения переменного тока l„, противоположной фазы.

Амплитуда напряжения U„» Hà выходе измерительного устройства изменяется пропорционально отклонению разности давлений входных сигналов от номинального значения в оговоренном выше диапазоне перемещения жесткого центра сильфонного измерительного блока, т. е. реализуется зависимость: где К2 коэффициент пропорциональности (чувствительность измерительного устройства), зависящий от жесткости упругих элемен-.îâ и от крутизны характеристики катушки дифференциально-трансформаторного датчика.

Измерительное устройство может перестраиваться на различные значения номинальной разности давлений входных сигналов изменением предварительного сжатия настроечной пружины 10.

Увеличение чувствительности данного сильфонного измерительного устройства в сравнении с чувствительностью двух сильфонных

477324 измерительных устройств объясняется следующим.

Давление Р1 одного из входных сигналов воздействует в камере А на площадь, равнук эффективной площади сильфона 2, и в камере Б на площадь, равную разности эффективных площадей сильфона 2 и сильфона 9. Давление Р> другого входного сигнала воздействует в камере на полную эффективную площадь большого сильфона 5.

Поскольку сильфоны 2 и 9 одинаковы (без учета разноплощадности, обусловленной неточностью изготовления сильфонов), то давление Pi в итоге воздействует в камерах А и

Б на площадь, также равную полной эффективной площади большого сильфона 5.

Таким образом, перепад давления входных сигналов воздействует в данном измерительном устройстве на площадь, равную полной эффективности площади большого сильфона

5 при всех значениях абсолютного давления входных сигналов.

Следовательно, в сравнении с двухсильфонным измерительным устройством, в данном измерительном устройстве чувствительность увеличивается приблизительно во столько раз, во сколько раз эффективная площадь большого сильфона 5 превышает эффективную пло. щадь малого сильфона 2 или 9, так как ввиду малой жесткости сильфона 5 суммарная жесткость упругих элементов измерительного устройства при добавлении большого сильфона

5, практически не изменяется.

Погрешность измерения перепада давления данного измерительного устройства при изменении абсолютного давления входных сигналов измеряемой среды, обусловленная неточностью изготовления сильфо,ов (технологической разноплощадностью сильфонов 2 и 9), уменьшается в сравнении с двухсильфонным измерительным устройством во столько раз, во сколько эффективная площадь большого сильфона 5 превышает эффективную площадь

5 малого сильфона 2 или 9.

В качестве преобразовательного элемента применен индуктивный дифференциальнотрансформаторный датчик (катушка 17 с сердечником 7), преобразующий перемещение

lo подвижного жесткого центра сильфонного измерительного блока в непрерывный электрический сигнал на выходе измерительного устройства.

Сущность изобретения сохраняется, если в

)5 качестве преобразовательного элемента используется гидравлический или пневматический усилительно-преобразовательный элемент, преобразующий перемещение подвижного жесткого центра сильфонного измери2о тельного блока в гидравлический либо пневматический непрерывный сигнал на выходе устройства.

25 Предмет изобретения

Устройство для измерения перепада давления, содержащее корпус, в котором размещены два равновеликих сил ьфона, сильфон зо большой площади, настроечную пружину и преобразовательный элемент, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения чувствительности и увеличения точности измерения, в нем сильфоны соединены общим подвижз5 ным жестким центром и образуют одну рабочую и три измерительных камеры, две из которых сообщаются между собой, ограничивая площадь, равную площади большего сильфона.

477324 алых

Редактор С. Хейфиц

Заказ 3173/7 Изд. № 1776 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель И. Орлова

Техред E. Подурушина

Корректоры: Е. Рожкова и О. Тюрина