АВТОНОМНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР ПРЕВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Полезная модель, работающая на основе электрохимической реакции между электродами, относится к электротехнике и может быть использована для контроля превышения давления жидкости или газа в гидро- и пневмосистемах
Известно реле контроля давления рабочей среды, в качестве которой может быть жидкость или газ, содержащее корпус, к которому присоединены мембрана и штуцер для подачи контролируемой рабочей среды, а внутри корпуса, заполненным рабочей жидкостью расположен упругий чувствительный элемент - сильфон со штоком, соединенным с контактным механизмом, снабженным пружиной, регулировочными винтом и втулкой. При понижении давления происходит коммутация (размыкание или замыкание) электрической цепи сигнализации (патент РФ №2097722, кл., G01L 19/12, Н01Н 35/34, 1997). Недостатком данного аналога является сложность конструкции и потребность во внешнем источнике питания.
Из известных сигнализаторов давления рабочей среды (газа или жидкости) наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является сигнализатор давления рабочей среды, содержащий корпус, разделенный эластичной мембраной из изоляционного материала на две камеры: первую камеру со штуцером для приема рабочей среды, давление которой контролируется, и ограничителем прогиба мембраны вниз с отверстиями, вторую камеру с датчиком превышения давления рабочей жидкости, пружиной сжатия, толкателем и неподвижным упором, регулировочным узлом. При отсутствии давления сигнализатор передает электрический сигнал за счет того, что образуется электрическая цепь, проходящая через корпус, неподвижный электрический контакт, закрепленный на корпусе, подпружиненный подвижный контакт, установленный на толкателе, пружина, неподвижный упор. При повышении давления мембрана, сжимая пружину, перемещает толкатель в сторону неподвижного упора и размыкает электрическую цепь между подвижным и неподвижным контактами и сигнализатор перестает подавать сигнал (патент РФ №2075897, кл., G01L 19/12, 1994).
Недостатком этого сигнализатора является сложность конструкции за счет потребности электропитания от внешнего источника.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции за счет исключения электропитания от внешнего источника.
Указанный технический результат достигается тем, что автономный электрохимический сигнализатор превышения давления (АЭСПД) рабочей среды (жидкости или газа) содержит корпус, разделенный эластичной мембраной из изоляционного материала на две камеры: первую камеру со штуцером для приема рабочей среды, давление которой контролируется, и ограничителем прогиба мембраны вниз с отверстиями, вторую камеру с датчиком превышения давления рабочей жидкости, пружиной сжатия, толкателем и неподвижным упором, регулировочным узлом, при этом, в качестве датчика превышения давления взят газодиффузионный воздушный электрод, герметично установленный в днище воздушной камеры из изоляционного материала, установленной в верхней части второй камеры корпуса, которая выполнена из металла с потенциалом, отличающимся от потенциала воздушного электрода, а внутренняя полость камеры частично заполнена рабочей жидкостью.
Использование АЭСПД позволяет упростить конструкцию сигнализатора за счет исключения внешнего источника электропитания.
Целесообразно, чтобы первая и вторая камеры были электрически изолированы друг от друга. Это расширяет возможный выбор материалов первой камеры, в качестве которых может быть выбран как металл, так и полимер.
Целесообразно, чтобы толкатель, расположенный над мембраной, был выполнен в виде цилиндрического стакана в дне которого, примыкающим к мембране, выполнены отверстия. Такое выполнение толкателя обеспечивает центрирование пружины и перетекание рабочей жидкости.
Целесообразно, чтобы толкатель, расположенный над мембраной, был выполнен в виде части сферы выпуклой вверх. Такое выполнение толкателя предотвращает излишнюю деформацию мембраны.
Целесообразно, чтобы воздушный электрод имел выпуклую вниз или плоскую и наклоненную относительно плоскости мембраны, форму. Такая форма электрода предотвращает скапливание на поверхности электрода пузырей, которые блокируют поверхность электрода и влияют на его работоспособность.
Целесообразно, чтобы в качестве рабочей жидкости взят электролит, например, водный раствор поваренной соли с концентрацией 2÷10 мас.%. Использование недорогого солевого электролита обеспечивает протекание электрохимической реакции. Нижний предел содержания соли в водном растворе - 2% гарантированно обеспечивает работоспособность сигнализатора, а превышение верхнего предела свыше 10% приведет к бесполезному расходу соли.
Целесообразно, чтобы толкатель и неподвижный упор были выполнены из металла, из которого изготовлена вторая камера. Это исключает образования гальванической пары между металлом камеры и металлом упора и толкателя, наличие который влияет на работоспособность сигнализатора.
Целесообразно, чтобы неподвижный упор был выполнен в виде цилиндрического стакана с фланцем в верхней части, а в дне стакана были выполнены отверстия. Такое выполнение упора обеспечивает центрирование пружины и перетекание рабочей жидкости.
Целесообразно, чтобы регулировочный узел был выполнен в виде резьбового соединения между упором и стенкой второй камеры. Это позволяет производить регулировку усилия сжатия пружины и величину превышения давления.
Целесообразно, чтобы к верхним частям воздушной камеры и второй камеры были присоединены патрубки, которые закрыты защитным колпаком. Это предотвращает образование воздушных пробок или разряжения воздуха во второй камере при изменении уровня электролита, а также защищает вторую камеру от загрязнения.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами и описанием ее конструкции.
Фиг 1. - Устройство сигнализатора с заправленным электролитом;
Фиг.2 - Сигнализатор находится под давлением измеряемой среды, превышающем заданное значение.
Сигнализатор 1 состоит из вертикально установленного корпуса 2, выполненного из металла с потенциалом, отличающимся от потенциала воздушного электрода, например, из нержавеющей стали, который является анодом сигнализатора, а его внутренняя электролитная полость 3 является анодной. К корпусу 2 герметично присоединена приемная камера 4 со штуцером 5. Между корпусом 2 и приемной камерой 4 помещена эластичная мембрана 6, под которой размещен плоский ограничитель 7 с отверстиями в средней части, выполненный из металла. из которого изготовлен корпус (вариант: из полимерного материала), Над мембраной помещен толкатель 8, содержащий отверстия, выполненный из металла, из которого изготовлен корпус, имеющий чашечную форму. Вариант: толкатель выполнен в виде части сферы выпуклой вверх (на чертеже не показано). В верхней части корпуса 2 резьбовым соединением закреплен неподвижный упор 9, содержащий отверстия, выполненный из металла, из которого изготовлен корпус. Вариант: неподвижный упор может быть дополнительно зафиксирован контргайкой (на чертеже не показана). Между толкателем и неподвижным упором размещена пружина сжатия 10, выполненная, например, из металла, из которого изготовлены корпус, толкатель и неподвижный упор. Вариант: пружина может быть изготовлена из другого металла с введением в толкатель и неподвижный упор прокладок из изоляционного материала со стороны концов пружины. В верхнюю часть корпуса 2 помещена камера 11 из изоляционного материала с герметичной плоскостью стыка с фланцем 12 неподвижного упора 9. В дно 13 камеры из изоляционного материала 11 герметично вмонтирован катод - выпуклый газодиффузионный воздушный электрод 14 (вариант - наклоненный плоский электрод). Внутренний объем камеры 11 из изоляционного материала образует воздушную полость 15, необходимую для работы катода. К камере 11 присоединен патрубок 16-а. Электролитная анодная полость 3 корпуса 2 сообщается с другим патрубком 16. Оба патрубка закрыты защитным колпаком 17, присоединенным к фланцу 12 неподвижного упора 9 через фланец 18 камеры 11. Провод - токовывод 19 воздушного электрода 14 герметично выведен через камеру 11 из изоляционного материала во внутрь защитного колпака 17, из которого выведен из сигнализатора через прорезь 20 колпака. Колпак электрически изолирован от металлического корпуса 2 Провод - токовывод 21 металлического корпуса 2 присоединен к наружной стороне этого корпуса неразъемным соединением. Солевой электролит 22, которым является 2-10% водный раствор поваренной соли, размещается в электролитной анодной полости 3 корпуса 2 над мембраной 6. Сигнализатор может быть снабжен устройством для дозирования и заправки электролитом (на чертеже не показано).
Сигнализатор работает следующим образом: первоначально в сигнализатор заливается электролит 22 до уровня 23. При работе сигнализатора рабочая среда (жидкость или газ) 24, превышение давления которых фиксируется сигнализатором, через штуцер 5 поступает в приемную камеру 4, проникает через отверстия ограничителя 7 и вступает в контакт с мембраной 6. При превышении заданного давления измеряемой среды, оно выгибает мембрану наверх и поднимает толкатель 8, преодолевая сопротивление пружины 10. Электролит продавливается через отверстия толкателя 8 и неподвижного упора 9 и поднимается до уровня 25. Электролит омывает поверхность воздушного электрода 14, и сигнализатор вырабатывает электродвижущую силу (ЭДС), являющейся сигналом о превышении давления в контролируемой рабочей среде.
При падении давления измеряемой рабочей среды на мембрану, усилие пружины воздействует на мембрану, которая выпрямляется и ложится на ограничитель, расположенный под ней. Электролит, уровень которого опускается, перестает омывать воздушный электрод, электрохимическая реакция прекращается и сигнализатор перестает вырабатывать ЭДС, что является сигналом о прекращении превышения давления.
Сигнализатор, генерируемый электрический импульс за счет активации соленой водой, отличается простотой конструкции и высокой надежностью, поскольку он работает при попадании простейшего электролита - соленой воды на электроды без использования каких-либо внешних вспомогательных систем, а при отсутствии электролита на одном из электродов перестает работать. Сигнализатор электробезопасен для практической эксплуатации: он не требует электропитания от внешнего источника; напряжение передаваемого сигнализатором электрического сигнала не превышает 1,5 В, а ток составляет микроамперы.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный автономный электрохимический сигнализатор аварийного падения давления жидкости или газа может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию «промышленная применимость».