УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения перепада давления жидкостей или газов в системах авиационных газотурбинных двигателей, например, для контроля загрязнения фильтрующих элементов при регулировании подачи топлива в камеру сгорания.
Известен датчик разности давлений, содержащий закрытый крышками корпус с перегородкой, разделяющий корпус на полости А и Б. На корпусе установлены штуцеры с жиклерами для подвода среды под давлением р1 и р2. Перегородка имеет разрез, на котором установлен датчик давления, имеющий гермовывод. В перегородке также установлены встречно два предохранительных клапана.
При работе датчика в полости А и Б корпуса подводится среда под давлениями р1 и р2 соответственно. При наличии разности давлений перегородка изгибается в направлении меньшего давления. Величину изгиба, характеризующую разность давлений, измеряет датчик давления, информация с которого через гермовывод передается на регистрирующее устройство. Для защиты от случайного скачка давления, превышающего предельно допустимое рабочее избыточное давление, предохранительные клапаны сбрасывают избыточное давление, например, из полости А в полость Б или наоборот.
(см. патент РФ №2333467, кл. G01L 13/02. 2008 г.).
В результате анализа известного датчика необходимо отметить, что он характеризуется невысокой точностью измерений, так как перегородка является довольно жестким элементом и не воспринимает незначительные изгибные нагрузки, а кроме того, конструкция данного датчика не позволяет учитывать при проведении измерений разность температур подаваемой в полости А и Б среды, что также снижает точность измерений.
Известен датчик разности давлений, состоящий из корпуса с двумя штуцерами для подвода среды, на торцовых поверхностях которых имеются расположенные параллельно друг другу мембраны, между которыми в их центральной части размещен диск с перемычками, жестко соединенными с жесткими центрами балок, расположенных перпендикулярно плоскостям мембран. Края балок жестко закреплены на двух кольцах, которые своими внутренними поверхностями закреплены на цилиндрических поверхностях штуцеров. На расположенных перпендикулярно диску поверхностях балок сформирована тензочувствительная схема, состоящая из тензорезисторов, посредством гибких выводов соединенных с гермовводами.
В процессе работы датчика при воздействии на мембраны подводимых через штуцеры измеряемых давлений с нестационарными температурами измеряемых сред, например, при заполнении контролируемых магистралей реактивного двигателя топливом или окислителем с температурой, значительно отличающейся от температуры, при которой проводилась подготовка к пуску, мембраны и расположенные между ними диск и перемычки прогибаются в ту или иную сторону в зависимости от разности воздействующих давлений. Поскольку перемычки жестко соединены с жесткими центрами расположенных перпендикулярно плоскостям мембран балок, края которых жестко закреплены на кольцах, жестко закрепленных своими внутренними поверхностями на цилиндрических поверхностях штуцеров, то балки подвергаются воздействию преимущественно изгибающих моментов, измеряемых тензорезисторами. Выходной сигнал тензорезисторов мостовой схемы увеличивается с увеличением разности давлений.
(см. патент РФ №2047114, кл. G01L 13/02, 1995 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известного датчика необходимо отметить, что для него также характерна значительная погрешность, связанная с воздействием нестационарных температур измеряемых сред вследствие неравномерного распределения температуры по перемычке, так как быстрее воспринимают температуру измеряемой среды тензорезисторы, расположенные ближе к диску, а затем уже тензорезисторы, расположенные ближе к кольцу.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции компактного устройства, обеспечивающего измерение перепада давлений с заданной точностью и высоким быстродействием, надежного в эксплуатации и обеспечивающего высокую точность измерения независимо от изменения температуры среды.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве для измерения перепада давления, содержащем корпус, установленные в корпусе чувствительные элементы, оснащенные мембранами, датчики деформации мембран, а также установленные на корпусе штуцеры подвода среды к чувствительным элементам, новым является то, что корпус разделен перегородкой на две полости, чувствительные элементы установлены в первой полости, к которой подведены штуцеры, а датчики деформации размещены во второй полости на мембранах чувствительных элементов, причем устройство оснащено размещенными во второй полости блоком обработки данных и блоком диагностики, связанными друг с другом и источником питания указанных выше блоков, причем устройство дополнительно оснащено расположенным в первой полости датчиком температуры, датчики связаны с блоком обработки данных, который имеет выход, предназначенный для связи с системой управления объектом.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 - устройство для измерения перепада давления, общий вид;
- на фиг.2 - блок-схема устройства.
Устройство для измерения перепада давления выполнено в виде корпуса 1, закрытого крышкой 2. Внутри корпуса установлена перегородка 3, разделяющая корпус на две полости, в одной из которых (вторая полость), защищенной от попадания среды, установлены, например, на перегородке блок 4 обработки данных и блок 5 диагностики устройства. В данной полости также расположены датчики 6 деформации мембран чувствительных элементов 7, например, тензометрические, расположенные на мембранах, что позволяет защитить их от воздействия среды. Устройство оснащено источником питания 8.
В другой полости (первая полость) корпуса на перегородке 3 размещены чувствительные элементы 7, например, мембранного типа и датчик 9 температуры среды.
На корпусе 1 размещен блок 10 подвода среды в полость корпуса, содержащий два штуцера 11 и 12, предназначенных для подвода среды к чувствительным элементам 7.
Датчики 6 и 9 связаны с блоком 4. Блок 4 связан с блоком 5. Блоки 4 и 5 имеют цифровую выходную шину для связи с системой управления объектом, например, с распределенной системой управления газотурбинным двигателем.
Питание блоков 4 и 5 и других элементов устройства осуществляется от источника 8.
Устройство скомпоновано из известных блоков и элементов.
В качестве источника питания 8 может быть использована микросхема 1319ЕУ5.
В качестве блоков 4 обработки данных и 5 диагностики могут быть использованы микроконтроллеры 1986ВЕ91.
В качестве датчика 9 температуры среды может быть использован кремниевый диод типа 2Д522.
Устройство для измерения перепада давления работает следующим образом.
Работу устройства рассмотрим на примере контроля перепада давлений на фильтре тонкой очистки авиационного топлива системы топливопитания авиационного газотурбинного двигателя.
Подача среды в полость корпуса 1 на чувствительные элементы 7 осуществляется через штуцер 11 от выхода насоса подачи авиационного топлива и через штуцер 12 блока 10 от выхода фильтра тонкой очистки авиационного топлива системы топливопитания. Давление подводимой в полость корпуса среды вызывает упругую деформацию мембран чувствительных элементов 7, значение которой измеряется датчиками 6 и передается в блок 4, в который также поступает информация о температуре среды от датчика 9 температуры, что позволяет компенсировать влияние температуры среды на упругие свойства мембран чувствительных элементов 7 и повысить точность измерений. Блок 4 осуществляет обработку сигналов от двух чувствительных элементов 7 давления и от датчика температуры 9, выполняет линеаризацию измерений давления по заданному алгоритму с учетом показаний датчика температуры, вычисляет перепад давлений и передает в систему управления по цифровому каналу значения давлений, перепада давлений и температуры среды. Для максимизации точности работы устройства предусматривается индивидуальная калибровка устройств после изготовления. Для Источник питания 8 обеспечивает работоспособность устройства в условиях низкого качества электропитания.
В процессе работы устройства в блоке 4 постоянно осуществляется мониторинг динамики перепада давлений, расчет остаточного ресурса фильтра, диагностики засорения фильтра. Результаты прогноза и диагностики передаются по цифровому интерфейсу в распределенную систему управления объектом, что позволяет повысить точность и быстродействие устройства.
В процессе работы устройства блок 5 постоянно или через заданные интервалы времени осуществляет контроль блока 4 и выдаваемых им параметров. В данный блок введены программы математических моделей чувствительных элементов 7 и фильтра тонкой очистки авиационного топлива системы топливопитания газотурбинного двигателя. При превышении отклонений результатов измерений от модельных значений на заданную величину, блок 5 диагностирует отказ устройства.
Размещение блоков 4 и 5 в корпусе 1 обеспечивает:
- повышение точности измерения перепада давления за счет минимизации длины связей между чувствительными элементами 7 и блоками 4, 5;
- повышение точности температурной коррекции измерения перепада давления за счет размещения датчика температуры 9 в непосредственной близости к чувствительным элементам 7 и блокам 4 и 5;
- снижение помех измерения за счет локализации источников сигналов 7 и 9, а также блоков обработки 4 и 5 внутри единого экранирующего корпуса 1 под крышкой 2;
- снижение массы и повышение надежности устройства за счет снижения количества проводных соединений.