RU14078U1 - Измерительный преобразователь разности давлений - Google Patents

Description

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ.

Иолезная модель относится к средствам измерения давления газообразных и жидких веществ, а именно к устройствам для измерения разности давлений с помощью унруго деформируемых элементов в качестве чувствительных элементов и может использоваться в металлургической, нефтеперерабатывающей, газодобывающей, химической, энергетической, пищевой промыщленности, и т.п.

Известен измерительный преобразователь разности давлений, описанный в Техническом описании и инструкции по эксплуатации 08906128 ТО Преобразователь измерительный САПФИР-22М, стр. 27-29, рис. 4, а также см. а.с. 506223 и а.с. 506224.

Известный преобразователь разностидавлений содержит

тензопреобразователь мембранно-рычажного типа, размещенной внулри корпуса в замкнутой полости, заполненной разделительной жидкостью, и отделенный от измеряемой среды двумя гофрированными измерительными мембранами, жестко прикрепленными по наружному контуру к противоположным сторонам корпуса и соединенными между собой центральным щтоком, связанным с концом рычага тензопреобразователя с помощью тяги, при этом тензопреобразователь электрически связан с электронным преобразователем сигнала через гермопроходник в корпусе преобразователя разности давлений.

Рельефные поверхности противоположных сторон корпуса, обращенные к соответствующим поверхностям гофрированных измерительных мембран и удаленные от них на некоторое расстояние, обеспечивают защит) измерительных мембран и тензопреобразователя от разрущения илп появления необратимых деформаций при попеременном одностороннем воздействии перегрузочного давления контролируемой среды.

° ° MKH-6:GO1L7/02

Недостатком известного преобразователя разности давлений являе1ся недостаточная точность измерения, обусловленная влиянием температ}ры окружающей среды и статического (двустороннего) давления рабочей среды.

При указанных изменениях температуры и статического давления рабочей среды происходит изменение объема разделительной жидкости (температурный коэффициент и коэффициент сжимаемости известных жидкостей всегда отличны от нуля) и как, следствие, в межмембранной полости изменяется давление разделительной жидкости. При этом из-за технологического разброса геометрических размеров и жесткостей двух измерительных мембран происходит нежелательное перемещение щтока. связывающего эти мембраны и взаимодействующего с концом рычага тензопреобразователя. Как следствие этого нежелательного перемещения происходит изменение выходного сигнала тензопреобразователя, что и обуславливает появление дополнительной температурной погрешности и погрешности от изменения статического давления измерительного преобразователя разности давлений.

Другим существенным недостатком является незащищенность измерительных мембран от контакта с рабочей средой, что снижает надежность их работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является измерительный преобразователь разности давлений, описанный в статье Юровского А.Я. Основы проектирования мембранных измерительных узлов датчика давления в журнале Приборы и системы управления, 1990г. № 12. ср. 17-20 (схема 8) и выбранный в качестве прототипа.

Известный преобразователь разности давлений содержит одн измерительную мембрану, закрепленную по наружному контуру к основанию преобразователя и взаимодействующую через передаточньп механизм с тензопреобразователем перемещения, закрепленном на том же основании. По обе стороны от измерительной мембраны и

)

тензопреобразователя расположены две разделительные мембраны, закрепленные по наружному контуру к основанию преобразователя и запдищающие измерительную мембрану от контакта с рабочей средой, давление которой измеряется, при этом две герметичные полости межд измерительной мембраной и каждой из разделительных мембран заполнены нейтральной разделительной жидкостью, через которую кoнтpoлиpye юe давление передается на измерительную мембрану.

Известный преобразователь разности давлений с одной измерительной и двумя разделительными мембранами имеет ряд недостатков, обусловленных, например, наличием дополнительных погрешностей при изменении условий эксплуатации: изменения температуры и величины статического двустороннего давления контролируемой среды. Под влиянием этих факторов происходит изменение начальных объемов разделительной жидкости в каждой из двух полостей между измерительной и разделительными мембранами, при этом в каждой из герметичных полостей изменяется давление разделительной жидкости. Величины этих давлений (при известных условиях эксплуатации измерительных преобразователей) зависят от величины начальных объемов жидкостей разделительных мембран для каждой из герметичных полостей.

Так как начальные объемы разделительной жидкости и параметры разделительных мембран двух герметичных полостей практически всегда не идентичны, то под влиянием изменений температуры и двустороннего воздействия давления контролируемой среды в разделительных жидкостях одной и другой герметичных полостей будут возникать различные по величине давления. При этом измерительная мембрана, находящаяся под действием разности этих давлений, совершит нежелательное перемешенпе. отражающее величину погрешности измерительного преобразователя при изменении температуры и статического двустороннего давления контролируемой среды. Другим недостатком известного преобразователя разности давлений с

двумя разделительными мембранами является сложность и низкая надежность защиты измерительной мембраны отнедопустимых

односторонних перегрузок давлением. Такая защита обеспечиваегся соответствующим выбором наружного диаметра разделительной мембраны и допустимой величины начального зазора между ее гофрированной поверхностью и профилированной опорной поверхностью основания.

В этом случае диаметр разделительной мембраны не превыщает диаметра измерительной мембраны и величины их жесткостей становятся сопоставимыми, что обуславливает повыщенную температурную погрещность и погрещность от изменения статического двустороннего давления контролируемой среды. С другой стороны, надежность защиты измерительной мембраны от перегрузок давлением снижается по мере увеличения начального зазора между разделительной мембранной и опорной поверхностью основания. Увеличение начального зазора может бьггь обусловлено рядом факторов, таких, например, как избыточный объем заполнения разделительной жидкостью герметичной полости, или существенным повыщением температуры контролируемой среды, или несоблюдением геометрии и технологии изготовления профилированной опорной поверхности и др.

Целью полезной модели является повыщение точности и надежности измерительного преобразователя разности давлений за счет уменьщения погрещностей от изменения температуры и двустороннего статического давления контролируемой среды и от воздействия односторонних перегрузок давлением.

Поставленная цель достигается тем, что измерительный преобразоватеШ) разности давлений, содержащий основание, измерительную мембран), закрепленную по наружному контуру к основанию и расположенную на некотором расстоянии от основания, сенсор, чувствительный к перемещению

4 измерительной мембраны под воздействием разности давлений м

закрепленный на том же основании, средство для передачи перемещения мембраны к сенсору, две разделительные мембраны, закрепленные по наружному контуру к основанию с противоположных сторон от измерительной мембраны и сенсора и образующие с измерительной мембраной и внутренними поверхностями основания две герметичные поверхности, заполненные жидкостью, согласно полезной модели, снабжен вьщолненными в виде профилированных поверхностей, расположенных по обе стороны и на некотором расстоянии от измерительной мембраны и повторяющих форму ее рельефа с обеих сторон, двумя упорами, снабженными каналами для перетока жидкости между измерительной и каждой из разделительных мембран, не имеющих ограничения в перемещениях под действием давления.

При этом наружные диаметры разделительных мембран могут быть равны по величине или больше наружного диаметра измерительной мембраны.

Заявляемый измерительный преобразователь обеспечивает достижение высокой точности и надежности измерений разности давлений, в том числе и при возникающих односторонних перегрузках давлением и при нестационарных воздействиях температуры и рабочего статического давления контролируемой среды, благодаря тому, что содержит два упора, расположенных по обе стороны и на некотором удалении от измерительной мембраны, ограничивающих ее перемещение в обе стороны при возникновении знакопеременных перегрузок давлением. Благодаря тому, что оба упора выполнены в виде профилированных поверхностей, повторяющих форму рельефа измерительной мембраны с обеих ее сторон и имеются каналы перетока жидкостей между мембранами, оболочка этой измерительной мембраны надежно защищена от разрущения и от необратимых деформаций при перегрузках давлением с одной или другой

IslO {0 2 2

s

стороны, при этом разделительные мембраны не имеют ограничителей перемещения под воздействием давления и поэтому не критичны к величинам начальных объемов заполняющей жидкости.

Дополнительным преимуществом измерительного преобразователя является его низкая чувствительность к нестационарным дестабилизирующим воздействием температуры и рабочего (статического) давления контролируемой среды благодаря тому, что наружные диамепры разделительных мембран могут превыщать диаметр измерительной мембраны, обеспечивая этим необходимое уменьщение их жесткости по сравнению с жесткостью измерительной мембраны. При этом объемы заполнения герметичных полостей разделительной жидкостью не имеют существенного значения, так как не влияют на надежность и качество защиты измерительной мембраны при перегрузках давлением, а разделительные мембраны не имеют ограничений при перемещении под давлением.

В сравнении с прототипом заявляемый измерительный преобразователь разности давлений обладает новизной, отличаясь наличием таких существенных признаков, как выполнение профилированных упоров для ограничения перемещения измерительной мембраны, расположенных на некотором расстоянии от нее с обеих сторон и повторяющих ее профиль, а также снабженных каналами для перетока жидкости между измерительной и разделительными мембранами, не имеющими ограничений в перемещении под действием давления, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемый измерительный преобразователь разности давлений можег найти щирокое применение в металлургической, нефтеперерабатывающей, газодобывающей, химической, энергетической, пищевой и других отраслях промыщленности и поэтому соответствует критерию промыщленная применимость. 6

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид измерительного преобразователя в разрезе.

Измерительный преобразователь разности давлений (см. чертеж) содержит основание 1, измерительную мембрану 2, закрепленную герметично по наружному контуру 3 к основанию 1, сенсор 4. чувствительный к перемещению измерительной мембраны и закрепленньпТ на основании 1, средство 5 в виде стержня или пластины для передачи перемещения мембраны 2 к подвижному элементу 6 сенсора 4., две разделительные мембраны 7 и 8, закрепленные герметично по наружном} контуру к основанию 1 с противоположных сторон от измерительной мембраны 2 и сенсора 4, два упора 9 и 10, расположенные по обе стороны и на некотором расстоянии от измерительной мембраны 2 и сенсора 4 и выполненные в виде профилированных поверхностей, повторяющих форму рельефа измерительной мембраны 2 с обеих сторон.

Упоры 9 и 10 снабжены каналами 11 и 12 для перетока жидкости межд измерительной мембраной 2 и каждой из разделительных мембран 7 и 8. Профилированный упор 10 выполнен за одно целое с основанием 1. а профилированный упор 9 выполнен в виде цилиндра 13, жестко соединенного с основанием 1, например, с помощью сварки 14.

Две герметичные полости 15 и 16, образованные разделительными мембранами 7 и 8, измерительной мембраной 2 и внутренними поверхностями 17 и 18 основания 1, заполнены жидкостью через каналы 19 и 20,герметизируемые пробками 21 и 22, например, в виде запрессованных щариков из нодщипниковой стали.

Сенсор 4, расположенный в герметичной полости 16, электрически связан с электронным преобразователем 23 через гермопроходник 24 с токопроводами 25, закрепленный герметично на основании 1. давлений PI и Р2 через отверстия 30 и 3 КУплотнительные кольца 32 и 33,

выполненные, например, из резины или фторопласта, герметизируют полости 28 и 29 по наружному контуру разделительных мембран 7 и 8. Фланцы 26. 27 и мембраны 7, 8 могут быть выполнены из различных коррозионностойких материалов, таких, например, как нержавеющие стали и сплавы, титан, тантал, никель и других.

Для уменьшения жесткости разделительных мембран 7, 8 они выполняются с наружными диаметрами большими или равными по величине наружному диаметру измерительной мембраны 2.

Измерительный преобразователь разности давлений работает, в обшем случае, следуюшим образом.

Два контролируемых давления Р1 и Р2 рабочей среды подводятся к разделительным мембранам 7 и 8 через отверстия 30 и 3 1 во фланцах 26 и 27 измерительного преобразователя разности давлений.

Эти давления Р1 и Р2 через упругие оболочки разделительных мембран 7 и 8 и жидкости в полостях 15 и 16 воздействуют с двух сторон на измерительную мембрану 2. Под воздействием разности давлений Р1 и Р2 измерительная мембрана 2 совершает пропорциональное перемещение, которое через стержень 5 передается подвижному элементу 6 сенсора 4. Электрический сигнал сенсора 4, пропорциональный перемещению элемента 6, по токопроводам 25 гермопроходника 24 передается в электронньп преобразователь 23 для последующего преобразования в электрический выходной сигнал, пропорциональный разности давлений Р1 и Р2.

В случае возникновения перегрузочного давления с одной стороны, например, Р1 max Р2, измерительная мембрана 2 соверщает предельно допустимое перемещение до упора 10. При этом упругая оболочка мембраны 2 надежно защищена от разрушения благодаря профилированной поверхности упора 10, повторяющей форму рельефа измерительной мембраны 2. Ввиду наличия жидкости в полости 15 разделительная мембрана

X 7 при этом также совершает ограниченное перемещение и не разрушается

благодаря жидкостной подушке.

При возникновении перегрузочного давления с другой стороны измерительного преобразователя Р2 max PI, измерительная мембрана 2 совершает предельно допустимое перемешение до упора 9 и упругая оболочка мембраны также зашишена от разрушения, благодаря профилированной поверхности этого упора, а разделительная мембрана 8 совершает ограниченное перемещение и не разрушается, благодаря жидкостной подушке в полости 16.

Зазоры между упругими поверхностями измерительной мембраны 2 и профилированными упорами 9 и 10 выбраны таким образом, чтобы обеспечить зашиту мембраны от разрушения и возникновения остаточных деформаций в ее оболочке, а также защиту сенсора 4 от перегрузок при предельном перемещении его подвижного элемента 6.

Надежность защиты мембраны 2 и сенсора 4 от перегрузок давлением зависит только от величин установленных зазоров и не зависит от начальных объемов жидкостей, заполняющих полости 15 и 16 и от диаметров разделительных мембран 7 и 8. При увеличении диаметров разделительных мембран 7 и 8 по сравнению с диаметром измерительной мембраны 2 достигается дополнительный эффект уменьщения погрешности измерительного преобразователя при изменении температуры и статического давления рабочей среды, т.к. изменения начальных объемов жидкостей в полостях 15 и 16 под действием температуры и статического давления компенсируются упругими оболочками разделительных мембран 7 и 8, при этом измерительная мембрана 2 сохраняет неизменное положение и не вьг ывает дополнительной погрешности измерительного преобразователя. что тем самым повышает его точность.

9 изменениям температуры и статического давления рабочей среды совпадают

между собой и определяются равенством отношений

W15 W16

V7 V8 где W15 и W16 - начальные объемы жидкостей, заполняющих полости 15 и

16 соответственно;

V7 и V8 - объемы, вытесняемые разделительными мембранами 7 и 8

соответственно, под воздействием единицы приложенного давления.

Величины V7 и V8 определяются свойствами материала геометрическими параметрами разделительных мембран, в частносш. модулем упругости Юнга и толщиной материала мембран, глубиной их гофрировки и величиной наружного диаметра. С увеличением диаметра разделительных мембран 7 и 8 возрастают значения факторов V7 и V8, при этом уменьшается влияние дестабилизирующих воздействий температуры и статистического давления рабочей среды.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый измерительный преобразователь является более точным и надежным как при стационарном режиме работы, так и при дестабилизирующих воздействиях температ}ры и статистического давления рабочей среды.

Авторыy hiJ A A Юровский А.Я.

К)

Фетисов А.В. -- тэттвЛ. В.

Claims (2)

1. Измерительный преобразователь разности давлений, содержащий основание, измерительную мембрану, закрепленную по наружному контуру к основанию и расположенную на некотором расстоянии от него, сенсор, чувствительный к перемещению измерительной мембраны под действием разности давлений и закрепленный на том же основании, средство для передачи перемещения мембраны к сенсору, две разделительные мембраны, закрепленные по наружному контуру к основанию с противоположных сторон от измерительной мембраны и сенсора и образующие с измерительной мембраной и внутренними поверхностями основания две герметичные полости, заполненные жидкостью, отличающийся тем, что он снабжен выполненными в виде профилированных поверхностей, расположенных по обе стороны и на некотором расстоянии от измерительной мембраны и повторяющих форму ее рельефа с обеих сторон, двумя упорами, снабженными каналами для перетока жидкости между измерительной и каждой из разделительных мембран, не имеющих ограничений в перемещениях под действием давления.

2. Измерительный преобразователь разности давлений по п.1, отличающийся тем, что наружные диаметры разделительных мембран равны по величине или больше наружного диаметра измерительной мембраны.