Чувствительный элемент

О П И С А Н И Е 887953ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл. С 01 . 7/06 3 Ъоударетвакны комитот СССР ао аолаи кзооретвки и открытий(72) Авторы изобретения сов и О.В. Сттгосарев В.Г. Барбатунов, Е.Д. Козлов, В.(71) Заявитель 54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЪЙ ЭЛЕМЕНТ Изобретение относится к областиприборостроения, а именно к чувствительным элементам измерительныхустройств, работающих в условияхвоздействия высоких давлений среды,Известны чувствительные элементы,применяемые для измерения высокихдавлений.Известный чувствительный элементсодержит ряд гофрированных мембран,10полость между гофрами которых заполнена неметаллическим заполнителем,например резиной, а между отбортованными поверхностями мембран разглещена металлическая шайба, наружный15диаметр которой равен полному диаметру меглбран ,Недостатком известного чувствительного элемента является высокаяжесткость в осевом (рабочем направлении и, следовательно, малая чувствительность из-за использованиянескольких мембран и заполнениясвободных полостей между мембранаи неметаллическим заполнителем, аакке значительный гистерезис чувстительного элемента, вызванный введением неметаллического заполнителя.Другой известный чувствительный элемент содержит гофрированный сильфон с наружными армирующими кольца-, ми. При подаче давления внутрь силь- фона давление среды прижимает оболочку сильфона к армирующим кольцам по всему профилю сильфона, которые предохраняют тем самым сильфон от разрушения 2 .Однако, известный чувствительный элемент имеет следующие недостатки. При подаче высокого давления происходят радиальные смещения гофров сильфона вместе с кольцами друг относительно друга из-за различной жесткости гофр, что приводит к искажению характеристики преобразования давления в перемещение и к появлению погрешности преобразования давления в перемещение.15 20 50 55 40 50 При дальнейшем возрастании давления нарушается осевая устойчивость чувствительного элемента и искривляется его ось, что приводит к резкому искажению характеристики преобразования давления в перемещение и к значительной погрешности преобразования давления в перемещение. Дальнейшее незначительное увеличение давления приводит к разрушению чувствительного элемента.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является чувствительный элемент, который содержит сильфон, корпус и упругие многослойные вставки, свободно расположенные между гофрами сильфона и закрепленные на осях с возможностью вращения, Упругие вставки повышают виброустойчивость чувствительного элемента, так как демпфируют резонансные колебания сильфона при действии вибрации 311.Однако при подаче высокого давления гофры сильфона деформируются (разбухают), так как упругие вставки установлены свободно (с зазором) относительно гофров сильфона. При дальнейшем возрастании давления происходят радиальные смещения гофров сильфона относительчо друг друга из-за их различной жесткости и нарушается осевая устойчивость сильфона, так как упругие вставки установлены свободно (с зазором) относительно внутреннего диаметра сильфона. Дальнейшее незначительное увеличение давления приводит к разрушению гофров сильфона и чувствительного элемента в целом, так как вставки выполнены упругими, т,е. податливыми к деформации сжатия.Целью изобретения является повышение точности и надежности работы при измерении высоких давлений.Указанная цель достигается тем, что в известном чувствительном элементе каждая вставка выполнена в виде мембраны с симметрично расположенными кольцевыми прорезями, образующими в ней перемычки, а центральная часть мембраны выполнена в виде коль-. цевого жесткого центра, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра сильфона.Выполнение каждой вставки в виде мембраны позволяет значительно повысить жесткость чувствительного элемента в радиальных направлениях. Выполнение в мембране кольцевыхпрорезей позволяет образовать вней перемычки, которые имеют большие радиальнье жесткости и малые изгибные жесткости вдоль оси .чувствительного элемента.Для обеспечения направленногоперемещения чувствительного элементавдоль его оси при измерении давления(или перепада давлений) необходимо,чтобы перемычки быпи равножесткими,т.е. должны быть равны между собойжесткости перемычек в осевом направлении чувствительного элемента(изгибные жесткости перемычек);жесткости перемычек в радиальныхнаправлениях чувствительного элемента (жесткости перемычек на растяжение - сжатие).Для обеспечения равножесткости перемычек необходимо изготавливать вмембране перемычки с одинаковымиразмерами, а также размещать перемычки симметрично осям симметрии мембраны. Это требование обеспечивается приизготовлении перемычек путем симметричного расположения в теле мембраны кольцевых прорезей,При.измерении высоких давлений радиальных смещений гофров сильфона относительно друг друга не происходит, так как таким смещениям препятствует большая жесткость перемычек в радиальных направлениях. По этой же причине практически исключается ис-. кривление оси чувствительного эле мента и потеря им осевой устойчивости при измерении высокого давления.Таким образом, большая жесткость перемычек в радиальных направлениях обеспечивает высокую стабильность характеристики преобразования измеряемого давления (или перепада давлений) в перемещение чувствительного элемента и, следовательно, малую погрешность преобразования давления в перемещение, Стабильность положения оси чувствительного элемента обеспечивает высокую надежность работы чувствительного элемента при измерении высокого давления.Большая жесткость перемычек в радиальных направлениях обеспечивается выбором соответствующих размеров (ширины и толщины) перемычек мембраны, а также выбором соответствующего количества таких перемычек. МалаяОизгибная жесткость перемычек обеспе87953 э 8чинается выбором соответствующей длины каждой перемычки мембраны,Выполнение центральной части мембраны в виде кольцевого жесткогоцентра, внутренний диаметр которогоменьше наружного диаметра сильфона,позволяет организовать в ней кольцевые вставки, которые расположенымежду гофрами сильфона, плотно установлены между ними и являются жесткими как в осевом, так и в радиальном направлениях чувствительного элемента. При подаче высокого давлениявнутрь сильфона измеряемое давлениесреды прижимает гофры сильфона к поверхностям кольцевых жестких центровпо всему профилю снльфона, которыепредохраняют гофры сильфона от "разбухания" и разрушения. Благодаря такому конструктивному выполнениюцентральной части мембраны значительно повышается надежность работы чувствительного элемента при измерении,высокого давления.На фиг, 1 изображен общий вид чувствительного элемента; на фиг. 2 -вид А на фиг. 1. 1 увствительный элемент состоит из сильфона 1, крышки 2 для соединения с подвижной системой измерительного устройства, корпуса 3, закрепляющего чувствительный элемент в измерительном устройстве, и мембраны 4. Сильфон 1 приварен к крышке 2 и корпусу 3. Иембрана 4 состоит из кольцевого жесткого центра 5 и основания б, соединенных между собой перемычками 7. Основания б неподвижно закреплены в корпусе 3 с помощью гайки 8. Перемычки 7 выполнены в мембране 4 с помошью кольцевых прорезей 9.Чувствительный элемент работает следующим образом.При подаче давления внутрь сильфона 1 или при изменении перепада давлений, действующих изнутри и снаружи на сильфон 1, гофры сильфона, крышка 2 и кольцевые жесткие центры 5 смещаются относительно корпуса 3 в вдоль оси сильфона. По величине сме-. щения крышки судят об измеряемом давлении (перепаде давлений). При возрастании давления внутри сильфона гофры сильфона прижимаются этим давлением к кольцевым жестким центрам 5 мембран 4 по всему профилю сильфона, при этом перемычки 7 через центры 5 препятствуют радиальным деформациям сильфона, сохраняя его осевуюустойчивость.11 ембрана с перемычками может бытьизготовлена отдельно от кольцевогожесткого центра, а затем жестко соединена с ним с помощью, например,сварки. Однако целесообразнее дляповышения точности работы чувствительного элемента изготавливать мембрану М с перемычками заодно с кольцевымжестким центром. С этой же целью мембрану необходимо жестко соединятьс корпусом чувствительного элементапо наружной поверхности ее. Для по-вышения точности работы чувствительного элемента мембрану необходимоизготавливать из металлов, обладающих высокими упругими свойствамипружинная сталь, бериллиевая бронза, 110 элинварные сплавы).Изобретение может найти широкоеприменение в датчиках, где перемещения чувствительного элемента малынапример в пьезоэлектрических, тен% зорезистивных, струнных вибрационночастотных и кварцевых датчиках дляизмерения высоких давлений и перепадов давлений при больших статических (опорных) давлениях.щ Иэ-за высокой чувствительноститаких датчиков перемещения чувствительных элементов в них обычно непревышают нескольких десятков микрометров. В указанных датчиках жесткость преобразовательных элементов,в которых устанавливаются чувствительные элементы, обычно в десятки - сотни раз выше осевой жесткости чувствительных элементов. Поэтому незначительное увеличение осевой жесткости чувствительного элемента из-завведения перемычек не приводит ксколько-нибудь заметному изменениючувствительности укаэанных датчиков.Результаты экспериментальных исследований показывают, что выполнениекаждой вставки в виде мембраны с симметрично расположенными кольцевыми .прорезями, образующими в ней перемычки, а выполнение центральной частимембраны в виде кольцевого жесткогоцентра, внутренний диаметр которогоменьше наружного диаметра сильфона, позволило сохранить осевую устойчи-, вость продольной оси чувствительного элемента при воздействии высокого давления, равного 150 кгс/см ; сохранить стабильность характеристики преобразования измеряемого давленияв перемещение и, следовательно, обеспечить высокую точность измерения давления после ряда последовательных нагружений чувствительного элемента высоким давлением, изменяющимся от 0 до 150 кгс/смф,Формула изобретенияЧувствительный элемент, выполненный в виде сильфона, содержащий корпус и вставки, расположенные между гофрами сильфона и соединенные с корпусом, о т и и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности работы при измерении высаких давлении, в нем каждая вставкавыполнена в виде мембраны с симяетрично расположенными кольцевыми прорезями, образующими в ней перемьчки, ацентральная часть мембраны выполненав виде кольцевого жесткого центра,внутренний диаметр которого меньшенаружного диаметра сильфона.Источники информации,р принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 360570, кл, 6 О7/08, 97.2. Бурцев К.И. "Металлические сильфоны", М., "Машгиз", 963, стр. 1213.3. Авторское свидетельство СССРР 398844, кл. С О 1. 7/06, 1972.Заказ 10714/10 Тираж 910 Б 1 ИИП 1 Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 оскиа, ЖРаушская аб. д. 4/5Подписное Филиал ППП "11 атент", г. Ужгород, ул. Проектная,Составитель А, ВинокуровРедактор О. Филиппова Техред И,Нинц Корректор О. Билак