Преобразователь давления

 

В. Я. Базовой, С. В. Проценко, И. П. Саенко,. и А. А. Нодельман (72) Авторы изобретения

Р

- Ворошиловградское наладочное управление Треста"Ворошиловградуглеавтоматика" (7l) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерейию1 знакопеременных давлений, в частности, к электрическим манометрам с тензорезисторными элементами.

Известны приборы, основанные на преобразовании давления в перемещение поршня (1 1.

Известен преобразователь давления, содержащий полый цилиндрический корпус со штуцером, заключенный внутри него и жестко связанный с ним упругий элемент с тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схему, и поршень, взаимодействующий с рабочей средой и тензоэлементом(2).

Однако в указанном приборе жесч кое крепление упругого тензоэлемента к корпусу и криволинейные поверхности вызывают деформацию его решетки в поперечном направлении (сложное .напряженное. состояние) и способствуют появлению вредной чувствительности, не обеспечивающей стабильности показаний при длительных измерениях.

«Упомянутый преобразователь не может эффективно использоваться при замере и записи быстроменяющихся давлений, совершенно не приспособлен для реги

$ страции разрежений (отрицательных давлений) и для работы в химически агрессивных средах.

Цель изобретения — повышение точности при измерении знакопеременного

О давления.

Указанная цель достигается тем, что преобразователь снабжен балансированной рамкой, закрепленной на поршне и соединенной с центром упругой балки сверху шариковым фиксатором, а снизу — призмой.

Балансирная рамка соединена с поршнем универсальным сферическим шарни. ром.

Пара поршень-гильза снабжена герметичной камерой смазки.

Преобразователь снабжен шарнирновинтовым механизмом регулирования жесткости пружины. ется цилиндрическая. гайка 12 с центральным отверстием для выхода плунжера, уплотненная свинцовой прокладкой 13, а внутри балансирной рамки установлен болт 14 с уплотнительной прокладкой 15 из свинца, которые значительно улучшают условия смазки сопряженных деталей универсального сферического шарнира.

10 Сменный упругий тензоэлемент прибора представляет собой симметричную балку 16 прямоугольного сечения, изготовленную из пружинной стали и имеющую расположенные строго по центру 7 сверху сферическое углубление и снизу два поперечных, соосно расположенных неглубоких паза для фиксации ее в балансирной рамке 8. При этом концы балки снизу опираются на две шаровые подушки, каждая из которых состоит из шарика

17, расположенного в сферическом гнезде корпуса 1, и контактирующей с ним точно изготовленной витой цилиндрической пружины 18, установленной в глухом отверстии, а сверху коную- цы защемляются клиновидным (заостренным на клин) торцом крышки 19, " снабженной мелкой резьбой высокого класса точности для соединения ее с

1 корпусом и фиксируемой в нем при помощи контргайки 20. При изгибе тензобалки 16 концы ее свободно перемещаются в продольном направлении в направляющих с боковыми ограничителя 35 ми корпуса 1 (сопряжение по скользящей .посадке первого класса точности).

В срединной части тензобалка 16 опирается на вершину призмы, расположенной внутри. балансирной рамки 8, а

40 сверху защемляется в шариковом фиксаторе, включающем шарик 21, контактирующий с торцом регулнровочного болта .22. балансирной рамки, снаб45

3 .8

Йа чертеже показан преобразователь давления, общий вид.

Преобразователь давления состоит из цилиндрического корпуса 1, снаб женного в нижней части штуцером, слу-. жащим для герметичного соединения . прибора с рабочей камерой исследуемого устройства. Корпус 1 является, базисной деталью преобразователя, в которой закреплены все остальные де

"тали и узлы прибора и расположена рубащка 2 охлаждения со штуцерами

° 3 и 4 подвода и отвода охлаждающей жидкости. В нижнюю часть корпуса строго соосно и герметично эапрессована мокрая пустотелая гильза 5, сопряженная с пустотелым плунжером . (поршнем) 6, имеющим в верхней части пустотелый сферический наконечник с коническим отверстием на его торце,.образующие неуплотненную плунжерную пару.

Концентричное расположение плунжера 6 в гильзе. 5 постоянно поддерживается универсальным сферическим I шарниром, позволяющим компенсировать вредные боковые усилия, действ щие на плунжер в процессе работы прибора. Благодаря этому в поршневой группе деталей преобразователя давлейия создаются нормальные условия смазки сопряженных поверхностей рабочей жидкостью и обеспечивается высо кая точность измерений. Универсаль- ный сферический шарнир включает в себя шаровый наконечник плунжера 6, сухарь 7 со сферйческим гнездом, нижнюю часть балансирнай рамки 8 со сферическим гнездом, регулировочную прокладку 9, свинцовую уплотнительную прокладку 10, служащие для обеспечения требуемого гарантийного зазора в сопряженных деталях и герметичности их соединения, и соединительные болты (показаны условно)..

Сопряженные поверхности шарового наконечника плунжера, сферического гнезда сухаря и шарового гнезда балансирной рамки для уменьшения сил трения точно подгоняются и притира ются специальными мелкоабразивными пастами. В процессе работы, как и детали неуплотненной плунжерной пары, смазываются маслами низкой консистенг ции, заполняющими специальную герметичную камеру II смазки. Для обеспечения герметичности камеры ll смазки верхняя часть полой гильзы снабжена резьбой, на которую навинчива77375 4 женного контргайкой 23. Такая конструкция позволяет устанавливать s приборе сменную тензобалку любой толщины. В углублении головки болта 22 жестко закрепляется конец сменной витой калиброванной пружины 24 растяжения — сжатия посредством винта 25 с пружинной шайбой 2б.

Верхний конец пружины 24 поддержи: вается при помощи направляющей винтовой канавки, нарезанной на конце оси

27 шарнирно-винтового устройства регулировки жесткости указанной. выше пружины. Шарнирно-винтовое устройство состоит из трубчатого винта 28 с внут877375 6 ренней поперечной перегородкой, сопряженного с центральным резьбовым отверсТием (мелкая резьба высокого класса точности) крышки 19, и круглой контргайки 29 для жесткой фиксации винта в крьппке. В перегородке винта 28 строго концентрично и шар" нирно закреплена ось 27, установленная в двойном упорном шарикоподшипнике 30, обоймы которого зажимаются посредством гайки 31, фиксируемой пружиной шайбой, и упорного кольца 32.

Принятая конструкция шарнирновинтового устройства позволяет регулировать жесткость пружины 24 в.больших пределах, не деформируя при этом элементы жесткой связи пружины 24 с балансирной рамкой 8. На рабочие по" верхности тензобалки 16 сверху и снизу наклеиваются тензорезисторы 33, соединенные в мостовую измерительйую схему с выходом при усиленйи сигнала на шлейф осциллографа или стрелочный прибор. Компенсация возможных погрешностей измерений при нагреве тензобалки в процессе работы прибора обеспечивается термокомпенсационным элементом, состоящим из термокомпенса. ционной пластины 34, жестко соединенной с корпусом крышки 19, и изготовленной из того же материала,,что „и тензобалка 16, и тензорезистора- 35 наклеенного на эту пластину.

10 рафа или стрелочный прибор, регистрирующий процесс. Инерционные погрею15

Шарнирное крепление оси 27 в перегородке винта 28 позволяет с высокой точностью регулировать величину сигналов баланса и разбаланса полумоста при замерах как положительных, так и отрицательных давлений.

Пружина 24, взаимодействующая с шарнирно закрепленной балансирной рамкой 8, позволяет значительно компенсировать неточности зазора между торцом крьппки 19 и шаровыми подушками корпуса 1, подталкивает тензобалку 16 к положению равновесия, стабилизирует изменение ее периода колебаний при изменении амплитуды послед.. них, чем способствует улучшению изох" ронности и снижению инерционнос ти прибора, а также точности его

Преобразователь давления работает следующим образом.

Нормальное рабочее положение npu-.

5opa — строго вертикальное. Допускается незначительное отклонение от вертикали (максимально в пределах

6-12, так как при этом точность его показаний снижается). Для менее и очных измерений возможна установка прибора практически в любом положении пространства. При возрастании давления газа или жидкости, плунжер

6 перемещается вверх, увлекая за со« бой балансирную рамку 8, которая взаимодействует непосредственно с тензобалкой 16 и пружиной 24 (балка прогибается вверх, а пружина сжима-. ется).

При отрицательном давлении (разрежении) плунжер 6 опускается вниз, прогибая тензобалку вниз и растягивая витую пружину. Концы тензобалки при этом свободно перемещаются (скользят) в направляющих между торцом крышки 19 и подпружиненными шариками корпуса 1. Таким образом, пе20

40 ремещение плунжера 6 пропорционально давлению, а сигнал разбаланса полумоста пропорционален возникающим напряжениям, то есть строго обеспечивается линейнасть показаний прибора.

Воспринимая давление, тензобалка

16, деформируется, тенэорезисторы 33 выдают слпбый элекрический сигнал через тензоусилитель на шлейф осциллогности прибора зависят от соотношения между скоростью нарастания давления и частотой собственных колебаний"тен" зоэлемента, Определяемого жесткостью балки 16 с пружиной 24 и приведенной массой подвижных частей. Жесткость тензобалки и пружины и приведенная масса подвижных элементов определяются соответствующими расчетами и уточняются при тарйровке измерительного устройства. Следует подчеркнуть, что частота вынужденных колебаний тензоэлемента должна значительно превьппать частоту вынужденных колебаний.

Этим в главных чертах и определяется предел применимости предлагаемого прибора. В зависимости от максимального давления, развиваемого газами или жидкостью, подбирают основные линейные параметры сменных тензобалок и пружин. Регулировка зазора между торцом крышки 19 и шариками

17 осуществляется поворотом упомя-, нутой крьппки вокруг оси плунжера с последующей фиксацией ее .в корпусе при помощи контргайки 20, а регулировка предварительного подпора (жесткости) пружины 24 — поворотом трубчатого винта 28 с последующей его фиксацией контргайкой 29 °

877375,настройки и измерений. При изги— бе тензобалки 16 ее концы свободно скользят в опорно-направляющих элементах корпчса 1 и крьппки 19 прибора> а волокна ее при этом только растягиваются и сжимаются (отсутствие сложного напряженного состояния }. Деформация решетки в попеоечном направ.лении балки практически отсутствует, что способствует чстранению появле- О ния вредной поперечной чувствительности и обеспечивает стабильность по.казаний при длительных измерениях.

Жидкая смазка в герметичной камере

11 помимо своего основного назначения выполняет и другие важные функции, а именно; она способствует лучшему охлаждению рабочих поверхностей плунжера 6 и гильзы 5, предохраняя их одновременно от коррозийного воздействия химически агрессивных жидкостей или газов и значительно улучшая герметичность плчнжерной пары. Жнлкость, заполняющая полость плунжера 6, при этом является гидравлическим гасите25 лем вредных резонансных колебаний подвижной. системы поибора. В замкну той камере 11 смазки используется эф° фект тепловой трубки, основанный на четырех физических явлениях: испареЗО нии жидкости, конденсации насьпценного пара, поверхностном натяжении и смачивании твердых тел (адгезия жидкости в тонкослойных потоках).

Когда в процессе работы прибора интенсивно нагрев@ется один конел камеры 11 (в области штуцера), рабочая жидкость начинает там испаряться и пар под действием возникающей разности давлений чствемляется вверх (к другому -концу). Здесь он конденси- 4О руется и отдает тепло более холодным стенкам, а жидкость устремляется назад, к месту нагрева, что усиливает эффект теплопередачи в несколько лесятков оаз и обеспечивает равномер- 4 ный прогрев плунжерной пары по всеи длине. При перемещении слоев смазыва ющей KHIIKocTH имеющих различнчю температуру (конвенция)1 и ее расширении в результате нагрева последняя БО по наклонным каналам гильзы 5 и плунжера 6 проникает принудительно (под некоторым давлением) в зазоры между сопряженными деталями плунжерной па ры значительно улучшая условия их у смазки и эффективно повьппая при этом герметичность их подвижного соелинения.

При работе поеобразователя в чсловиях высоких темпеоатчр охлаждение стенок гильзы 5 осчществляется холодной водой, циркулирующей по вубашке

2 охлаждения через штуцеры 3 и 4 (направление подвода и отвода охлажла ющей жилкости на чертеже показано стрелками). В условиях низких температур в рубашку 2 подается горячая вода или пологветый воздчх. Это обеспечивает нормальное фчнкционирование прибора в любых условиях и рас-ширяет возможности его использования.

Тарировка универсального преобразователя давления производится по общепринятой методике при помощи эталонных или образцовых грузопоршневых манометров или же манометров и вакуумметров высокого класса точ ности других систем.

Формула изобретения

1. Преобразователь давления, содер/ жащий цилиндрический корпус, в нижней части которого расположена рубашка охлаждения и коаксиально с корпусом закрепленная гильза с неуплотненным подпружиненным пустотелым поршнем, верхний конец которого выполнен в" виде шарового наконечника, связанную с поршнем и шарнирно закрепленную по двум концам упругую балку с тензорезисторами, соединенными в измерительную схему, о т л и ч а юшийся. тем, что, с целью повышения точности при измерении знакопеременных давлений, преобразователь давления снабжен балансирной рамкой, закрепленной на поршне и соединенной с центром упругой балки сверху шариковым фиксатором, а снизу — призмой.

2. Преобразователь по п. 1, о т .-., л и ч а ю шийся тем, что,балансирная рамка соединена с поршнем универсальным сферическим шарниром.

3. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что пара поршень — гильза снабжена герметичной камерой смазки.

4. Преобразователь по п. 1, о т ". л и ч а ю шийся тем, что он снаб-. жен шарнирно-винтовым механизмом регулирования жесткости пружины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Жоховский М. К. Техника измерения давления и разрежения. Машгиз, 1952, с. 53-56.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 243919,кл. 6 01 1 9/04,1967.(прототип) °