Гидравлический преобразователь силы

 

",бум тэЮ Мз," А

ОПИСАИие

ИЗОБРЕТЕНИЯ

0щ 777488

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.07.76 (21) 2386352/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11,80. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (51) М.К .

G 01L 1/02

Государственный комитет (53) УДК 531.781 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. И. Емельянов (71) Заявитель (54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения силы, веса в различных областях техники, преимущественно там, где в процессе измерения силы требуется 5 обеспечить компенсацию давления окружающей среды.

Известен преобразователь силы, включающий корпус и силовоспринимающий эле- 10 мент, подвижно связанные между собой посредством герметизирующей диафрагмы (1).

Недостатком этого преобразователя является то, что при изменении давления окружающей среды происходит изменение величины выходного сигнала преобразователя, что вносит погрешность в результаты измерения.

Известен также преобразователь силы, 20 включающий корпус и силовоспринимающий элемент, подвижно связанные между собой посредством диафрагмы, а также компенсатор давления окружающей среды, выполненный в виде кинематически свя- 25 занных с корпусом и силовоспринимающим элементом герметичных сильфонов, эффективная площадь которых в сумме равна эффективной площади диафрагмы (2).

В этом преобразователе также не обес- 30 печена полная компенсация давления окружающей среды.

Известен преобразователь силы, включающий корпус и силовоспринимающий элемент, соединенные между собой подвижно посредством герметизирующих диафрагм, образующих компенсационное устройство (3).

Недостаток этого преобразователя заключается в том, что его компенсационное устройство не может быть применено с преобразователями других типов, например с гидравлическим компенсационным преобразователем силы.

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь силы, содержащий корпус и силовоспринимающий шток с поршнем, связанные между собой посредством трех диафрагм, образующих последовательно расположенные рабочую камеру, соединенную с системами подпитки и слива, и две компенсационные камеры (4).

Недостатком этого устройства является малая точность измерения, что обусловлено влиянием давления окружающей среды на его выходной сигнал.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния давления окружающей среды.

777488 где

20

Приняв

25 ь эфь ь эфь + ь >эфь — 0> (3) Поставленная цель достигается тем, что в нем средняя компенсационная камера соединена с окружающей средой, крайняя компенсационная камера — с системой слива, а эффективная площадь средней диафрагмы равна сумме эффективных площадей двух других.

На фиг. 1 представлена схема устройства гидравлического преобразователя силы; на фиг. 2 — пример его конструктивного выполнения.

Гидравлический преобразователь силы содержит корпус 1 и силовоспринимающий элемент 2, выполненные в виде составного поршня переменного сечения. Корпус и силовоспринимающий элемент подвижно связаны между собой посредством трех герметизирующих диафрагм 3 — 5, образующих три последовательно расположенных по оси преобразователя камеры б — 8. Диафрагма 3 прикреплена к поршню посредством уплотнительных узлов 9 или 10 (показано пунктиром), а к корпусу 1 — с помощью прижимного кольца 11. Средняя диафрагма 5 герметично прикреплена к йоршню с помощью уплотнительного кольца 12 и кольца 13, а к корпусу 1 — с помощью крышки 14 и кольца 11. Диафрагма 4 герметично связана с крышкой 14 и составным поршнем 2. Эффективная площадь диафрагмы 5 равна сумме эффективных площадей двух других диафрагм 3 и

4. Полость камеры 8 через отверстие 15 сообщена с системой слива. Средняя камера 7 через отверстие 16 сообщена с окружающей средой с давлением Рг,. Полость рабочей камеры б через каналы клапанного узла слива сообщена с системой слива, клапанный узел слива включает подвижный клапан 17, отжимаемый от седла 18 пружиной 19. Через клапанный узел подпитки, содержащий подвижный клапан 20, прижимаемый пружиной 21 к седлу 22 клапана, камера б соединена дополнительно с гидросистемой подпитки с высоким давлением. Рабочее давление в камере б контролируется измерительным прибором (условно не показан), Между подвижными клапанами 17 и 20 имеется упорный шток

23, посредством которого при движении поршня усилие с поршня через седло 18, клапан 17 и шток 23 передается на клапан

20, отрывая его от седла 22.

Преобразователь силы работает следующим образом.

При величине измеряемой силы R, равной нулю, поршень 2 находится в нейтральном положении, а клапаны подпитки и слива закрыты. При этом на подвижный силовоспринимающий элемент действуют взаимно уравновешивающие друг друга силы, а уравнение динамического равновесия силовоспринимающего элемента имеет вид

R+ б+ эф с эфь+ с эфь б эфь+

+Р, F,,— P„, F,,— P, F, 0, (1) или изб эфь+(б с)(ь эфь ь эф +

+F,ф,) = О, (2) Pa — давление окружающей среды;

Рс — давление в системе слива; авизо — избыточное давление в рабочей камере 6, которое совместно с начальным давлением, равным давлению в системе слива Р„ образует рабочее давление, уравновешивающее измеряемую силу; при величине измеряемой силы, равной нулю, давление Р эо равно нулю;

Р,ф,— эффективная площадь диафрагмы 4;

F,ф,— эффективная площадь диафрагмы 3;

F,ô,— эффективная площадь средней диафрагмы 5.

Получим — изб ь эфь или >изб: р . (4)

R эфь

Следовательно, если эффективная площадь средней диафрагмы равна сумме эффективных площадей двух других диафрагм, то избыточное давление Ризг, в полости камеры б изменяется пропорционально изменению величины измеряемой силы.

Под воздействием измеряемой силы силовоспринимающий элемент 2 через седло

18, клапан 17 и шток 23 переместит клапан 20, открыв при этом доступ для жидкости из гидросистемы подпитки в полость рабочей камеры 6. Давление жидкости в полости камеры 6 начнет возрастать. Когда произведение избыточного давления

Ри,б в камере 6 на эффективную площадь диафрагмы 3 (F,4„.) будет равно величине измеряемой силы R, силовоспринимающий элемент вернется в нейтральное положение, а клапан подпитки под воздействием пружины 21 прижмется к седлу 22, прекратив доступ жидкости из оистемы подпитки в камеру 6. В этот момент фиксируют показания измерителя давления в камере б, величина которого будет пропорциональна величине измеряемой силы.

Если произведение давления Риэ; на эффективную площадь Р,ф, будет больше величины измеряемой силы, то силовоспринимающий элемент 2 переместится в противоположную направлению измеряемой силы сторону. При этом клапан слива 17 отожмется пружиной 19 от седла 18 и произойдет сброс давления из камеры б в систему слива. В момент равенства указанного произведения величине измеряемой силы элемент 2 опять вернется в нейтральное

777488 положение, а клапан слива 17 будет прижат к седлу 18, Таким образом, в рабочей полости камеры 6 автоматически поддерживается давление, величина которого пропорциональна 5 величине измеряемого усилия, а соблюдение условия (3) позволяет полностью исключить влияние давления окружающей среды на выходной сигнал преобразователя, что повышает точность измерения. 10

Формула изобретения

Гидравлический преобразователь силы, содержащий корпус и силовоспринимаю- 15 щий шток с поршнем, связанные между собой посредством трех диафрагм, образующих последовательно расположенные рабочую камеру, соединенную с системой подпитки и слива, и две компенсационные 20 камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения влияния давления окружающей среды, средняя компенсационная камера соединена с окружающей средой, крайняя компенсационная камера соединена с системой слива, а эффективная площадь средней диафрагмы равна сумме эффективных площадей двух других».

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе

1. Агейкин Д. И. и др. «Датчики контроля и регулирования», М., «Машиностроение», 1965, с. 59, фиг. 1.37.

2, Авторское свидетельство СССР № 503432, кл. G 011 1/02, 1974.

3. Патент США № 3168826, кл. 73 — 141, опубл. 1965.

4. Патент ФРГ № 1218184, кл. 42К 7/05, опубл. 1966 — прототип).