Реле давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (1) А 1)4 Н 01 НЗ ТЕН К ССС1981 элемеМ ые маг" Яу ниты: 1980. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЭОБ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле давления. Цель изобретения - повышениечувствительности и точности срабатывания, уменьшение габаритов. При подаче давления в полость 9 мембрана2 прогибается и при достижении определенного положения жесткий центр 3скачком притягивается к постоянномумагниту 5 с ярмом б, выдавая срабатывание Формирователя выходного сигнала.4. 1 з.п. Ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле давления,Цель изобретения - повышение чув-. ствительности и точности сгабатыва 5 ния, уменьшение габаритов.На фиг.1 изображено реле давления; ва Фиг.2 - мембрана в разных положе" виях относительного постоянного магнита; на Фиг.З - зависимости сил, действующих на мембрану при ее перемещении.Реле давления (фиг,1) содержит корпус 1, мембрану 2 с жестким центром 3 из магнитно-мягкогр материала, Формирователь 4 выходного сигнала, постоянный магнит 5 и ярмо 6.В исходном состоянии сила жесткости мембраны 2 равна или больше силы действия постоянного магнита 5 на же жесткий центр 3 мембраны 2, и зазор 7 между жестком центром мембраны и магнитным устройством соответствует, . Величина зазора 7 может регу" лироваться перемещением ярма 6 в ре 25 резьбовом отверстии корпуса 1. Этим перемещением устанавливается требуемая чувствительность реле давления, уменьшением зазора повышается чувствительность реле. При появлении 30 давления в отверстии 8 в полости 9 между корпусоми мембраной 2 повышается давление, которое перемещаетмембрану 2 в сторону магнитного уст. ройства 5,6. При величине давления, равного давлению срабатывания реле,зазор 7 соответствует , и при дальнейшем уменьшении зазора 7 сила воздействия магнитного устройства 5, 6 ва жесткий центр 3 превосходит силу упругости мембраны 2, что ведет к перемещению жесткого центра 3 в сторону магнитного устройства 5,6 уже не требуя повышения давления ра"бочего тела, подаваемого в отверстие8. Немагнитный шток 10, жестко свя-.занный с жестким центром 3 мембраны2, входит во взаимодействием с формирователем 4 и приводит к его срабатыванию.50Снятие давления не изменяет состояния микровыключателя до подачи давления в отверстие 11 или до перемещения мембраны в исходное состоя55 ние внешней сйлой с помощью известных приспособлений.На Фиг,2 показаны четыре положения мембраны 2 с жестким центром 3 относительно магнита 5 и ярма 6, связанных с корпусом 1.Первое (начальное) положение соответствует неналряженному состоянию мембраны 2, В этом положении зазор между жестким центром 3 мембраны 2 и магнитным устройством 5,6 равен ь .Второе положение соответствует перемещению жесткого центра 3 мембраны 7 от начального положения на величину 3 ,. В 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 начального положения на величину 9. Это положение соответствует порогу срабатывания реле.Четвертое положение мембраны 2 соответствует перемещению мембраны 2 на величину %, , когда резко возрастает действие на мембрану 2 со стороны формирователя 4 выходного сигнала, препятствующее перемещениюмембраны 2, При дальнейшем перемещении мембраны 2 после надежного срабатывания формирователя 4 выходного сигнала жесткий центр 3 мембраны 2 ложится на упорСилы, (фиг.З), действующие на мембрану, имеют следующие обозначения: Р - сила, обусловленная жесткостью мембраны 2; Р - сила, с которой магнитное устройство 5,6 действует на жесткий центр 3 мембраны 2; Р - сумма сил трения и упругих сил Формирователя 4 выходного сигнала.Все эти силы зависят от перемещения Я жесткого центра 3 мембраны, причем Р = Р, в двух положениях жесткого центра 3, соответствующих перемещениям его от начального положения на величины 3,ипорПоложение мембраны, соответствующее перемещению ее жесткого центра на величину %, является устойчивым, так как любое незначительное перемещение жесткого центра 3 приводит к появлению сил, возвращающих его в исходное положение, Положение мембраны 2, соответствующее перемещению, неустойчиво, так как лри малейшем отклонении мембраны 2 в сто. рону, где по абсолютной величине Р) Р разность сил (Р- Р ) возвращает мембрану 2 в положение,(2) Г = Я, Р 55 соответствующее % а при отклонении мембраны 2 в другую сторону, где по абсолютной величине Р ) Р , разность сил (Р- Р ) ведет к дальнейшему перемещению мембраны 2. При положении мембраны 2, соответствующем перемещению ъ, , жесткий центр 3 мембраны 2 входит во взаимодействие с формирователем 4 выходного сигнала, и результирующая сила резко изменяет свою величину вплоть до изменения направления действия.Кроме перечисленных сил, на мембрану 2 действует еще сила давления рабочего тела Рр, но эта сила не зависит от(не показана). Действия этой силы приводят к смещению результирующей силы (фиг.3) в ту или другую сторону в зависимости от того, с какой стороны мембраны 2 подано давление.Дйя обеспечения срабатывания реле давления необходимо, чтобы Гр быпо равно или больше суммы сил Р - Гм при ,ссЭ, и суммы сил Г + + Р - Р при ЪЪ,р, т. е. релетр мдавления должно удовлетворять следующим соотношениям: Р(Ъ) Рм (Л)Рр 1 при Ъ и Ъ запор(1)Фм(1) Рм(1) + т-Г з при1 т где (Э) означает зависимость указанных сил от перемещения жесткогоцентра мембраны л.Обеспечить выполнение этих соотношений можно соответствующим выбором конструктивных параметров мем"бракы 2 с жестким центром 3 и постоянного магнита 5 с ярмом 6 и подбором их взаимного расположения,Сила, обсуловленная действиемдавления на мембрану 5 эквивалентнапо перемещению ее силе, приложеннойв центре мембраны,.если испольэоватьпонятие эффективной площади мембраны Я Эффективная площадь мембраны зависит от типа мембранных плоская, гофрированная), от ее размеров и размеров жесткого центра. Сила, обусловленная жесткостьюмембраны, определяется формулой Г. К ЗС + С ( ), (3)4, 5 11 6Е где К,Ь - радиус и толщина мембра"Е - модуль упругости материала мембраны;С-,С - коэффициенты, которыезависят от геометриимембраны.Из (3) получаютСила, с которой магнитное устройство действует на жесткий центрмембраны, определяется формулой 35 121 Я 11 м(1+) 1 фоостаточная индукция намагничивания магнита, лежащаяна прямой возврата, котораядля реальных, закритическихматериалов совпадает схарактеристикой размагничивания Во Вгплощадь сечения постоянного магнита; площадь сечения полюсногонаконечника, для высококоэрцитивных магнитов наиболее оптимально Я= Я;длина постоянного магнита;магнитная постоянная;магнитная жесткость материала постоянного магнита; длина зазора между жестким центром мембраны и постоянным магнитом (1 = Ь - Э ) 3 коэффициент, зависящий от .формы постоянного магнита и и ярма. С учетом указанного формулу силы воздействия постоянного магнита на жесткий центр мембраны можно преобразовать к виду/ц,+( - -+-- )Ь2 .1 мм 9 ЯмКгде С щ -------- мВ, 4 Я 1 иэ которой определяют конструктивные, параметры всего реле, исходя из за" 25 данных значений давления срабатывания Р и Р . Учитывая то, что число конструктивных параметров реле давления входящих в систему 6 , велико, целесообразно провести с помощью ЭВМ оптимизационные расчеты при наложении ограничений на оптимизируе" мые параметры. Критерием может слу" жить функция массы устройства при заданной чувствительности, Например,35 имея ограничения в выборе материала мембраны и магнитного устройства, а также ограничения на отдельные размеры можно задать значения параметров имеющихся материалов и в преде лах заданных ограничений на отдель ные геометрические размеры (т,Ь,1, Я),найти оптимальные значения других размеров (К,а), обеспечив при этом заданную чувствительность (дав ление срабатывания Р), и наоборот, задавшись желаемыми размерами мембраны и магнитного устройства, можно определить оптимальные параметры их материалов (Е, 8, В;,) . Система неравенств (6) не имеет ограничений на величину давления срабатывания реле Р, следовательно, Р может быть задано сколько угодно малым. В этом случае для исключения55 ложного срабатывания при действии внешних инерционных и вибрационных сил необходима соответствующая баПодставив (2),(4),(5) в (1) получают систему неравенствЯР, при Ф,с 3 Ъис пор ф лансировка всех подвижных деталейреле давления. Выполнение соотношений (6) позволяет получить реле давления, срабатывающее от сколь угодно малого давления рабочего тела, однако возврат его в исходное состояние требует уже.конечного значения давления рабочего тела. Формула и З о б р е т в н и я 1. Реле давления, содержащее корпус, мембрану с жестким центром из магнитно-мягкого материала, постоянный магнит с ярмом, формирователь выходного сигнала, установленный так, что жесткий центр мембраны имеет возможность воздействия на него, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности срабатывания, уменьшения габаритов, постоянный магнит размещен относительно жесткого центра мембраны так, что направление его воздействия на жесткий центр мембраны совпадает с направлением воздействия рабочего давления на мембрану.2, Реле по п.1, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что размеры элементов связаны следующими соотношениями:25 ЗО %Ър,фтр Е ЬКо1 м Бм 1где С ,С ,С ,С - коэффициенты, не1 Озависящие от перемещения жесткогоцентра мембраны,7 2 1 м Д 11 ( - - -- )ь8 Бмкоэффициенты, зависящиеот геометрии мембраны;модуль упругости материала мембраны;толщина мембраны;радиус мембраны;магнитная постоянная;длина магнита магнитногоустройства;площадь сечения магнитаи ярма магнитного устрой.ства; с Б Р при Э 3 ,+Р, с Б Рпри ЪЯ,9 - магнитная жесткость материала магнита;коэффициент, зависящий отформы постоянного магнитаи ярма;максимальный эаэор междужестким центром мембраныи магнитным устройствомйри ненапряженном состоянии мембраны;остаточная индукция намагничивания постоянного магнита;9 - перемещение жесткогоцентра мембраны, отсчиты.ваемое от ненапряженногосостояния мембраны; Р, - сумма сил трения и упругих сил устройства формирования выходного сигнала; перемещение мембраны,соответствующее исходному состоянию, порогу срабатывания и скачку сил Ртр соответственно; эффективная площадь мембраны;давление срабатывания реле.1387062 оставнтель Ю,Селяниновехред А. Кравчук Корректор М.Баро едактор О.Головач 98 5 Тираж 746НИИПИ Государственногло делам иэобретений35, Москва, Ж, Рауш Подпискомитета СССРи открытийская наб., д. 4 ка е оиэводствеино-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проек 1 ная,