Датчик разности давлений

(51 М 6 011 7/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У СВИДЕТЕЛЬСТ АВТО%35одственноеобъединение в, И.Н,Юдин В,В.Позеа "Расчеиборов",пругих элемен Маши нострое О.идетельс01 . 7/06,о СССР 976.АВЛЕНИИ ретение м повышения ения. Сущн ности давле ИК РАЗНОСТИ Д льзование: изо льзовано с целью ости датчика дав ия: в датчике раз(54) ДАТ (57) Ис быть ис ствител иэобрет ожет чувость ний,(21) 4849305/10(56) Л.Е.Андреевтов машин и прние, 1980 гс, 2Авторское сМ 581397, кл, С содержащем корпус 11 с мембранами 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, и преобразователь перемещения, нечетное число упругих мембран, образующих четное число полостей, соединены стяжкой, при этом мембраны с четными номерами выполнены большего диаметра, чем мембраны с нечетными номерами, а толщина первой и последней мембран больше, чем остальных. Полости с четными номерами связаны между собой и патрубком, подводящим одно из давлений, а полости с нечетными номерами также соединены между собой и патрубком, подводящим другое давление. Все мембраны уравновешены силами статического давления и упруго деформируются только под действием малой величины разности давлений, 1 ил,1763916 Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к датчикам разности давлений(датчикам перепада давления, дифманометрам).Известны датчики разности давлений, содержащие одну упругую мембрану 1, 2. Однако, в датчике 1 электрический преобразователь перемещений мембраны омывается контролируемой средой, что недопустимо по требованиям взрывобезопасности в условиях добычи и транспортировки газа и нефтепродуктов. В датчике 2 преобразователь перемещений упругой мембраны отделен от контролируемой среды дополнительным трубчатым элементом, снижающим чувствитель датчика, особенно для больших давлений и малых перепадов.В дифференциальном датчике давления 3 теоретически может быть достигнута высокая чувствительность, Однако, в силу того, что чувствительные элементы мембранные коробки нагружены полным давлением, уравновешенным только упругими деформациями последних, такой датчик не может быть использован при давлениях в десятки и сотни атмосфер из-за ограничений по прочности,Целью изобретения является повышение чувствительности датчика,указанная цель достигается тем, что в датчике число мембран нечетное, они закреплены в корпусе по своим наружным диаметрам и скреплены между собой по центру штоком, причем все четные мембраны выполнены большего диаметра, чем нечетные, а толщина первой и последней мембраны больше, чем толщина других мембран, при этом нечетные полости между мембранами сообщены с одним штуцером, а четные полости - с другим,Повышение чувствительности датчика достигается в предлагаемом техническом решении наличием многократно повторяющегося нечетного числа мембран и четного числа полостей (в прототипе только два упругих элемента, образующих три полости), что позволяет многократно суммировать силы от малого значения разности давлений Р 1 - Р 2 и взаимно уравновешивать силы от большого значения статического давления.Повышение чувствительности вызвано увеличением хода стяжки из-за суммирования на ней многократно повторяющихся сил. Стяжка одновременно подкрепляет внешние мембраны, снижая тем самым возникающие в них напряжения и позволяет снизить их толщину и, следовательно, увеличить их податливость. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4Ъчмю:ю яэсэа,Наличие разности площадей ольших и малых мембран также ведет к повышению чувствительности датчика.На чертеже изображена схема датчика разности давлений, содержащего, например, девять мембран 1 - 9, которые вместе со стяжкой 10 и корпусом 11 образуют восемь полостей 12 - 19, четыре из которых 12, 14, 16, 18 сообщаются между собой и с патрубком 20, подводящим давление Р, а полости 13, 15, 17, 19 сообщаются между собой и с патрубком 21, подводящим давление Р 2. На корпусе 11 и стяжке 10 условно показаны элементы преобразователя 22 перемещений стяжки 10 относительно корпуса одного из известных типов.Датчик работает следующим образом.При равенстве давлений Р 1 и Рг в полостях 12, 14, 16, 18 и 13, 15, 17, 19 все элементы датчика нагружены равными и противоположно направленными силами, уравновешивающими друг друга. При этом мембраны 2-8 остаются плоскими и стяжка 10 занимает среднее положение, Мембран ы 1 и 2 нагружены полным давлением Р 1 - Р 2 и удерживаются от симметричных перемещений стяжкой 10. При появлении разности давлений Р и Р 2 равновесие сил нарушится, поскольку на каждую из мембран 2, 4, 6, 8 будет действовать сила, пропорциональная разности давлений Р и Рг и разности площадей большей и меньшей мембран, например 2 и 3. При этом каждая из мембран 2, 4, 6, 8 упруго перемещается в сторону меньшего давления, выгибая стяжкой 10 внешние мембраны 1, 9. При некотором смещении стяжки достигается равновесие между силами давления и силами от упругих деформаций мембран, Смещение стяжки пропорционально разности давлений, разности площадей большей и меньшей мембран и числу мембран. В качества преобразователя перемещений могут быть использованы индуктивные, струнные и другие датчики перемещения, включенные по дифференциальной схеме. Повышение чувствительности датчика разности давления достигается:- суммированием на выходном звене (стяжке) малых сил от разности давлений, приложенных со стороны многократно повторяющихся чувствительных элементов (мембран), число которых теоретически не ограничено;- повышенное податливостью каждой из мембран, поскольку они изгибаются под действием только малой разности давлений и, следовательно, могут иметь минимальную толщину и максимальные размеры. Последнее обстоятельство следует из соотношений (1), (2), (3) см, 4, стр, 240.гсгжв = 0,666 (3),г Составитель В,ПоповТехред М,Моргентал Корректор А.Бучок Редактор Т.Куркова Заказ 3451 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 где И/о - смещение центра мембраны отдавления Р, 10й - радиус мембраны,О - жесткость пластины,Е - модуль упругости материала мембраны,,и - коэффициент Пуассона, 15и - толщина мембраны.СГжв - эквивалентные напряжения вмембране;- наличие стяжки, которая подкрепляетвнешние мембраны и снижает тем самымнапряжения, возникающие при подаче вдатчик давлений Р 1 и Рг, поэтому оказывается возможным снизить толщину этих мембран и, следовательно, их жесткость,Особенность датчиков разности давлений (датчиков перепада давления, дифференциальных датчиков) является тообстоятельство, что они должны реагироватьна малые величины разности Р 1 - Р 2 двух относительно больших давлений Р 1 и Р 2. 30Например, для датчика "САПФИР 22ДДа модель 2410 (см, о, стр, 190) равностьР 1 - Р 2= 25 х 10 кгс/см при Рз =40 кгс/см .2Поэтому в датчиках, выполненных по схемепрототипа, невозможно сохранение их чувствительности при повышении статического давления Р, поскольку полное статическое давление в каждой из манометрических коробок уравновешено только силами их упругих деформаций, а не силами от статического давления, Это ограничение связано с прочностью конструкции, В предлагаемом техническом решении все чувствительные элементы (мембраны) уравновешены силами статического давления и упруго деформируются только под действием малой величины разности давлений Р- Р 2.В итоге может быть достигнута высокая чувствительность измерений малых разностей давлений Р 1 и Рг при больших статических давлениях.Формула изобретения Датчик разности давлений, содержащий корпус, не менее трех соосно расположенных в нем мембран, образующих полости между ними, расположенный соосно мембранам шток, преобразователь перемещения центра мембран в выходной сигнал и два штуцера для подачи нминусового" и нплюсовогон давления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в нем число мембран нечетное, они закреплены в корпусе по своим наружным диаметрам и скреплены между собой по центру штоком, причем все четные мембраны выполнены большего диаметра, чем нечетные, а толщина первой и последней мембраны больше, чем толщина других мембран, при этом нечетные полости между мембранами сообщены с одним штуцером, а четныемполости - с другим,