Барокомпенсований первинний вимірювальний перетворювач з твердотільним чутливим елементом

Барокомпенсований первинний вимірювальний перетворювач (ПВП) з твердотільним чутливим елементом, що містить жорстко з’єднані хвостовик і циліндричний корпус, виконаний із 3 83574 на). Сполучені полімерна мембрана і індикаторний електрод 2 є твердотільним чутливим елементом. Простір усередині корпусу заповнений електролітом 7 є 0,5-нормальним розчином КС1. Допоміжний електрод 3 виконаний з алюмінію і, будучи з індикаторним електродом 2 в розчині КС1, служить для встановлення режиму роботи індикаторного електрода 2 за допомогою електрохімічної реакції, утворюючи гальванічний елемент. Для запобігання руйнування мембрани або клейового з'єднання електрода 2 з корпусом 1 унаслідок підвищення гідростатичного тиску, тобто для запобігання руйнування виконаного таким чином твердотільного чутливого елемента, в даному перетворювачі передбачена барокомпенсація. Як барокомпенсатор застосований гумовий ковпачок 8, який з натягненням встановлений на фланець, вифрезований в стінці корпусу, причому у фланці виконаний отвір, що сполучається з внутрішнім простором корпусу, заповненим електролітом. Таким чином електроліт герметично відокремлений від зовнішньої, аналізованої, рідини за допомогою барокомпенсатора і твердотільного чутливого елемента. Загальними істотними ознаками для прототипу і заявленого винаходу є: жорстко сполучені хвостовик і циліндричний корпус, виконаний з порожниною, заповненою рідиною, яка герметично відокремлена від зовнішнього середовища барокомпенсатором і твердотільним чутливим елементом циліндричної форми. При цьому чутливий елемент встановлений жорстко щодо корпусу і співвісно йому. Торцева поверхня чутливого елемента перебуває у контакті з рідиною, що заповнює корпус. Вивід чутливого елемента електрично ізольований і герметично виведений з ПВП через хвостовик. Прототип працює таким чином. Інформація від чутливого елемента 2 поступає по ізольованому виводу 4 через герморознімання хвостовика 6 в корпус вимірювального приладу. У міру занурення вимірника через наявність пузирчиків газу в рідині 7 зростаючий тиск навколишнього середовища деформує гумовий ковпачок 8, прагнучи зрівняти тиск усередині корпусу 1 з тиском навколишнього середовища. Деформація гумового ковпачка відбуватиметься до тих пір, поки ці тиски не зрівняються, або поки жорсткість ковпачка не дозволить йому далі деформуватися. В останньому випадку ці тиски не зрівняються і виникне загроза руйнування гумового ковпачка або чутливого елемента, наприклад, полімерної мембрани, встановленої на електроді 2, або клейового з'єднання електрода 2 з корпусом 1. Таким чином, прототипу властива те хнічна суперечність - зменшення товщини гумового ковпачка збільшує його еластичність, але і збільшує ризик руйнування ковпачка, особливо в агресивних середовищах, наприклад, в Чорному морі, де великий зміст сірководню, а збільшення товщини гумового ковпачка зменшує його еластичність і не забезпечує надійну барокомпенсацію в умовах високого гідростатичного тиску, наприклад; при глибоководних океанологічних дослідженнях, і спричиняє руйнування чутливого елемента. Це є недоліком прототипу. 4 Прототипу також властивий інший недолік. При складанні подібних ПВП ставиться вимога вилучення з рідини пузирчиків газу [1, Рт 5.519.023 СБ -. Электрод ИВ-023. Сборочный чертеж], щоб елементи конструкції ПВП випробовували якомога менше навантаження при зануренні. Проте технологічно виконати цю умову важко, до того ж ці пузирчики можуть утворюватися в процесі роботи, наприклад в гідрохімічних ПВП, як в прототипі, в яких здійснюється електрохімічна реакція електродів 2 і 3 з рідиною 7, що перебуває усередині корпусу 1. Наявність пузирчиків газу, через їх стисливість під впливом тиску, приводить до необхідності збільшення компенсуючої деформації гумового компенсатора, що спричиняє його руйнування і з рештою - ви ходу з ладу ПВП. В основу винаходу поставлена задача створення первинного вимірювального перетворювача на базі твердотільного чутливо го елемента, в якому за рахунок ковзання компенсатора по внутрішній стінці циліндричного корпусу і бічної поверхні чутливого елемента досягається нова технічна властивість - нічим не обмежене зменшення різниці гідростатичного тиску всередині і зовні ПВП. Вказана нова властивість забезпечує досягнення технічного результату винаходу - розширення діапазону робочого тиску ПВП за наявності пузирчиків газу в наповнюючій його рідині, що підвищує надійність роботи ПВП і достовірність отриманої від нього інформації. Додатковим технічним результатом винаходу € спрощення технології складання, оскільки особливості барокомпенсації в заявленому ПВП допускають наявність в рідині, що наповнює корпус, пузирчиків повітря. Поставлена задача розв'язується тим, що в первинному вимірювальному перетворювачі (ПВП) з твердотільним чутливим елементом, який містить жорстко сполучені хвостовик і циліндричний корпус, виконаний з порожниною, заповненою рідиною, яка герметично відокремлена від зовнішнього середовища барокомпенсатором і жорстко закріпленим в перетворювачі, співвісно корпусу, чутливим елементом циліндричної форми, торцева поверхня якого перебуває у контакті з цією рідиною, при цьому вивід чутливого елемента електрично ізольований і з герметизацією виведений з ПВП через хвостовик, новим є те, що порожнина корпусу виконана циліндричною, барокомпенсатор виконаний у вигляді циліндричної втулки, встановленої через ущільнення рухомого контакту в цій порожнині, на виході корпусу, а чутливий елемент встановлений, також через ущільнення рухомого контакту, в осьовому отворі втулки. Відмінності заявленого пристрою відносяться до особливостей виконання барокомпенсатора та установки чутливого елемента. Запропонований барокомпенсований первинний вимірювальний перетворювач (ПВП) зображений на Фіг.2 і включає жорстко сполучені, наприклад за допомогою клею або через еластичні ущільнення, циліндричний корпус 1 і хвостовик 2. Корпус може бути виконаний з будь-якого твердого матеріалу, наприклад, металу, якщо необхідне екранування, або пластмаси - залежно від вимог, 5 83574 що ставяться до ПВП. Порожнина корпусу заповнена рідиною 3. Залежно від принципу дії ПВП як рідини може бути застосований електроліт, як, наприклад, в прототипі, або масло, як, наприклад, в наведеному аналогу [1, Рт 5.519.023 СБ - Электрод ИВ-023. Сборочный чертеж]. В корпусі 1, співісно йому, жорстко закріплений циліндричний твердотільний чутливий елемент 4. При цьому торцева поверхня чутливого елемента 4 стикається з рідиною 3, тобто елемент 4 не щільно сполучений з хвостовиком 2 для забезпечення шару рідини між ними, яка під дією барокомпенсатора чинить протилежну силову дію на чутливий елемент, розвантажуючи його. Наприклад, чутливий елемент може бути встановлений за допомогою клею, штифтового з'єднання, або за допомогою стійки на хвостовику, як зображено на Фіг.2. Пристрій барокомпенсації є циліндричною втулкою 5, в якій через еластичне ущільнення 6 у вигляді гумового кільця круглого перетину встановлений чутливий елемент 4. Втулка 5 може бути виконана, наприклад, з оргскла, оскільки легко полірується, забезпечуючи надійне ущільнення з гумовими кільцями. Твердотільний чутли вий елемент 4 може бути виконаний з будь-якого матеріалу, що забезпечує ущільнення з втулкою 5. Наприклад, може бути застосований чутливий елемент від широко випускного промисловістю лабораторного сульфідселективного електрода XC-S-001 [3], вклеюваний в пластмасову або скляну трубку. Поява чутливих елементів з високою іоноселективністю, у яких вихідний сигнал практично не залежить від сторонніх іонів [3], робить їх практично незамінними при автоматизації вимірювань, особливо для електрохімічного аналізу розчинів. Проте для вирішення проблем визначення стану середовища при глибоководних дослідженнях, наприклад, зондуючими приладами в морських умовах, такі елементи не підходять, оскільки забезпечують надійну роботу тільки в лабораторних умовах. Для застосування в глибоководних зондах їх те хнологічно допрацьовують і включають складовою частиною в барокомпенсовану конструкцію, щоб вивідна частина чутливого елемента завжди була при тому ж тиску, що і досліджуване середовище, інакше елемент руйнува тиметься. Аналог [1] - приклад такого застосування лабораторних електродів, зокрема скляного електрода рН, в глибоководних дослідженнях. Циліндрична втулка 5 через еластичне ущільнення 7 у вигляді гумового кільця круглого перетину встановлена в циліндричній порожнині корпусу 1 ПВП - на його виході. Вивід 8 чутливого елемента може бути виконаний з ізольованого електричного дроту, один кінець якого вклеюваний в тіло чутливого елемента, а інший - в тіло хвостовика 2, який через ущі 6 льнення вставляють в корпус вимірювального приладу. Хвостовик ПВП може бути виконаний з будьякого необхідного твердого матеріалу, як і корпус. Довжину чутливого елемента 4 вибирають з умов, щоб об'єм рідини, витисненої барокомпенсатором в пузирчик газу, не був менше максимально можливого об'єму цього пузирчика, що залишився при заправці або що утворився під час роботи ПВП. ПВП складають таким чином: створюють конструкцію, як зображено на Фіг.2, що складається із співвісно розташованих корпусу 1, хвостовика 2 і чутливого елемента 4, при цьому корпус і хвостовик не загерметизовані. В корпус вставляють втулку 5 з гумовими кільцями 6 і 7, пропускаючи чутливий елемент 4 в осьовий отвір втулки. Порожнину корпусу 1 заповнюють рідиною 3 і шляхом переміщення рухомого барокомпенсатора 5 забезпечують вилучення з рідини пузирчиків повітря. Досягши максимально можливого вилучення з корпусу ПВП пузирчиків газу забезпечують герметичне з'єднання корпусу та хвостовика. Запропонований пристрій працює таким чином. В робочих умовах інформація від чутливого елемента 4 надходить по ізольованому виводу 8 через хвостовик 2 на вихід ПВП. У міру занурення приладу зростаючий тиск середовища переміщає рухомий пристрій барокомпенсації всередину корпусу ПВП, прагнучи зрівняти тиск усередині корпусу ПВП і тиск зовні. Пузирчик газу, що залишився при заправці корпусу рідиною, не викликає ризик руйнування ПВП, оскільки втулка 5 під впливом наростаючого тиску, рухаючись без обмежень, стисне цей пузирчик до необхідного об'єму. Виконання барокомпенсатора рухомим щодо корпусу і чутливого елемента забезпечує вирівнювання тисків усередині і зовні корпусу створеного ПВП в широкому діапазоні зростаючих навантажень. Перетворювач простий в реалізації і забезпечує високі параметри якості інформації в наукових дослідженнях унаслідок надійності його роботи. Використані джерела: 1. Зонд гидролого-гидрохимический ИСТОК-7. Эксплуатационная документация. Чертежи (Рт 5.519.023 СБ - Электрод ИВ-023. Сборочный чертеж) и (Рт 5.519.025 СБ Электрод. Сборочный чертеж). 2. Смирнов Г.В. Океанология: Средства и методы океанологических исследований/ Г.В.Смирнов, В.Н.Еремеев, М.Д.Агеев, Г.К.Коротаев, В.С.Ястребов, С.В.Мо тыжев: Между нар. ассоц. акад. Наук; РАН; Нац. акад. наук Украины. - М.: Наука, 2005. - 795с. - прототип. 3. Сульфид-селективный электрод ХС—S-001. Паспорт и инструкция по эксплуатации. Научновнедренческая фирма «Аналитические системы» С. Петербург. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83574 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601