УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА КОНТРОЛЬНОГО ГАЗА
DEVICE FOR ADJUSTMENT OF THE MONITORING GAS FLOW

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для контроля локальной герметичности сварных изделий с использованием пробных газов.
Известно устройство (авторское свидетельство СССР №823924, G01M 3/00, дата публикации 1981.04.23) - щуп-натекатель течеискателя ПТИ-10, содержащий корпус с коническим отверстием и установленную в нем регулируемую коническую иглу, хвостовая часть которой имеет резьбу, регулировочную гайку и трубку для отвода контрольного газа. Щуп-натекатель течеискателя ПТИ-10 позволяет проводить поиск локальных течей исследуемого объекта с изменением пропускной способности.
Известно устройство для регулирования потока контрольного газа (авторское свидетельство СССР №1647319, G01M 3/04, дата публикации 1991.07.05), содержащее полый теплоизолированный корпус, запирающий орган, выполненный в виде конической иглы, механизм перемещения конической иглы, выполненный в виде рабочего тела, соединенного с конической иглой и связанного с ним узла нагрева с терморегулятором. Рабочее тело выполнено в виде емкости с сильфоном, заполненной жидкостью, а узел нагрева размещен в жидкости.
Известно устройство для регулирования потока контрольного газа (авторское свидетельство СССР №1772644, G01M 3/04, дата публикации 1992.10.30), содержащее полый теплоизолированный корпус, запирающий орган, выполненный в виде конической иглы, механизм перемещения конической иглы, выполненный в виде рабочего тела с узлом нагрева в виде тепловой трубы, один конец которого выступает за рабочее тело, которая имеет вид оребренного цилиндра с двойными стенками, образующие кольцевую полость, заполненную жидким теплоносителем, электронагревателя, размещенного в цилиндре, и терморегулятора. Снабжено пружинным стаканом с боковыми отверстиями, установленным с возможностью продольно-осевых перемещений, и тороидально-цилиндрическим сильфоном, установленным на торце выступающего конца трубы соосно с ней и стаканом, сообщенным с ее полостью контактирующим своим свободным торцом с внутренней торцевой поверхностью стакана.
Наиболее близким является устройство (патент РФ №2051349, G01M 3/02, дата публикации 1995.12.27), содержащее полый теплоизолированный корпус с регулируемым дросселем, запирающий орган, выполненный в виде конической иглы и седла, установленного в корпусе, ответного по форме конической игле, и резьбовой регулятор положения иглы со штоком. Снабжено вторым регулятором положения конической иглы, выполненным в виде двух сильфонов большого и малого диаметров, расположенных соосно один в другом, с образованием между ними герметичной полости, которая заполнена жидкостью. Одна стенка сильфона большого диаметра жестко соединена с конической иглой и одна стенка сильфона малого диаметра соединена со штоком резьбового регулятора положения конической иглы, а другие стенки обоих сильфонов закреплены на корпусе.
Указанные аналоги имеют следующие недостатки:
- температура рабочей жидкости, изменяющаяся с изменением скорости натекания газа, оказывает существенное влияние на передаточное отношение гидравлического редуктора, точность позиционирования и на быстродействие устройства;
- консольное крепление конической иглы к торцу сильфона, которое не обеспечивает должной жесткости, и возмущающие факторы, возникающие под действием потока газа, могут вызвать радиальное колебание конической иглы, изменяющие пропускное сечение запирающего органа;
- сложность обеспечения достаточно мелкого шага резьбы для тонкого регулирования пропускной способности запирающего органа.
Задача изобретения - повышение точности и скорости регулировки потока газа за счет жесткой подвески и центрации конической иглы и двух расположенных на штоке иглы между мембранами пьезоэлементов для подачи и точного позиционирования запирающей иглы.
Техническим результатом является увеличение нагрузочной способности и точности перемещения конической иглы устройства, снижение динамических отклонений от воздействия потока газа.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования потока контрольного газа, содержащем корпус с регулируемым дросселем, запирающий орган которого выполнен в виде конической иглы и ответного по форме седла, установленного в корпусе, согласно изобретению введены защемленные на одинаковом расстоянии друг от друга три мембраны с установленными между ними пьезоэлементами в виде трубок с возможностью обеспечения устойчивой центрирующей подвески штока конической иглы.
Сущность изобретения заключается в том, что для точного позиционирования запирающей иглы относительно седла используется дифференциальная схема пьезопривода, обеспечивающая редукцию деформации расположенных между мембранами пьезоэлементов в меньшие перемещения примыкающей к крайней мембране иглы. Устойчивость к действию возмущающих факторов, возникающих под действием потока газа, обеспечивается их распределением между тремя мембранами.
На чертеже показано устройство для регулирования потока контрольного газа.
Устройство для регулирования потока контрольного газа содержит корпус 1, с регулируемым дросселем 2, запирающий орган которого выполнен в виде конической иглы 3 со штоком 4, на котором установлены пьезоэлементы 5, расположенные между мембранами 6, которые защемлены по периферии между корпусом 1, одинаковыми по длине кольцами 7 и крышкой 8. Края соосных отверстий в мембранах 6 защемлены на штоке 4. Седло 9 выполнено из эластомера, например из тетрафторэтилена (тефлон).
1
2
3
Устройство для регулирования потока контрольного газа работает следующим образом. На электроды пьезоэлементов 5 подается напряжение, что приводит их к деформациям растяжения или сжатия пьезоэлементов, которые перемещают коническую иглу 3 относительно седла 9 и устанавливают требуемый газовый поток. Задавая различные по величине и направлению деформации пьезоэлементов Δ и Δ в результате перераспределения деформаций между мембранами 6, можно получить различные по величине и направлению перемещения конической иглы Δ. В общем случае:
3
1
2
Δ=(Δ+2Δ)/3.
Коэффициент редукции дифференциального пьезопривода, определяемый следующим соотношением:
р
1
2
3
К=(Δ+Δ)/Δ,
показывает, что при минимальных деформациях пьезоэлементов возможна реализация регулировки положения конической иглы с малой дискретностью перемещения.
Таким образом, благодаря введению двух пьезоэлементов, расположенных между упругими, равными по жесткости мембранами, формируется дифференциальный пьезопривод, а перемещение иглы осуществляется изменением длины пьезоэлементов. Это позволяет с большим быстродействием регулировать пропускную способность дросселя, а также компенсировать динамическое воздействие потока контрольного газа. Кроме того, возрастает точность перемещения конической иглы, предел которого в аналогичных натекателях технологически ограничивается шагом резьбы. Высокая устойчивость центрирующей подвески штока иглы обеспечивается тремя мембранами.