RU2044291C1

RU2044291C1 - Pressure set-point device

Info

Publication number: RU2044291C1
Authority: RU
Inventors: Д.П. Крауиньш; М.Г. Гольдшмидт; А.Г. Бригадин; А.В. Панов
Original assignee: Крауиньш Дмитрий Петрович
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: calibration and inspection of devices in automated systems. SUBSTANCE: device has load center, which has to be a double cylinder. Pressure governor, reverse and safety valves are connected to spaces of hydraulic cylinder. Loading unit is connected with the system through electric-hydraulic reverse valve unit. System has dead-weight pressure-gauge tester provided with mechanism for automatic mounting and removing weights, and collector, which has unit for mounting devices to be calibrated. Valve unit, manometer and drive are connected with control unit. Valve unit let liquid pass at one and other directions only at equality of pressure in the system and in space of small hydraulic cylinder till achieving value of tolerant pressure pulsation in the system. Required value of pressure can be provided in system during several passes of pistons, as a result, number of devices to be calibrated can be increased. EFFECT: improved precision; improved power of drive. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть применено в автоматических устройствах для регулировки и поверки приборов давления. The invention relates to instrumentation and can be applied in automatic devices for adjusting and calibrating pressure instruments.

Известен дозированный насос, содержащий две камеры, образованные двухступенчатым плунжером, на входе и выходе каждой из которых установлены соответственно нагнетательные и обратные клапаны (а. с. N 184133, кл. G 01 L 27/00, 1966). Known metering pump containing two chambers formed by a two-stage plunger, at the inlet and outlet of each of which are installed discharge and check valves, respectively (a.p. N 184133, class G 01 L 27/00, 1966).

Недостатком этого насоса применительно к задатчикам давления является то, что он может только нагнетать давление. Для сброса же давления можно было бы оснастить насос четырехходовым распределителем золотникового типа, но распределители золотникового типа не эффективны для объемных систем вследствие больших утечек и, кроме того, между распределителем и цилиндром потребовалось бы установить измерительный преобразователь давления, чтобы информировать систему управления о величине давления в этой полости. The disadvantage of this pump in relation to pressure regulators is that it can only increase pressure. To relieve pressure, it would be possible to equip the pump with a four-way spool type distributor, but spool type distributors are not effective for volumetric systems due to large leaks and, in addition, a pressure transducer would have to be installed between the distributor and the cylinder to inform the control system about the pressure in this cavity.

Известен автоматический задатчик давления, содержащий грузопоршневой манометр, механизм наложения грузов, гидроцилиндр узла создания давления с приводом, узел сигнализации крайних положений поршня грузопоршневого манометра, управляющий двухскоростным приводом гидроцилиндра (а.с. N 624464, кл. G 01 L 27/00, 1981). Known automatic pressure adjuster containing a deadweight pressure gauge, a load superimposing mechanism, a hydraulic cylinder of a pressure generating unit with a drive, an alarm unit for the extreme positions of the piston of a deadweight pressure gauge controlling a two-speed hydraulic cylinder drive (A.S. N 624464, class G 01 L 27/00, 1981 )

Недостаток конструкции состоит в ограниченном количестве подсоединяемых к устройству поверяемых приборов, а также в низкой производительности устройства, связанной с необходимостью ограничения скорости нагружения вследствие возможной потери точности, обусловленной переходными процессами. The design flaw consists in the limited number of verified instruments connected to the device, as well as in the low productivity of the device, associated with the need to limit the loading speed due to a possible loss of accuracy due to transient processes.

Известно устройство задания давления, содержащее два пневмогидроусилителя с концевыми включателями, к каждому выходу которых подсоединены управляемые клапаны, а к входу переключающие клапаны и четырехходовый элемент сравнения [1]
Недостатком устройства является сложность конструкции.A device for setting the pressure, containing two pneumatic actuators with limit switches, to each output of which are connected controlled valves, and to the input of switching valves and a four-way element of comparison [1]
The disadvantage of this device is the design complexity.

За прототип взято устройство для поверки и регулировки манометров, содержащее двойной гидроцилиндр с имеющими общий шток поршнями разного диаметра, связанными с электроприводом, включенный в систему грузопоршневой манометр с механизмом автоматической установки и снятия грузов, причем полость малого гидроцилиндра соединена непосредственно с системой, а большая с пневмокомпенсатором, ограничивающим давление при отключении ее от системы, бачок, соединенный с системой через электромагнитные клапаны, и компенсирующий цилиндр [2]
Недостатки этой конструкции связаны с низкими эксплуатационными возможностями устройства, в частности ограничением объема жидкости, передаваемой гидроцилиндрами от бачка в систему.The prototype is a device for checking and adjusting manometers, containing a double hydraulic cylinder with common pistons of different diameters connected with an electric drive, included in the system is a deadweight piston manometer with a mechanism for automatically installing and removing loads, the cavity of a small hydraulic cylinder being connected directly to the system, and a large one a pneumatic compensator limiting the pressure when disconnecting it from the system, a tank connected to the system through solenoid valves, and a compensating cylinder [2]
The disadvantages of this design are associated with low operational capabilities of the device, in particular, the limitation of the volume of fluid transferred by the hydraulic cylinders from the tank to the system.

Предлагаемый задатчик давления содержит грузопоршневой манометр с механизмом автоматической установки и снятия грузов, зажимную головку для установки контролируемого манометра, пульт управления, двойной гидроцилиндр с поршнями разного диаметра, соединенными штоком, перемещаемые электродвигаталем. Большая полость гидроцилиндра соединена с системой через клапан переключения и пневмокомпенсатор. The proposed pressure regulator contains a deadweight tester with a mechanism for automatic installation and removal of goods, a clamping head for installing a controlled pressure gauge, a control panel, a double hydraulic cylinder with pistons of different diameters connected by a rod, moved by an electric motor. The large cavity of the hydraulic cylinder is connected to the system through a switching valve and a pneumatic compensator.

Задатчик дополнительно содержит предохранительный и обратный клапаны, соединяющие полость малого гидроцилиндра с бачком с жидкостью, и блок обратных клапанов, соединяющих систему и гидроцилиндр. The setter further comprises a safety and non-return valve connecting the cavity of the small hydraulic cylinder with a reservoir of liquid, and a block of non-return valves connecting the system and the hydraulic cylinder.

Блок обратных клапанов производит переключение только при выравнивании давления в системе и полости малого гидроцилиндра до величины допустимой его пульсации, что позволяет подать нужный объем жидкости и достигнуть требуемого давления за несколько ходов поршней, а значит, обеспечивать питание большего числа поверяемых приборов, без снижения точности и без увеличения мощности приводной системы (при незначительном увеличении времени поверки или регулировки), а также уменьшить количество управляющих сигналов. The check valve block performs switching only when the pressure in the system and cavity of the small hydraulic cylinder is equalized to the value of its allowable pulsation, which allows you to supply the desired volume of fluid and achieve the required pressure in a few strokes of the pistons, which means that you can supply power to a greater number of verified instruments without compromising accuracy without increasing the power of the drive system (with a slight increase in the time of verification or adjustment), as well as reduce the number of control signals.

В устройстве, взятом за прототип, при большом количестве устанавливаемых на поверку приборов, т. е. при большом объеме системы, одного хода поршня может оказаться недостаточно для создания требуемого значения давления, соответствующее же увеличение диаметров поршней приведет к потере точности и потребует увеличения мощности приводного электродвигателя. In a device taken as a prototype, with a large number of instruments installed for verification, that is, with a large volume of the system, one piston stroke may not be enough to create the required pressure value, but a corresponding increase in piston diameters will lead to a loss of accuracy and require an increase in drive power electric motor.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого задатчика давления; на фиг.2 приведена функциональная схема блока клапанов, где Q расход жидкости через блок; Р₁ давление в полости цилиндра малого диаметра; Р_к давление в межклапанном пространстве; Р₂ давление в системе.Figure 1 shows a diagram of the proposed pressure setter; figure 2 shows the functional diagram of the valve block, where Q is the flow rate of fluid through the block; P ₁ pressure in the cavity of a cylinder of small diameter; P _{to the} pressure in the valve space; P ₂ pressure in the system.

Устройство содержит двойной гидроцилиндр 1 с поршнями 2 и 3 разного диаметра, соединенные штоком, перемещаемые от привода 4, содержащего электродвигатель, редуктор и винтовую пару. Полость цилиндра большего диаметра связана с пневмокомпенсатором 5 и через переключающий клапан 6 и блок клапанов 7 с системой, которая содержит грузопоршневой манометр 8 с механизмом автоматической установки и снятия грузов и коллектор 9, включающий зажимные головки для установки контролируемых приборов 10. The device comprises a double hydraulic cylinder 1 with pistons 2 and 3 of different diameters, connected by a rod, moved from the actuator 4, containing an electric motor, gearbox and a screw pair. The cylinder cavity of a larger diameter is connected to the pneumatic compensator 5 and through a switching valve 6 and valve block 7 with a system that contains a deadweight manometer 8 with a mechanism for automatic installation and removal of goods and a manifold 9, including clamping heads for installing controlled devices 10.

Полость цилиндра меньшего диаметра связана с системой через блок клапанов 7 и через предохранительный клапан 11 и обратный клапан 12 с бачком 13, причем предохранительный клапан настроен на давление, превышающее максимально синтезируемое устройством. Конечные выключатели 14 и 15, взаимодействующие с кронштейном, связанным с поршнем большого диаметра, расположены в зоне крайних, соответственно левого и правого, по схеме положений поpшней; они, как и блок клапанов 7, манометр 8 и привод 4, связаны с устройством 16 управления. A cavity of a cylinder of a smaller diameter is connected to the system through a valve block 7 and through a safety valve 11 and a check valve 12 with a tank 13, and the safety valve is set to a pressure exceeding the maximum synthesized by the device. Limit switches 14 and 15, interacting with an arm connected to a large-diameter piston, are located in the zone of the extreme, respectively, left and right, according to the scheme of the positions of the original; they, like the valve block 7, the pressure gauge 8 and the actuator 4, are connected to the control device 16.

Блок клапанов 7 содержит два обратных электрогидравлических клапана, включенные последовательно-встречно, содержащие расположенные в полости корпуса 17 с возможностью осевого смещения два снабженных коаксиальными сквозными отверстиями сердечника 18 из магитомягкого материала, взаимодействующие с опирающимися на седла 19, поджатые с помощью регулировочных элементов 21 пружинами 20, запорными элементами 22, например шариками, и с установленными снаружи корпуса обмотками 23, образующими с сердечниками управляемые соленоиды. The valve block 7 contains two electro-hydraulic check valves, connected in series and opposite, containing two magnetically soft material provided with coaxial through holes of the core 18 made of magnetically soft material located in the cavity of the housing 17 and interacting with the springs 20 supported on the seats 19 and springs 20 , locking elements 22, for example balls, and with windings 23 installed outside the housing, forming controlled solenoids with cores.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Пусть требуется при исходном (правом по схеме) положении поршней увеличить давление до определенного значения. Let it be required at the initial (right in the diagram) position of the pistons to increase the pressure to a certain value.

После включения привода 4 начинается перемещение поршней 2 и 3 влево по схеме, при этом на обмотки блока клапанов 7 подано напряжение и, если Р₁ Р_к Р₂ (оба клапана блока 7 открыты), то в системе начинает возрастать давление.After turning on the actuator 4, the movement of the pistons 2 and 3 to the left begins according to the scheme, while the voltage is applied to the windings of the valve block 7 and, if P ₁ P _to P ₂ (both valves of the block 7 are open), then the pressure starts to increase in the system.

При достижении определенного значения давления срабатывает клапан 6 и отсоединяет полость большего поршня 3 от системы. С этого момента давление в ней повышается только от действия малого поршня 2. When a certain pressure value is reached, valve 6 is activated and disconnects the cavity of the larger piston 3 from the system. From this moment, the pressure in it rises only from the action of the small piston 2.

Повышение давления в полости поршня 3 после закрытия клапана 6 ограничивается компенсатором 5, начальное давление воздуха в котором должно быть больше, чем наибольшее давление срабатывания клапана 6. При достижении заданного давления в системе манометр 8 информирует об этом устройство 16 управления, которое отключает привод 4. The increase in pressure in the piston cavity 3 after closing the valve 6 is limited by a compensator 5, the initial air pressure in which should be greater than the highest pressure of the valve 6. When the set pressure in the system is reached, the pressure gauge 8 informs the control device 16 about this, which turns off the actuator 4.

Если за один ход поршней не удалось достичь всех требуемых ступеней или уровня давления, то по команде конечного выключателя 14 происходит отключение обмоток блока клапанов 7 от питающего напряжения и реверсирования привода. При этом система оказывается замкнутой. Жидкость из бачка 13 поступает через клапан 12 в полости цилиндров меньшего и большего диаметров за счет возникающего в них разряжения. If in one stroke of the pistons it was not possible to achieve all the required steps or pressure level, then at the command of the limit switch 14, the windings of the valve block 7 are disconnected from the supply voltage and the drive is reversed. In this case, the system is closed. The fluid from the tank 13 enters through the valve 12 in the cavity of the cylinders of smaller and larger diameters due to the resulting vacuum.

В крайнем правом положении поршней 2 и 3 срабатывает выключатель 15, на обмотки блока клапанов 7 подается напряжение и происходит реверсирование привода 4. Но при этом система остается замкнутой (левый по схеме клапан блока закрыт, так как он запирается давлением Р₂жидкости в системе, а правый открыт, так как в смежных с ним областях давление одинаковое).In the extreme right position of the pistons 2 and 3, the switch 15 is activated, voltage is applied to the windings of the valve block 7 and the actuator 4 is reversed. But the system remains closed (the valve of the block is left according to the scheme, since it is blocked by the fluid pressure P ₂ in the system, and the right one is open, because in the adjacent areas the pressure is the same).

Поскольку в магистрали есть избыточное давление (Р₁ < Р₂), подача напряжения на катушки клапанов только подготавливает открытие клапанов, которое происходит автоматически при выравнивании давления в системе и полости малого цилиндра, т.е. при Р₁ Р₂. Дальнейшее перемещение поршней вызовет увеличение давления в системе.Since there is excess pressure in the line (P ₁ <P ₂ ), applying voltage to the valve coils only prepares the valves to open, which occurs automatically when the pressure in the system and the cavity of the small cylinder are equalized, i.e. at P ₁ P ₂ . Further movement of the pistons will cause an increase in pressure in the system.

При достижении в системе требуемого давления привод отключается. При снижении давления блок клапанов 7 открыт (Р₁ Р₂) и на обмотки блока клапанов подано напряжение, а поршни перемещаются вправо по схеме до тех пор, пока давление в системе не достигнет заданного значения, после чего привод отключается.When the required pressure in the system is reached, the drive is switched off. When the pressure decreases, the valve block 7 is open (P ₁ P ₂ ) and voltage is applied to the valve block windings, and the pistons move to the right according to the scheme until the pressure in the system reaches a predetermined value, after which the actuator shuts down.

Если за один ход не удалось снизить давление до требуемого значения, то по команде конечного выключателя 15 происходит реверсирование движения поршней и отключение обмоток блока клапанов 7 от питающего напряжения (клапан закрывается). При этом жидкость из цилиндра меньшего диаметра сбрасывается через клапан 11 в бачок 13, из большего поступает в пневмокомпенсатор 5. В этот момент P₂ Р_к < Р₁.If in one stroke it was not possible to reduce the pressure to the required value, then at the command of the limit switch 15, the movement of the pistons is reversed and the windings of the valve block 7 are disconnected from the supply voltage (the valve closes). In this case, the liquid from the cylinder of a smaller diameter is discharged through the valve 11 into the tank 13, from the larger it enters the pneumatic compensator 5. At this moment, P ₂ P _to <P ₁ .

В левом по схеме крайнем положении по команде конечного выключателя 14 выключается питание блока клапанов 7 и происходит реверсирование поршней (при этом левый клапан блока 7 открывается, а правый закрыт, так как Р₂ Р_к < Р₁) и, когда давление в системе и полости цилиндра меньшего диаметра сравнивается (Р₂ Р₁), открывается правый клапан блока 7 и продолжается снижение давления в системе.In the leftmost position according to the scheme, at the command of the limit switch 14, the power supply to the valve block 7 is turned off and the pistons are reversed (the left valve of the block 7 opens and the right valve is closed, since Р ₂ Р _к <Р ₁ ) and when the pressure in the system and the cavity of the cylinder with a smaller diameter is compared (P ₂ P ₁ ), the right valve of the block 7 opens and the pressure in the system continues to decrease.

В таблице представлены функциональные варианты работы блока клапанов 7. The table shows the functional options of the valve block 7.

Если в блоке клапанов 7 использовать известные управляемые обратные клапаны, то при подаче электрического сигнала они будут принудительно открыты независимо от давления направленного навстречу пружине клапана. При этом возникают большие пульсации давления в системе. If known controlled controllable valves are used in valve block 7, then when an electrical signal is applied, they will be forced to open regardless of the pressure directed towards the valve spring. This causes large pressure pulsations in the system.

Линейные размеры и параметры катушек (число витков, питающее напряжение) соленоидов блока клапанов 7 подобраны таким образом, что обеспечивают тяговое усилие сердечника в начальный момент открытия запорного элемента больше усилия поджатия его пружиной на величину допустимой пульсации давления в системе. Каждый обратный клапан блока клапанов 7 открывается только при выравнивании давления в полостях, расположенных слева и справа от клапана, до величины допустимой пульсации давления в системе. The linear dimensions and parameters of the coils (number of turns, supply voltage) of the solenoids of the valve block 7 are selected in such a way that they provide the pulling force of the core at the initial moment of opening of the locking element more than the force pressed by its spring by the amount of permissible pressure pulsation in the system. Each non-return valve of valve block 7 opens only when the pressure in the cavities located to the left and right of the valve is equalized to the value of the permissible pressure pulsation in the system.

Например, если полагать, что система абсолютно жесткая, то для величины допустимой пульсации давления Δ Р усилие поджатия пружинами запорных элементов F равно
F F_c S ˙Δ P, где F_c усилие, развиваемое соленоидом;
S

площадь проходного сече- ния седла клапана, образованная его диаметром.For example, if we assume that the system is absolutely rigid, then for the value of the permissible pressure pulsation Δ P, the force of compression of the locking elements F by the springs is equal to
FF _c S ˙Δ P, where F _{c is the} force developed by the solenoid;
S

the passage area of the valve seat, formed by its diameter.

Для оценки этих соотношений выполним расчет для конкретных условий. To evaluate these ratios, we perform the calculation for specific conditions.

Примем F_c 2 Н, d 0,004 м, Δ Р 10⁴ Па.Take F _c 2 N, d 0.004 m, Δ P 10 ⁴ Pa.

Тогда F 2-

10

= 1,875H
Блок клапанов снабжен регулятором усилия пружины, который позволяет обеспечить при заданных параметрах системы (объема жесткости, уровня давления и т. п. ) более точную настройку соотношения между усилием открытия запорных элементов и усилием их поджатия пружинами.Then F 2-

10

= 1,875H
The valve block is equipped with a spring force regulator, which allows for given system parameters (stiffness volume, pressure level, etc.) to more accurately adjust the relationship between the opening force of the locking elements and the force of their compression by the springs.

Claims

1. PRESSURE SENSOR, comprising a deadweight tester with an automatic loading and unloading mechanism, included in the pipeline with a clamping head for installing a controlled pressure gauge, a fluid reservoir, a double hydraulic cylinder with pistons of different diameters having a common rod, and the cavities of cylinders of smaller and larger diameters are connected between each other through a pneumatic compensator and a control valve, an electric piston drive and a controller control device, characterized in that it is equipped with parallel installed between the tank ohm with a liquid and a cylinder cavity of a smaller diameter with a non-return valve and a safety valve adjusted to a pressure exceeding the highest pressure generated by the pressure regulator, as well as a valve block installed between the smaller cylinder and the pipeline, made in the form of two controlled non-return valves located in the common casing, connected in series in the opposite direction, and each non-return valve from the valve block consists of an axially displaced core installed in the body cavity a ka having coaxial through holes and interacting with a locking element supported by a spring, spring-tightened shutter and a solenoid mounted outside the housing, configured to create a locking element opening force exceeding the spring pressing force by the amount of permissible pressure pulsation in the pipeline.

2. The pressure regulator according to claim 1, characterized in that the valve block is provided with elements for regulating the force of the spring preload.