Датчик разности давлений

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам преобразования давления.
Известен датчик давления, содержащий тензопреобразователь мембранно-рычажного типа, размещенный внутри основания и замкнутой полости, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделенный от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами, приваренными по наружному контуру к основанию и соединенными между собой центральным штоком, который связан с концом рычага тензопреобразователя с помощью тяги. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами. Датчик разности давлений Метран-22 АС. Руководство по эксплуатации СПГК.1529.000 РЭ, стр. 45, п. 1.3.8, Челябинск 2009.
Датчик чувствителен к электромагнитным помехам, что понижает точность его измерений.
Известен датчик разности давлений, содержащий корпус с профилированными поверхностями под мембраны, мембраны, две камеры со штуцерами и шток, в котором чувствительный элемент выполнен в виде балки с закрепленным на ней оптическим волокном. Патент Российской Федерации на полезную модель № 127461, МПК G01L 9/12, 27.04.2013. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
С целью повышения точности измерений в прототипе использован спектральный принцип преобразования разности давлений, однако чувствительный элемент в виде балки с закрепленным на ней оптическим волокном размещен внутри замкнутой герметичной полости несущей корпусной детали. Поскольку устройство содержит мембраны, ограничивающие эту замкнутую герметичную полость, с целью исключения необратимых деформаций при прогибах мембран полость заполняют гидравлической жидкостью. Таким образом, оптическое волокно находится в непосредственном контакте с гидравлической жидкостью, что приводит к ухудшению его прочностных свойств и, как следствие, невысокой надежности устройства в целом. Это обстоятельство сужает область применения данного технического решения.
Задачей полезной модели является создание датчика разности давлений для приборов с повышенными требованиями к надежности и точностным параметрам.
Техническим результатом является повышение надежности датчика разности давлений.
Технический результат достигается тем, что датчик разности давлений содержит корпус, две камеры со штуцерами, шток, чувствительный элемент в виде балки с закрепленным на ней оптическим волокном с волоконной решеткой Брэгга, каждая камера содержит упругий элемент в виде сильфона, при этом каждый сильфон на одном конце закреплён на штоке, а на другом конце – на корпусе.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где:
1 – корпус;
2, 3 – камеры;
4 – шток;
5 – балка;
6 – оптическое волокно с волоконной решеткой Брэгга;
7 – сильфоны.
1
2
Датчик разности давлений содержит две камеры 2 и 3 со штуцерами, предназначенные для восприятия давления среды P и P соответственно, шток 4, чувствительный элемент в виде балки 5 с закрепленным на ней оптическим волокном с волоконной решеткой Брэгга 6, размещенный в корпусе 1. Чувствительный элемент отделен от измеряемой среды упругими элементами в виде сильфонов 7. Каждый из сильфонов 7 приварен по контуру на одном конце к корпусу 1, а на другом – к штоку 4 (шток 4 может быть выполнен в виде единой или составной детали). Шток 4 жестко связан с концом балки 5.
Датчик разности давлений работает следующим образом.
Воздействие измеряемой разности давлений в камерах 2 и 3 вызывает растяжение одного из сильфонов 7 и одновременно сжатие другого. Перемещения штока 4 передают эту разность давлений на чувствительный элемент в виде балки 5 с закрепленным на ней оптическим волокном с волоконной решеткой Брэгга 6. Деформации балки и, соответственно, оптического волокна сопровождаются изменениями внутренней структуры волоконной решетки Брэгга, что приводит к изменению спектральных свойств излучения, прошедшего через оптическое волокно.
1
2
Поскольку сильфоны обладают более высокими диапазонами рабочих деформаций по сравнению с мембранами, использование упругих элементов в виде сильфонов, ограничивающих замкнутую полость, в которой размещен чувствительный элемент, позволяет исключить необходимость заполнения этой полости гидравлической жидкостью. При этом оптическое волокно не только изолировано от контакта со средой с давлением P и P, заполняющей камеры 2 и 3, но и не подвержено контакту с гидравлической жидкостью, что позволяет сохранить его прочностные свойства и, как следствие, повышает надежность устройства в целом.
1
2
Конструктивные параметры сильфонов подбирают исходя из значений давлений P и P, а также требуемого в каждом конкретном случае диапазона деформаций применяемых волоконных решеток Брэгга и конструктивных особенностей прибора в целом.