Датчик давления

Датчик давления
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в устройствах для измерений давления газовых сред с помощью гибкой диафрагмы.
Известен датчик давления, содержащий закрепленную по периферии натянутую плоскую мембрану, расположенную между деталями (фланцами) корпуса, стянутыми с помощью крепежных элементов (А.С. СССР № 549700, 1977, МКИ G 01 L 7/08). Один из фланцев корпуса, зажимающих мембрану, выполнен с кольцевыми выступами треугольного профиля, входящими с зазором в соответствующее им впадины другого фланца. При сближении профилированных участков деталей корпуса происходит пластическая деформация периферийной кольцевой поверхности мембраны, что приводит к возникновению локальных напряжений в местах перегиба и нестабильности упругих свойств натянутой мембраны.
Этот недостаток устраняет датчик давления, содержащий корпус, выполненный в виде двух деталей с центральным отверстием, стянутых с помощью крепежных элементов, и плоскую натянутую мембрану, установленную между деталями корпуса и закрепленную по периферии (А. с. СССР № 537272, 1976 г., МКИ G 01 L 7/08) - наиболее близкий аналог (проготип). Зажимные кольца этого датчика выполнены в виде тора, срезанного снаружи по конусу, а детали корпуса снабжены упорами. Во время стягивания деталей корпуса крепежными элементами точка контакта торовой поверхности зажимного кольца с мембраной перемещается по радиусу, вызывая за счет силы трения равномерное натяжение мембраны без ее пластической деформации, что обеспечивает стабильность упругих свойств натянутой мембраны. Стабильность натяжения мембраны обеспечивают упоры на корпусных деталях, которые ограничивают движение зажимных колец.
МПК 7 G 01 L 7/08
Недостатками конструкции этого датчика являются иеповторяемость степени натяжения мембраны от датчика к датчику из-за возможного проскальзывания мембраны между зажимными кольцами в начальный момент стягивания, обусловленного формой зажимных колец, а также трудоемкость изготовления зажимных колец сложной формы, и, следовательно, дороговизна датчика.
Задача полезной модели - обеспечение повторяемости характеристик датчика и снижение его стоимости.
Технический результат - устранение проскальзывания мембраны в начальный момент сборки датчика при сохранении стабильности натяжения мембраны, упрощение конструкции.
Этот результат достигается тем, что в датчике давления, содержащем корпус, выполненный в виде двух деталей с центральным отверстием и отверстиями под крепежные элемешы, и плоскую мембрану, расположенную между деталями корпуса и зажатую по периферии, авторы предлагают каждую деталь корпуса со стороны, обращенной к мембране, выполнить плоской с кольцевым выступом по периферии для зажима мембраны, отверстия под крепежные элементы вьшолнить как в корпусе, так и в мембране и разместить между кольцевым выступом и центральным отверстием корпуса для дополнительного защемления мембраны внутренними кромками деталей корпуса при сборке.
На чертеже изображен датчик дифференциального давления.
Датчик содержит плоскую мембрану 1, размещенную между двумя деталями 2 корпуса с центральным отверстием 3, в котором установлены преобразователи перемещения 4 (например, индз ктивные, емкостные и гф.). Детали 2 корпуса со стороны мембраны 1 имеют по периферии кольцевые выступы 5 (например, прямоугольного сечения) с внутренними кромками 6, образованными пересечением внутренней боковой поверхности выступа 5 с его основанием, а в центральной части - внутренние кромки 7, образованные
пересечением плоской поверхности детали 2 с ее внутренней боковой поверхностью. Между кольцевыми выступами 5 и центральным отверстием 3 корпуса расположены отверстия 8 под крепежные элементы (болты, винты, ппшльки и пр., на чертеже не показаны), которые проходят через детали 2 корпуса и мембрану 1. Для подключения к источнику перепада давления в деталях 2 корпуса выполнены пневмоканалы 9.
При воздействии осевого усилия во время стягивания деталей 2 корпуса при сборке за счет эксцентриситета прилагаемой к крепежным элементам силы и реакции опоры в месте внутренних кромок 6 выступов 5 происходит закусывание мембраны 1, исключающее ее проскальзывание, и затем ее равномерное упругое радиальное натяжение без пластической деформации, что обеспечивает стабильность упругих свойств мембраны. При этом происходит взаимное сближение кромок 7 деталей 2. Данный процесс продолжается до тех пор, пока под воздействием стягиваюпщх усилий мембрана 1 не оказывается защемленной внутренними кромками 7 деталей 2 корпуса, при этом точно фиксируется диаметр рабочей части мембраны 1 (внутри центрального отверстия 3 корпуса) и прекращается радиальное растяжение рабочей части плоской мембраны 1. Последующее увеличе1ше усилия стягивания деталей 2 корпуса датчика не увеличивает степень натяжения рабочей части мембраны 1, обеспечивая таким образом упругое натяжение рабочей части мембраны без ее пластической деформации. Степень натяжения мембраны 1 определяется высотой кольцевого выступа 5 и расстоянием от выступа 5 до кромки 7 детали 2 корпуса. Постоянство этих размеров легко соблюсти при изготовлении деталей 2 корпуса простой формы. Размеры деталей 2 датчика и места расположения отверстий 8 можно рассчитать известным образом с учетом характеристик материала и размеров корпуса и мембраны или определить экспериментально. После закрепления и натяжения мембраны 1 место ее контакта с кромками 7 герметизщ)уют, нагфимер, клеем или краской, в отверстия 3 устанавливают преобразователи перемещения
4, соединенные с измерительной схемой (не показана), подключают к источнику перепада давления пневмоканалы 9 датчика.
Работает датчик следующим образом. Измеряемое давление, подаваемое через пневмоканалы 9, воздействует на рабочую часть натянутой мембраны 1, вызывая ее отклонение от своего нейтрального положения. Это отклонение преобразовате1ш перемещения 4 преобразуют в электрический сигнал, по которому судят о величине перепада давления.
Стабильность упругих свойств мембраны и одинаковая степень ее натяжения, обеспеченные конструкцией датчика при его сборке, приводят к повторяемости характеристик датчика от образца к образцу.
Предлагаемый датчик давления прост в изготовлении (отсутствуют зажимные кольца сложной формы), а, следовательно, дешев по сравнению с прототипом. Исключение проскальзывания и возможность нормированного натяжения мембраны обеспечивают повторяемость характеристик датчиков при их изготовлении.