ДАТЧИК ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
DIFFERENTIAL PRESSURE SENSOR

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к датчикам дифференциального давления.
Известны датчики дифференциального давления, например типа ДМЭ-16 [1]. Основными измерительными узлами известных датчиков являются:
- первичный преобразователь (ПП), имеющий в своем составе измерительный блок и индуктивный преобразователь (ИП);
- электронный преобразователь.
Измерительный блок состоит из двух чувствительных элементов (ЧЭ) - измерительного и компенсационного, непосредственно воспринимающих давление контролируемых сред и преобразующих его в перемещение плунжера. ИП осуществляет преобразование перемещения плунжера в напряжение переменного тока. Электронный преобразователь преобразует напряжения переменного тока в унифицированный выходной сигнал.
На фигуре 1 изображена конструктивная схема ПП известного датчика дифференциального давления [1].
Каждый ЧЭ представляет из себя мембранную коробку, состоящую из двух сваренных между собой мембран. Последовательно расположенные и связанные между собой измерительный 1 и компенсационный 2 ЧЭ находятся в минусовой и плюсовой полости датчика. Внутренние полости мембранных коробок объединены и заполнены передающей жидкостью 3.
ИП состоит из индуктивного трансформатора 4 и плунжера 5, жестко связанного осью 6 с измерительным блоком. Плунжер перемещается внутри разделительной трубки 7, приваренной к корпусу датчика соосно с измерительным блоком.
1
2
Известный датчик работает следующим образом. Под воздействием давлений контролируемых сред P и P происходит деформация ЧЭ 1 и 2 и перемещение связанного с ними плунжера 5. Перемещение плунжера 5 вызывает изменение взаимоиндуктивности обмоток трансформатора 4, в результате чего во вторичных обмотках появляется переменное напряжение, пропорциональное перемещению плунжера 5.
Перемещение плунжера λ, зависящее от деформации ЧЭ 1 и 2, в общем виде выражается формулой:
i
где ΣF - сумма сил, воздействующих на ЧЭ 1 и 2;
ΣCi - суммарная жесткость ЧЭ 1 и 2.
При воздействии ударных нагрузок на подвижные части (жесткие центры) ЧЭ 1 и 2 перемещение плунжера 5 имеет вид:
g
где λ - перемещение плунжера 5 от воздействия ударной нагрузки;
и
к
F и F - импульсы силы от воздействия на подвижные жесткие центры измерительного 1 и компенсационного 2 ЧЭ соответственно;
ж
F - импульс силы от подвижки массы передающей жидкости 3;
1
2
C и C - жесткость измерительного 1 и компенсационного 2 ЧЭ соответственно.
и
к
ж
Импульсы силы F, F, F вычисляются по формулам:
и
к
где М и М - массы подвижных жестких центров измерительного 1 и компенсационного 2 ЧЭ;
ж
М - масса передающей жидкости 3;
g - ускорение свободного падения.
g
Перемещение λ может быть сравнимо или превышать перемещение от рабочего давления контролируемых сред, что приводит к резкому увеличению выходного сигнала и выходу его за пределы измерения.
Недостатком известных датчиков дифференциального давления является:
- нахождение плунжера 5 непосредственно в контролируемой среде, что приводит к возможности засорения зазора между плунжером 5 и разделительной трубкой 7 примесями, находящимися в контролируемой среде. Наличие примесей препятствует свободному ходу плунжера;
- неустойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.
Датчик дифференциального давления, выполненный по предлагаемому изобретению, позволяет применять его в специальных условиях с ударными и длительными вибрационными нагрузками, а также контролировать более широкий диапазон сред. Для обеспечения этой возможности в конструкцию ПП датчика дополнительно введен специальный канал, позволяющий перенаправить гидравлические воздействия от импульсов сил, полученных от подвижных элементов системы измерения.
На фигуре 2 изображена конструктивная схема ПП датчика дифференциального давления, выполненного по предлагаемому изобретению.
Датчик имеет два ЧЭ, измерительный 1 и компенсационный 2, которые соосно расположены в минусовой и плюсовой полости датчика. Каждый ЧЭ является мембраной коробкой, состоящей из двух сваренных между собой мембран. ИП состоит из индуктивного трансформатора 4 и плунжера 5, жестко связанного осью 6 с измерительным ЧЭ 1. Плунжер 5 перемещается внутри разделительной трубки 7, приваренной к корпусу датчика соосно с ЧЭ 1 и 2. Дополнительно введенный канал 8 объединяет внутренние полости ЧЭ 1, 2 и внутреннюю полость разделительной трубки 7 в герметичную рабочую полость, которая заполняется передающей жидкостью 3.
g
Введение обратной гидравлической связи, обеспеченное дополнительным каналом, изменяет соотношение сил, воздействующих на ЧЭ 1 и 2 при ударных нагрузках. При этом перемещение плунжера 5 от воздействия ударной нагрузки λ может быть полностью скомпенсировано (для ударных нагрузок до 1000 g):
Положительный технический результат от применения предлагаемого изобретения состоит в возможности использования датчика дифференциального давления в специальных условиях с ударными и длительными вибрационными нагрузками. Плунжер датчика находится в передающей жидкости и изолирован от влияния контролируемых сред, в том числе агрессивных и кристаллизующихся.
Источники информации
1. Дифманометр мембранный электрический ДМЭ-16. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 08902051 ТО. Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления, 1975 г.