УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области измерительной техники, к устройству для дистанционного контроля (измерения) давления, в частности, к устройству для дистанционного измерения избыточного давления жидкостей в системах топливоподачи, смазки и охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также может быть использована в других системах, где требуется дистанционный контроль избыточного давления неагрессивных жидкостей и газов. Заявленные два варианта полезной модели имеют одинаковое назначение.
2
Известны манометры электрические дистанционные унифицированные типа ЭДМУ-6, состоящие из приемника давления (датчика) и указателя, в которых измеряемое давление, подаваемое на датчик, воздействует на чувствительный элемент, представляющий собой упругую мембрану или коробку (1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Манометры электрические дистанционные унифицированные типа ЭДМУ до 1; 3; 6; 15 и 80 кгс-см. ПО «Теплоприбор», Ульяновская обл., пос.Базарный Сызган. 1984 г. 2. Технические условия ЭДМУ-ТУ. Прототип).
С увеличением давления мембрана расширяется и через шток, рычаг-качалку, поводок и щеткодержатель передвигает контакт, скользящий по реостату. При этом электрическое сопротивление одного плеча увеличивается, а другого - уменьшается. Каждому значению измеряемого давления соответствует определенное положение контакта, что создает и определенное электрическое сопротивление плеч.
Соотношение сопротивлений измеряется с помощью указателя, основным элементом которого является магнитоэлектрический логометр. Конструкция логометра манометра ЭДМУ-6 идентична
конструкции логометра заявленного устройства для дистанционного контроля давления жидкостей и газов.
Несмотря на надежную работу указателя, недостатком устройства в целом является малый срок службы приемника из-за механического износа контактной пары реостата, большие габаритные размеры (065×84×87 мм) и материалоемкость.
Задача полезной модели - повышение надежности и увеличение срока службы устройства.
Технический результат обоих вариантов полезной модели выражается в улучшенных эксплуатационных характеристиках в условиях механических воздействий, уменьшении габаритных размеров и массы устройства.
В обоих вариантах заявленного устройства для дистанционного контроля (измерения) давления жидкостей и газов технический результат достигается благодаря применению бесконтактного индуктивного преобразователя электрического токового сигнала в приемнике и передаче сигнала электрическим путем на показывающую часть - указатель.
Оба варианта заявленного устройства имеют один и тот же прототип и характеризуются следующими признаками, совпадающими с признаками прототипа.
Приемник давления и указатель соединены внешней электрической цепью.
Приемник давления включает чувствительный элемент, связанный с блоком изменения электрического сопротивления через шток и возвратную пружину, и указатель включает логометр и установленные на основании регулировочные катушки.
Логометр включает расположенную в успокоителе подвижную систему, содержащую магнит, стрелку, крестовину с балансировочными грузиками, установленные на оси, концы которой снабжены кернами,
охватывающие успокоитель две пары прямоугольных рамок, расположенные под углом 120° друг к другу, соединенные последовательно и окруженные экраном, и постоянный магнит, неподвижно установленный в передней части логометра.
Каждый из вариантов заявленного устройства отличается от прототипа тем, что блок изменения электрического сопротивления содержит сердечники с катушками. Приемник давления дополнительно содержит связанный с возвратной пружиной якорь, в котором установлен шток, расположенный в крышке упор и установленный в корпусе демпфер.
Второй вариант полезной модели отличается от первого варианта только тем, что в указатель дополнительно встроен инвертор, электрическая схема которого содержит автогенератор. Автогенератор построен по схеме автоколебательного мультивибратора на транзисторной сборке, при этом питание автогенератора осуществляется параметрическим стабилизатором, а сигнал на нагрузку коммутируется через транзисторный ключ выходного каскада.
Полезная модель поясняется чертежами, где
Фиг.1 - главный вид приемника давления;
Фиг.2 - разрез приемника по сердечнику и якорю;
Фиг.3 - главный вид логометра;
Фиг.4 - сечение логометра по экрану, рамкам и успокоителю;
Фиг.5 - главный вид указателя;
Фиг.6 - вид указателя со стороны циферблата;
Фиг.7 - электрическая принципиальная схема инвертора.
Устройство состоит из приемника давления, располагаемого непосредственно на контролируемом объекте, и дистанционного указателя, связанных между собой внешней электрической цепью. Приемник, изображенный на фиг.1, фиг.2, является индуктивным датчиком, в котором чувствительный элемент - мембрана 1 - герметично
закреплен в корпусе 2 посредством кольца 3 и крышки 4 приемного узла. Для предохранения мембраны 1 от разрушения при перегрузке давлением применен упор 5, установленный в крышке 4.
К крышке 4 приемного узла с помощью винтов 6 прикреплены нижний 7 и верхний 8 сердечники с катушками и винтами 9 прикреплена пружина 10. На пружине 10 закреплен якорь 11, в который ввернут шток 12, служащий для связи якоря 11 с мембраной 1, а также для регулировки. После регулировки шток 12 крепится гайкой 13.
Сверху приемник через уплотнительную прокладку 14 винтами 15 закрыт кожухом 16, на котором расположена вилка 17. К вилке 17 припаяны выводы катушек. Для погашения пульсаций давления в корпусе 2 установлен демпфер 18.
Разработанный приемник имеет улучшенные эксплуатационно-технические характеристики.
Габаритные размеры, мм - не более ⌀58×78×80.
Масса, кг - не более 0,3.
За счет применения бесконтактного принципа работы приемника в 3 раза увеличился срок службы устройства.
Основным элементом указателя является логометр, изображенный на фиг.3, фиг.4.
Подвижная система логометра состоит из магнита 19, жестко посаженного на ось 20. На оси 20 закреплена стрелка 21 и крестовина 22 с тремя балансировочными грузиками. На концах оси 20 имеются керны 23, упирающиеся в подпятники 24. Подвижная система расположена внутри медного успокоителя 25.
Успокоитель 25 охвачен двумя парами прямоугольных рамок 26 и 27, расположенными под углом 120° друг к другу и закрепленными пластинами 28. Рамки 26, 27 имеют одинаковое число витков, причем каждая пара соединена последовательно. Рамки 26, 27 окружены
экраном 29 из пермаллоя, защищающим логометр от влияния внешних магнитных полей.
Постоянный магнит 30, неподвижно закрепленный в передней части логометра, обеспечивает возвращение стрелки 21 на нулевую отметку при выключенном питании.
На фиг.5, фиг.6 изображен указатель, включающий логометр 31 со стрелкой 21, который смонтирован с помощью стоек 32 на основании 33. К стойкам 32 винтами прикреплен циферблат 34. На основании 33 расположены также регулировочные катушки 35. Указатель закрыт корпусом 36, который прикреплен к основанию 33 винтами 37. В корпус 36 запрессовано стекло 38.
Наличие второго варианта заявленного устройства обусловлено тем, что в механических транспортных средствах обычно применяется постоянный ток. В этом случае для преобразования напряжения постоянного тока в частотный сигнал необходим указатель со встроенным инвертором. Иными словами, в зависимости от условий применения потребитель может использовать устройство для дистанционного контроля давления жидкостей и газов, содержащее указатель без инвертора или указатель со встроенным инвертором. Инвертор 39 смонтирован на печатной плате. Его электрическая принципиальная схема, представленная на фиг.7, содержит следующие функциональные узлы:
автогенератор 40,
стабилизатор напряжения 41,
выходной каскад 42,
элемент нагрузки 43.
Автогенератор 40 построен на микросхеме 44, резисторах 45, 46, 47, 48 и конденсаторах 49, 50. Он обеспечивает формирование импульсов прямоугольной формы для управления выходным каскадом 42.
Стабилизатор напряжения 41, построенный на стабилитроне 51, резисторе 52, конденсаторе 53 и диоде 54, стабилизирует напряжение на уровне 5,6 В.
Выходной каскад 42 на транзисторах 55, 56 и резисторах 57, 58, предназначен для сопряжения автогенератора 40 с нагрузкой, включающей логометр 31, регулировочные катушки 35, резистор 59 и диоды 60, 61.
Инвертор содержит подключенные коллекторами к цепи питания А1 транзисторы 55 и 56. Эмиттер транзистора 56 подключен к цепи питания А2. Эмиттер транзистора 55 подключен к базе транзистора 56 и через резистор 58 к цепи питания А2. Подключенный анодом к цепи питания А1 диод 54 катодом соединен с конденсатором 53 и через резистор 52 с катодом стабилитрона 51 и резисторами 45, 46, 47 и 48; конденсатор 53 и анод стабилитрона 51 подключены к цепи питания А2. Резистор 45 связан с конденсатором 49 и коллектором транзистора 62 микросхемы 44. Резистор 46 связан с конденсатором 49 и базой транзистора 63 микросхемы 44. Резистор 47 связан с конденсатором 50 и базой транзистора 62 микросхемы 44. Резистор 48 связан с конденсатором 50, коллектором транзистора 63 микросхемы 44 и резистором 57, который подключен к базе транзистора 55. Эмиттеры транзисторов 62 и 63 микросхемы 44 подключены к цепи питания А2. Диод 61 подключен катодом к цепи А6, анодом к цепи А5. Диод 60 подключен катодом к цепи A3, анодом к цепи А4 и через резистор 59 к цепи питания А2.
Устройство работает следующим образом.
Измеряемое давление воздействует на чувствительный элемент 1, в результате чего он деформируется. При изменении давления вместе с чувствительным элементом 1 перемещается шток 12, увеличивая зазор между якорем 11 и одним из сердечников 7 или 8 и одновременно
уменьшая зазор между якорем 11 и другим сердечником, 7 или 8, соответственно.
Катушки запитаны переменным током, и с изменением зазоров в катушках меняется индуктивное сопротивление и, следовательно, меняется протекаемый в них ток.
Действие логометра основано на свойстве вращающегося магнита устанавливаться по направлению результирующего магнитного поля, создаваемого рамками при протекании в них электрического тока.
С изменением протекаемого в катушках тока перераспределяются и токи в рамках 26, 27 логометра, меняется направление магнитного поля, под действием которого поворачивается магнит 19 и находящаяся на одной оси 20 с ним стрелка 21. При колебаниях подвижной системы в успокоителе 25 наводятся токи Фуко, тормозящие движение магнита 19, что приводит к затуханию колебаний.
Каждому положению якоря 11 приемника соответствует одно определенное положение стрелки 21 указателя.
Возвращение стрелки 21 на нуль при выключенном питании обеспечивается постоянным магнитом 30.
Регулировка указателя заключается в выставлении стрелки 21 логометра магазинами сопротивлений по линейности и диапазону показаний с последующим монтажом в схему подобранных катушечных сопротивлений.
Электрическая схема инвертора 39 работает следующим образом.
В момент подачи напряжения на контакт А1 через диод 54 протекает ток заряда конденсатора 53. После начала работы автогенератора 40 диод 54 препятствует разряду конденсатора 53, когда транзистор 56 подключает источник питания к нагрузке. Резистор 52 ограничивает ток стабилизации стабилитрона 51. Стабилитрон 51 формирует напряжение 5,6 В, необходимое для работы автогенератора 40.
Схема автогенератора 40 представляет собой двухкаскадный усилитель, построенный на микросхеме 44. Транзисторы 62 и 63, входящие в состав микросхемы 44, включены по схеме с общим эмиттером. Когда транзистор 62 закрыт, конденсатор 49 заряжается через резистор 45 и переход база-эмиттер открытого транзистора 63. Конденсатор 50 разряжается через резистор 47 и переход коллектор-эмиттер транзистора 63. В момент, когда напряжение на базе транзистора 62 станет равным напряжению питания, транзистор 62 открывается, а транзистор 63 закрывается. Начинается процесс заряда конденсатора 50 через резистор 48 и переход база-эмиттер открытого транзистора 62 и разряда конденсатора 49 через резистор 46 и переход коллектор-эмиттер транзистора 62. Когда напряжение на базе транзистора 63 станет равным напряжению питания, транзистор 63 открывается, а транзистор 62 закрывается. Процесс повторяется, оба транзистора 62, 63 постоянно меняют свое состояние с открытого на закрытое.
Напряжение с коллектора транзистора 63 через резистор 57 подается на базу транзистора 55, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Если транзистор 63 закрыт, то транзистор 55 открывается, так как на его базе присутствует положительный потенциал. Напряжение питания А1 прикладывается к резистору 58 и, соответственно, к базе транзистора 56. Напряжение питания А1 прикладывается к нагрузке через контакт А2. Когда транзистор 63 открыт, на базу транзистора 55 через резистор 57 подается нулевой потенциал. Транзистор 55 закрывается, закрывая транзистор 56. Напряжение питания А1 снимается с нагрузки 43.
Резистор 59, диоды 60 и 61 входят в элемент нагрузки 43 и подключаются к нагрузке через контакты A3, А4, А5, А6.