CN115655558B - 膜片式压力信号器用隔膜件、压力信号器及膜片检损方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜片式压力信号器用隔膜件、压力信号器及膜片检损方法，涉及压力信号器技术领域，膜片式压力信号器用隔膜件包括两个膜片，两个膜片复合叠加设置于压力信号器的介质传递通道以及顶杆之间并用于感知并传递介质的压力。本发明还提供了一种压力信号器，包括介质传递通道、顶杆、电气开关和如上所述的压力信号器用隔膜件，介质传递通道的一端连通于待测腔体，另一端依次设置有膜片、顶杆和电气开关。本发明还提供了一种如上所述的压力信号器中膜片检损方法，本发明提供的压力信号器的灵敏度高，耐压性好，利用膜片检损方法能够及时对膜片进行补修更换以防止介质泄露。

Description

膜片式压力信号器用隔膜件、压力信号器及膜片检损方法

技术领域

本发明涉及压力信号器技术领域，特别是涉及一种膜片式压力信号器用隔膜件、压力信号器及膜片检损方法。

背景技术

压力信号器常用作航空发动机燃油、滑油系统报警信号器，用于监测发动机燃、滑油系统压力情况，及时向飞控系统作出压力高/低告警信号，保障飞行安全。

如附图1所示为膜片式压力信号器的压力-位移转换结构。包括前壳体、后壳体、弹性膜片、顶杆、调压弹簧、电气开关。当工作介质（燃油或者滑油）的压力从图示的左侧引入到弹性膜片后，弹性膜片感受到压力，向右侧移动压缩调压弹簧，并带动顶杆同步向右产生一个位移，图1中的最大位移可以达到H（顶杆的一个端面在碰到顶杆限动台阶后止动）。设计好膜片的刚度，配合调节调压弹簧的预压和电气开关的位置，可以在确定的介质压力条下，在顶杆行程为H的位移范围内，触发右侧的电气开关产生电气状态发生变化，起到向后端飞控系统报警的作用。

这类传感器有灵敏度和耐久性两个重要指标。这两个指示通常都和膜片性能紧密相关。通常膜片厚度小灵敏度会高，但厚度小的膜片承压能力会减小，造成工作时零件应力过大，膜片产生不可逆的塑性变形，工作一段时间后产品报警点飘移，发出错误报警信号或有警不报，使耐久性指标不达标。而若为了耐久性而增大膜片厚度，这就会导致灵敏度低，不适用于高精度监测，因此，亟需一种新型的方案来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜片式压力信号器用隔膜件、压力信号器及膜片检损方法，以解决上述现有技术存在的问题，灵敏度高，耐压性好且能够及时对膜片进行补修更换以防止介质泄露。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种膜片式压力信号器用隔膜件，包括两个膜片，两个所述膜片复合叠加设置于压力信号器的介质传递通道以及顶杆之间并用于感知并传递介质的压力。

优选的，任意一个所述膜片均能够将所述介质传递通道的一端封闭。

优选的，所述膜片为波形膜片。

本发明还提供了一种压力信号器，包括介质传递通道、顶杆、电气开关和如上所述的压力信号器用隔膜件，所述介质传递通道的一端连通于待测腔体，另一端依次设置有所述膜片、所述顶杆和所述电气开关。

本发明还提供了一种如上所述的压力信号器中膜片检损方法，包括：

步骤一：利用实验法确定两个膜片中临近工作介质的膜片在破损后，在报警时介质压力为x；

步骤二：在日常维护中监测报警时介质压力的大小，当膜片式压力信号器报警时且介质压力显示值在x附近时即证明临近工作介质的膜片破损。

优选的，设置临近工作介质的膜片的工作寿命低于另一个膜片工作寿命。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明使用两层复合叠加在一起的膜片来实现提高膜片承压能力及灵敏度的目的。

2、本发明还提供一种压力信号器中膜片检损方法，能够及时发现故障的早期征候并进行补修或替换，进而避免更加严重的事故发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中压力信号器的剖视图；

图2为图1中M处的放大图；

图3为现有技术中膜片为波形膜片的压力信号器的剖视图；

图4为图3中M处的放大图；

图5为本发明提供的压力信号器的剖视图；

图6为图5中M处的放大图；

图7中为本发明提供的膜片为波形膜片的压力信号器的剖视图；

图8为图7中M处的放大图；

图9为膜片为双层膜片的实验模型示意图；

图10为对图9中的膜片进行实验仿真的应力结果示意图；

图11为膜片为单层膜片的实验模型示意图；

图12为对图11中的膜片进行实验仿真的应力结果示意图；

图13将图10和图12中仿真结果绘制到一个坐标系的示意图；

图14展示了一个双层膜片的压力信号器中，与介质接触一侧膜片泄漏后的工作状态示意图；

图15展示了介质一侧膜片破损前后，顶杆位移与介质压强之间的关系曲线图；

图1~图4中为现有技术中压力信号器的构件：101-膜片A；102-介质传递通道A；103-顶杆A；104-电气开关A；105-弹簧A；106-后壳体A；107-前壳体A；108-膜片的过压保护面A；109-顶杆限动台阶A。

H表示顶杆的最大位移。

图5~图8中为本发明中压力信号器的构件：201-膜片式压力信号器用隔膜件；2011-膜片B；202-介质传递通道B；203-顶杆B；204-电气开关B；205-弹簧B；206-后壳体B；207-前壳体B。

图9和图11中为压力信号器仿真模型中的构件：301-单层厚膜片；302-膜片的保护支撑面；303-顶杆支撑面；304-限动支撑面；305-双层膜片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种膜片式压力信号器用隔膜件、压力信号器及膜片检损方法，以解决上述现有技术存在的问题，灵敏度高，耐压性好且能够及时对膜片进行补修更换以防止介质泄露。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1~图4中为现有技术中压力信号器的示意图。

实施例一

本实施例提供一种膜片式压力信号器用隔膜件201，适用于航空设备，如图5~图8所示，包括两个膜片B2011，膜片B2011为弹性平膜片或弹性波形膜片，两个膜片B2011复合叠加设置于压力信号器的介质传递通道B202以及顶杆B203之间并用于感知并传递介质的压力。其中，任意一个膜片B2011均能够将介质传递通道B202的一端封闭，这样能够使得临近介质的膜片B2011破损时，另一个膜片B2011依旧能够起到密封介质传递通道B202的目的，且临近介质的膜片B2011发生损坏后会出现故障的早期征候，以提醒工作人员及时进行维修以及更换。防止更为严重的事故发生。

经过实验双层膜片的灵敏度大于一层厚膜片（该厚膜片的厚度等于双层膜片的厚度之和），因此，本发明使用两层复合叠加在一起的膜片来实现提高膜片承压能力及灵敏度的目的。

具体的，为了验证双层膜片的灵敏度大于一层厚膜片（该厚膜片的厚度等于双层膜片的厚度之和）进行如下实验：

图9是按本发明提供的方案，其中，限动支撑面304是顶杆提取面，顶杆支撑面303是限动面，利用双层膜片305、顶杆B203、后壳体B206的相关元素建立的一个用于仿真的模型。为了减少运算量，模型进行了简化，仅使用了双层膜片305及与之相接触的面，按轴对称平面模型进行仿真。在顶杆B203上加上33N的预推力，双层膜片305上加压强为0.4MPa的压力。图10显示了仿真的应力结果，最大应力为6.728e2MPa（图中标识为Max位置），发生在与后壳体B206连接附近。

图11是按上述仿真建模方法，构建的另一个仿真模型，与图9相比，弹性膜片用了一片，但厚度是前述两片之和。其它参与运算的参数设置成与图9一样。图12显示了仿真的应力结果，最大应力为7.036e2MPa(图中标识为Max位置)，也发生在与后壳体B206连接附近。

对比图10和图12的结果，双层膜片305的方案应力更小。以加载压强为0.4MPa的压力P的历程为横轴（单位为mm），顶杆B203位移S为竖轴（单位为mm），将图10，图12所示的仿真模型的结果绘制在图13所示的坐标平面上。从图上可以看出，介质的压力与模拟弹簧的初始33N推力平衡后，双层膜片305的顶杆B203在0.06MPa处开始启动，在0.22MPa处实现止动，完成全部行程用了0.17MPa；而单弹性膜片的方案启动点在0.03MPa，止动点在0.24MPa，完成全部行程用了0.21MPa。所以双层膜片的方案对介质压力更敏感，其行程更大，可以更精确地触发电气开关B204，实现更高的报警精度。

通过上述两个仿真模型的计算结果，可以看出，同一工作压力条件下，双弹性膜片的结构可以实现工作应力小，而膜片行程对介质更灵敏的设计目标。通常情况下，同一结构型式的弹性膜片的工作应力是随介质工作压力工升高而升高的。而工作应力越小，零件的疲劳寿命越长，所以，双弹性膜片可以在保证压力信号器报警精度的前提下提高压力信号器耐压压力，提高产品寿命。

于一些实施例中，膜片B2011为波形膜片。且为了防止装配时，由于制造因素，两个波发生干涉，设计时可先在两个波之间留下一定间隙。

实施例二

本实施例提供了一种压力信号器，包括介质传递通道B202、顶杆B203、电气开关B204和实施例一中所述的压力信号器用隔膜件201，介质传递通道B202的一端连通于待测腔体，另一端依次设置有膜片B2011、顶杆B203和电气开关B204。介质传递通道B202于前壳体B207内形成，顶杆B203上设置有预压弹簧B205。

实施例三

本实施例还提供了一种如实施例二所述的压力信号器中膜片检损方法，包括：

步骤一：利用实验法确定两个膜片中临近工作介质的膜片在破损后，在报警时介质压力为x；

步骤二：在日常维护中监测报警时介质压力的大小，当膜片式压力信号器报警时且介质压力显示值在x附近时即证明临近工作介质的膜片破损。

于一些实施例中，临近工作介质的膜片的工作寿命低于另一个膜片工作寿命。

航空设备上设置有用于检测介质压力的压力传感器，压力信号器用于压力超限时进行报警。

对于航空产品，介质的泄漏通常是不可接受的，比如燃油泄漏会引发火灾。弹性膜片破裂是压力信号器的故障模式之一，由于故障后果的严重性，所以在设计时需要充分考虑弹性膜片的工作可靠性。相同的工作环境下，双弹性膜片的工作应力小可以确保产品工作的时间更长。由于两个膜片要同时损坏才会泄漏，因此产品在防泄漏上实现了冗余设计，这种结构的压力信号器会比单膜片可靠性更高。

由于介质的泄漏通常是不可接受的，但故障又是客观存在的，因此，通过定期对产品进行检测以发现故障的早期征候，并及时处理，是确保航空飞行器的常用手段。对于特定故障，如果有一个明显的早期故障征候，并能易于识别，则可以提高飞行器的飞行可靠性。图14展示了一个双弹性膜片结构压力信号器中，与介质接触一侧膜片泄漏后的工作状态。从图上可以看出，仅有一个膜片处于承受压力的工作状态，这样，弹性力会下降。图15展示了介质一侧膜片破损前后，顶杆位移与介质压强之间的关系曲线图。图上左侧曲线是破损前的曲线，右侧是破损前的曲线。假设电气开关的报警点是在顶杆位移为0.3mm的位置，则该产品介质一侧膜片破损后，报警点会下降约0.025MPa。在日常维护中监测这个参数，则可以提前识别出产品已破损一个膜片，应采取应对措施。如果两个膜片谁先破损机率是一样的，则可识别50%的早期征候。在设计实施例一中的膜片时有针对性的提高靠近介质一侧的膜片破损几率（具体可设置为远离介质一侧的膜片的厚度大于靠近介质一侧的厚度或远离介质一侧的膜片的韧性大于靠近介质一侧的韧性或远离介质一侧的膜片的强度大于靠近介质一侧的强度），则可提高产品膜片破损的早期征候检出率，保障飞行器飞行安全。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种压力信号器中膜片检损方法，其特征在于：包括：压力信号器，所述压力信号器包括介质传递通道、顶杆、电气开关和隔膜件，所述隔膜件包括两个膜片，两个所述膜片复合叠加设置于所述介质传递通道以及所述顶杆之间并用于感知并传递介质的压力；任意一个所述膜片均能够将所述介质传递通道的一端封闭，所述膜片为波形膜片，所述介质传递通道的一端连通于待测腔体，另一端依次设置有所述膜片、所述顶杆和所述电气开关；

步骤一：利用实验法确定两个膜片中临近工作介质的膜片在破损后，在报警时介质压力为x；

步骤二：在日常维护中监测报警时介质压力的大小，当压力信号器报警时且介质压力显示值在x附近时即证明临近工作介质的膜片破损；

设置临近工作介质的膜片的工作寿命低于另一个膜片工作寿命。

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