Сильфонний датчик тиску

Реферат: Сильфонний датчик тиску містить виконавчий сильфон з нерухомим фланцем і рухомим фланцем, з'єднаним через зубчасту рейку і зубчасте колесо з потенціометричним перетворювачем переміщення рейки в електричний сигнал, і джерело тиску робочої рідини (газу). В ньому додатково установлений циліндричний корпус з нижнім і верхнім торцевими фланцями, усередині якого розміщений основний сильфон одним торцем зв'язаний з нижнім, а протилежним торцем з першим рухомим фланцями, між якими установлений другий рухомий фланець і виконавчий сильфон з третім рухомим фланцем і протилежно розміщеним фланцем, жорстко з'єднаним з верхнім нерухомим фланцем корпуса. А третій рухомий фланець через шток взаємодіє з установленою між ним і верхнім фланцем, пружиною, і зв'язаний через зубчасту рейку і зубчасте колесо з потенціометричним перетворювачем. При цьому із джерелом тиску робочої рідини (газу) порожнина основного сильфона між нижнім і другим рухомим фланцями сполучена через дросель, порожнина між першим і другим рухомими фланцями через сильфонні гідропневмолінії - безпосередньо, а порожнина виконавчого сильфона через отвори його фланця і верхнього фланця корпуса - з атмосферою. UA 118891 U (54) СИЛЬФОННИЙ ДАТЧИК ТИСКУ UA 118891 U UA 118891 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Датчик належить до засобів гідропневмоавтоматики і може бути використаний для вимірювання тиску рідни або газу в системах водо- і газопостачання, опалення та в інших випадках візуального контролю за параметрами стану також в енергетичних машинах, агрегатах і обладнанні технологічних процесів різних галузей народного господарства. Відомий, найбільш близький за суттю і технічною реалізацією сильфонний датчик містить сильфон з нерухомим фланцем і рухомим, який через зубчасту рейку і зубчасте колесо зв'язаний з рухомою частиною потенціометричного перетворювача тиску рідини в електричний сигнал (див. кн. Колесов Л.В. Основы автоматики. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Колос, 1984. С. 65-66, рис.23,б). Однак недоліками відомого датчика є низька чутливість і точність, спричинені значними запізненнями формування вихідних сигналів через інертність, нестабільність опору і наявність гістерезису матеріалу стінок сильфона, що обмежує область його застосування. Отже, відомий сильфонний датчик має низьку ефективність при використанні і обмежену область застосування. Тому в основу корисної моделі поставлено задачу підвищити ефективність використання і розширити область застосування датчика. Для вирішення поставленої задачі пропонується його удосконалення, суттєвими ознаками якого є те, що за вхідним тиском рідини (газу) послідовно формується два незалежних сигнали, з яких перший з них пропорційний відхиленню тиску рідини (газу), а другий - пропорційний швидкості його відхилення, які далі гідравлічно (пневматично) підсумовуються і результативний сигнал у вигляді переміщення рухомої частини потенціометра перетворюючого тиск рідини (газу) в електричний сигнал. Для реалізації цього у відомому датчику додатково установлені корпус з нижнім і верхнім торцевими фланцями. Усередині корпуса між фланцями розміщений основний сильфон, одним торцем зв'язаний з нижнім, а протилежним торцем з першим рухомим фланцем, між якими установлений другий рухомий фланець і виконавчий сильфон з третім рухомим фланцем і протилежно розміщеним фланцем, жорстко з'єднаним з верхнім нерухомим фланцем корпусу. При цьому третій рухомий фланець через шток взаємодіє з установленою між ним і верхнім фланцем, пружиною, і зв'язаний через зубчасту рейку і зубчасте колесо з потенціометричним перетворювачем, із джерелом тиску робочої рідини (газу) перша порожнина основного сильфона між нерухомим нижнім і другим рухомим фланцями сполучена через дросель, друга порожнина між першим і другим рухомими фланцями через дві сильфонні гідропневмолінії безпосередньо, а порожнина виконавчого сильфона через отвори в його фланці і верхнього фланця корпусу - з атмосферою. При такому технічному рішенні за рахунок підвищення чутливості, зменшення запізнення підвищиться швидкодія вихідного сигналу і усунення пружиною гістерезису матеріалу стінок сильфонів підвищить точність функціонування датчика. Крім цього жорсткий зв'язок першого рухомого фланця із другим однакової з ним площею, в перехідних процесах буде змінювати об'єм, і відповідно тиск, робочої рідини (газу) на більшу величину, підвищуючи складову вихідного сигналу пропорційну швидкості змінювання вхідного тиску. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд запропонованого сильфонного датчика тиску. Сильфонний датчик містить циліндричний корпус 1 з нижнім 2 і верхнім 3 торцевими нерухомими фланцями. Усередині корпусу установлений основний сильфон 4, одним торцем з'єднаний з нижнім 2, а протилежним торцем - з першим рухомим фланцем 5, між якими розміщені, зв'язаний з ним тягами 6,7, другий рухомий фланець 8 і виконавчий сильфон 9 з третім рухомим фланцем 10 і протилежно розміщеним фланцем 11, який жорстко зв'язаний з верхнім нерухомим фланцем 3 корпуса. Шток 12, з'єднаний одним кінцем з фланцем 10, взаємодіє з відновлювальною пружиною 13, установленою між ним і верхнім фланцем 3, а протилежним кінцем - через зубчасту рейку 14 і зубчасте колесо 15, що приводить в рух вказівну стрілку 16 відносно вимірювальної шкали 17 з одночасним вмиканням потенціометричного перетворювача 18 переміщення рейки, під дією змінного тиску робочої рідини (газу) "pвх" в електричний сигнал - напругу "uвих". Для повернення у вихідне положення рейки 14 із зв'язаних з нею рухомих деталей датчика, а також зменшення впливу механічного гістерезису матеріалу стінок сильфонів використана відновлювальна пружина 13. Від джерела тиску (на схемі не показано) робоча рідина (газ) надходить в першу порожнину між нижнім нерухомим 2 і другим рухомим 8 фланцями через дросель 19, в другу порожнину між першим 5 і другим 8 рухомими фланцями через сильфонні гідропневмолінії 20,21 1 UA 118891 U 5 10 15 20 25 30 35 безпосередньо, а порожнина виконавчого сильфона 9 через отвори у фланці 11 і верхньому фланці 3 - з атмосферою. Працює запропонований сильфонний датчик тиску наступним чином. При різкому підвищенні вимірювального тиску "рвх" через наявність дроселя 19 тиск робочої рідини (газу) в першій порожнині буде наростати повільніше, ніж у другій порожнині, внаслідок чого фланець 8 буде переміщатися донизу і за собою переміщати фланець 5 основного сильфона 4, зменшуючи об'єм другої порожнини, а отже, створюючи в ній додатковий приріст тиску. Фланець 10 сильфона 9, зв'язаний через шток 12 із зубчастою рейкою 14 вихідного сигналу, при цьому одержить додаткове переміщення догори. В результаті відбувається додавання двох переміщень, тобто вихідний сигнал датчика буде складатися із першого переміщення, викликаного змінюванням вхідного сигналу (підвищення тиску в другій порожнині) і другого переміщення, викликаного швидкістю (першою похідною) змінювання вхідного сигналу (переміщення фланця 5) і додаткового підвищення через те тиску в другій порожнині. У випадку різкого пониження вхідного сигналу описаний датчик працює аналогічно з тією лише різницею, що вихідні переміщення його рухомих деталей будуть направлені в протилежний бік. В цих випадках запропонований датчик має підсилювально-диференціюючі функціональні властивості і являється пропорційно-диференціюючою (ПД) динамічною ланкою систем гідропневмоавтоматики. У випадку повільного змінювання вхідного тиску робочої рідини (газу) перепад тиску в першій і другій порожнинах буде практично відсутній, а рухомі фланці 5,8,10 переміщатимуться з однаковою швидкістю. В результаті вихідна рейка 14 переміститься і передасть вихідний сигнал на вказівну стрілку 16 та потенціометричний перетворювач 18, реалізуючи тільки підсилювальні функціональні властивості датчика. Використання запропонованого сильфонного датчика тиску, у порівнянні з уже відомим, дасть можливість: - за рахунок формування в перехідних процесах складової вихідного сигналу, пропорційної швидкості змінювання вхідного тиску робочої рідини (газу), розширити функціональні властивості датчика з перетворенням його із пропорційної на пропорційно-диференціюючу динамічну ланку систем гідропневмоавтоматики; - покращити динамічні показники перехідних процесів і точність функціонування датчика, а також систем автоматики, завдяки підвищенню швидкості вихідних сигналів і зменшення запізнення в показах стрілки на вимірювальній шкалі і при вмиканні потенціометричного перетворювача переміщення рейки в електричний сигнал; - розширити область застосування в системах автоматичного підтримання заданого тиску працюючих в умовах перемінних вхідних сигналів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Сильфонний датчик тиску, що містить виконавчий сильфон з нерухомим фланцем і рухомим фланцем, з'єднаним через зубчасту рейку і зубчасте колесо з потенціометричним перетворювачем переміщення рейки в електричний сигнал, і джерело тиску робочої рідини (газу), який відрізняється тим, що в ньому додатково установлений циліндричний корпус з нижнім і верхнім торцевими фланцями, усередині якого розміщений основний сильфон одним торцем зв'язаний з нижнім, а протилежним торцем з першим рухомим фланцями, між якими установлений другий рухомий фланець і виконавчий сильфон з третім рухомим фланцем і протилежно розміщеним фланцем, жорстко з'єднаним з верхнім нерухомим фланцем корпуса, а третій рухомий фланець через шток взаємодіє з установленою між ним і верхнім фланцем, пружиною, і зв'язаний через зубчасту рейку і зубчасте колесо з потенціометричним перетворювачем, причому із джерелом тиску робочої рідини (газу) порожнина основного сильфона між нижнім і другим рухомим фланцями сполучена через дросель, порожнина між першим і другим рухомими фланцями через сильфонні гідропневмолінії - безпосередньо, а порожнина виконавчого сильфона через отвори його фланця і верхнього фланця корпуса - з атмосферою. 2 UA 118891 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3