Устройство для измерения разности давлений и способ его изготовления
ОПИСАНИЕ ,, TEHHg >746220
Союз Соввтскнх
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 140475 (21) 2123094/18-10 (23) Приоритет
С 01 L 13/02 (32) 250474
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений н открытий (31) WP G0! t /178112(33) ГДР
Опубликовано 070780,Бюллетень М 25 (53) УДК Ь31.787. 21 (088. 8) Дата опубликования описания 07.0780
Иностранцы
Хайнц Доммердих, Арндт Кальтшмидт Хайнц Кастен, Хельмут Менцель и Вернер Фитце (ГДР) Иностранное предприятие
"ФЕБ Комбинат Мес-Унд Регелунгстехник" (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (ГДР) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ
ДАВЛЕНИЙ И С1тОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для измерения разности давлений. 5
Известно устройство, содержащее корпус, две гофрированные мембраны с профильными упорами и электрический преобразователь, образунхцие вместе измерительный преобразователь
С13В известных устройствах мембрана защищена от перегрузок с .помощью профилированных упоров, ограничивающих ее прогиб. Однако в этом случае затруднительно согласовать профили мембраны и упоров.
Цель изобретения — э щита мембраны от перегрузок.
Эта цель достигается тем, что каждый упор содержит две секции с зеркально-симметричными профилями в форме концентрических колец, выступы и впадины которых имеют форму дуг, соединенных между собой по касательной, длины радиусов которыя отличаются на толщину мембраны, причем между секциями расположена скре,пленная между ними по кромке меморана, а обе мембраны связаны тягой, вы2 полненной с буртиком посредине и магнитомягкими шайбами по концам, проходящей через центральные отверстия в упорах, причем корпус образован двумя упорами, скрепленными по кромке между собой выточками, в которых расположены катушки преобразователя с сердечниками, имеющими ограничители тяги, а внутренние полости корпуса соединены между собой посредством отверстий и выемок и заполнены маслом.
Устройство может быть снабжено разделительными мембранами с капиллярными отверстиями, укрепленными на торцах корпуса посредством колец с фланцами, а также крышками, закрывакхаими эти мембраны.
Кроме того, заготовки мембран, прикрепленные к секциям упоров, формуют пуансоном с профилем, обратным профилю упоров посредством знакопеременных усилий, затем путем развальцовки и вытюаки выполняют центральные отверстия в мембранах, вставляют тягу, составляют секции и скрепляют их по кромкам, затем в крайнем положении поочередно скрепляют каждую
746220 мембрану с тягой и заполняют корпус маслом под вакуумом.
Измерительный преобразователь состоит иэ двух тонких мембран, жестко соединенных между собой по центрам, и упоров, причем при перегрузке каждая мембрана ложится на соответствующий ей упор, а внутренняя полость измерительного преобразователя заполнена жидкостью.
В таком элементе при перегрузке в контакт с упором вступает только одна мембрана. Тем самым, двойная мембранная система . самоэащищена от перегрузок, а деформации исключены.
На фиг.1 показан измерительный преобразователь; на фиг.2 и 3— устройство для измерения разности давлений с измерительным преобразователем; на Фиг.4 — построение профиля мембраны; на фиг.5. — профиль пуансона; на фиг.6-13 — операции технологического процесса изготовления; на фиг.14 — характеристика
° устройства.
Устройство содержит .упор первой секции 1, упор второй его секции 2, центральное отверстие 3, выточку 4, соединительную тягу 5, буртик 6, мембраны 7, сварочный шов 8, отверстие 9 для заливки, шарик 10, толкатель 11, основание 12, шайбу-сердечник 13, катушки съема сигнала 14, фланец 15, ось вращения 16, каналы электропроводов 17 и 18, рабочий объем 19, гермоввод 20, корпусное кольцо 21, разделительную мембрану
22, крышку 23 разделительной мембраны, крышку корпуса 24, подмембран.ную полость 25, входное отверстие 26, сечение профиля 27, плоскость внешних участков профиля 28, сечение профиля пуансона 29, сечение мембраны 30, профиль штампа 31, штамповочный пуансон 32, вырубной инструмент
33, центрирующий поясок 34, вытяжной инструмент 35, центрирующий поясок 36, соединительное отверстие
37, радиальные выемки 38, уравнительное отверстие 39, профили упоров
40, внутренние участки 41 профилей, внешние участки профилей 42, винтовое соединение 43, выемки 44, прилив 45, выточку 46, разделительную прокладку 47 и капилляры 48.
Согласование профилей мембран и упоров достигается тем, что каждый упор состоит из двух секций с зеркальным расположением профилей, причем эти секции сварены между собой.
Сварку осуществляют неплавящимся вольфрамовым электродом в инертной среде.
Узел упора по оси вращения имеет центральное отверстие с выточкой,в котором свободно расположена соединительная тяга с буртиком, входящим в выточку. Эта выточка ограничивает осевое перемещение соединительной тяги и тем са ым ограничивает осевсе перемещение соединительной тяги и тем самым ограничивает деформацию мембраны, Устройство содержит две мембраны, приваренные по внешней кромке к упорам первой и второй секций, а по внутренней кромке — к соединительной тяге. Расстояние между мембранами по соединительной тяге выбрано так, чтобы обеспечивала разносторонний контакт мембран с профилями упоров при одновременном касании буртика соединительной тяги с дном выточки центрального отверстия.
Внутреннее пространство измерительного преобразователя имеет незначительный объем V,, который заполнен силиконовым маслом. Для. заливки имеется радиалЬное заливочное отвер20 стие с выточкой, которое закрыто шариком, запрессованным в эту выточку, с помощью толкателя. При эапресовке шарика возникает дополнительный объем, который можно
25 задать по Формуле
Т . — минимальная рабочая темпе гг ратура, P — максимальное статическое St .. давление; с — температурный коэффициент объемного расширения; X — сжимаемость силиконового масла V — объем измерительного прео образователя. Дополнительный объем необходим, чтобы исключить самопроизвольную деформацию мембран при минимальной 40 температуре и максимальном статическом давлении, когда объем наполняющей жидкости становится минимальным. При перегрузке мембрана касается упора центральной своей областью, 45 причем противолежащая сторона соответственно имеет большую выпуклость, а затем ложится на упор полностью. Для уменьшения времени действия предусмотрены отверстия и выемки, соединяющие полости обеих секций между собой, для перетекания жидкости, заполняющей измерительный преобразователь. Эффективность соединения можно оценить значением коэффициента, которое должно быть много больше единицМ и определяется по формуле .б V Ув и= — —, V= 12,„) < v(i-ю) ii ii Ь i где Ч вЂ” объем зазора между центра60 S льным отверстием и соединительной тягой; V — объем центрального отверс6 тия; V — объем дополнительного отБ 4 верстия. 746220 Эффективность тем больше, чем меньше измеряемая разность рабочих давлений. Кроме того, соединительные отверстия и выемки препятствуют слипанию мембран с упорами после снятия пере- 5 грузки. Радиус, размеры профиля и толщина мембраны выбраны так, чтобы обеспечить заданное осевое перемещение двойной мембраной системы в обе стороны при измеряемой разнице давлений. Перемещение соединительной тяги преобразуется в электрический сигнал. Для этого соединительная тяга с обоих концов снабжена сердечниками-шайбами из магнитомягкого материала, с регулировкой их положения вдоль оси. Против этих сердечников расположены индуктивные катушки съема сигнала, которые вместе с сердечниками образуют переменную индуктивность. Кроме того, система преобразования перемещения соединительной тяги может быть выполнена и на тензометрических Датчиках сопротивления. . Описанный измерительный преобразователь входит в устройство для измерения разности давлений (см. фиг. 2) . для защиты от коррозии измеритель- З0 ный преобразователь закрыт крышками с разделительными мембранами, а также кольцами и крышками корпуса, кбторые имеют соответствующие уплотнения и стянуты реэьбовыми деталями. 35 Разделительные подмембранные полости М„ и Ч имеют незначительный объем и также заполнены жидкостью. Разделительные мембраны не несут функции защиты от перегрузок. Поэто- 40 му вместо них можно использовать капилляры с разделительными прокладками (см.фиг.3). На фиг.4. показано сечение половины профиля. В случае равномерного 45 профилирования внешний участок профиля RA имеет радиус R, внутренний участок профиля — радиус которые связаны значением Л 50 где h — толщина стенки мембраны. Оба участка профиля связаны касательной Т, длина которой L должна быть больше нуля. Высота профиля Н и толщина стенок h выбраны так, чтобы обеспечить заданную жесткость мембраны. Профилирование начинается с внешнего экстремума кривой и заканчивается внутренним экстремумом. На фиг.5 показано сечение профи- 60 ля штамповочного пуансона с концентрическими кольцами шириной В и радиусом кривизны R . Высота Н> выбрана так, что пуансон формирует 1лишь внутренние участки профиля мем 65 браны. При этом профиль пуансона вы полнен таким,что с пуансоном имеют соприкосновение только внутренние участки профилей. Внешние участки профилей, касательные и плоскость центра образуются на мембране только путем ее вытяжки при пределе текучести. Тем самым штамповка .соответствует режиму перегрузки, при котором эти мембраны получают окончательную Фоому. Профиль пуансона состоит из концентрических колец, средние радиусы которых равны радиусам экстремумов соответствующих внутренних участков профилей. Ширина кольца в данном случае равна Ь = 2(R>- h). Эти кольца ограничены на стороне штампа радиусом R соответственно Фбрмуле R R -h . При равномерном Д профилировании радиусы равны Яз =R . Высота колец обеспечивает то, что пуансоном будут захвачены только внутренние участки профилей. Описанное устройство обеспечивает полный контакт поверхностей мембран и жестких упоров лишь при определенной технологии, которая обеспечивается при соблюдении следующих условий. Вначале плоские заготовки мембран сваривают по кромкам с упорами первой и второй секции (см. фиг.6) Затем производится опрессовка мембран по обеим секциям (см. фиг .7). Далее инструментом, зафиксированным относительно центра, пробивают центральное отверстие мембран (см.фиг.8). Затем производят калибровку и вытяжку кромок центральных отверстий мембран инструментом, который фиксирован относительно отверстий (см.фиг.9) . Указанная вытяжка необходима для подготовки внутренних кромок под сварку. На фиг. 10 обе секции с предварительно вставленной соединительной тягой свариваются между собой по периметру. На фиг.11 показана сварка мембраны с соединительной тягой. Сварку производят в таком положении, когда соединительная тяга и мембрана посредством независимого приложения усилий F u F поджаты к соответствующим упорам по профилю .и выточке. На фиг.12 показан соответствующий процесс с обратной стороны. При этом мембрана секции приподнимается со своего упора. После сварки обеих мембран полученная двойная мембранная система занимает нейтральное,т.е.исходное, положение, как это показано на фиг.13,где изображен процесс заливки измерительного преобразователя под вакуумом. Заливку производят силиконовым маслом, которое заполняет преобразователь до краев заливочного отверстия. Затем в выточку этого отверстия вкладывают 746220 шарик и поджимают его до упора толкателем. После заливки преобразователь подвергают тренировочному режиму для заиеволивания материала мембран.Для этого устройство для измерения разности давлений собирают с измерительным преобразователем (см. фиг.2) и подают максимальное статическое давление во входные отверстия прибора попеременно пока отклонения от исходного положения не исчезнут, либо не станут симметричными, повторяя нагрузочные циклы не менее пяти раз. На фиг.14 показана характеристика преобразователя, где P - диапазон измерения (разность давлений); Р - разность давленйй, при котором происходит контакт мембран с упорной частью, т.е. предел разрещающей способности системы; Р— максимально допустимое " статическое давление, на которое рассчитаны упоры. Эффективность изобретения состоит в высокой надежности защиты от перегрузок благодаря описанному принцийу контакта мембран по профилю. Дополнительные узлы для удержания центра мембран посредством изме. рительных пружин или посредством силовых компенсаторов, которые выступают, в функционирование только при iieper:.>узках и действуют на вытеснение объема без значительного приема на себя давления, не нужны. Данное техническое решение требует точного согласования профилей мембраны и упора. . Измерительный элемент может быть применен для измерейий разности давлений -и для защиты от перегрузок устройств измерения разностного давления с разделенными мембранами или без таковых, либо с разделительными прокладками с помощью параллельно работающих устройств с различными диапазонами измерения. Формула изобретения 1. Устройство для иэмерейия разности давлений, содержащее корпус, g0 капиллярными отверстиями и крышки, 5 Р ! О 50 две гофрированные мембраны с профильными упорами и электрический преобразователь, образующие измерительный преобразователь, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью защиты мембраны от перегрузок,,каждый упор выполнен из двух секций с зеркальносимметричными профилями в форме концентрических колец, выступы и впадины которых имеют форму дуг, соединенных между собой по касательной, длины радиусов которых отличаются на толщину мембраны, причем между секциями расположена скрепленная с ними по кромке мембрана, а обе мембраны связаны тягой, выполненной с буртиком посредине и магнитомягкими шайбами по концам, проходящей через центральные отверстия в упорах, причем корпус образован двумя упорами,. скрепленными по кромкам между собой, с выточками, в которых расположены катушки электрического преобраэова; теля с сердечниками имеющими ограниУ чители хода тяги, а внутренние полости корпуса соединены между собой посредством отверстий и выемок и заполнены маслом. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены разделительные мембраны с установленные по торцам корпуса, причем мембраны укреплены посредством колец с фланцами. 3. Способ изготовления устройства по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что заготовки мембран, прикрепленные к секциям упоров, формуют пуансоном с профилем, обратным профилю упоров посредством энакопеременных усилий, затем путем раэвальцовки и вытяжки выполняют центральные отверстия в мембранах, вставляют тягу, составляют секции и скрепляют их по кромкам, затем в крайнем положении поочередно скрепляют каждую мембрану с тягой и заполняют корпус маслом под вакуумом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. "Машиностроение", 1975, с.604, фиг.у-58. Составитель Л.Кочураев Редактор О.филиппова Техред M. Петко Корректор М.Коста t4 м" Заказ 3928/28 Тираж 1019 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, .У(-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная,4 
