FI61959B - Differentialtryckmaetare - Google Patents

Description

I- .. "Π r-, .... KUULUTUSJULKAISU . ^ η Γ _ 4$Γα Β 11 UTLÄGG NINGSSKRI FT 6195 9 c Patentti ay innotty 11 10 1982

Patent meddelat ^ (51) Kv.ik.3/int.a.3 G 01 L 13/04- | j| y Q |^| | ___ p 1L, /V N D (21) Pttanttlhakamui — Pmtantanseknfof 18W /f h

(22) HtkamiipUvI —AiweknlngMiag 17.06.7U

(23) AlkttpMvi—OlIclglMtsdag 17.06.7U

(41) Tulkit lulkbaktl — Riivit offwitllg ^ 7U

PfttMttl· ]· rekisteri hallitus m NihtivUuip^on )» kuuL|ulkaliun pvm. — on nf. d2

Patent· och registerstyrelsen ' An«eiun uttajd och utUkrihM publicmd ju.uo.tv (32)(33)(31) Pyydetty «tuoikaus—Bajird prtorttat 18.06.73 USSR(SU) 1933185 (71) Gosudarstvenny Nauchno-Issledovatelsky Institut Teploenergeticheskogo Priborostroenia, Prospekt Mira 95, Moskva, USSR(SU) (72) Albert Yakovlevich Jurovsky, Moskva, USSR(SU) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Differentiaalipainemittari - Differentialtryckmätare

Nyt esiteltävä keksintö koskee instrumenttiteollisuudessa käytettäviä differentiaalipainemittareita.

Jo ennestään tunnetaan differentiaalipainemittari, joka käsittää rungon, kaksi kalvoa, jotka on kiinnitetty ulkokehään rungon vastakkaisille sivuille ja jotka muodostavat rungon kanssa määrätyllä nesteellä täytetyn paineenpitävän tilan. Kumpikin kalvo on sijoitettu tietyn etäisyyden päähän rungosta, ja kalvojen keskiosat liittyvät toisiinsa rungossa olevan reiän välityksellä. Mittariin kuuluu laite, joka välittää eteenpäin paine-eron aiheuttaman kalvojen liikkeen ja jonka sisääntulokohta on yhdistetty kalvojen keskiosiin. Lisäksi mittari käsittää laitteen, joka muuttaa kalvojen liikkeen lähtösignaaliksi. Tämän laitteen sisääntulokohta on yhdistetty ensinmainitun laitteen ulosmenokohtaan (US-patentti-julkaisu 3,563,133).

Kyseessä oleva tunnettu differentiaalipainemittari antaa kuitenkin virheellisiä lukemia, jotka johtuvat muutoksista lämpötilassa ja staattisessa paineessa mittarin kalvoyksikön molem- 61959 2 millä puolilla. Nämä tekijät muuttavat nimittäin paineenpitävässä tilassa olevan nesteen alkuperäisen tilavuuden, mikä taas aiheuttaa kalvojen joustavien koteloiden muuttumisen muodoltaan ja mahdollisesti myös kalvojen keskiosien asiaan kuulumattoman liikkumisen, mistä on taas seurauksena virheitä signaalissa.

Tämän keksinnön päätarkoituksena on parantaa em. differen-tiaalipainemittaria siten, että paineenpitävässä tilassa olevan nesteen määrällisen vaihtelun (ulkonaisista tekijöistä johtuva) vaikutus kalvojen käyttöliikkeeseen saadaan pienemmäksi, jolloin mittaukset saadaan mahdollisimman tarkoiksi.

Tähän päästään keksinnön mukaisella differentiaalipainemit-tarilla, jossa on pari kalvoja, joita kuormitetaan toiselta puolelta erilaisilla mitattavilla paineilla ja jotka on toisella puolella kiinnitetty hermeettisesti ulkokehällään rungon vastakkaisille pinnoille ja toisella puolella kiekkoelimiin, jotka saavat aikaan muotojäykkyyden ja jotka on kiinnitetty pulteilla jäykästi toisiinsa, ja jotka rajoittavat nesteellä täytetyn mittauskammion rungossa, jolloin kalvot rajoittavat hermeettisesti kompensaatio-kammioita, jotka ovat virtausyhteydessä mittauskammioon, ja mittarissa on laite, joka siirtää kalvojen liikkeen signaalimuutta-jaan.

Keksinnölle on tunnusomaista, että rungon kummallakin etupinnalla on vain yksi kalvo ja niin ollen yksi rengasmainen vyöhyke, jossa kalvo on lisäksi kiinnitetty rungon rengasmaisiin ulokkeisiin, jotka erottavat säteittäisesti ulommat rengasmaiset kom-pensaatiokammiot säteittäisesti sisemmästä mittauskammiosta.

Kalvot on mieluimmin yhdistetty toisiinsa tangolla, johon on sijoitettu venttiilit, jotka sulkevat virtausyhteyden rungossa kohdistettaessa yksipuolista ylikuromituspainetta, jolloin rengasmaisissa ulokkeissa on kanavat.

Lisäksi on edullista, että säteettäisesti ulompien kalvo-osien ja rungon pintojen rajoittamilla kompensaatiokammioilla on suuremmat tilavuudet kuin mainitulla mittauskalvo-osalla, jonka rajoittavat säteittäisesti sisemmät kalvo-osat ja rungon pinnat.

Keksinnön mukaisella differentiaalipainemittarilla saadaan seuraavat edut:

Paine-eroa mitattaessa päästään erittäin tarkkoihin lukemiin, koska kumpikin kalvo on kiinnitetty runkoon rengasmaiselle vyöhykkeelle, joka erottaa kehänmuotoisen rengasmaisen tilan, 3 61959 joka on taas yhteydessä po. laitteen nesteellä täytettyyn tilaan. Kalvokotelon rengasmainen kehäosa, joka muodostaa rengasmaisen nestetilan, toimii kompensaattorina ja kompensoi ulkopuolisten tekijöiden - esimerkiksi lämpötilan ja paineen - mittarin neste-tilavuuteen aiheuttamat muutokset.

Tällaisen laitteen edut tulevat erittäin selvästi esille mitattaessa verrattain suuria paine-eroja (0,4 kgf/cm ja suurempia) ja käytettäessä kalvoissa pientä hyötypintaa, joka johtuu taas halkaisijaltaan pienestä rengasmaisesta kehävyöhykkeestä, kun sitävastoin kalvon kehäkotelossa on tällöin vastaavasti suuri ja erittäin joustava pinta.

Mittarin toisena etuna voidaan mainita sen yksinkertaisuus ratkaistaessa mittaustarkkuuden parantamiseen liittyvää probleemaa ja pyrittäessä vähentämään sekä lämpötilasta johtuvaa virhettä että sitä virhelukemaa, joka aiheutuu nesteen kokoonpuristuvuudesta staattisen paineen alaisena.

Kalvokoteloiden rengasmaisten kehävyöhykkeiden muodostamat kompensaattorit 1. kompensiokappaleet on tehty siten, etteivät ne vaikuta häiritsevästi itse koteloiden toimintaan, mikä lisää instrumentin syöpymiskestävyyttä muuntyyppisillä kompensiokappaleilla varustettuihin kojeisiin verrattuna, koska keksinnön mukaisissa kompensiokappaleissa ei ole hitsattuja lisäliitoksia eikä muitakaan kojeeseen koskettavia lisäosia.

Po. mittarin etuna voidaan vielä mainita, että siinä oleva rakenne suojaa yksinkertaisella tavalla rengasmaisilla kompensiokappaleilla varustetut kalvot toispuoleiselta ylipaineelta. Rengasmaisella kompensiokappaleella varustettu kalvokotelo suojataan ylipaineen siihen muuten aiheuttamalta vahingolta yksinkertaisesti siten, että mittarissa on runko, joka on muotoiltu kalvon muodon mukaan tai järjestämällä mittariin venttiili, joka sulkee rungon keskellä olevan reiän ja estää siten nesteen virtaamisen.

Koska mittarissa on kaksi kompensiokappaletta (yksi kummassakin kalvossa) kalvon toiselle puolelle suuntautuva ylikuormitus ei rasita toisen kalvon koteloa, sillä neste, joka virtaa rengasmaisella, kehänsuuntaisella kompensiokappaleella varustetun kalvon alta, vaikuttaa toisen kalvon kotelon vastaaviin osiin. Sitäpaitsi kahden kompensiokappaleen on todettu reagoivan tehokkaammin neste-tilavuuden lisäykseen, mikä puolestaan parantaa kojeen mittaus- 61 959 4 tarkkuutta sekä pienentää lämpötilasta ja staattisesta paineesta aiheutuvia virhelukemia.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkinä viittaamalla tällöin oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on poikkileikkaus keksinnön mukaisesta differenti-aalipainemittarista, ja kuvio 2 on saman, keksinnön mukaisen mittarin kalvoyksi-kön poikkileikkaus.

Kuviossa 1 näkyvä differentiaalipainemittari käsittää kiekkomaisen rungon 1 ja kaksi 2 ja 3, jotka on kiinnitetty run gon ulkoreunaan vastakkaisille sivuille. Kummassakin kalvossa 2 ja 3 rengasmainen vyöhyke 4 ja 5, joka liittyy kiinteästi runkoon 1. Tässä tapauksessa kiinnittäminen on suoritettu hitsaamalla.

Rengasmainen vyöhyke 4 ja 5 erottaa kummankin kalvon 2 ja 3 kehäosiin 6 ja 7 sekä keskiosiin 8 ja 9. Rengasmaisten osien 4 ja 5 ulkopuolella sijaitsevat kalvojen 2 ja 3 kehäosat 6 ja 7 on järjestetty määrätylle etäisyydelle rungon 1 pinnoista 10 ja 11. Kalvojen 2 ja 3 keskiosat 8 ja 9, jotka sijaitsevat rengasmaisten vyöhykkeiden 4 ja 5 sisäpuolella, on myös järjestetty määrätylle etäisyydelle rungon 1 pinnoista 12 ja 13. Kalvojen 2 ja 3 keskiosat 14 ja 15 liittyvät toisiinsa kiinteästi tangolla 16, joka on sijoitettu rungon 1 keskellä olevaan reikään 17.

Kalvojen 2 ja 3 rengasmaisissa vyöhykkeissä on keskisäteet r, joissa kehäosien 6 ja 7 hyötypinta eli tehollinen pinta on suurempi kuin vastaavasti kalvojen 2 ja 3 keskiosissa 8 ja 9, kun taas kehäosat 6 ja 7 ovat joustavammat kuin keskiosien 8 ja 9 kotelo. Molemmissa rengasmaisissa vyöhykkeissä 4 ja 5 on yhtä suuri keskisäde r, joten keskiosien 8 ja 9 teholliset pinnat ovat samanlaiset.

Rungon 1 pinnat 10, 11, 12 ja 13 vastaavat kalvojen 2 ja 3 osissa 6, 7, 8 ja 9 näiden aaltomaisuutta kalvojen puristuessa runkoa 1 vasten toispuolisen ylipainekuormituksen vaikutuksesta.

Kumpikin kalvo 2 ja 3 on kiinnitetty tankoon 16 siten, ettei se heikennä kalvokotelon paineenpitävyyttä. Tässä tapauksessa kiinnittäminen on suoritettu hitsaamalla.

Mittarissa on laite, joka välittää eteenpäin paine-eron aikaansaaman kalvojen liikkeen. Tähän laitteeseen kuuluu vipu 18, jossa on paineenpitävä, joustava tuki, jona toimii halkaisijal- 61 959 5 taan pieni, rungon 1 ulokkeeseen 20 kiinnitetty kalvo 19. Rungon 1 reiän 22 läpi menevän vivun 18 pää 21 liittyy tietyllä välyksellä toiminnallisesti tankoon 16 tapilla 23, joka on kiinnitetty po. tankoon. Vivun 18 toinen pää 24 on rungon 1 ulkopuolella pai-neenpitävän kalvon 19 toisella puolella ja liittyy toiminnallisesti laitteeseen 25, joka muuttaa kalvojen liikkeen lähtö- eli tulossignaaliksi. Tässä rakenne-esimerkissä laite 25 on sähköinen muuttaja eli konvertteri.

Kalvot 2 ja 3 on kiinnitetty runkoon 1 määrätyn etäisyyden päähän siitä ja ne muodostavat rungon kanssa paineenpitävän tilan 26, joka on täytetty nesteellä rungossa 1 olevan kanavan 27 kautta. Kanava on suljettu pallolla 28 ja ruuvilla 29. Rengasmaiset vyöhykkeet 4 ja 5, joiden kautta kalvot 2 ja 3 on vielä lisäksi kiinnitetty kiinteästi runkoon 1, erottavat rengasmaiset kehätilat 30 ja 31 paineenpitävästä tilasta 26. Tilat 30 ja 31 ovat taas yhteydessä paineenpitävään tilaan 26 rungossa 1 olevien kanavien 32 ja 33 välityksellä.

Tangossa 16 on tukipinnat 34 ja 35 tietyn etäisyyden päässä rungon 1 tukipinnoista 36 ja 37. Ne rajoittavat kalvojen 2 ja 3 liikkeen, kun näihin kohdistuu yksipuolinen ylipainekuormitus.

Runkoon 1 kiinnitetyt laipat 38 ja 39 muodostavat tilat 40 ja 41, joista mitatut paineet syötetään kalvoihin 2 ja 3 rei'istä 42 ja 43. Fluoratusta muovista valmistetut tiivistysrenkaat 44 ja 45 sulkevat tilat 40 ja 41 kalvojen 2 ja 3 ulkokehällä ja suojaa-vat näin rungon 1, ts. runko ei pääse kosketukseen ao. aineen kanssa paine-eroa mitattaessa. Laipat 38 ja 39 sekä kalvot 2 ja 3 voidaan valmistaa erilaisista syöpymisen kestävistä materiaaleista, esim. titaanista, nikkelistä, tantalista jne.

Vipu 18, joka ottaa vastaan paine-eron aiheuttaman kalvojen 2 ja 3 liikkeen, sijaitsee mittarin kalvoyksikön paineenpitävässä sisätilassa 26, joka on täytetty määrätyllä neutraalisilikonines-teellä. Sen vuoksi paine-eromittauksessa käytettävä aine ei pääse vaikuttamaan vipuun 18 eikä kalvoon 19, mikä parantaa koko mittarin syöpymiskestävyyttä.

Kuviossa 2 esitetty mittarin kalvoyksikön muunnelma käsittää laitteen, joka suojaa kalvoja 2 ja 3 ylipainekuormituksen toispuoleisen vaikutuksen aiheuttamalta vahingolta. Laite on suunniteltu seuraavasti: 61959 6

Tangossa 16 on venttiilit 46 ja 47, jotka koskettavat kalvojen 2 ja 3 keskiosiin 14 ja 15. Tanko on tehty kumitiivistysren-kaina, jotka on sijoitettu määrätylle etäisyydelle rungon 1 tuki-pinnoista 36 ja 37 ja jotka pystyvät sulkemaan tiiviisti rungossa 1 olevan reiän 17 sillä puolella, johon ylipainekuormitus kohdistuu .

Tässä rakennemuodossa rungossa 1 on rengasmaiset ulokkeet 48 ja 49, joiden etupinnat on hitsattu kalvojen 2 ja 3 rengasmaisiin osiin 4 ja 5. Rengasmaiset kehätilat 30 ja 31 ovat yhteydessä paineenpitävään tilaan 26 kanavilla 50 ja 51, jotka sijaitsevat rengasmaisissa ulokkeissa 48 ja 49.

111 1 Tässä tapauksessa rungon 1 pinnat 10 , 11 , 12 ja 13 ovat sileitä, koska kalvot 2 ja 3 eivät kosketa niihin paineylikuormi-tusten aikana.

Differentiaalipainemittari toimii seuraavasti:

Suurempi kahdesta paineesta syötetään kalvoon 2 (kuvio 1) laipan 38 reiästä 42, kun taas pienempi paine syötetään kalvoon 3 laipan 39 reiästä 43. Molemmat paineet muuttuvat kalvojen 2 ja 3 keskiosien 8 ja 9 tehollisilla eli hyötypinnoilla suhteellisiksi voimiksi, jotka suuntautuvat vastakkain ja vaikuttavat kalvojen 2 ja 3 sekä tangon 16 yhteistä akselia pitkin. Resultanttivoima, joka vastaa toimivien voimien eroa, siirtyy tapin 23 välityksellä vivun 18 päähän 21, joka kääntyy tietyssä kulmassa kalvon 19 akseliin nähden. Vivun 18 toinen pää 24 liittyy taas toiminnallisesti laitteeseen 25, joka muuttaa vivun 18 kääntymisasteen sähköiseksi lähtö- eli tulossignaaliksi.

Keksinnön mukaisessa differentiaalipainemittarissa on vain pieni lämpötilavirhe ja alhainen korkeissa staattisissa paineissa olevan nesteen kokoonpuristuvuuden aiheuttama virhelukema. Lisäksi tiedetään, että lämpötilan ja staattisen paineen vaihtelut kalvojen 2 ja 3 molemmilla puolilla aiheuttavat muutoksia mittarin kal-voyksikössä (paineenpitävä tila 26) olevan nesteen alkuperäiseen tilavuuteen. Tämä muutos nestetilavuudessa kohdistuu huomattavassa määrin kummankin kalvon 2 ja 3 kehävyöhykkeen 6 tai 7 joustavaan pintaan, niin että kuromankin kalvon 2 ja 3 keskiosan 8 tai 9 kotelo muuttuu muodoltaan - tosin vain vähän - kun taas kalvojen 2 ja 3 keskiosat 14 ja 15 sekä tanko 16 eivät juuri lainkaan siirry alkuperäisistä asennoistaan, jolloin mittariin ei synny virheluke-mia.

61 959 7

Keksinnön mukaista differentiaalipainemittaria suositetaan 2 lähinnä suuren paine-eron - esim. 0,4...10 kp/cm - mittaamiseen. Tässä tapauksessa on yleissääntönä, että on käytettävä kalvoja, joissa on tarpeeksi pieni tehollinen eli hyötypinta-ala, niin että kalvojen kehä- ja keskivyöhykkeiden hyötypintojen välille saadaan haluttu suhde joutumatta kuitenkaan sanottavasti suurentamaan instrumentin kokoa.

Kun kalvoon 2 (kuvio 1 ) kohdistetaan toispuoleinen ylikuor-mituspaine, kalvon kehävyöhyke 6 ja keskivyöhykkeen 8 kotelo puristuvat rungon pintoihin 10 ja 12, joiden muoto vastaa kalvon 2 aal-tomaisuutta ja estää kalvon vahingoittumisen. Kalvon 2 keskiosa 14 liikkuu yhdessä tangon 16 kanssa niin paljon, että tangon 16 tuki-pinta 34 koskettaa rungon 1 tukipintaan 36, kun kalvon 3 keskiosa 15 ja keskivyöhykkeen 9 kotelo siirtyvät erilleen rungon pinnoista 37 ja 13. Samanaikaisesti kalvoon 3 vaikuttaa ylikuormituspainee-seen joutuneen kalvon 2 syrjäyttämän nesteen tilavuus. Neste joutuu virtaamaan tilasta 30 tilaan 31 kanavia 32 ja 33 pitkin, jolloin kalvon 3 kehävyöhyke 7 taipuu ja lisää näin ollen sen etäisyyttä rungon 1 pinnasta 11.

Kun kalvoon 3 kohdistuu toispuoleinen ylipainekuormitus, kalvo on suojattu vahingoittumiselta, em. tavalla.

Kun kalvoon 2 kohdistuu toispuoleinen ylipainekuormitus, mittari, jonka kalvoyksikkö nähdään kuviossa 2, toimii seuraavasti:

Ylipainekuormituksen ollessa kyseessä kalvon 2 keskiosa 14 liikkuu yhdessä tangon 16 kanssa, kunnes tangon 16 pinta 34 koskettaa rungon 1 tukipintaan 36. Tämän jälkeen venttiili 46 sulkee rungossa 1 olevan reiän 17 ja estää nesteen virtaamisen ulos kalvon 2 alla olevista tiloista (rengasmainen kehätila 30 ja paineen-pitävä tila 26, joka on yhteydessä edelliseen kanavilla 50 ja sijaitsee heti kalvon 2 keskiosan 8 alla). Tähän tilaan "lukittu" neste estää kehävyöhykkeen 6 ja kalvon 2 keskiosan 8 kotelon taipumisen ja suojaa kalvoa vahingoittumiselta.

Kun kalvoon 3 kohdistetaan toispuoleinen ylipainekuormitus, se on suojattu vahingoittumiselta samalla tavalla, ts. venttiili 47 sulkee rungossa 1 olevan reiän 17.

Claims (3)

61959 8

1. Differentiaalipainemittari, jossa on pari kalvoja, joita kuormitetaan toiselta puolelta erilaisilla mitattavilla paineilla ja jotka on toisella puolella kiinnitetty hermeettisesti ulkokehällään rungon vastakkaisille pinnoille ja toisella puolella kiek-koelimiin, jotka saavat aikaan muotojäykkyyden ja jotka on kiinnitetty pulteilla jäykästi toisiinsa, ja jotka rajoittavat nesteellä täytetyn mittauskammion rungossa, jolloin kalvot rajoittavat hermeettisesti kompensaatiokammioita, jotka ovat virtausyhteydessä mittauskammioon, ja mittarissa on laite, joka siirtää kalvojen liikkeen signaalimuuttajaan, tunnettu siitä, että rungon (1) kummallakin etupinnalla on vain yksi kalvo (2, 3) ja niin ollen yksi rengasmainen vyöhyke (4, 5), jossa kalvo (2, 3) on lisäksi kiinnitetty rungon (1) rengasmaisiin ulokkeisiin (48, 49), jotka erottavat säteittäisesti ulommat rengasmaiset kompensaatiokammiot (30, 31) säteittäisesti sisemmästä mittauskammiosta (26).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen differentiaalipainemittari, tunnettu siitä, että kalvot (2, 3) on yhdistetty toisiinsa tangolla (16), johon on sijoitettu venttiilit (46, 47), jotka sulkevat virtausyhteyden (17) rungossa (1) kohdistettaessa yksipuolista ylikuormituspainetta, jolloin rengasmaisissa ulokkeissa (48, 49) on kanavat (50, 51).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen differentiaalipainemittari, tunnettu siitä, että säteittäisesti ulompien kalvo-osien (6, 7) ja rungon pintojen (10, 11) rajoittamilla kompen-saatiokammioilla on suuremmat tilavuudet kuin mainitulla mittaus-kalvo-osalla, jonka rajoittavat säteittäisesti sisemmät kalvo-osat (8, 9) ja rungon pinnat (12, 13).