SU1387062A1 - Реле давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к реле давлени . Цель изобретени  - повьппение чувствительности и точности срабатывани , уменьшение габаритов. При подаче давлени  в полость 9 мембрана 2 прогибаетс  и при достижении определенного положени  жесткий центр 3 скачком прит гиваетс  к посто нному магниту 5 с  рмом 6, вьщава  срабатывание формировател  выходного сигнала. 4. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Ю

(Л

, «

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к реле давлени 

Цель изобретени  - повьппение чув-г ствительнос№ и точности сгабатыва- ни , уменьшение габаритов.

На фиг.1 изображено реле давлени  на фиг.2 - мембрана в разных положени х относительного посто нного магнита; на фиг.З - зависимости сил, действующих на мембрану при ее перемещении .

Реле давлени  (фиг.1) содержит корпус 1, мембрану 2 с жестким центром 3 из. магнитно-м гкогр материала, формирователь 4 выходного сигнала, посто нный магнит 5 и  рмо 6.

В исходном состо нии сила жесткос ти мембраны 2 равна или больше силы действи  посто нного магнита 5 на же жесткий центр 3 мембраны 2, и зазор 7 между жестком центром мембраны и магнитным устройством соответству- ® чей Величина зазора 7 может рег лироватьс  перемещением  рма 6 в ре резьбовом отверстии корпуса 1. Этим перемещением устанавливаетс  требуема  чувствительность реле давлени . Уменьшением зазора повьшаетс  чувствительность реле. При по влении давлени  в отверстии 8 в полости 9 между корпусом 1 и мембраной 2 повышаетс  давление, которое перемещает мембрану 2 в сторону магнитного устройства 5,6. При величине давлени , равного давлению срабатьюани  реле, зазор 7 соответствует А„др и при дальнейшем уменьшении зазора 7 сила воздействи  магнитного устройства 5, 6 на жесткий центр 3 превосходит силу упругости мембраны 2, что ведет к перемещению жесткого центра 3 в сторону магнитного устройства 5,6 уже не требу  повьшгёни  давлени  рабочего тела, подаваемого в отверстие 8. Немагнитный шток 10, жестко св занный с жестким центром 3 мембраны 2, входит во взаимодействием с формирователем 4 и приводит к его сраба тьшанию.

Сн тие давлени  не измен ет состо ни  микровыключател  до подачи давлени  в отверстие 11 или до перемещени  мембраны в исходное состо  ние внешней силой с помощью известных приспособлений.

На фиг.2 показаны четыре положени  мембраны 2 с жестким центром

3 относительно магнита 5 и  рма 6, св занных с корпусом I.

Первое (начальное) положение соответствует ненапр женному состо нию мембраны 2. В этом положении зазор между жестким центром 3 мембраны 2 и магнитным устройством 5,6 равен л .

Второе положение соответствует перемещению жесткого центра 3 мембраны 7 от начального положени  на величину Л исх этом положении все силы, действующие на мембрану 2, уравновешены.

Третье положение соответствует неустойчивому равновесию сил,.которое наступает при перемещении жесткого центра 3 мембраны 2 от началь

ного положени  на величину А

0

5

5

0

5

0

пор

Это

положение соответствует порогу срабатывани  реле.

Четвертое прложение мембраны 2 соответствует перемещению мембраны 2 на величину Лтп. когда резко возрастает действие на мембрану 2 со стороны формировател  4 выходного сигнала, преп тствующее перемещению мембраны 2. При дальнейшем перемещении мембраны 2 после надежного сра- 0 батывани  формировател  4 выходного сигнала жесткий центр 3 мембраны 2 . ложитс  на упор.

Силы, (фиг.З), действующие на мембрану, имеют следующие обозначени : Fj - сила, обусловленна  жесткостью мембраны 2; F, - сила, с которой магнитное устройство 5,6 действует на жесткий центр 3 мембраны 2; FT- - сумма сил трени  и упругих сил формировател  4 выходного сигнала.

Все эти силы завис т от перемещени  7 жесткого центра 3 мембраны, причем F в двух положени х жесткого центра 3, соответствующих перемещени м его от начального положени  на величины „ и Л „;.,„ .

Положение мембраны, соответствующее перемещению ее Жесткого центра на величину Л и с X  вл етс  устойчивым , так как любое незначительное перемещение жесткого центра 3 приводит к по влению сил, возвращающих его в исходное положение. Положение мембраны 2, соответствующее перемещению (,., , неустойчиво, так как при малейшем отклонении мембраны 2 в сторону , где по абсолютной величине F, 1 разность сил ( F)

жил - (1Л

возвращает мембрану 2

жм положение.

соответствующее А „р, а при отклонеНИИ мембраны 2 в другую сторону, где по абсолютной величине F Г.„ разность сил (F,- F.) ведет к дальнейшему перемещению мембраны 2. При положении мембраны 2, соответствующем перемещению жесткий центр 3 мембраны 2 входит во взаимодействие с формирователем 4 выходного сигнала, и результирующа  сила резко измен ет свою величину вплоть до изменени  направлени  Действи .

Кроме перечисленных сил, на мембрану 2 действует еще сила давлени  рабочего тела Fp, но эта сила не зависит от не показана). Действи  этой силы привод т к смещению результирующей силы (фиг.З) в ту или другую сторону в зависимости от того, с какой стороны мембраны 2 подано давление.

ДЬ  обеспечени  срабатывани  реле давлени  необходимо, чтобы Fp бьшс равно или больше суммы сил F при .,pH суммы сил , « + - Fj при А i -Лтр , т.е. реле давлени  должно удовле-Гвор ть следующим соотношени м:

F()-F(A)Fp ,при А„,,

.) - ) + F,piFp, ,р

где (А) означает зависимость указанных сил от перемещени  жесткого центра мембраны А.

Обеспечить вьтолнение этих соотношений можно соответствующим вы бором конструктивных параметров мем браны 2 с жестким центром 3 и посто нного магнита 5 с  рмом 6 и подбором их взаимного расположени .

Сила, обсулозленна  действием давлени  на мембрану, эквивалентна по перемещению ее силе, приложенной в центре мембраны,.если использовать пон тие эффективной площади мембраны S ,

F Ч Р Р

Эффективна  площадь мембраны зависит от типа мембранных (плоска , гофрированна ), от ее размеров и размеров жесткого центра.

Сила, обусловленна  жесткостью мембраны, определ етс  формулой

R

-иЕ h

С h

п

c.(-f-) .,

(3)

где R,h - радиус и толщина мембраны;

Е - модуль упругости материала мембраны; CjjC - коэффициенты, которые завис т от геометрии мембраны. Из (3) получают

- С, -н С,%(4)

-де С, Cj-ITEh /R ; С, Cft-irE h/R

20

Сила, с которой магнитное устрой- :ство действует на жесткий центр мембраны, определ етс  формулой 5

В . о , 1 г , iJ о /л s

-; i|r:-s::r(;:ii:i.:::,,

30

35

где БД- остаточна  индукци  намагничивани  магнита, лежаща  на пр мой возврата, котора  дл  реальных .закритических материалов совпадает с характеристикой размагничивани , Вд :S - площадь сечени  посто н- 40 ного магнита;

5„ - площадь сечени  полюсного наконечника, дл  высококоэрцитивных магнитов наиболее оптимально S,

1„ - длина посто нного магнита;

/UQ - магнитна  посто нна ; б - магнитна  жесткость материала посто нного магнита;

1, - длина зазора между жестким центром мембраны и посто нным магнитом ( );

К - коэффициент, завис щий от

формы посто нного магнита и и  рма.

45

50

55

С учетом указанного формулу силы воздействи  посто нного магдита на жесткий центр мембраны можно преобразовать к виду

или

(С,- с,.)

11.

10

(-г- -Ь-)

Sfi. к

где С,

:Р1.±1г--й:И..../

В), IM

15 i

I

С, - Ч- при А.с Х.т, , С,-х + С,Л - --.-i-.™ F; S,. Р. при .p,

из которой определ ют конструктивные параметры всего реле, исход  из заданных значений давлени  срабатьюа- ни  Р и . Учитыва  то, что число конструктивных параметров реле давлени , вход щих в систему 6 , велико , целесообразно провести с помощью ЭВМ оптимизационные расчеты при наложении ограничений на оптимизируе мые параметры. Критерием может служить функци  массы устройства при заданной чувствительности. Например, име  ограничени  в выборе материала мембраны и магнитного устройства, а также ограничени  на отдельные размеры , можно задать значени  параметров имеющихс  материалов и в преде лах заданных ограничений на отдель - ные геометрические размеры (r,h,l|(j, S),найти оптимальные значени  дру- гих размеров (R,&), обеспечив при этом заданную чувствительность (Давление срабатьшани  Р), и наоборот, задавшись желаемыми размерами мембраны и магнитного устройства, можно определить оптимальные параметры их материалов (Е, 0 , Bj.)

Система неравенств (6) не имеет ограничений на величину давлени  срабатывани  реле Р, следовательно, Р может быть задано сколько угодно малым . В этом случае дл  исключени  ложного срабатывани  при действии внешних инерционных и вибрационных сил необходима соответствующа  баВг . 1„ Подставив (2), (4), (5) в (Л.) получают систему неравенств

(6) .

.лансировка Всех подвижных деталей 25 реле давлени .

Вьшолнейие соотношений (6) позвол ет получить реле давлени , срабатывающее от сколь угодно малого давлени  рабочего тела, однако возврат его в исходное состо ние требует уже.конечного значени  давлени  рабочего тела.

Claims (2)

1.Реле давлени , содержащее корпус , мембрану с жестким центром из магнитно-м гкого материала, посто н- ньй магнит с  рмом, формирователь выходного сигнала, установленный так, что жесткий центр мембраны имеет возможность воздействи  на него, отличающеес  тем, что,

с целью повышени  чувствительности и точности срабатывани , уменьшени  габаритов, посто нный магнит размещен относительно жесткого центра мембраны так, что направление его воздействи  на жесткий центр мембраны совпадает с направлением воздействи  рабочего давлени  на мембрану .

2.Реле ПОП.1, о тличаю- щ е е с   тем, что размеры элементов св заны следующими соотношени ми:

С, -ь C.j X 1387062

(С,- C,7lf

СЛ + С. л

где С;,С,С,С - коэффициенты, не завис щие от перемещени  жесткого центра мембраны,

С, С; IT Е hVR% С С ITE H/R ;

„ i«(

(С,

B,S 1дл

1м

. - Т

В T|S IM

jjCj - коэффициенты, завис щие

от геометрии мембраны; Е - модуль упругости материа- 30 А|,с, пор

ла мембраны;

h - толщина мембраны; R - радиус мембраны; ро - магнитна  посто нна ; 1 - длина магнита магнитного 5

устройства; S - площадь сечени  магнита

и  рма магнитного устрой- Р .ства;

Лтр

Ч-S , Р

при 9 „с, i Л пор

Ч

S, Р при 71 1V ,р ,

Д ) 0

5

0

5

б Л в .

0 А|,с, пор

5

Р

Лтр

Чмагнитна  жесткость материала магнита; коэффициент, завис щий от формы посто нного магнита и  рма;

максимальный зазор между жестким центром мембраны и магнитным устройством При ненапр женном состо нии мембраны; остаточна  индукци  намагничивани  посто нного магнита;

перемещение жесткого центра мембраны, отсчитываемое от ненапр женного состо ни  мембраны; сумма сил трени  и упругих сил устройства формировани  выходного сигнала;

перемещение мембраны,соответствующее исходному состо нию, порогу срабатывани  и скачку сил соответственно; эффективна  площадь мембраны;

давление срабатьюани  реле.

////////

iiei АпорЧц глр

Лис .

0utZ

А

F)n,M.fmp- ffi

Фиг.З