Устройство для измерения давления

(51)5 6 01 1 11/О ОМИТЕТОТКРЫТИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР РЕТЕНИ САНИЕ и универсиССР7,ССР8.ЕНИЯ АВВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) Авторское свидетельство СЬВ 1256789, кл. 6 01 1 7/06, 19Авторское свидетельство СВ 1384975, кл. 0 01 1 7/06, 19(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕР Д ЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и упрощение конструкции. В корпусе установлены первый сильфон 1, герметично установленный на основании корпуса и частично заполненный контактной жидкостью 6, второй сильфон 3 с герметичной крышкой 5, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь 19, установленный соосно сильфонам с внутренней стороны основания 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 1,ф. а= 1 эф. а где 1 эф. и 1 эф. - эффективные длины первого и второго сильфонов; ан и а, - температурные коэффициенты линейного расширения материалов первого и второго сильфонов. 1 ил,10 15 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для контроля и измерения давления во взрывоопасных или агрессивных средах, например морской воде.Известны измерители давления, содержащие измерительный сильфон, частично заполненный контактной жидкостью, в которой распространяются излучаемые пьезоэлектрическим преобразователем акустические импульсы, длина пробега которых в контактной жидкости является функцией величины измеряемого давления,Недостатком таких измерителей является низкая точность, обусловленная отсутствием компенсации воздействия внешних факторов,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель давления, 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 заполняющую вакуумированную герметичную емкость, приемопередающий пьезоЭлектрический преобразователь, установленный соосно измерительным сильфонам с внутренней стороны основания корпуса, функциональный преобразователь, вход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем, регистратор, вход которого соединен с выходом функционального преобразователя,Недостатком этого измерителя является большая погрешность, обусловленная тепловой инерционностью контактной жидкости, погрешность, вносимая влиянием температуры на длину пробега ультразвуковых импульсов, так как в измерителе опоры отражателей ультразвуковых импульсов под воздействием температуры изменяют 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 распространения ультразвуковых импульсов жидкости зависит от ее температуры и давления, Измеритель непригоден для эксплуатации во взрывоопасных средах, сложен в изготовлении и энерго- емок, что не позволяет использовать его в автономных батарейных измерительных ком плексах. 20 25 30 35 40 45 50 55 Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и упрощение конструкции.Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, первый сильфон, герметично установленный на основании корпуса и частично заполненный контактной жидкостью, второй сил ьфон с герметичной крышкой, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь, установленный соосно сильфонам с внутренней стороны основания корпуса и соединенный с электронным преобразователем, второй сильфон установлен обращенной к основанию корпуса крышкой внутри первого и частично погружен в контактную жидкость, при этом эффективные длины и их материалы выбраныв соответствии с условиемЬф,.а=Ьф агде 1 эф.н иэф.э - эффективные длины первого и второго сильфонов;аи аэ - температурные коэффициенты линейного расширения материаловпервого и второго сильфонов.На чертеже показано устройство для измерения.Измеритель давления содержит первыйизмерительный сильфон 1, контактирующийс контролируемой средой наружной поверхностью, втулку 2 в виде плоского кольца,герметично закрывающую измерительныйсильфон 1, второй измерительный сильфон3, герметично соединенный с втулкой 2, накоторой размещена пробка 4, крышку 5, герметично закрывающую второй измерительный сильфон 3, причем поверхность крышки5, погруженной в контактную жидкость 6 иобращенная к основанию 7, является отражателем ультразвуковых импульсов, В корпусе 8 размещен приемопередающийпьезоэлектрический преобразователь 9, установленный соосно сильфонам 1 и 3, функциональный преобразователь 10 ирегистратор 11.Устройство для измерения давления работает следующим образом.При воздействии наружного давлениясильфон 3 растягивается, уменьшая величину базыБ пробега ультразвукового импульса, излучаемого пьезоэлектрическимпреобразователем 9, частота выходного сигнала вследствие этого на выходе регистратора 11 увеличится, Сильфон 1 в это жевремя сжимается под действием наружногодавления, уменьшая величину базыБ пробега ультразвукового импульса, частота навыходе регистратора 11 еще более увели510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чится, при этом на единицу прироста в туили другую сторону длины базы 1 Б величинапути, пробегаемого ультразвуковым импульсом, изменяется на две единицы, существенно повышая чувствительностьустройства, что вызывает необходимость устранения дестабилизирующего воздействия температуры, вызывающего увеличениепогрешности из-за изменения длины сильфонов и температурного изменения скорости звука в контактной жидкости ипротиводавления воздушной прослойки,Компенсация погрешности, обусловленной температурным расширением сильфонов производится с учетом того, чтоосновной вклад в прирост высоты сильфонов под воздействием температуры вносятего участки, параллельные их осям, поэтомудлина сильфона 1 эф, учитываемая при определении удлиняющейся части сильфона,равна1 эф =1 - 22 Явгде - полная высота сильфона;2- число гофр;Рв - внутренний радиус гофра.Поэтому под воздействием температуры первый сильфон 1 удлинится на величинуЬн = 1 эф,н (хнс, где сЪ - температурныйкоэффициент линейного расширения материала первого сильфона, а второй сильфон Зудлинится на величину Ав= 1 эф,вавгде ав - ТКЛР материала второго сильфона,но так как Ь н =Л в относительно плоскости, в которой они соединены друг с другомпо торцам, то длина базы 1 Б неизменна.Так как второй сильфон работает на растяжение, его ход не должен превышать 800 максимального хода, Для выполнения этогоусловия ход второго сильфона, в случае егобольшей первого чувствительности, ограничивается, например, кронштейном, охватывающим второй сильфон при достиженииноминального растяжения и укрепленным вместе соединения обоих сильфонов.При измерении давлений в агрессивныхжидкостях сильфоны изготавливаются изполимерных материалов, например из фторопласта. ГОСТом разрешено телескопическое соединение сильфонов,Известны растворы, скорость звука вкоторых в определенных температурных интервалах постоянна с незначительными отклонениями на краях интервалов, чтопозволяет использовать это свойство растворов в устройстве для измерения давления.Возможно применение спиртового раствора с концентрацией 15,62%, при этомскорость звука достаточно постоянна для ряда практических целей в интервале температур 15-25 С,Например, контактная жидкость представляет собой раствор из смеси химически чистых 49,5 уксусной кислоты, 0,5 этилацетата, 500 этилового спирта, к этой смеси прибавляется 80 ообезгаженной дистиллированной воды,Для компенсации погрешностей, вносимых противодавлением воздуха, заполняющего свободный от контактной жидкости объем, производится частичное удаление воздуха из свободного объема с тем, чтобы в свободном объеме были бы пары компонентов контактной жидкости, с давлениями,пропорциональными концентрации каждого компонента в растворе,Например, после заливки необходимого количества контактной жидкости, определяемого условием погружения крышки-отражателя в жидкость во всем рабочем диапазоне устройства, сильфон 1 при открытой пробке 4 сжимаютдо нужного расположения уровня жидкости, герметично закрывают пробкой 4 измеритель и освобождают сильфон 1,Преимущество предлагаемого устройства в отличие от известного заключаегся в повышении точности, упрощении сборки и настройки измерителя, возможности применения в системах контроля и управления параметрами жидких агрессивных и взрывоопасных сред, в возможности использования устройства в качестве простого и компактного измерителя микроперемещений, использующего для индикации данных аттестованные недорогие приборы серийного изготовления, например частотомеры,Формула изобретения Устройство для измерения давления, содержащее корпус, первый сильфон, герметично установленный на основаии и частично заполненный контактной жидкостью, второй сильфон с герметичной крышкой, соединенный соосно и герметично с первым, приемопередающий пьезоэлектрический преобразователь, установленный соосно с сильфонами с внутренней стороны основания корпуса и соединенный с электронным преобразователем,отл ич а ю щееся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и упрощения конструкции, второй сильфон установлен обращенной к основанию корпуса крышкой внутри первого и частично погружен в контактную, жидкость. при этом эффективные длины сильфонов и их материалы выбраны в соответствии с условием1 эф,;ан =4 ф ав,1739227 Составитель С. Клоп енкоТехред М. Моргентал Корректор М,Демчик Редактор Е.Папп Заказ 1996 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 1 эф,н и 1 эф,в эффективные длины первого и второго сильфонов; а, а 8 - температурные коэффициенты расширения материалов первого и второго сильфонов.