УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ ДАВЛЕНИЙ

Заявленное устройство относится к струйной пневмоавтоматике и может быть использовано в системах автоматического регулирования (САР) газотурбинных двигателей (ГТД) для получения информации о степени повышения давления воздуха в компрессоре.
Известен датчик отношения абсолютных давлений газа (см. А.С. СССР №536411, М. кл. G01L 15/00, 1975 г.), который имеет ограниченный диапазон измерения - не обеспечивает измерение отношения двух давлений меньше 2,5.
К
К
В
Н
В
Н
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения отношения π абсолютных давлений (π=P/P, где P и P - абсолютные значения, соответственно, высокого и низкого давлений) (см. полезную модель РФ №35011, М кл. G01L 15/00, 2003 г.), которое содержит элемент сравнения с входными каналами, каналом питания и двумя выходными каналами и чувствительный элемент, сопло питания которого соединено через регулирующий элемент с источником высокого давления, приемный канал - с источником низкого давления, а выходные каналы с первым входным каналом элемента сравнения, второй входной канал которого соединен с источником низкого давления.
К
К
К
Недостатком этого устройства является наличие ложных сработок при достаточно высоких π, так как при настройке устройства на измерение небольших значений отношения абсолютных давлений (π=1,5…3,0) и при увеличении отношения давлений на устройстве до 14 ед. π и выше, в элементе сравнения происходит обратное переключение, т.е. устройство выдает ложный сигнал.
к
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства для измерения отношения абсолютных давлений, надежно работающего в широком диапазоне изменения π.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения отношения абсолютных давлений, содержащем чувствительный элемент, первый и второй входные каналы которого соединены, соответственно, с источниками высокого и низкого давлений, элемент сравнения струйного типа с первым и вторым управляющими каналами, вентиляционными каналами, выходными каналами и соплом питания, соединенным с источником высокого давления, выходные каналы чувствительного элемента соединены с первым управляющим каналом элемента сравнения, второй управляющий канал элемента сравнения соединен с источником низкого давления и в одном из управляющих каналов элемента сравнения установлен дроссель.
Кроме того, во втором управляющем канале элемента сравнения может быть установлен дополнительный дроссель.
Дроссели могут быть выполнены либо в виде сопла Лаваля, либо в виде последовательно установленных жиклеров.
Отношение площади проходного сечения дросселя к площади сечения канала управления, в котором он установлен, элемента сравнения находится в диапазоне 0,015…1,5.
Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема устройства для измерения отношения абсолютных давлений, на фиг. 2 показан дроссель, на фиг. 3 - показан дроссель в виде сопла Лаваля. На фиг. 4 приведена переходная характеристика чувствительного элемента, а на фиг. 5 - переходная характеристика устройства. На фиг. 6 представлен элемент сравнения с дросселями в первом и втором управляющих каналах.
К
Н
К
Н
Устройство для измерения отношения абсолютных давлений (см. фиг. 1) содержит чувствительный элемент 1 и элемент сравнения 2. Первый входной канал 3 чувствительного элемента 1 с подводящим каналом 4 соединены через регулирующий элемент 5 с источником высокого давления P, второй входной канал 6 соединен с источником низкого давления P, а межсопловая камера 7 с выходными каналами 8 и 9 соединена с первым управляющим каналом 10 элемента сравнения 2, у которого сопло питания 11 имеет со стороны управляющего канала, соединенного с выходными каналами 8 и 9 чувствительного элемента 1, косой срез и соединено с источником высокого давления P. Второй управляющий канал 12 и вентиляционные каналы 13-17 элемента сравнения 2 соединены с источником низкого давления P. Каналы 18 и 19 элемента сравнения 2 являются выходными каналами устройства.
В одном из управляющих каналов 10 или 12 установлен дроссель 20 в виде простого отверстия (см. фиг. 2). Кроме того, дроссель 20 может быть выполнен в виде последовательно установленных жиклеров. На фигуре 3 представлен дроссель 20, выполненный в виде сопла Лаваля. При этом отношение площади проходного сечения дросселя 20 к площади сечения канала управления (в котором он установлен) элемента сравнения 2 выполнено в диапазоне 0,015…1,5.
К
С
К
Н
Устройство для измерения отношения абсолютных давлений работает следующим образом. Воздух от источника высокого давления с давлением P через подводящий канал 4 (см. фиг. 1) и через регулирующий элемент 5 подается на вход в первый входной канал 3 чувствительного элемента 1 и к соплу питания 11 элемента сравнения 2. Регулирующий элемент 5 редуцирует давление P на входе чувствительного элемента 1 пропорционально величине давления P. Воздух из первого входного канала 3 поступает во второй входной канал 6, соединенный с источником низкого давления P.
К
Н
У
Н
ВЫХ
ВЫХ
Если отношение давлений P/P относительно невелико, то струя воздуха, вытекающая из канала 3, поступает во второй входной канал 6, соединенный с источником низкого давления, при этом за счет эжекции в межсопловой камере 7 и в выходных каналах 8 и 9, соединенных через дроссель 20 с управляющим каналом 10 элемента сравнения 2, создается разряжение. При этом давление P в управляющем канале 10 элемента сравнения 2 (в выходных каналах 8 и 9 чувствительного элемента 1) будет меньше, чем давление во втором управляющем канале 12, соединенном с источником низкого давления Р. Поэтому струя, вытекающая из сопла питания 11, отклонится в сторону выходного канала 19, формируя на выходе элемента сравнения 2 отрицательный перепад давлений ΔP (где ΔP - разность давлений в выходных каналах 18 и 19 элемента сравнения 2).
К
К
Н
У
К
При увеличении давления P, и при достижении отношение давлений P/P значения, равного 2 и более, в выходных каналах 8 и 9 чувствительного элемента 1 будет формироваться давление, уровень которого будет стремиться к величине P=P/3,5 или менее (см. характеристику на фиг. 4), в зависимости от конструктивных параметров чувствительного элемента 1 - соотношения ширины первого входного канала 3, второго входного канала 6 и ширины управляющих каналов 10 и 12 элемента сравнения 2.
К
У
К
Н
У
Н
При дальнейшем увеличении P, величина P будет увеличиваться и при P/P=14 может достигать P/P=4.
К
Н
К
У
Н
У
При отсутствии дросселя 20 в управляющем канале 10 элемента сравнения 2, если происходит дальнейшее увеличение отношения давлений P/P ДР величины 14 ед. к, и более, давление P в первом канале управления 10 становится значительно больше давления P во втором канале управления 12, струя воздуха, вытекающая из сопла питания 11, под действием управляющего сигнала Р резко отклоняется в сторону выходного канала 18, ударяется о стенку элемента сравнения 2 и отклоняется в противоположный выходной канал 19, и на выходе устройства образуется реверсивный сигнал т.е ложная сработка (см. фиг. 5, характеристика I).
К
К
К
К
Н
У
При наличии дросселя 20 в управляющем канале 10 (см. фиг. 1) элемента сравнения 2 при малых значениях π (π≤3) элемент сравнения 2 работает аналогично элементу сравнения без дросселя 20. При дальнейшем увеличении π на величину более 14 ед поток воздуха в сопле 11 ускоряется до сверхзвуковой скорости, и в рабочей полости элемента сравнения 2 отклоняется от оси сопла 11 в сторону косого среза на угол, определяемый величиной косого среза и отношением абсолютных давлений P/P, но так как скоростной поток в управляющем канале 10 демпфируется дросселем 20, то воздействующее влияние давления P значительно снижается, и резких ударов струи о противоположную стенку элемента сравнения 2 не происходит, следовательно, реверсирования сигнала на выходе элемента сравнения нет (см. фиг. 5, характеристика III).
К
К
К
У
К
При установке дросселя 20 во второй управляющий канал 12 элемента сравнения 2 при малых значениях π (π≤3) элемент сравнения 2 работает аналогично элементу сравнения без дросселя 20. При дальнейшем увеличении 7 π на величину более 14 ед, поток воздуха в сопле 11 ускоряется до сверхзвуковой скорости и в рабочей полости элемента сравнения 2 отклоняется от оси сопла 11 в сторону косого среза, давление P так же возрастает пропорционально величине давления P, но при этом дроссель 20, установленный в управляющем канале 12 повышает давление на выходе из управляющего канала 12 и резких ударов струи о противоположную стенку элемента сравнения 2 так же не происходит, следовательно, реверсирования сигнала на выходе элемента сравнения нет (см. фиг. 5, характеристика II).
К
При длительной работе устройства для измерения отношения абсолютных давлений в зоне высоких значений π и исключения ложных сработок дроссель 20 можно установить и в первый и во второй управляющие каналы элемента сравнения 2 (см. фиг. 6).
К
Выполнение дросселя 20 в виде сопла Лаваля (см. фиг. 3) обеспечивает более равномерное распределение поля скоростей на входе в управляющий канал элемента сравнения 2, что повышает стабильность работы в большом рабочем диапазоне изменения π.
К
Компенсирующее воздействие зависит от отношения площади проходного сечения дросселя 20 к площади сечения канала управления (в котором установлен дроссель) элемента сравнения 2 и находится в диапазоне Δ=0,015…1,5, который выбирается в зависимости от диапазона изменения π. При увеличении Δ компенсирующее воздействие дросселя 20 на работу элемента сравнения 2 уменьшается, и наоборот.
К
ВЫХ
К
К
Введение дросселя 20 на вход в один из управляющих каналов (или в оба управляющих канала) элемента сравнения 2, изменяет переходную характеристику элемента сравнения 2 таким образом, что при работе в зоне низких и высоких значений π всегда формируется необходимый перепад ΔP в выходных каналах 18 и 19 элемента сравнения 2, тем самым обеспечивается устойчивая работа устройства для измерения отношения абсолютных давлений с заданной точностью при рабочих (низких) величинах π, а так же отсутствуют ложные сработки (реверсирование сигнала на выходе из элемента сравнения 2) при величинах до 14 и выше ед. π.
Все это позволяет расширить область применения заявляемого устройства при обеспечении надежной работы на указанных режимах.