SU1739227A1

SU1739227A1 - Pressure measuring device

Info

Publication number: SU1739227A1
Application number: SU904778220A
Authority: SU
Inventors: Сергей Петрович Клопенко
Original assignee: Донецкий государственный университет
Priority date: 1990-01-04
Filing date: 1990-01-04
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике. Цель изобретени - повышение точности, быстродействи и упрощение конструкции. В корпусе установлены первый сильфон 1, герметично установленный на основании корпуса и / 2 частично заполненный контактной жидко - стью 6, второй сильфон 3 с герметичной крышкой 5, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь 19, установленный соосно сильфонам с внутренней стороны основани корпуса и соединенный с электронным преобразователем. При этом второй сильфон установлен обращенной к основанию корпуса крышкой внутри первого и частично погружен в контактную жидкость, а эффективные длины и их материалы выбраны в соответствии с условием эф.н(Хн иф.в Яв, где эф.н и эф.в - эффективные длины первого и второго сильфонов; «н и OB -температурные коэффициенты линейного расширени материалов первого и второго сильфонов. 1 ил. 4 СП С ч| со о ю ю vjThe invention relates to a control and measuring technique. The purpose of the invention is to improve the accuracy, speed and simplify the design. A first bellows 1, hermetically mounted on the base of the body and / 2 partially filled with contact fluid 6, a second bellows 3 with a sealed cover 5, coaxially and hermetically connected to the first, transceiver piezoelectric transducer 19 mounted coaxially to the bellows on the inner side of the base housing and connected to an electronic converter. At the same time, the second bellows is installed facing the base of the case with a lid inside the first one and is partially immersed in the contact liquid, and the effective lengths and their materials are selected in accordance with the condition ef.n (Xn ifv in Java, where ef.n and ef.v are effective the lengths of the first and second bellows; "n and OB are the temperature coefficients of the linear expansion of the materials of the first and second bellows. 1 Fig. 4 SP C h | So o y vj

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл контрол и измерени давлени во взрывоопасных или агрессивных средах, например морской воде.The invention relates to a measurement and control technique and can be used to monitor and measure pressure in explosive or corrosive environments, such as seawater.

Известны измерители давлени , содержащие измерительный сильфон, частично заполненный контактной жидкостью, в которой распростран ютс излучаемые пьезоэлектрическим преобразователем акустические импульсы, длина пробега которых в контактной жидкости вл етс функцией величины измер емого давлени ,Pressure gauges are known that contain a measuring bellows, partially filled with a contact fluid, in which acoustic pulses emitted by a piezoelectric transducer propagate, whose mean free path in the contact fluid is a function of the measured pressure,

Недостатком таких измерителей вл етс низка точность, обусловленна отсутствием компенсации воздействи внешних факторов.The disadvantage of such meters is their low accuracy due to the lack of compensation for external factors.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс измеритель давлени , содержащий корпус, первый измерительный сильфон, герметично установленный на плоском основании корпуса, второй измерительный сильфон, герметично соединенный втулкой соосно с первым, плоскопараллельную основную крышку, герметично соединенную с торцом второго измерительного сильфона, образующего с первым герметичную емкость, контактную жидкость, частично заполн ющую вакууми- рованную герметичную емкость, приемопередающийпьезоэлектрический преобразователь, установленный соосно измерительным сильфонам с внутренней стороны основани корпуса, функциональный преобразователь, вход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем, регистратор, вход которого соединен с выходом функционального преобразовател .Closest to the proposed technical entity is a pressure gauge, comprising a housing, a first measuring bellows, hermetically mounted on a flat base of the housing, a second measuring bellows, hermetically connected by a sleeve coaxially with the first, a plane-parallel main cover, hermetically connected to the end of the second measuring bellows, forming with the first hermetically sealed container, contact liquid, partially filling the evacuated sealed container, transceiver piezoelectric transducer a generator mounted coaxially with the measuring bellows on the inner side of the housing base; a functional transducer whose input is connected to a piezoelectric transducer; a recorder whose input is connected to the output of a functional transducer.

Недостатком этого измерител вл етс больша погрешность, обусловленна тепловой инерционностью контактной жидкости, погрешность, вносима вли нием температуры на длину пробега ультразвуковых импульсов, так как в измерителе опоры отражателей ультразвуковых импульсов под воздействием температуры измен ют свою длину, что, при изменении длины опор, например, на 1 мм, приводит к изменению пути ультразвуковых импульсов на 2 мм, а также не учтено, что скорость распространени ультразвуковых импульсов жидкости зависит от ее температуры и давлени . Измеритель непригоден дл эксплуатации во взрывоопасных средах, сложен в изготовлении и энергоемок , что не позвол ет использовать его в автономных батарейных измерительных комплексах.The disadvantage of this meter is the large error due to the thermal inertia of the contact liquid, the error introduced by the effect of temperature on the path length of ultrasonic pulses, because in the meter of the support of reflectors of ultrasonic pulses change their length under the influence of temperature, for example , by 1 mm, leads to a change in the path of ultrasonic pulses by 2 mm, and it is also not taken into account that the speed of propagation of ultrasonic pulses of a liquid depends on its temperature. pressure. The meter is unsuitable for operation in explosive environments, difficult to manufacture and energy-intensive, which prevents its use in stand-alone battery measuring complexes.

Цель изобретени - повышение точности , быстродействи и упрощение конструкции .The purpose of the invention is to improve the accuracy, speed and simplify the design.

Поставленна цель достигаетс тем, чтоThe goal is achieved by the fact that

в известном устройстве, содержащем корпус , первый сильфон, герметично установленный на основании корпуса и частично заполненный контактной жидкостью, второй сильфон с герметичной крышкой, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь, установленный соосно сильфонам с внутренней стороны основани корпуса и соединенный с электроннымin a known device comprising a housing, a first bellows, hermetically mounted on the base of the housing and partially filled with contact liquid, a second bellows with a sealed cover, connected coaxially and hermetically with the first, a transceiver piezoelectric transducer mounted coaxially to the bellows on the inner side of the housing base and connected to an electronic

преобразователем, второй сильфон установлен обращенной к основанию корпуса крышкой внутри первого и частично погружен в контактную жидкость, при этом эффективные длины и их материалы выбраныconverter, the second bellows is installed facing the base of the housing with a lid inside the first and partially immersed in the contact liquid, while the effective lengths and their materials are selected

в соответствии с условиемin accordance with the condition

эф.н &н эф.в ССв ,ef.n & n ef.v SSv,

где эф.н и 1эф.в эффективные длины первого и второго сильфонов;where ef.n and 1eff. in the effective length of the first and second bellows;

ан и ав - температурные коэффициенты линейного расширени материалов первого и второго сильфонов.an and ab are the temperature coefficients of linear expansion of the materials of the first and second bellows.

На чертеже показано устройство дл измерени .The drawing shows a device for measuring.

Измеритель давлени содержит первыйThe pressure meter contains the first

измерительный сильфон 1, контактирующий с контролируемой средой наружной поверхностью , втулку 2 в виде плоского кольца, герметично закрывающую измерительный сильфон 1, второй измерительный сильфонmeasuring bellows 1, in contact with the controlled medium outer surface, sleeve 2 in the form of a flat ring, hermetically closing the measuring bellows 1, the second measuring bellows

3, герметично соединенный с втулкой 2, на которой размещена пробка 4, крышку 5, герметично закрывающую второй измерительный сильфон 3, причем поверхность крышки 5, погруженной в контактную жидкость 6 и3, hermetically connected to the sleeve 2, on which the plug 4 is placed, the cover 5, hermetically closing the second measuring bellows 3, the surface of the cover 5 being immersed in the contact liquid 6 and

обращенна к основанию 7, вл етс отражателем ультразвуковых импульсов. В корпусе 8 размещен приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь 9, установленный соосно сильфонам 1 и 3, функциональный преобразователь 10 и регистратор 11.facing the base 7 is a reflector of ultrasonic pulses. In the housing 8 is placed transceiver piezoelectric transducer 9, mounted coaxially with the bellows 1 and 3, the functional transducer 10 and the recorder 11.

Устройство дл измерени давлени работает следующим образом.The pressure measuring device operates as follows.

При воздействии наружного давлени When exposed to external pressure

сильфон 3 раст гиваетс , уменьша величину базы IB пробега ультразвукового импульса , излучаемого пьезоэлектрическим преобразователем 9, частота выходного сигнала вследствие этого на выходе регистратора 11 увеличитс . Сильфон 1 в это же врем сжимаетс под действием наружного давлени , уменьша величину базы IE пробега ультразвукового импульса, частота на выходе регистратора 11 еще более увеличитс , при этом на единицу прироста в ту или другую сторону длины базы IB величина пути, пробегаемого ультразвуковым импульсом , измен етс на две единицы, суще- ственно повыша чувствительность устройства, что вызывает необходимость устранени дестабилизирующего воздействи температуры, вызывающего увеличение погрешности из-за изменени длины силь- фонов и температурного изменени скорости звука в контактной жидкости и противодавлени воздушной прослойки.the bellows 3 is stretched, reducing the base value IB of the ultrasonic pulse emitted by the piezoelectric transducer 9, the frequency of the output signal as a result of which is output from the recorder 11 increases. The bellows 1 at the same time is compressed under the action of external pressure, reducing the magnitude of the base IE of the ultrasonic pulse, the frequency at the output of the recorder 11 will further increase, with the increment to one side or the other of the base length IB changing two units, significantly increasing the sensitivity of the device, which necessitates the elimination of the destabilizing effect of temperature, which causes an increase in the error due to changes in the length of the bellows and the temperature Saturn varying the velocity of sound in the couplant, and counteracting air gap.

Компенсаци погрешности, обусловленной температурным расширением силь- фонов производитс с учетом того, что основной вклад в прирост высоты сильфо- нов под воздействием температуры внос т его участки, параллельные их ос м, поэтому длина сильфона Эф, учитываема при определении удлин ющейс части сильфона, равнаCompensation of the error due to the temperature expansion of the bellows is made taking into account that the main contribution to the increase in the height of the bellows under the influence of temperature is made by its parts parallel to their axes, therefore the bellows length Ef, taken into account when determining the elongated part of the bellows, is equal to

1эф 1-г-2-Яв, где I - полна высота сильфона;1eff 1-g-2 -Yav, where I is the height of the bellows;

Z - число гофр;Z is the number of corrugations;

RB - внутренний радиус гофра.RB is the inner radius of the corrugation.

Поэтому под воздействием температуры первый сильфон 1 удлинитс на величину Д1н эф.н «н t, где а - температурный коэффициент линейного расширени материала первого сильфона, а второй сильфон 3 удлинитс на величину Д|в эф.в (ъ t, где % - ТКЛР материала второго сильфона, но так как А1Н относительно плоскости , в которой они соединены друг с другом по торцам, то длина базы IE неизменна.Therefore, under the influence of temperature, the first bellows 1 is extended by the value D1n eff.n "n t, where a is the temperature coefficient of linear expansion of the material of the first bellow, and the second bellow 3 is extended by the value Д | in eff.v (ъ t, where% is TEC material of the second bellows, but since A1H is relative to the plane in which they are connected to each other along the ends, the length of the base IE is unchanged.

Так как второй сильфон работает на раст жение , его ход не должен превышать 80% максимального хода. Дл выполнени этого услови ход второго сильфона, в случае его большей первого чувствительности, ограничиваетс , например, кронштейном, охватывающим второй сильфон при достижении номинального раст жени и укрепленным в месте соединени обоих сильфонов.Since the second bellows works for stretching, its stroke should not exceed 80% of the maximum stroke. In order to fulfill this condition, the second bellows, in the case of its greater first sensitivity, is limited, for example, by a bracket covering the second bellows when reaching nominal tension and reinforced at the junction of both bellows.

При измерении давлений в агрессивных жидкост х сильфоны изготавливаютс из полимерных материалов, например из фторопласта . ГОСТом разрешено телескопическое соединение сильфонов.When measuring pressures in corrosive liquids, the bellows are made of polymeric materials, such as fluoroplastic. GOST allowed telescopic connection bellows.

Известны растворы, скорость звука в которых в определенных температурных интервалах посто нна с незначительными отклонени ми на кра х интервалов, что позвол ет использовать это свойство растворов в устройстве дл измерени давлени .Solutions are known in which the speed of sound is constant in certain temperature ranges with slight deviations at the edges of the intervals, which makes it possible to use this property of solutions in a device for measuring pressure.

Возможно применение спиртового раствора с концентрацией 15,62%, при этом скорость звука достаточно посто нна дл It is possible to use an alcohol solution with a concentration of 15.62%, while the speed of sound is sufficiently constant for

р да практических целей в интервале температур 15-25°С.A number of practical purposes in the temperature range 15-25 ° C.

Например, контактна жидкость представл ет собой раствор из смеси химическиFor example, the contact fluid is a solution from a mixture of chemically

чистых 49,5% уксусной кислоты, 0,5% этила- цетата, 50% этилового спирта, к этой смеси прибавл етс 80% обезгаженной дистиллированной воды.pure 49.5% acetic acid, 0.5% ethyl acetate, 50% ethyl alcohol, 80% of the degassed distilled water is added to this mixture.

Дл компенсации погрешностей, вносимых противодавлением воздуха, заполн ющего свободный от контактной жидкости объем, производитс частичное удаление воздуха из свободного объема с тем, чтобы в свободном объеме были бы пары компонентов контактной жидкости, с давлени ми, пропорциональными концентрации каждого компонента в растворе.In order to compensate for the errors introduced by the backpressure of the air filling the volume free of the contact liquid, air is partially removed from the free volume so that in the free volume there are pairs of components of the contact liquid with pressures proportional to the concentration of each component in the solution.

Например, после заливки необходимого количества контактной жидкости, определ емого условием погружени крышки-отражател в жидкость во всем рабочем диапазоне устройства, сильфон 1 при открытой пробке 4 сжимают до нужного расположени уровн жидкости, герметичноFor example, after pouring the required amount of contact liquid, determined by the condition of immersing the reflector cap into the liquid in the entire operating range of the device, the bellows 1 with the plug 4 open is compressed to the desired location of the liquid level, hermetically

закрывают пробкой 4 измеритель и освобождают сильфон 1.close the stopper 4 meter and release the bellows 1.

Преимущество предлагаемого устройства в отличие от известного заключаетс в повышении точности, упрощении сборки иThe advantage of the proposed device, in contrast to the known, is to increase accuracy, simplify assembly and

настройки измерител , возможности применени в системах контрол и управлени параметрами жидких агрессивных и взрывоопасных сред, в возможности использовани устройства в качестве простого иsettings of the meter, the possibility of using in the systems of monitoring and controlling the parameters of liquid aggressive and explosive environments, the possibility of using the device as a simple and

Claims

A compact microdisplacement meter that uses certified low-cost mass-produced instruments, such as frequency meters, to indicate data. Invention Formula

A device for measuring pressure, comprising a housing, a first bellows, hermetically mounted on the base and partially filled with contact liquid, a second bellows with a sealed cover, connected coaxially and hermetically with the first, a transceiver piezoelectric transducer mounted coaxially with the bellows on the inner side of the housing base and connected to electronic

Converter, characterized in that, in order to improve accuracy, speed and simplify the design, the second bellows is installed facing the base of the case with a lid inside the first and partially immersed in a contact fluid, while the effective lengths of the bellows and their materials are selected in accordance with the condition

1eff. ef. ,

717392278

where 1ef.n and ef.v are the effective lengths of the first-a,% are the temperature coefficients of the second bellows; expansion tapes of the materials of the first and second bellows.