RU2245526C2

RU2245526C2 - Excessive pressure signaller, method for forming membrane profile for excessive pressure signaller

Info

Publication number: RU2245526C2
Application number: RU2002122951/28A
Authority: RU
Inventors: Б.В. Середенко (RU); Б.В. Середенко
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2005-01-27
Also published as: RU2002122951A

Abstract

FIELD: measuring technologies.

SUBSTANCE: device has body with hermetically mounted elastic membrane made with concentric corrugation, enveloping upper portion of piston, being a rigid center and interacting with adjustable force spring and electro-contact device. Body also has an insert with central aperture, wherein a piston is mounted with concentric space, an elastic membrane is provided with second corrugation, placed above support surface in insert, separating peripheral portion of membrane, hermetically connected to insert, from its central portion, moving with the piston. Insert is made with stepped central aperture, while stepped transition in aperture serves as support surface for piston bottom, and depth of portion of aperture, wherein a piston is mounted, is equal to piston height, while contacting surfaces of insert and piston and membrane are of matching profile. Also, device has piston-insert pairs with matching parameters, but different effective areas, and springs interacting with piston of different rigidity are made replaceable and interchangeable in terms of mounting dimensions. Also described is method for forming membrane profile for device.

EFFECT: higher precision.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения порогового значения давления, и предназначено для предотвращения перегрузки.The invention relates to measuring technique, namely to devices for measuring a threshold pressure value, and is intended to prevent overload.

Известно реле давления (см., например, Д.И.Агейкин и др. “Датчики контроля и регулирования”. Машиностроение, М., 1965 г., с.626, фиг.V, 92), содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде поршня, расположенного с зазором в отверстии корпуса, эластичную мембрану, герметизирующую зазор. Перемещение поршня под воздействием давления передается штоку, который, двигаясь в направляющих и преодолевая усилие пружины, вызывает срабатывание исполнительного элемента, например микровыключателя.A pressure switch is known (see, for example, DI Ageikin et al. “Sensors of control and regulation.” Engineering, M., 1965, p. 626, Fig. V, 92), comprising a housing, a sensing element, made in the form of a piston located with a gap in the opening of the housing, an elastic membrane that seals the gap. The movement of the piston under the influence of pressure is transmitted to the rod, which, moving in the guides and overcoming the force of the spring, causes the actuation element, such as a microswitch.

Известное реле давления имеет достаточную чувствительность за счет введения эластичной мембраны и точность, обеспечиваемую поршнем, площадь которого стабильна. Однако в нем возможно заклинивание штока в направляющих, а величина усилия, развиваемого поршнем в начальной стадии, недостаточна, чтобы преодолеть заклинивание и обеспечить плавное перемещение штока. Прерывистое же перемещение штока уменьшает точность измерения давления.The known pressure switch has sufficient sensitivity due to the introduction of an elastic membrane and the accuracy provided by the piston, whose area is stable. However, it is possible for the rod to jam in the guides, and the amount of force developed by the piston in the initial stage is insufficient to overcome the jamming and ensure smooth movement of the rod. Intermittent movement of the rod reduces the accuracy of the pressure measurement.

Известно реле давления (см., например, патент №2106611, кл. G 01 L 19/12, 96 г.), содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде поршня, расположенного с зазором в отверстии корпуса, эластичную мембрану, выполненную с концентрическим гофром, контактирующую с поршнем и герметично соединенную по периферии с корпусом, шток, расположенный соосно с поршнем и взаимодействующий с пружиной и электроконтактным элементом, на поршне и в отверстии корпуса выполнены концентрично друг другу фаски, между которыми расположен гофр мембраны, причем мембрана установлена с зазором относительно корпуса.A pressure switch is known (see, for example, patent No. 2106611, class G 01 L 19/12, 96), containing a sensing element made in the form of a piston located with a gap in the opening of the housing, an elastic membrane made with a concentric corrugation contacting with the piston and hermetically connected at the periphery with the housing, a rod located coaxially with the piston and interacting with the spring and the electrical contact element, chamfers are made concentrically to each other on the piston and in the housing opening, between which the corrugation of the membrane, the membrane tanovlen with a gap relative to the body.

Это реле давления принято за прототип.This pressure switch is taken as a prototype.

В прототипе эластичная мембрана расположена с зазором от корпуса, и в начальной стадии подачи давления на шток действует усилие, развиваемое мембраной, площадь которой больше, чем площадь основания поршня. Благодаря большему усилию преодолевается заклинивающий эффект в направляющих штока. Шток выравнивается и происходит его плавное перемещение, что обуславливает меньшую погрешность срабатывания, т.е. повышение точности измерения.In the prototype, the elastic membrane is located with a gap from the housing, and in the initial stage of applying pressure to the rod, the force exerted by the membrane acts, the area of which is greater than the area of the base of the piston. Thanks to the greater force, the jamming effect in the rod guides is overcome. The rod is leveled and its smooth movement occurs, which leads to a lower error of operation, i.e. improving measurement accuracy.

Для снижения влияния жесткости мембраны на величину уставки срабатывания сигнализатора мембрана прототипа имеет предварительно сформированный гофр, расположенный над опорной поверхностью в зазоре между поршнем и корпусом, но поскольку за счет допусков на изготовление реальные размеры предварительно сформированного гофра мембраны отличаются от размеров профиля опорной поверхности, то при воздействии давления, величина которого близка к величине уставки срабатывания сигнализатора, гофр изменяет свою первоначальную форму, при этом в областях несовместимости происходит его смятие или растяжение, и в зависимости от величины дополнительной деформации образуются трещины с последующей потерей герметичности мембраны.To reduce the influence of membrane stiffness on the value of the alarm setting, the prototype membrane has a preformed corrugation located above the supporting surface in the gap between the piston and the housing, but since due to manufacturing tolerances the actual dimensions of the preformed membrane corrugation differ from the dimensions of the supporting surface profile, then the influence of pressure, the value of which is close to the value of the alarm setpoint, the corrugation changes its original shape, while in areas of incompatibility, it is crushed or stretched, and depending on the magnitude of the additional deformation, cracks form with the subsequent loss of membrane tightness.

Кроме указанного, из-за того, что поршень в сигнализаторе-прототипе установлен непосредственно в корпусе, изготовление модификаций для измерения значительно отличающихся по величине давлений требует изготовления и модификаций корпуса сигнализатора, что экономически нерентабельно.In addition to the above, due to the fact that the piston in the prototype detector is installed directly in the housing, the manufacture of modifications for measuring significantly different pressure values requires the manufacture and modification of the detector housing, which is economically unprofitable.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков.The proposed technical solution is aimed at eliminating these shortcomings.

Для этого в корпусе сигнализатора избыточного давления, в котором герметично установлена эластичная мембрана, выполненная с концентрическим гофром, охватывающим верхнюю часть поршня, выполняющего роль жесткого центра, взаимодействующего с регулируемой по усилию пружиной и электроконтактным устройством, размещена вставка с центральным отверстием, в котором с концентричным зазором установлен поршень, а эластичная мембрана снабжена вторым гофром, расположенным над опорной поверхностью во вставке, отделяя периферийную часть мембраны, герметично соединенную со вставкой, от перемещающейся вместе с поршнем ее центральной части, при этом вставка выполнена со ступенчатым центральным отверстием, причем ступенчатый переход в отверстии служит опорной поверхностью для днища поршня, а глубина той части отверстия, в которой установлен поршень, равна высоте поршня, при этом контактирующие поверхности вставки с поршнем и мембраны согласованы по профилю. Кроме того, в сигнализаторе избыточного давления согласованные по диаметрам, но с различными эффективными площадями пары "вставка-поршень" и взаимодействующие с поршнем пружины различной жесткости выполнены сменными и взаимозаменяемыми по посадочным размерам.For this, in the case of an overpressure detector, in which an elastic membrane is sealed, made with a concentric corrugation that covers the upper part of the piston, which acts as a rigid center, interacting with a force-adjustable spring and an electrical contact device, an insert with a central hole is placed in which with a concentric a piston is installed by the gap, and the elastic membrane is provided with a second corrugation located above the supporting surface in the insert, separating the peripheral part of the membrane, hermetically connected to the insert, from its central part moving together with the piston, the insert is made with a stepped central hole, and the stepped transition in the hole serves as a support surface for the piston bottom, and the depth of the part of the hole in which the piston is installed is equal to the height of the piston, the contact surfaces of the insert with the piston and the membrane are aligned along the profile. In addition, in the gauge of excessive pressure, the insert-piston pairs and the springs of different stiffness interacting with the piston are interchangeable and interchangeable in terms of landing dimensions in diameter, but with different effective areas.

Формирование профиля мембраны для сигнализатора избыточного давления происходит следующим образом: при сборке исходно плоскую мембрану, вырубленную из полиимидной пленки, герметично устанавливают на профилированную поверхность вставки с поршнем, прижимают ее к их профилированной поверхности, воздействуя на нее давлением ≥120 кг/см², при этом эластичная мембрана повторяет и запоминает профиль опорной поверхности за счет произошедших в ней пластических деформаций.The formation of the membrane profile for the overpressure alarm device is as follows: during assembly, an initially flat membrane cut out of the polyimide film is sealed on the profiled surface of the insert with a piston, pressed against its profiled surface, acting on it with a pressure of ≥120 kg / cm ² , at this elastic membrane repeats and remembers the profile of the supporting surface due to plastic deformations that occurred in it.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена конструкция сигнализатора избыточного давления, на фиг.2 и 3 показана динамика изменения формы гофра в каждом из характерных положений сигнализатора с предварительно выполненным гофром в прототипе и в предложенном сигнализаторе избыточного давления.The invention is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows the design of an overpressure signaling device, Figs. 2 and 3 show the dynamics of the shape of the corrugation in each of the characteristic positions of the signaling device with a preliminary made corrugation in the prototype and in the proposed overpressure warning device.

Сигнализатор избыточного давления содержит (см. фиг.1) корпус 1, в котором установлена вставка 2 с поршнем 3, эластичную мембрану 4 с гофрами 5, 6, расположенную над вставкой 2 и поршнем 3, крышку со штуцером 7, пружину 8 и электроконтактное устройство 9, показанное условно.The overpressure alarm device contains (see FIG. 1) a housing 1 in which an insert 2 with a piston 3 is mounted, an elastic membrane 4 with corrugations 5, 6 located above the insert 2 and the piston 3, a cover with a fitting 7, a spring 8 and an electrical contact device 9, shown conditionally.

В сигнализаторе избыточного давления в качестве чувствительного элемента, преобразующего давление в усилие, используется поршень 3, установленный в цилиндрической вставке 2 с некоторым радиальным зазором. Герметизация радиального зазора пары поршень-вставка достигается за счет использования эластичной мембраны 4, изготовленной из пленки полиимида и герметично соединенной по периферии со вставкой 2.An overpressure detector uses a piston 3 mounted in a cylindrical insert 2 with a certain radial clearance as a sensing element that converts pressure into force. The sealing of the radial clearance of the piston-insert pair is achieved through the use of an elastic membrane 4 made of a polyimide film and sealed peripherally with the insert 2.

Для снижения влияния жесткости мембраны 4 на величину уставки срабатывания сигнализатора мембрана 4 имеет гофр 5, отделяющий ее неподвижную периферийную часть от перемещающейся вместе с поршнем 4 центральной части, и гофр 6, охватывающий верхнюю часть поршня, препятствуя его смещению в радиальном зазоре. Согласованные по профилю поверхность мембраны 4 и поверхности вставки 2 с поршнем 3, являющиеся опорными поверхностями для нагруженной перегрузочным давлением мембраны, защищают ее от нерегламентированных деформаций и, в конечном счете, от разрушения.To reduce the effect of the stiffness of the membrane 4 on the value of the alarm setpoint, the membrane 4 has a corrugation 5, which separates its stationary peripheral part from the central part moving with the piston 4, and a corrugation 6, covering the upper part of the piston, preventing its displacement in the radial clearance. The profile surface of the membrane 4 and the surface of the insert 2 with the piston 3, which are the supporting surfaces for the membrane loaded with overload pressure, are aligned along the profile and protect it from unregulated deformations and, ultimately, from destruction.

На фиг.2A (см. фиг.2) показана мембрана с предварительно изготовленным гофром, еще не установленная в сигнализатор.On figa (see figure 2) shows a membrane with a pre-made corrugation, not yet installed in the signaling device.

При отсутствии избыточного давления поршень 3 прижат пружиной 8, регулирующей величину уставки срабатывания, к донышку крышки со штуцером 7. Для того, чтобы при указанном положении поршня гофр 6 разместился в зазоре между вставкой 2 и поршнем 3, он должен изменить свою форму (см. фиг.2Б). В этом положении сигнализатор находится при хранении.In the absence of excess pressure, the piston 3 is pressed by the spring 8, which regulates the operation set point, to the bottom of the cover with the fitting 7. In order for the corrugation 6 to be located in the gap between the insert 2 and the piston 3 at the indicated position of the piston, it must change its shape (see. figb). In this position, the indicator is in storage.

При воздействии давления, величина которого близка к величине уставки срабатывания сигнализатора, приложенное давление, плотно поджимая мембрану 4 к вставке 2 и поршню 3, вновь изменяет форму гофра 6 (см. фиг.2В).When exposed to pressure, the value of which is close to the value of the alarm setpoint, the applied pressure, tightly pressing the membrane 4 to the insert 2 and the piston 3, again changes the shape of the corrugation 6 (see figv).

При воздействии перегрузочного давления нижняя поверхность поршня 3 прижата к ступенчатому переходу в центральном отверстии во вставке 2, при этом между центральной частью мембраны и поверхностью поршня остается условно показанная на фиг.2Г область несовместимости, внутри которой и происходит смятие мембраны 4. При этом в зависимости от величины области несовместимости при последующей циклической нагрузке могут образовываться трещины с потерей герметичности мембраны.Under the influence of overload pressure, the lower surface of the piston 3 is pressed against the stepwise transition in the central hole in the insert 2, while the incompatibility region shown in FIG. 2G remains between the central part of the membrane and the piston surface, inside of which the membrane is wrinkled 4. Moreover, depending on depending on the size of the incompatibility region, subsequent cyclic loading may cause cracks with loss of membrane tightness.

Для устранения этого недостатка в предложенном сигнализаторе формируют два гофра: гофр 5, расположенный вблизи герметичной заделки мембраны, назначением которого является обеспечение перемещения центральной части мембраны 4 за счет изгибной деформации гофра, и гофр 6, фиксирующий соосное положение поршня относительно мембраны 4.To eliminate this drawback, two corrugations are formed in the proposed detector: corrugation 5 located near the sealed membrane, the purpose of which is to ensure the movement of the central part of the membrane 4 due to the bending deformation of the corrugation, and corrugation 6, fixing the coaxial position of the piston relative to the membrane 4.

Гофры в соответствии с предложенным способом формируют следующим образом:Corrugations in accordance with the proposed method is formed as follows:

В процессе сборки сигнализатора плоскую заготовку эластичной мембраны 4, полученную вырубкой из полиимидной пленки (см. фиг.3A), герметично устанавливают над поверхностями вставки 2 с поршнем 3 и воздействуют на нее повышенным давлением ≥120 кг/см² со стороны крышки со штуцером 7, при этом нижняя поверхность поршня 3 прижимается к ступенчатому переходу в центральном отверстии во вставке 2, а верхняя поверхность поршня 3 совместно с поверхностью вставки 2 образует профилированную опорную поверхность для мембраны 4, на которой за счет растяжения, превышающего предел упругости, формируется профиль мембраны 4 с гофрами 5, 6 (см. фиг.3Б), повторяющий профиль опорной поверхности вставки с поршнем.During the assembly of the signaling device, the flat blank of the elastic membrane 4 obtained by cutting out of a polyimide film (see Fig. 3A) is hermetically mounted over the surfaces of the insert 2 with the piston 3 and is subjected to an increased pressure of ≥120 kg / cm ² from the side of the cover with a fitting 7 while the lower surface of the piston 3 is pressed against the step transition in the Central hole in the insert 2, and the upper surface of the piston 3 together with the surface of the insert 2 forms a profiled supporting surface for the membrane 4, on which due to tension, exceeding the elastic limit, a membrane profile 4 is formed with corrugations 5, 6 (see figb), repeating the profile of the supporting surface of the insert with the piston.

Поршень 3 пружиной 8 прижат к донышку проточки в крышке со штуцером 7 (см. фиг.3Г). Мембрана сигнализатора из-за жесткости образованных гофров при отслеживании перемещения поршня слегка приподнимается над поверхностью поршня, дополнительно изгибаясь по линии соприкосновения с границей проточки.The piston 3 spring 8 is pressed against the bottom of the grooves in the cover with a fitting 7 (see figg). Due to the stiffness of the formed corrugations, the detector membrane slightly rises above the piston surface when tracking the movement of the piston, additionally bending along the line of contact with the groove boundary.

Таким образом, в предложенном сигнализаторе избыточного давления за счет удаления гофра из радиального зазора поршень-вставка исключается влияние изменения формы гофра мембраны на стабильность величины уставки срабатывания сигнализатора после настройки.Thus, in the proposed overpressure warning device due to the removal of the corrugation from the radial clearance of the piston-insert, the influence of changing the shape of the membrane corrugation on the stability of the alarm setting point after adjustment is eliminated.

Кроме того, обеспечение возможности изготовления модификаций для измерения значительно отличающихся по величине давлений снижает затраты на изготовление.In addition, providing the possibility of manufacturing modifications for measuring significantly different pressure values reduces manufacturing costs.

Claims

1. An overpressure alarm device comprising a housing in which an elastic membrane is sealed, made with a concentric corrugation covering the upper part of the piston acting as a rigid center, interacting with a force-adjustable spring and an electrical contact device, characterized in that an insert is placed in the alarm housing with a central hole in which the piston is mounted with a concentric clearance, and the elastic membrane is provided with a second corrugation located above the supporting surface in rates with the possibility of separating the peripheral part of the membrane, hermetically connected to the insert, from its central part moving together with the piston.

2. The overpressure alarm device according to claim 1, characterized in that the insert is made with a stepped central hole, wherein a stepped transition in the hole serves as a support surface for the piston bottom, and the depth of that part of the hole in which the piston is installed is equal to the height of the piston.

3. An overpressure alarm device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the contacting surfaces of the insert with the piston and the membrane are aligned along the profile.

4. An overpressure alarm device according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the insert-piston pairs and the springs of different stiffness interacting with the piston, which are matched in diameter but with different effective areas, are interchangeable and interchangeable in landing dimensions .

5. A method for forming a membrane profile for an overpressure detector, which consists in the fact that when assembling the detector, an initially flat elastic membrane made of a polyimide film is hermetically mounted on the profiled surface of the insert with a piston, pressed against its profiled surface, acting on it with pressure ≥ 120 kg / cm ² , with the possibility of repeating and memorizing the profile of the supporting surface by the elastic membrane due to plastic deformations occurring in it.