RU2006011C1

RU2006011C1 - Bellows pressure gauge

Info

Publication number: RU2006011C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Онищенко
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди"
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: bellows pressure gauge has bellows 1, union 2, ohmmeter 3 and flexible resilient cord made in form of loop of resilient thread 4. Thread is made of current-carrying rubber and is placed in insulating sheath 5 made of resilient flexible material (rubber or latex). Bent part of thread loop 6 is rigidly connected with movable cover 7 without electric contact of thread 4 with bellows and cover 7. Other part of loop is connected to bellows fixed base 8. Free ends 9 and 10 of thread 4 are passed through base 8 by means of sealing insulators. Sheath 5 plays part of sealing insulators of free ends 9 and 10 which are connected to inputs of ohmmeter 3. Insulating gasket 11 made of flexible resilient material is placed between loop threads. Cord is connected to cover 7 and base 8 by means of washers 12 and 13. EFFECT: enhanced reliability of operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостей в различных емкостях или в трубопроводах и в закрытых потоках. The invention relates to measuring technique and can be used to measure the pressure of gases and liquids in various containers or in pipelines and in closed flows.

Известен датчик давления, содержащий корпус, в котором при помощи держателя установлена манометрическая пружина, на подвижном конце которой закреплена первая пластина емкостного преобразователя перемещения в электрический сигнал, вторая пластина которого связана с корпусом и электронным блоком, в котором для обеспечения измерения расхода жидкостей первая и вторая пластины установлены параллельно и под углом 2-3^о к оси, перпендикулярной оси держателя, при этом электронный блок выполнен в виде генератора переменной частоты, в обратную связь которого включен емкостной преобразователь перемещения, причем первая пластина подключена к входу генератора, а вторая через последовательно включенный первый резистор - к первому входу генератора, при этом между входом генератора и первым выходом включен второй резистор, а второй выход генератора является выходом датчика давления.A known pressure sensor comprising a housing in which a gauge spring is mounted with a holder, on the movable end of which is fixed a first plate of a capacitive transducer to move an electric signal, the second plate of which is connected to the housing and an electronic unit, in which the first and second plates arranged in parallel and at an angle ^of 2-3 to the axis perpendicular to the axis of the holder, wherein the electronic unit is designed as a variable frequency generator in the reverse ligature which included a capacitive displacement transducer, wherein the first plate is connected to the input of the generator, and the second in series through a first resistor included - to the first input of the generator, the generator between the input and the first output of the second resistor is turned on and the second output of the generator is the output of the pressure sensor.

Недостатком известного датчика является низкая точность из-за сильных влияний вибраций. A disadvantage of the known sensor is its low accuracy due to the strong effects of vibrations.

Известен датчик давления, содержащий полый корпус с мембраной и размещенным в корпусе цилиндрическим элементом, контактирующим с мембраной, с электродами по торцам и кольцевым опорным выступом, расположенным на боковой поверхности и разделяющим его на две одинаковые симметричные части, который для повышения точности за счет уменьшения вибраций снабжен опорной резьбовой втулкой, ввинчивающейся внутрь корпуса, а боковая поверхность кольцевого выступа пьезоэлемента снабжена резьбой, которая входит в резьбовое соединение с резьбой, выполненной на внутренней поверхности втулки, при этом все указанные резьбы имеют один шаг. A pressure sensor is known, comprising a hollow body with a membrane and a cylindrical element placed in the body in contact with the membrane, with electrodes at the ends and an annular supporting protrusion located on the side surface and dividing it into two identical symmetrical parts, which to increase accuracy by reducing vibration equipped with a threaded support sleeve that is screwed into the housing, and the side surface of the annular protrusion of the piezoelectric element is provided with a thread that enters a threaded connection with a thread flax on the inner surface of the sleeve, while all these threads have one step.

Недостатком известного датчика является низкая его надежность работы по внезапным отказам из-за высокой сложности. A disadvantage of the known sensor is its low reliability in sudden failures due to high complexity.

Известен сильфонный манометр, содержащий сильфон с подвижной крышкой и неподвижным основанием, подводящий штуцер и размещенный в полости сильфона индуктивный преобразователь перемещения в электрический сигнал, причем дифференциальный манометр соединен с эластичными пневматическими камерами. A well-known bellows pressure gauge comprising a bellows with a movable cover and a fixed base, a supply fitting and an inductive transducer into an electric signal located in the bellows cavity, the differential pressure gauge being connected to elastic pneumatic chambers.

Недостатками известного сильфонного манометра являются низкая точность из-за малой чувствительности к давлению и низкая надежность по внезапным отказам из-за ненадежности преобразователя перемещения в электрический сигнал. The disadvantages of the known bellows pressure gauge are low accuracy due to the low sensitivity to pressure and low reliability for sudden failures due to the unreliability of the transducer moving into an electrical signal.

Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения чувствительности к давлению при одновременном повышении надежности работы по внезапным отказам за счет упрощения преобразователя в электрический сигнал. The aim of the invention is to increase accuracy by increasing the sensitivity to pressure while increasing the reliability of sudden failures by simplifying the converter into an electrical signal.

Поставленная цель достигается тем, что в сильфонном манометре, содержащем сильфон с подвижной крышкой и неподвижным основанием, подводящий штуцер и размещенный в полости сильфона преобразователь перемещения в электрический сигнал, преобразователь перемещения в электрический сигнал выполнен в виде петли упругой нити из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку из упругого материала, причем изогнутая часть петли жестко соединена с подвижной крышкой сильфона, а другая часть петли прикреплена к неподвижному основанию сильфона, концы нити с помощью герметизирующих изоляторов пропущены через основание сильфона и соединены со входами введенного омметра, при этом подводящий штуцер вмонтирован в неподвижное основание сильфона. This goal is achieved by the fact that in the bellows pressure gauge containing the bellows with a movable cover and a fixed base, the inlet fitting and the displacement transducer into an electrical signal placed in the bellows cavity, the displacement transducer into an electrical signal is made in the form of a loop of elastic thread from conductive rubber placed in an insulating rubber the shell is made of elastic material, and the curved part of the loop is rigidly connected to the movable cover of the bellows, and the other part of the loop is attached to the fixed base of the bellows, the ends of the thread with the help of sealing insulators are passed through the base of the bellows and connected to the inputs of the inserted ohmmeter, while the inlet fitting is mounted in a fixed base of the bellows.

На чертеже показан сильфонный манометр, где для лучшего показа конструкции упругая нить и оболочка даны в увеличенном в поперечном направлении осевом разрезе. The drawing shows a bellows pressure gauge, where, for a better view of the structure, the elastic thread and sheath are given in axially enlarged transverse direction.

Сильфонный манометр содержит сильфон 1 и штуцер 2. The bellows gauge contains a bellows 1 and a fitting 2.

Манометр снабжен омметром 3 и эластичным упругим шнуром, выполненным в виде петли упругой нити 4 из токопроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку 5 из упругого эластичного материала, например из резины или латекса. Изогнутая часть 6 петли жестко соединена с подвижной крышкой 7 сильфона 1 без электрического контакта нити 4 с сильфоном и крышкой 7. Другая часть петли прикреплена к неподвижному основанию 8 сильфона. Через основание 8 с помощью герметизирующих изоляторов пропущены свободные концы 9 и 10 нити 4, например, с помощью оболочки 5, выполняющей роль герметизирующих изоляторов. Свободные концы 9 и 10 соединены с входами омметра 3. Штуцер 2 вмонтирован в неподвижное основание 8 сильфона 1. Между нитями 4 петли находится изоляционная прокладка 11 из эластичного упругого материала, например, из резины или латекса. Шнур прикреплен к крышке 7 и основанию 8, например, с помощью шайб 12 и 13. Боковые стенки сильфона 1 выполнены с поперечными гофрами 14. The pressure gauge is equipped with an ohmmeter 3 and an elastic elastic cord made in the form of a loop of elastic thread 4 of conductive rubber placed in an insulating sheath 5 of elastic elastic material, for example, rubber or latex. The curved part 6 of the loop is rigidly connected to the movable cover 7 of the bellows 1 without electrical contact of the thread 4 with the bellows and the cover 7. The other part of the loop is attached to the fixed base 8 of the bellows. Through the base 8 with the help of sealing insulators passed the free ends 9 and 10 of the thread 4, for example, with the help of the sheath 5, acting as sealing insulators. The free ends 9 and 10 are connected to the inputs of the ohmmeter 3. The fitting 2 is mounted in a fixed base 8 of the bellows 1. Between the threads 4 of the loop is an insulating strip 11 of elastic material, for example, rubber or latex. The cord is attached to the lid 7 and the base 8, for example, using washers 12 and 13. The side walls of the bellows 1 are made with transverse corrugations 14.

Сильфонный манометр работает следующим образом. The bellows pressure gauge operates as follows.

Измеряемое давление Р через штуцер 2 поступает во внутреннюю полость сильфона 1. Жесткое основание 8 закреплено неподвижно. Поэтому под действием избыточного давления Р на подвижную крышку 7 будет действовать сила F, численно равная произведению избыточного давления Р на сечение S основания или крышки 7 F = PS. Под действием этой силы крышка 7 перемещается слева направо (чертеж). The measured pressure P through the fitting 2 enters the inner cavity of the bellows 1. The rigid base 8 is fixed motionless. Therefore, under the action of excess pressure P on the movable cover 7, a force F will act, numerically equal to the product of the excess pressure P and the section S of the base or cover 7 F = PS. Under the action of this force, the cover 7 moves from left to right (drawing).

Перемещение прекратится в тот момент, когда сила F уравновесится суммой упругих сил собственно сильфона и шнура. Обе этих упругих силы увеличиваются с ростом перемещения крышки 7 по линейному закону. Поэтому для любого момента времени положение крышки 7 будет определяться величиной избыточного измеряемого давления P: чем больше Р, тем на большее расстояние вправо сместится крышка 7. Шнур работает в пределах упругих деформаций, как и гофрированный сильфон 1, и поэтому с уменьшением избыточного давления Р упругие силы сильфона и шнура возвращают крышку 7 справа налево, причем это смещение снова будет пропорциональным падению давления в сильфоне. Мерой давления Р в любой момент времени будет перемещение крышки сильфона 7 относительно основания 8, то есть расстояние между крышкой 7 и основанием 8. The movement will stop at the moment when the force F is balanced by the sum of the elastic forces of the bellows and the cord itself. Both of these elastic forces increase with increasing displacement of the cover 7 according to a linear law. Therefore, for any moment of time, the position of the lid 7 will be determined by the measured measured excess pressure P: the larger P, the greater the distance 7. The cord 7 will move to the right within elastic deformations, like corrugated bellows 1, and therefore, with a decrease in excess pressure P, the elastic the forces of the bellows and the cord return the cover 7 from right to left, and this displacement will again be proportional to the pressure drop in the bellows. A measure of pressure P at any time will be the movement of the bellows cover 7 relative to the base 8, that is, the distance between the cover 7 and the base 8.

Шнур работает в пределах упругих деформаций и поэтому его объем при любых растяжениях остается постоянным. Так, например, если длина нити 4 увеличивается в 2 раза, то поперечное сечение нити уменьшается в 2 раза, чтобы объем нити остался постоянным. Если же в любой момент длина нити увеличивается в n раз от l до nl, то одновременно поперечное сечение нити S уменьшается от S до S/n. Известно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и удельному сопротивлению ρ и обратно пропорционально его поперечному сечению S
R = ρ l/S. (1) В соответствии с (1) при удлинении нити 4 в n раз ее сопротивление увеличивается в n² раз. Поэтому зависимость показываемого омметром 3 сопротивления нити 4 от измеряемого давления имеет квадратичный характер. Омметр 3 градуируют по квадратичной зависимости чтобы его показания соответствовали измеряемому давлению Р. Способ градуировки омметра может быть любым. При нерациональном способе градуировки только увеличивается трудоемкость градуировки, но результаты измерения давления никак не изменятся. Градуировку можно провести, например, описанными в книге Онищенко А. М. "Оптимизация приборов для контроля состава веществ". М. : Машиностроение, 1990 г. , стр. 17-20, методами.The cord works within elastic deformations and therefore its volume remains constant under any stretching. So, for example, if the length of thread 4 is increased by 2 times, then the cross section of the thread is reduced by 2 times, so that the volume of the thread remains constant. If at any moment the length of the thread increases n times from l to nl, then at the same time the cross section of the thread S decreases from S to S / n. It is known that the resistance of a conductor is directly proportional to its length l and specific resistance ρ and inversely proportional to its cross section S
R = ρ l / S. (1) According to (1), when the yarn 4 is extended by a factor of n, its resistance increases by a factor of n ² . Therefore, the dependence of the resistance of the thread 4 shown by an ohmmeter 3 on the measured pressure is quadratic. An ohmmeter 3 is graduated by a quadratic dependence so that its readings correspond to the measured pressure R. The method for calibrating an ohmmeter can be any. With an irrational calibration method, the complexity of the calibration only increases, but the pressure measurement results will not change. Calibration can be carried out, for example, described in the book of Onishchenko A. M. "Optimization of devices for controlling the composition of substances." M.: Engineering, 1990, pp. 17-20, methods.

Из описания видно, что шнур в сильфонном манометре одновременно выполняет несколько функций: преобразует измеряемое давление Р в электрическое сопротивление нити 4; позволяет измерять сопротивление нити 4 омметром 3 без относительных перемещений друг относительно друга свободных концов нити и омметра; играет роль двухсторонней пружины, уравновешивая силу перемещения крышки 7 при ее движении вправо и возвращает крышку 7 при спаде давления в исходное состояние; сглаживает возможные колебания крышки 7 при резких перепадах или при резких периодических давлениях, то есть выполняет роль демпфера колебаний; позволяет использовать один сильфон для измерения разных давлений (для этого достаточно иметь набор шнуров разной жесткости для измерения разных давлений, так как смена шнура в манометре проще и быстрее смены собственно сильфона). Совмещение нескольких функций одним шнуром дает возможность преодолеть техническое противоречие, то есть одновременно повысить точность измерений и повысить надежность работы по внезапным отказам, а также ослабить колебания и обойтись одним сильфоном для измерения разных давлений. (56) Авторское свидетельство СССР N 1679226, кл. G 01 L 9/12, 1989. From the description it can be seen that the cord in the bellows gauge simultaneously performs several functions: converts the measured pressure P into electrical resistance of the thread 4; allows you to measure the resistance of the thread 4 with an ohmmeter 3 without relative displacements relative to each other of the free ends of the thread and an ohmmeter; plays the role of a bilateral spring, balancing the force of movement of the cover 7 when it moves to the right and returns the cover 7 when the pressure drops to its original state; smooths out possible vibrations of the cover 7 during sharp changes or at sharp periodic pressures, that is, it acts as a vibration damper; allows you to use one bellows to measure different pressures (for this it is enough to have a set of cords of different stiffness to measure different pressures, since changing the cord in the manometer is easier and faster than changing the bellows itself). Combining several functions with one cord makes it possible to overcome a technical contradiction, that is, at the same time increase the accuracy of measurements and increase the reliability of sudden failures, as well as weaken vibrations and dispense with one bellows for measuring different pressures. (56) Copyright certificate of the USSR N 1679226, cl. G 01 L 9/12, 1989.

Авторское свидетельство СССР N 1691693, кл. G 01 L 9/08, 1990. USSR author's certificate N 1691693, cl. G 01 L 9/08, 1990.

Авторское свидетельство СССР N 101965, кл. G 01 L 7/06, 1950. USSR author's certificate N 101965, cl. G 01 L 7/06, 1950.

Claims

BELLOW PRESSURE MANOMETER, comprising a bellows with a movable cover and a fixed base, a supply fitting and a displacement transducer into an electrical signal placed in the bellows cavity, characterized in that the displacement transducer into an electrical signal is made in the form of a loop of elastic thread of conductive rubber placed in an insulating sheath of elastic material, the curved part of the loop rigidly connected to the movable cover of the bellows, and the other part of the loop attached to the fixed base of the bellows, the ends of with the help of sealing insulators passed through the base of the bellows and connected to the inputs of the entered ohmmeter, while the inlet fitting is mounted in a fixed base of the bellows.