Чувствительный элемент

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик Ц 887953 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 15 ° 12 ° 78 (2! ) 2697066/18-10 с присоеаииением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07 ° 12 ° 81 ° Бюллетень ив 45

Дата опубликования описания 09 (51)M. Кл.

G 01 L 7/06

1Ъеударетвюпв11 коиитвт

СССР ав аелаи кзвбретвкий и вткрыткй (53.) УДК 531. .787(088.8) (72) Авторы изобретения сов и О.В. Сйосарев

В.Г. Барбатунов, Е.Д. Козлов, В. (71) Заявитель (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЪЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к чувствительным элементам измерительных устройств, работающих в условиях воздействия высоких давлений среды.

Известны чувствительные элементы, применяемые для измерения высоких .давлений.

Известный чувствительный элемент содержит ряд гофрированных мембран, 10 полость между гофрами которых заполнена неметаллическим заполнителем, например резиной, а между отбортованными поверхностями мембран размещена металлическая шайба, наружный

15 диаметр которой равен полному диаметру мембран (11 .

Недостатком известного чувствительного элемента является высокая жесткость в осевом (рабочем1 направлении и, следовательно, малая чувствительность из — за использования нескольких мембран и заполнения свободных полостей между мембранами Heèåòàëëè÷åñêèì заполнителем, а также значительный гистерезис чувст-вительного элемента, вызванный введением неметаллического заполнителя.

Другой известный чувствительный элемент содержит гофрированный сильфон с наружными армирующими кольца-, ми. При подаче давления внутрь сильфона давление среды прижимает оболочку сильфона к армирующим кольцам по всему профилю сильфона, которые предохраняют тем самым сильфон от разрушения (2) .

Однако, известный чувствительный элемент имеет следующие недостатки..

При подаче высокого давления происходят радиальные смещения гофров сильфона вместе с кольцами друг относительно друга из-за различной жесткости гофр, что приводит к искажению характеристики преобразования давления в перемещение и к появлению погрешности преобразования давления в перемещение.

887953

20

35

4S

55

При дальнейшем возрастании давления нарушается осевая устойчивость чувствительного элемента и искривляется его ось, что приводит к резкому искажению характеристики преобразования давления в перемещение и к значительной погрешности преобразования давления в перемещение. Дальнейшее незначительное увеличение давления приводит к разрушению чувствительного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является чувствительный элемент, который содержит сильфон, корпус и упругие многослойные вставки, свободно расположенные между гофрами сильфона и закрепленные на осях с возможностью вращения. Упругие вставки повышают виброустойчивость чувствительного элемента, так как демпфируют резонансные колебания сильфона при действии вибрации !3l .

Однако при подаче высокого давления гофры сильфона деформируются (разбухают), так как упругие вставки установлены свободно (с зазором) относительно гофров сильфона. При дальнейшем возрастании давления происходят радиальные смещения гофров сильфона относительчо друг друга из-за их различной жесткости и нарушается осевая устойчивость сильфона, так как упругие вставки установлены свободно (с зазором) относительно внутреннего диаметра сильфона. Дальнейшее незначительное увеличение давления приводит к разрушению гофров сильфона и чувствительного элемента в целом, так как вставки выполнены упругими, т.е. податливыми к деформации сжатия.

Целью изобретения является повышение точности и надежности работы при измерении высоких давлений.

Указанная цель достигается тем, что в известном чувствительном элементе каждая вставка выполнена в виде мембраны с симметрично расположенными кольцевыми прорезями, образующими в ней перемычки, а центральная часть мембраны выполнена в виде коль-. цевого жесткого центра, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра сильфона.

Выполнение каждой вставки в виде мембраны позволяет значительно повысить жесткость чувствительного элемента в радиальных направлениях.

Выполнение в мембране кольцевых прорезей позволяет образовать в ней перемычки, которые имеют большие радиальные жесткости и малые изгибные жесткости вдоль оси,чувствительного элемента.

Для обеспечения направленного перемещения чувствительного элемента вдоль его оси при измерении давления (или перепада давлений) необходимо, чтобы перемычки были равножесткими, т.е. должны быть равны между собой жесткости перемычек в осевом направлении чувствительного элемента (изгибные жесткости перемычек); жесткости перемычек в радиальных направлениях чувствительного элемента (жесткости перемычек на растяжение — сжатие).

Для обеспечения равножесткости перемычек необходимо изготавливать в мембране перемычки с одинаковыми размерами, а также размещать перемычки симметрично осям симметрии мембраны. Это требование обеспечивается при изготовлении перемычек путем симметричного расположения в теле мембраны кольцевых прорезей.

При.измерении высоких давлений радиальных смещений гофров сильфона относительно друг друга не происходит, так как таким смещениям препятствует большая жесткость перемычек в радиальных направлениях. По этой же причине практически исключается ис-. кривление оси чувствительного эле-мента и потеря им осевой устойчивости при измерении высокого давления.

Таким образом, большая жесткость перемычек в радиальных направлениях обеспечивает высокую стабильность характеристики преобразования измеряемого давления (или перепада давлений) в перемещение чувствительного элемента и, следовательно, малую погрешность преобразования давления в перемещение. Стабильность положения оси чувствительного элемента обеспечивает высокую надежность работы чувствительного элемента при измерении высокого давления.

Большая жесткость перемычек в радиальных направлениях обеспечивается выбором соответствующих размеров (ширины и толщины) перемычек мембра— ны, а также выбором соответствующего количества таких перемычек. Малая

О изгибная жесткость перемычек обеспе87953

5 B чинается выбором соответствующей длины каждой перемычки мембраны, Выполнение центральной части мембраны в виде кольцевого жесткого центра, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра сильфона, позволяет организовать в ней кольцевые вставки, которые расположены между гофрами сильфона, плотно установлены между ними и являются жесткими как в осевом, так и в радиальном направлениях чувствительного элемента. При подаче высокого давления внутрь сильфона измеряемое давление среды прижимает гофры сильфона к поверхностям кольцевых жестких центров по всему профилю снльфона, которые предохраняют гофры сильфона от "разбухания" и разрушения. Благодаря такому конструктивному выполнению центральной части мембраны значительно повышается надежность работы чувствительного элемента при измерении ,высокого давления.

На фиг. I изображен общий вид чувствительного элемента; на фиг. 2— вид А на фиг. 1.

1увствительный элемент состоит из сильфона 1, крышки 2 для соединения с подвижной системой измерительного устройства, корпуса 3, закрепляющего чувствительный элемент в изглерительном устройстве, и мембраны 4. Сильфон 1 приварен к крышке 2 и корпусу 3. Иембрана 4 состоит из кольцевого жесткого центра 5 и основания 6, соединенных между собой перемычками 7. Основания 6 неподвижно закреплены в корпусе 3 с помощью гайки 8. Перемычки 7 выполнены в мембране 4 с помошью кольцевых прорезей 9.

Чувствительный элемент работает следующим образом.

При подаче давления внутрь сильфона 1 или при изменении перепада давлений, действующих изнутри и снаружи на сильфон I, гофры сильфона, крышка 2 и кольцевые жесткие центры 5 смещаются относительно корпуса 3 в вдоль оси сильфона. По величине сме-. щения крышки судят об измеряемом давлении (перепаде давлений). При возрастании давления внутри сильфона гофры сильфона прижимаются этим давлением к кольцевым жестким центрам

5 мембран 4 по всему профилю сильфона, при этогл перемычки 7 через центры 5 препятствуют радиальным деформациям сильфона, сохраняя его осевую устойчивость.

11ембрана с перемычками может быть изготовлена отдельно от кольцевого жесткого центра, а затем жестко соединена с HHM с помощью, например, сварки. Однако целесообразнее для повышения точности работы чувствительного элемента изготавливать мембрану

М с перемычками заодно с кольцевым жестким центром. С этой же целью мембрану необходимо жестко соединять с корпусом чувствительного элемента по наружной поверхности ее. Для поIS вышения точности работы чувствитель-. ного элемента мембрану необходимо изготавливать из металлов, обладающих высокими упругими свойствами (пружинная сталь, бериллиевая бронза, элинварные сплавы).

Изобретение может найти широкое применение в датчиках, где перемещения чувствительного элемента малы„ например в пьезоэлектрических, тен.2% зорезистивных, струнных вибрационночастотных и кварцевых датчиках для измерения высоких давлений и перепадов давлений при больших статических (опорных) давлениях. ур Иэ-за высокой чувствительности таких датчиков перемещения чувствительных элементов в них обычно не превышают нескольких десятков микрометров. В указанных датчиках жест- . кость преобразовательных элементов, в которых устанавливаются чувствительные элементы, обычно в десятки — сотни раз выше осевой жесткости чувствительных элементов. Поэтому незна40 чительное увеличение осевой жесткости чувствительного элемента из-за введения перемычек не приводит к сколько-нибудь заметному изменению чувствительности укаэанных датчиков.

Результаты экспериментальных ис43 следований показывают, что выполнение каждой вставки в виде мембраны с симметрично расположенными кольцевыми прорезями, образующими в ней перемычки, а выполнение центральной части мембраны в виде кольцевого жесткого центра, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра сильфона, позволило сохранить осевую устойчи-, вость продольной оси чувствительного элемента при воздействии высокого давления, равного 150 кгс/см ; сохт. ранить стабильность характеристики преобразования измеряемого давления

887953 в перемещение и, следовательно, обеспечить высокую точность измерения давления после ряда последовательных нагружений чувствительного элемента высоким давлением, изменяющимся от

0 до 150 кгс/см

Формула изобретения

Чувствительный элемент, выполненный в виде сильфона, содержащий корпус и вставки, расположенные между гофрами сильфона и соединенные с корпусом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности работы при измерении вы— саких давлений, в нем каждая вставка выполнена в виде мембраны с симяетрично расположенными кольцевыми прорезями, образующими в ней перемь|чки, а центральная часть мембраны выполнена в виде кольцевого жесткого центра, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра сильфона. источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 360570, кл. G 01 L 7/08, !971.

2. Бурцев К.И. "Металлические сильфоны", М., "Машгиз", !963, стр. 12is l3.

3. Авторское свидетельство СССР

t 398844, кл. G 01 L 7/06, 1972.

887953

Заказ 10714/10 Тираж 910

БIП1ИП!! Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 !!оскиа, Ж-35 Раушская аб. д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "11атент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель А. Винокуров

Редактор О. Филиппова Техред И.Нинц Корректор О. Билак