ДАТЧИК-РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к устройствам, преобразующим перемещение чувствительных элементов под воздействием газа или жидкости в электрические сигналы.
Известно устройство ["Манометры", М.: Издательство МЭИ, 2003 г., Мулев Ю.В, стр.83, 84] для измерения давления, содержащее чувствительный элемент прибора в виде гофрированной мембраны, воспринимающей измеряемое давление, и которая при перегрузочных давлениях измеряемой среды ложится на внутренний профиль присоединительного фланца, повторяющий профиль мембраны и обеспечивающий сохранение его формы от разрушения.
Простые упоры устройств имеют вид плоской поверхности. Более сложные упоры имеют вид гофрированной поверхности и выполняются механической обработкой корпуса устройства по конфигурации, аналогичной профилю гофрированной мембраны, или заливкой на корпус под технологическое устройство, имеющее профиль мембраны, находящейся под воздействием давления измеряемой среды, легкоплавкого материала, который после отвердения сохраняет профиль мембраны под давлением.
Недостатком известного устройства является то, что в первом случае нет абсолютной идентичности профиля упора из-под инструмента профилю рабочей мембраны, а во втором случае гофрированный упор, полученный литьем из материала с низким пределом прочности, имеет низкую износостойкость, соответственно, уменьшая срок службы устройства. Кроме того, выполнение профилированных упоров такими способами связано со значительными трудозатратами, расходом средств, инструмента, материалов, использованием дорогостоящего оборудования.
В качестве прототипа выбрано известное устройство измерительный преобразователь типа "Сапфир-22ДД", ["Промышленные приборы и средства автоматизации", издательство "Машиностроение", 1987 г. (стр.113)], содержащее. Известное устройство содержит электронный блок и измерительный блок с основанием, к которому по наружному контуру приварены чувствительные элементы в виде гофрированных металлических мембран, отделяющие от измеряемой среды внутреннюю полость преобразователя с электронным блоком. Как видно на рисунке, с противоположной стороны мембран от направления воздействия измеряемой среды на основании выполнены профильные поверхности, идентичные профилям мембран.
Воздействие давления, подаваемого в "плюсовую" и "минусовую" камеры измерительного блока, вызывает прогиб мембран. Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим давлением. Это обеспечивается тем, что при односторонней перегрузке мембрана после дополнительного перемещения ложится на профилированную подушку.
В преобразователях разрежения, избыточного давления-разрежения и избыточного давления используются одни и те же измерительные блоки. Они отличаются от измерительных блоков преобразователей разности давлений конструкцией фланцев и тем, что у них измеряемое давление подводится лишь к "плюсовой" камере, а "минусовая" камера сообщена с окружающей атмосферой.
Недостатком прототипа являются его ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что приваренная к основанию мембрана будет иметь смещение относительно профилированной подушки и поэтому гофры мембраны не будут совпадать с гофрами подушки, что обуславливает деформацию гофров чувствительного элемента, как при избыточном давлении, так и при разрежении, тем самым, снижая прочность чувствительного элемента, сокращая продолжительность службы и ухудшая точность прибора.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение эксплуатационных возможностей и эффективности датчика-реле давления.
Поставленная задача решается за счет того, что датчик-реле давления, содержащий корпус, электронный блок, измерительный блок, согласно новому техническому решению, измерительный блок выполнен в виде тензопреобразователя с двухслойной мембраной и тензорезисторами, собранными по мостовой схеме, причем в одну диагональ моста включен источник питания, а с другой диагонали снимается сигнал, пропорциональный давлению, электронный блок содержит импульсный блок питания, аналогово-цифровой преобразователь, микроконтроллер, реле коммутации, а обмен информацией между микроконтроллером и аналогово-цифровым преобразователем происходит через порт последовательной передачи данных.
Сущность полезной модели иллюстрируется следующими чертежами: на фиг.1 - общий вид датчика-реле давления, на фиг.2 - блок-схема датчика-реле давления.
Датчик-реле давления содержит разъем 1, крышку 2, корпус 3, плата датчика давления 4, тензопреобразователь 5, аналого-цифровой преобразователь 6, микроконтроллер 7, реле 8, импульсный источник питания 9.
Работа датчика-реле давления осуществляется следующим образом.
Под действием давления или силы двухслойная мембрана тензопреобразователя 5 деформируется, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов, собранных в мостовую схему. В одну диагональ моста включен источник питания 9, а с другой диагонали снимается выходной электрический сигнал, пропорциональный механической деформации мембраны от приложенного давления или силы.
Выходной сигнал с тензопреобразователя 5 поступает на дифференциальные входа аналого-цифрового преобразователя 6 (сигма-дельта АЦП). Микроконтроллер 7 по протоколу SPI осуществляет обмен информацией с АЦП, и в случаи получения данных предельного значения с АЦП посылает управляющий сигнал на реле 8. Получив управляющий сигнал реле 8 коммутирует контакты в состояние «нормально замкнутые» или «нормально разомкнутые» соответственно.
Применение тензопреобразователя и порта последовательной передачи данных позволяет повысить эксплуатационные возможности и эффективность датчика-реле давления, за счет расширения диапазона контролируемого параметра (давления) без изменения аппаратных средств (без изменений элементной базы, путем перепрошивки микроконтроллера). А применение импульсного источника позволяет расширить диапазон входного напряжения питания 40-170 В постоянного тока, при номинале 110 В. Применение микросхем АЦП и микроконтроллера в схеме, по сравнению с аналогичной аналоговой схемой, привело к следующим положительным результатам:
- более стабильная и помехоустойчивая работа схемы,
- изменяя «прошивку» микроконтроллера можно задавать различные предельные значения срабатывания датчика, не меняя аппаратную часть,
- минимизирован «климатический фактор ухода ЭРЭ» благодаря алгоритму «термокомпенсации» микроконтроллера.