КОНСТРУКЦИЯ ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к конструктивному выполнению устройств для измерения давления и может использоваться в нефтегазовой, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Чаще всего в охранных документах представлены либо измерительные преобразователи давления, где описаны измерительные, например, мембранные блоки (см. например, патенты №№2087884 или 2267096, 45526), либо преобразователи замеренного сигнала в электрический (электронные блоки преобразователей датчиков давления - см. св. №№14079, 14080). Конструкции всего датчика давления представлены реже.
В качестве наиболее близкого аналога принята конструкция датчика давления «Метран-100» модели 1422, выпускаемого ЗАО ПГ «Метран» (см. Приложение).
Известный датчик состоит из следующих функциональных узлов: электронно-индикаторного блока и мембранного блока с двумя фланцами. При этом корпус электронно-индикаторного блока выполнен разъемным, состоящим из трех частей цилиндрической формы: открытого с двух сторон корпуса для размещения электронных компонентов и двух крышек - глухой, закрывающей клеммную колодку и индикаторной со стеклом для считывания информации с индикатора. Глухая крышка выполнена в виде стакана и имеет внутреннюю резьбу для крепления с корпусом под электронные компоненты. Индикаторная крышка выполнена в виде гильзы, имеющей с одной стороны внутреннюю резьбу для крепления с корпусом под электронные компоненты и углубленное отверстие под стекло с противоположной стороны. В отверстии крышки имеется защитное стекло для съема информации с индикатора, которое выполнено круглым и утопленным в корпусе. Корпус под электронные компоненты выполнен полым, имеет с обеих сторон наружную резьбу для соединения с упомянутыми крышками. В этом корпусе размещены блок фильтра помех, плата цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и плата индикатора.
Мембранный блок соединен с корпусом под электронные компоненты через корпус под установку платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП), при этом корпус АЦП накручивается на штуцер мембранного блока и контрится с помощью контргайки. В корпусе АЦП расположена круглая плата аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Корпус мембранного блока выполнен цилиндрической формы, имеет с боковых сторон разделительные мембраны. Внутри измерительного блока расположен чувствительный элемент и связанная с ним измерительная мембрана. Передача давления происходит за
счет кремнийорганической жидкости, залитой в полости между измерительной и разделительными мембранами. Мембранный блок размещен между двумя одинаковыми фланцами.
Плата АЦП в мембранном блоке и плата ЦАП в электронно-индикаторном блоке связаны между собой посредством шлейфа с плоским прямоугольным разъемом.
Электронно-индикаторный блок имеет возможность поворота относительного мембранного блока на 90° против часовой стрелки.
Каждый из фланцев выполнен в виде толстой прямоугольной пластины с двумя торцами овальной формы. Каждая из пластин имеет в верхней и нижней частях сквозные отверстия под крепежные элементы, расположенные перпендикулярно ее плоскости. В овальных торцевых сторонах фланцев вдоль длинной оси овала расположены два одинаковых глухих отверстия с внутренней резьбой под крепежные элементы и между ними одно центральное отверстие с конической резьбой, связанное с внутренней полостью фланца, для подсоединения импульсных трубок.
Недостатками известного прибора являются:
- отсутствие перегородки в корпусе под электронные компоненты, не позволяющее герметично изолировать полость, содержащую электронные компоненты, от полости корпуса с клеммной колодкой, вскрываемой при монтаже датчика на объекте, что снижает надежность работы датчика;
- использование для обнуления показаний датчика кнопки с открытой полостью, связанной с полостью размещения электронных компонентов, требующее весьма сложной технологии крепления и герметизации кнопки;
- соединение электронных плат посредством плоского кабеля с плоским разъемом, не позволяющее выполнять поворот электронно-индикаторного блока относительного мембранного блока больше, чем на 90°, иначе нарушается целостность соединительного кабеля (шлейфа), что сужает эксплуатационные возможности прибора.
В данном датчике горизонтальное расположение круглой платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в отдельном корпусе АЦП, расположенном между мембранным и электронно-индикаторным блоками увеличивает габариты датчика.
Перечисленные недостатки, в итоге, снижают эксплуатационные характеристики датчика и влияют на надежность его работы.
Задачей является повышение надежности и точности датчика при улучшении технологичности его изготовления, а также улучшение эксплуатационных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что в датчике давления, состоящем из взаимосвязанных электронно-индикаторного блока, мембранного блока с фланцами, причем электронно-индикаторный блок выполнен разъемным, состоящим из трех последовательно расположенных и соединенных между собой резьбовым соединением
частей цилиндрической формы: глухой крышки, выполненной в виде стакана и имеющей наружную резьбу для крепления с открытым и имеющим с двух сторон внутреннюю резьбу корпусом под электронные компоненты, где размещены плата блока фильтра помех, плата цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и электрически связанная с ней плата индикатора, и индикаторной крышки, при этом электронно-индикаторный блок снабжен кнопкой установки нуля датчика, расположенной в прямоугольном выступе на корпусе под электронные компоненты, при этом плата ЦАП электрически связана с платой АЦП, соединенной с чувствительным элементом мембранного блока, электронно-индикаторный блок соединен с мембранным блоком посредством резьбового соединения с возможностью поворота относительно мембранного блока, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, электронно-индикаторный блок выполнен с возможностью поворота относительно мембранного блока на 360°, при этом плата АЦП выполнена прямоугольной и размещена вертикально в верхней части соединительного элемента, где герметично изолирована с помощью компаунда, и связана с платой ЦАП посредством проводного соединения и круглого разъема, корпус под электронные компоненты имеет внутри поперечную вертикальную перегородку, разделяющую полость для размещения клеммной колодки и полость с электронными платами (ЦАП и плата индикатора), индикаторная крышка имеет защитное стекло, герметично установленное в индикаторной крышке, блок индикатора выполнен съемным с возможностью изменения положения относительно положения корпуса под электронные компоненты на 360° с дискретностью 90°, кнопка установки нуля выполнена магнитной на основе геркона.
Связь плат АЦП и ЦАП посредством проводов с круглым разъемом позволяет выполнять поворот электронно-измерительного блока относительно мембранного блока на 360° без повреждения проводов, что в совокупности с выполнением индикатора съемным с возможностью дискретного изменения положения на 360° относительно корпуса под электронные компоненты обеспечивает удобство эксплуатации; наличие перегородки в корпусе под электронные компоненты, разделяющей полость с электронными компонентами и полость с клеммной колодкой, позволяет повысить надежность работы датчика. Применение кнопки на основе геркона позволяет упростить конструкцию и в тоже время решить вопрос герметизации кнопки. Выполнение платы АЦП прямоугольной и вертикально расположенной в соединительном элементе (штуцере) и герметизированной компаундом дает возможность уменьшить габариты датчика, а также упростить технологию его сборки.
Технический результат - обеспечение возможности поворота электронно-индикаторного блока относительно мембранного блока на 360°, обеспечение возможности изменения положения индикатора на 360° с дискретностью 90°, изоляция друг от друга
полостей с электронными компонентами и с клеммной колодкой, упрощение технологии сборки, уменьшение габаритов датчика и улучшение герметизации ряда узлов.
Заявляемый датчик давления обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков как обеспечение поворота электронно-индикаторного блока относительно мембранного блока на 360°, наличие вертикальной перегородки в корпусе под электронные компоненты между полостью под установку электронных плат и полостью под установку клеммной колодки, выполнение платы АЦП прямоугольной и вертикальное размещение ее в штуцере, выполнение связи между платами с электронными компонентами с помощью соединения проводами и круглого разъема, выполнение кнопки установки нуля магнитной на основе геркона, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый датчик давления может найти широкое применение в нефтегазовой, химической промышленности, коммунальном хозяйстве и т.п., а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где показаны на:
- фиг.1 - общий вид датчика давления;
- фиг.2 - функциональная схема датчика давления;
- фиг.3 - вид датчика давления сбоку;
- фиг.4 - общий вид электронно-индикаторного блока;
- фиг.5 - расположение кнопки в электронно-индикаторном блоке;
- фиг.6 - размещение перегородки в корпусе под электронные компоненты;
- фиг.7 - выполнение корпуса ЦАП;
- фиг.8 - выполнение корпуса индикатора;
- фиг.9 - расположение платы АЦП в штуцере;
- фиг.10 - общий вид мембранного блока (без фланцев).
Заявляемая конструкция датчика давления (фиг.1, фиг.3) состоит из следующих основных узлов: электронно-индикаторного блока I, мембранного блока II и двух фланцев III. При этом электронно-индикаторный блок I выполнен разъемным, состоящим из трех последовательно расположенных и соединенных между собой резьбовым соединением частей цилиндрической формы: выполненной в виде стакана глухой крышки 1 с наружной резьбой для соединения с корпусом 2 под электронные компоненты, полого корпуса 2 под электронные компоненты, имеющего с двух сторон внутреннюю резьбу, для соединения с крышками, и выполненной в виде гильзы индикаторной крышки 3, имеющей наружную резьбу для соединения с корпусом 2, имеющим внутреннюю полость 4 (на чертеже не показана) для установки электронных компонентов, в том числе индикатора 5 (на чертежах не показан).
Корпус 2 под электронные компоненты (см. фиг.6) имеет внутри герметичную вертикальную перегородку 6 ступенчатой формы, разделяющую внутреннюю полость 4 корпуса 2 на две полости: полость 7, где размещены плата 8 ЦАП в пластмассовом корпусе и электрически связанная с ней и также размещенная в пластмассовом корпусе плата 9 жидкокристаллического индикатора 5, и сообщающуюся с атмосферой при откручивании глухой крышки 1 полость 10, где расположена клеммная колодка 11 (показана на функциональной схеме 2). Электрическое соединение полостей 7 и 10 осуществляется посредством герметично установленных проходных фильтров 12 помех. С наружной стороны корпус 2 под электронные компоненты закрыт индикаторной крышкой 3, имеющей круглое отверстие (на чертежах не обозначено), в которое вставлено защитное прозрачное стекло 13. Герметичность соединения обеспечивается использованием резинового кольца, поджатого через стекло волновым кольцом (на чертежах не показаны). Соединение фиксируется стопорным кольцом. Кольцевой зазор между стеклом 13 и индикаторной крышкой 3 заполняется герметиком, обеспечивающим дополнительную герметичность соединения и выполнение требований взрывозащиты.
С верхней и боковых сторон корпуса 2 под электронные компоненты расположен выступ 14, имеющий форму скругленного прямоугольника. Сбоку в нижней части указанного выступа 14 корпуса 2 размещена кнопка 15, служащая для установки нуля датчика и содержащая магнит 16 для включения-выключения геркона 17 (см. фиг.5). В нижней части корпуса 2 под электронные компоненты имеется цилиндрический выступ 18 с внутренней резьбой для соединения с мембранным блоком II и с отверстием для установки стопорно-ограничительного винта 19. Такое соединение при использовании отдельных проводов для связи платы 20 АЦП с платой 8 ЦАП обеспечивает возможность поворота корпуса 2 электронно-индикаторного блока I относительно мембранного блока II на 360 градусов.
Индикатор 5 выполнен съемным с возможностью изменения положения на 360° с дискретностью 90° относительно корпуса 2 под электронные компоненты. Индикатор 5, размещенный в корпусе 21 круглой формы, установлен на корпус 22 платы 8 ЦАП, который имеет на лицевой стороне четыре сквозных отверстия 23 прямоугольной формы, расположенных через 90° по окружности и ограниченных с внешней стороны П-образными выступами 24. Корпус 21 индикатора имеет со стороны установки платы 9 ЖКИ диаметрально расположенные упругие защелки 25, совпадающие по ширине со сквозными прямоугольными отверстиями 23 корпуса 22 ЦАП. Плата индикатора 5 связана с платой 8 ЦАП посредством перемычки (на чертежах на показана).
Мембранный блок II имеет цилиндрическую форму, его продольная ось параллельна горизонтальной плоскости. Корпус 26 мембранного блока выполнен цилиндрической формы, снаружи с боковых сторон его размещены одинаковые разделительные мембраны
27, а внутри корпуса 26 размещен чувствительный элемент 28 (на чертежах не показан). Передача давления происходит за счет кремний-органической жидкости, залитой в полости между измерительной мембраной и мембраной чувствительного элемента 28. Мембранный блок II размещен между двумя одинаковыми фланцами III. При этом в верхней части цилиндрического корпуса 26 мембранного блока имеется штуцер 29, на который накручивается корпус 2 электронно-индикаторного блока. Внутри штуцера 29 вертикально установлена и закреплена прямоугольная плата 20 аналого-цифрового преобразователя (АЦП), электрически связанная с чувствительным элементом 28 в мембранном блоке II и электронными компонентами в корпусе 2 электронно-индикаторного блока I и герметизированная с помощью компаунда.
Фланцы III выполнены в виде толстых прямоугольных пластин 30 с двумя торцами овальной формы 31. Каждая из пластин имеет в верхней и нижней частях сквозные отверстия под крепежные элементы, расположенные перпендикулярно ее плоскости. В овальных, вытянутых по вертикали, торцевых сторонах 31 фланцев III вдоль длинной оси овала расположены два одинаковых глухих отверстия 33 с внутренней резьбой под крепежные элементы и между ними одно центральное отверстие 34 с конической резьбой, связанное с внутренней полостью фланца, для подсоединения импульсных трубок. Через фланцы III вся конструкция контактирует с измеряемой средой, давление которой измеряется.
Датчик давления собирается в следующем порядке.
Мембранный блок II размещают между фланцами III и стягивают между собой с помощью крепежных элементов 35. На штуцер 29 накручивают корпус 2 электронно-индикаторного блока I. В полости 7 корпуса 2 под электронные компоненты размещают плату 8 ЦАП в корпусе и плату 9 ЖКИ в корпусе, в полости 10 располагают клеммную колодку 11. Накручивают на корпус 2 глухую крышку 1 закрывающую полость 10 и индикаторную крышку 3, закрывающую полость 7 корпуса.
Датчик давления работает следующим образом.
Датчик подключают к измеряемой среде с помощью фланцев III через импульсные трубки (на чертеже не показаны). Давление измеряемой среды воздействует через мембраны 27 на чувствительный элемент 28 мембранного блока II. Перемещение измерительной мембраны чувствительного элемента 28 под действием давления приводит к изменению его характеристик - этот сигнал преобразуется с помощью АЦП 20 в цифровой и передается в ЦАП 8 для обработки микропроцессором и преобразования сигнала в аналоговый или цифровой сигнал HART, который через клеммную колодку 11 выводится для дальнейшей обработки. При этом информация (также после обработки) отображается на индикаторе 5. При необходимости с помощью кнопки 15 устанавливается нуль датчика.
При необходимости откручивают стопорно-ограничительный винт 19 и, поворачивают на резьбе корпус 2 электронно-индикаторного блока относительно мембранного блока II, устанавливают в нужное положение, и фиксируют винтом 19. Для изменения положения индикатора 5 откручивают и снимают индикаторную крышку 3, вытаскивают путем сжатия защелок 25 индикатор 5, который поворачивают в необходимое положение и устанавливают, ориентируясь по пазам 23 в нужном положении. Крышку 3 устанавливают в прежнее положение.
В сравнении с прототипом заявляемый датчик давления является более удобным в эксплуатации, более технологичным при сборке и обеспечивает более высокую точность и надежность работы.