Устройство для создания пульсирующего давления
PULSED PRESSURE GENERATING DEVICE

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для градуировки, поверки и калибровки датчиков давления.
Известно устройство для создания пульсирующего давления, содержащее корпус, снабженный рабочей камерой пульсирующего давления и каналами отвода и подвода газа, и распределитель, имеющий возможность вращения и снабженный каналом для попеременного сообщения рабочей камеры с каналами подвода и отвода газа, корпус выполнен с глухой цилиндрической расточкой, в которой размещен распределитель, выполненный в виде цилиндрического стержня, а рабочая камера образована внутренней поверхностью цилиндрической расточки корпуса и торцами распределителя и расточки корпуса (SU №838478, G01L 27/00, 1981)
Недостатками устройства являются: его неэффективность из-за отсутствия возможности сброса давления перед подачей в канал последующих импульсов (пульсаций) давления при необходимости подсоединения калибруемого и образцового (эталонного) датчика давления; узкий динамический диапазон пульсаций из-за малого объема рабочей камеры пульсирующего давления по сравнению с объемом внутренних полостей канала отвода газа, калибруемого и образцового датчиков давления и арматуры, обеспечивающей подсоединение указанных датчиков к каналу отвода газа; невозможность создания пульсаций с отрицательным давлением (создание вакуума).
Известно устройство для создания пульсирующего давления, содержащее корпус, снабженный рабочей камерой пульсирующего давления и каналами отвода и подвода газа, и распределитель, выполненный в виде цилиндрического стержня, имеющий возможность вращения и снабженный каналом для поперечного сообщения рабочей камеры с каналом подвода и отвода газа, корпус дополнительно снабжен каналом для отсоса газа из газоотводящего канала, обеспечивающего создание отрицательных давлений в канале отвода газа и выточкой в распределителе, соединяющей при вращении канал для отсоса газа из газоотводящего канала и канал отвода газа (KZ №21238, G01L 27/00, 2009)
Недостатком устройства являются: неспособность устройства создать пульсирующее давление, обусловленная его конструктивной особенностью - каналы подвода, отвода, отсоса газа и выточка выполнены в одной плоскости; узкий динамический диапазон пульсаций из-за малого объема рабочей камеры пульсирующего давления по сравнению с суммарным объемом внутренних полостей канала отвода газа, калибруемого и образцового датчиков давления и арматуры, обеспечивающей подсоединение указанных датчиков к каналу отвода газа.
Техническим результатом изобретения является устройство, обеспечивающее создание широкого динамического диапазона пульсаций положительного и (или) отрицательного давления в газовой среде.
Требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве для создания пульсирующего давления, содержащем корпус, снабженный рабочей камерой пульсирующего давления и выполненный с каналами подвода, отвода, отсоса газа и глухой цилиндрической расточкой, в которую с возможностью вращения помещен цилиндрический распределитель, имеющий на наружной поверхности поперечную выточку, а в торце - соединительный канал в виде щелевидного скоса, служащий, при вращении распределителя, для попеременного сообщения канала подвода газа с камерой пульсирующего давления и последней с каналом отвода газа, канал отсоса газа в корпусе устройства и поперечная выточка на поверхности цилиндрического распределителя выполнены смещенными совместно соответственно вдоль корпуса устройства и цилиндрического распределителя от каналов подвода и отвода газа на одинаковое расстояние, исключающее сообщение поперечной выточки цилиндрического распределителя с каналами подвода и отвода газа при его вращении, а на поверхности глухой цилиндрической расточки корпуса устройства от канала отвода газа в направлении поперечной выточки выполнена продольная выточка, соединяющая канал отвода газа и поперечную выточку цилиндрического распределителя при его вращении.
Кроме того, создание широкого динамического диапазона пульсаций положительного и (или) отрицательного давления в газовой среде может быть достигнуто тем, что рабочая камера пульсирующего давления образована глухой расточкой торца цилиндрического распределителя и поверхностью глухой цилиндрической расточки корпуса, прилегающей к торцу распределителя, а соединительный канал выполнен в стенке рабочей камеры на уровне каналов подвода и отвода газа.
На фиг. 1 - фиг. 3 изображены, соответственно, продольный и поперечные разрезы устройства для создания пульсирующего давления, когда распределитель находится в положении подачи газа высокого давления в рабочую камеру пульсирующего давления и выпуска или отсоса газа из газоотводящего канала; на фиг. 4 - фиг. 11 приведены поперечные разрезы устройства (фиг. 1), когда распределитель последовательно находится в различных положениях 0°, 90°, 270°, 360° (0°) в пределах одного оборота при вращении в направлении часовой стрелки в корпусе устройства; на фиг. 12 - фиг. 14 изображены, соответственно, продольный и поперечные разрезы устройства с рабочей камерой пульсирующего давления, образованной расточкой торца распределителя и поверхностью расточки корпуса, прилегающей к торцу распределителя, когда распределитель находится в положении подачи газа высокого давления в рабочую камеру и выпуска или отсоса газа из газоотводящего канала; на фиг. 15 - фиг. 22 приведены поперечные разрезы устройства (фиг. 12), когда распределитель последовательно находится в различных положениях 0°, 90°, 270°, 360° (0°) в пределах одного оборота при вращении в направлении часовой стрелки в корпусе устройства
Устройство для создания пульсирующего давления содержит корпус 1, снабженный рабочей камерой пульсирующего давления 2, а также выполненный с глухой цилиндрической расточкой 3 и каналами подвода 4 газа, отвода 5 и отсоса 6 газа.
В глухую цилиндрическую расточку 3 с возможностью вращения установлен цилиндрический распределитель 7, имеющий на торце соединительный канал 8 в виде щелевидного скоса, служащий, при вращении распределителя 7, для попеременного сообщения канала подвода газа 4 с камерой 2 пульсирующего давления и камеры 2 с каналом отвода газа 5.
На наружной поверхности цилиндрического распределителя 7 выполнена поперечная выточка 9.
Канал отсоса газа 6 в корпусе 1 и поперечная выточка 9 на поверхности цилиндрического распределителя 7 выполнены смещенными соответственно вдоль корпуса 1 и цилиндрического распределителя 7 от каналов подвода 4 и отвода 5 газа на одинаковое расстояние 10, достаточное для исключения сообщения, при вращении цилиндрического распределителя 7, поперечной выточки 9 с каналом подвода 4 и каналом отвода 5 газа.
На поверхности цилиндрической расточки 3 от канала 5 в направлении поперечной выточки 9 выполнена продольная выточка 11 длинной, достаточной для сообщения канала отвода газа 5 с поперечной выточкой 9 при вращении цилиндрического распределителя 7.
Рабочая камера пульсирующего давления 2 может быть образована глухой расточкой 12 торца цилиндрического распределителя 7 и поверхностью 13 глухой цилиндрической расточки 3 корпуса 1, прилегающей к торцу цилиндрического распределителя 7, а соединительный канал 8, в этом случае, должен быть выполнен в стенке 14 рабочей камеры 2 на уровне каналов подвода 4 и отвода 5 газа.
Работает устройство для создания пульсирующего давления (Фиг. 1) следующим образом.
Для формирования импульсов высокого давления к каналу подвода 4 газа подключают источник высокого давления, к каналу отвода газа 5 подключают калибруемый датчик давления и образцовый (эталонный) датчик давления (на фигурах не показаны), канал отсоса газа 6 оставляют свободным.
В начальном положении распределителя 0° (Фиг. 2 и Фиг. 3, то же самое Фиг. 4 и Фиг. 5) через канал подвода газа 4 и соединительный канал 8 в рабочую камеру пульсирующего давления 2 подается газ высокого давления, из канала отвода газа 5 через продольную выточку 11 и поперечную выточку 9 выпускается газ в канал отсоса газа 6.
K
K
K
При повороте цилиндрического распределителя 7 по часовой стрелке на 90° (Фиг. 6 и Фиг. 7) канал подвода газа 4, канал отвода газа 5 и продольная выточка 11 перекрыты поверхностью корпуса цилиндрического распределителя 7, соединительный канал 8 перекрыт поверхностью глухой цилиндрической расточки 3, соединительный канал 6 и поперечная выточка 9 изолированы от других каналов, в рабочей камере пульсирующего давления 2 находится газ под высоким давлением и имеет параметры: P - давление, V - суммарный объем камеры 2 и канала 8, T - температура.
При повороте цилиндрического распределителя 7 по часовой стрелке на 180° (Фиг. 8 и Фиг. 9) канал подвода газа 4, канал отсоса газа 6, поперечная выточка 9 и продольная выточка 11 перекрыты поверхностью корпуса цилиндрического распределителя 7, соединительный канал 8 сообщается с каналом отвода газа 5 и газ высокого давления из камеры пульсирующего давления 2 перетекает в канал отвода газа 5. Таким образом, в канале отвода газа 5 создается фронт импульса высокого давления газа.
5
5
5
При повороте цилиндрического распределителя 7 по часовой стрелке на 270° (Фиг. 10 и Фиг. 11) каналы подвода 4 и отсоса 6 газа перекрыты поверхностью корпуса цилиндрического распределителя 7, канал отвода газа 5, выточки поперечная 9 и продольная 11 сообщаются и перекрыты поверхностью корпуса цилиндрического распределителя 7, соединительный канал 8 перекрыт поверхностью цилиндрической расточки 3. В канале отсоса газа 5 сохраняется высокое давление. Газ в канале 5 имеет параметры: Р - давление, V - суммарный объемом внутренних полостей канала 5 отвода газа, калибруемого датчика давления и соединительной арматуры и T - температура.
K
5
5
При равенстве температур T и Т величина давления Р согласно закону Бойля-Мариота определяется выражением
Из выражения (1) следует, что чем больше объем камеры пульсирующего давления 2, тем более широкий динамический диапазон пульсаций может обеспечить устройство для создания пульсирующего давления.
При повороте цилиндрического распределителя 7 по часовой стрелке на 360°, что соответствует начальному положению 0° (Фиг. 4 и Фиг. 5), через канал подвода газа 4 и соединительный канал 8 в камеру пульсирующего давления 2 подается газ высокого давления, из канала отвода газа 5 через выточки продольную 11 и поперечную 9 выпускается газ в канал отсоса газа 6, тем самым в канале отвода газа 5 создается спад (срез) импульса высокого давления газа.
Таким образом, за один оборот цилиндрического распределителя 7 устройство (Фиг. 1) формирует один импульс высокого давления газа.
4
Импульсы высокого давления газа, формируемые устройством (Фиг. 1), имеют параметры: амплитуду, величина которой равна Р согласно выражению (1); длительность, величина которой равна половине длительности одного оборота распределителя 7; период следования, величина которого равна длительности одного оборота распределителя 7.
Для формирования импульсов отрицательного (ниже атмосферного) давления к каналу подвода газа 4 подключают источник высокого давления газа, к каналу отвода газа 5 подключают калибруемый датчик давления и образцовый (эталонный) датчик давления, к каналу отсоса газа 6 подключают устройство отсоса газа.
При положении 0° (Фиг. 4 и Фиг. 5) цилиндрического распределителя 7 из канала отвода газа 5 через выточки продольную 11 и поперечную 9 отсасывается газ в канал 6, тем самым формируется фронт импульсов отрицательного давления.
Из канала подвода газа 4 через соединительный канал 8 в камеру пульсирующего давления 2 поступает газ высокого давления, величина которого подбирается, исходя из выражения (1), с таким расчетом, чтобы в промежутках между импульсами отрицательного давления величина давление в канале отвода газа 5 соответствовала атмосферному.
При положении 180° (Фиг. 8 и Фиг. 9) цилиндрического распределителя 7 из камеры пульсирующего давления 2 через соединительный канал 8 в канал отвода газа 5 поступает газ высокого давления, тем самым формируется спад (срез) импульсов отрицательного давления.
Таким образом, за один оборот цилиндрического распределителя 7 устройство (Фиг. 1) формирует один импульс отрицательного давления газа.
Амплитуда импульсов отрицательного давления газа определяется мощностью устройство отсоса газа, которое за время сообщения каналов отвода 5 и отсоса 6 газа должно отсосать газ из канала 5 до требуемого значения отрицательного давления.
Длительность импульсов отрицательного давления газа равна половине длительности одного оборота цилиндрического распределителя 7. Период следования импульсов отрицательного давления газа равен длительности одного оборота распределителя 7.
Для формирования последовательности импульсов положительного (выше атмосферного) и отрицательного (ниже атмосферного) давления к каналу подвода газа 4 подключают источник высокого давления, к каналу отвода газа 5 подключают калибруемый датчик давления и образцовый (эталонный) датчик давления, к каналу отсоса газа 6 подключают устройство отсоса газа.
При положении 0° (Фиг. 4 и Фиг. 5) цилиндрического распределителя 7 из канала отсоса газа 5 через выточки продольную 11 и поперечную 9 отсасывается газ в канал 6, тем самым формируется спад (срез) импульсов высокого давления и фронт импульсов отрицательного давления. Из канала подвода газа 4 через соединительный канал 8 в камеру 2 поступает газ высокого давления.
При положении 180° (Фиг. 8 и Фиг. 9) цилиндрического распределителя 7 из камеры пульсирующего давления 2 через соединительный канал 8 в канал отвода газа 5 поступает газ высокого давления, тем самым формируется спад (срез) импульсов отрицательного давления и фронт импульсов высокого давления.
Таким образом, за один оборот распределителя 7 устройство (Фиг. 1) формирует один импульс отрицательного давления газа и один импульс высокого давления.
Работа устройства для создания пульсирующего давления, конструкция которого приведена на фиг. 12, аналогична работе устройства, конструкция которого приведена на фиг. 1.
Использование предлагаемого устройства обеспечит создание широкого динамического диапазона пульсаций положительного и (или) отрицательного давления в газовой среде при градуировке, поверке и калибровке датчиков давления.