Устройство для создания пульсирующего давления
PULSED PRESSURE GENERATING DEVICE

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для градуировки, поверки и калибровки датчиков давления.
Из патентной литературы известно устройство для создания пульсирующего давления, содержащее корпус, снабженный рабочей камерой пульсирующего давления и каналами отвода и подвода газа, и распределитель, имеющий возможность вращения и снабженный каналом для попеременного сообщения рабочей камеры с каналами подвода и отвода газа, корпус выполнен с глухой цилиндрической расточкой, в которой размещен распределитель, выполненный в виде цилиндрического стержня, а рабочая камера образована внутренней поверхностью цилиндрической расточки корпуса и торцами распределителя и расточки корпуса (SU №838478, G01L 27/00, 1981).
Недостатки этого устройства заключаются:
- в его неэффективности, как пульсатора, из-за отсутствия возможности сброса давления из канала отвода газа, к которому должен присоединяться калибруемый и образцовый (эталонный) датчики давления, перед подачей в канал последующих импульсов (пульсаций) давления;
- в узком динамическом диапазоне пульсаций из-за малого объема рабочей камеры пульсирующего давления по сравнению с объемом внутренних полостей канала отвода газа, калибруемого и образцового датчиков давления и арматуры, обеспечивающей подсоединение указанных датчиков к каналу отвода газа;
- в невозможности создания пульсаций с отрицательным давлением (создание вакуума).
Известно устройство для создания пульсирующего давления, которое является наиболее близким по технической сущности к заявляемому, содержащее корпус, снабженный рабочей камерой пульсирующего давления и каналами отвода и подвода газа, и распределитель, выполненный в виде цилиндрического стержня, имеющий возможность вращения и снабженный каналом для поперечного сообщения рабочей камеры с каналом подвода и отвода газа, корпус дополнительно снабжен каналом для отсоса газа из газоотводящего канала, обеспечивающего создание отрицательных давлений в канале отвода газа и выточкой в распределителе, соединяющей при вращении канал для отсоса газа из газоотводящего канала и канал отвода газа RZ №21238, G01L 27/00, 2009).
Это устройство также обладает рядом недостатков, а именно:
- узкий динамический диапазон пульсаций из-за малого объема рабочей камеры пульсирующего давления по сравнению с суммарным объемом внутренних полостей канала отвода газа, калибруемого и образцового (эталонного) датчиков давления и арматуры, обеспечивающей подсоединение указанных датчиков к каналу отвода газа;
- недостаточная скорость вращения распределителя в корпусе устройства для создания требуемой частоты следования импульсов высокого и отрицательного давления;
- неспособность устройства создать пульсирующее давление, обусловленная его конструктивной особенностью, заключающейся в том, что каналы подвода, отвода, отсоса газа и выточка выполнены в одной горизонтальной плоскости.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение - расширение технических возможностей существующих устройств для создания пульсирующего давления.
Техническим результатом изобретения является устройство, обеспечивающее создание широкого динамического диапазона пульсаций положительного и (или) отрицательного давления в газовой среде, исключающее зависимость величины амплитуды импульсов пульсаций от объема камеры пульсирующего давления, способное создавать требуемую частоту следования импульсов высокого и отрицательного давления при меньшей в два раза скорости вращения распределителя.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для создания пульсирующего давления, содержащем корпус с глухой цилиндрической расточкой, в которую установлен имеющий возможность вращения цилиндрический распределитель, с каналами подвода и отвода газа расположенными в одной плоскости соосно друг другу, и с каналом отсоса газа, последний расположен в одной вертикальной плоскости с каналами подвода газа и отвода газа, и смещен вдоль корпуса в другую горизонтальную плоскость на расстояние, достаточное для исключения сообщения канала отсоса газа с каналом подвода газа, на поверхности глухой цилиндрической расточки от канала отвода газа в направлении горизонтальной плоскости канала отсоса газа образована продольная выточка, в цилиндрическом распределителе выполнены два поперечных сквозных канала, первый из которых выполнен в одной горизонтальной плоскости с каналами подвода и отвода газа и служит при вращении распределителя для периодического соединения каналов подвода и отвода газа, второй - в одной горизонтальной плоскости с каналом отсоса газа и служит для периодического соединения каналов отсоса и отвода газа через продольную выточку, при этом первый и второй сквозные поперечные каналы цилиндрического распределителя в проекции на горизонтальную плоскость - ортогональны.
На фиг. 1 - фиг. 3 изображены, соответственно, продольный и поперечные разрезы устройства; на фиг. 4 - фиг. 11 приведены поперечные разрезы устройства, когда распределитель последовательно находится в различных положениях 0°, 90°, 270° и 360° (0°) в пределах одного оборота при вращении в направлении часовой стрелки в корпусе устройства.
Устройство для создания пульсирующего давления содержит корпус 1, выполненный с глухой цилиндрической расточкой 2 и каналами подвода 3 газа, отвода 4 газа и отсоса 5 газа, каналы подвода 3 газа и отвода 4 газа выполнены в одной горизонтальной плоскости А-А и в одной вертикальной плоскости Б-Б.
В глухую цилиндрическую расточку 2 корпуса 1 установлен цилиндрический распределитель 6, имеющий возможность вращения в глухой цилиндрической расточке 2 корпуса 1 устройства.
Канал 5 отсоса газа в корпусе 1 устройства выполнен в одной вертикальной плоскости Б-Б с каналами подвода 3 газа и отвода 4 газа, но смещенным вдоль корпуса 1 устройства в другую горизонтальную плоскость В-В на расстояние 7, достаточное для исключения сообщения канала 5 отсоса газа с каналом 3 подвода газа.
В цилиндрическом распределителе 6 выполнены два поперечных сквозных канала 8 и 9.
Сквозной поперечный канал 8 расположен в одной горизонтальной плоскости А-А с каналами подвода 3 газа и отвода 4 газа и служит при вращении цилиндрического распределителя 6 для периодического соединения каналов подвода 3 газа и отвода 4 газа.
Второй сквозной поперечный канал 9 цилиндрического распределителя 6 выполнен в другой горизонтальной плоскости В-В с каналом 5 отсоса газа корпуса 1 устройства, и служит при вращении распределителя 6 для периодического соединения каналов отсоса 5 газа и отвода 4 газа корпуса 1 устройства через продольную выточку 10, выполненную на поверхности глухой цилиндрической расточки 2 корпуса 1 устройства от канала 4 отвода газа в направлении горизонтальной плоскости В-В с каналом 5 отсоса газа и вторым сквозным поперечным каналом 9 цилиндрического распределителя 6.
Длина выточки 10 выполнена достаточной для периодического сообщения, при вращении распределителя 6, со вторым сквозным поперечным каналом 9 цилиндрического распределителя 6.
Сквозные поперечные каналы 8 и 9 цилиндрического распределителя 6 в проекции на горизонтальную плоскость ортогональны.
Устройство для создания пульсирующего давления работает следующим образом.
Для формирования импульсов высокого давления к каналу подвода газа 3 подключают источник высокого давления газа, к каналу отвода газа 4 подключают калибруемый датчик давления и образцовый (эталонный) датчик давления (на фиг. не показан), канал отсоса газа 5 остается свободным.
В начальном положении распределителя 0° (фиг. 2 и 3, фиг. 4 и 5) через канал подвода газа 3 и сквозной поперечный канал 8 подается в канал отвода газа 4 газ высокого давления, чем создается фронт импульса высокого давления газа.
При повороте цилиндрического распределителя 6 по часовой стрелке на 90° (фиг. 6 и 7) канал подвода газа 3 перекрыт поверхностью цилиндрического распределителя 6, сквозной поперечный канал 8 перекрыт поверхностью глухой цилиндрической расточки 2, канал отвода газа 4 через продольную выточку 10 и сквозной поперечный канал 9 сообщается с каналом отсоса газа 5. Газ выпускается из канала отвода газа 4 в канал отсоса газа 5, тем самым в канале 4 создается спад (срез) импульса высокого давления газа.
При повороте цилиндрического распределителя 6 по часовой стрелке на 180° (фиг. 8 и 9) через канал подвода газа 3 и сквозной поперечный канал 8 газ высокого давления подается в канал отвода газа 4.
В канале 4 создается фронт импульса высокого давления газа.
При повороте цилиндрического распределителя 6 по часовой стрелке на 270° (фиг. 10 и 11) канал подвода газа 3 перекрыт цилиндрической поверхностью распределителя 6, продольная выточка 10 перекрыта поверхностью глухой цилиндрической расточки 2, канал отвода газа 4 через продольную выточку 10 и сквозной поперечный канал 9 сообщается с каналом отсоса газа 5. Газ из канала 4 попадает в канал 5, тем самым в канале 4 создается спад (срез) импульса высокого давления газа.
При повороте распределителя 6 по часовой стрелке на 360° положение цилиндрического распределителя 6 соответствует начальному положению 0° (фиг. 4 и 5).
Таким образом, за один оборот цилиндрического распределителя 6 устройство для создания пульсирующего давления формирует два импульса высокого давления газа.
Амплитуда импульсов высокого давления газа равна величине давления газа, подаваемого в канал подвода газа 3. Длительность импульсов высокого давления газа равна одной четвертой от длительности одного оборота цилиндрического распределителя 6. Период следования импульсов высокого давления газа равен половине длительности одного оборота цилиндрического распределителя 6.
Для формирования импульсов отрицательного (ниже атмосферного) давления канал подвода газа 3 оставляют свободным, к каналу отвода газа 4 подключают калибруемый датчик давления и образцовый (эталонный) датчик давления (на фиг. не показан), к каналу отсоса газа 5 подключают устройство отсоса газа.
При положениях 90° (фиг. 6 и 7) и 270° (фиг. 10 и 11) цилиндрического распределителя 6 из канала отвода газа 4 через продольную выточку 10 и сквозной поперечный канал 9 отсасывается газ в канал 5, тем самым формируется фронт импульсов отрицательного давления.
При положениях 0° (фиг. 4 и 5) и 180° (фиг. 8 и 9) цилиндрического распределителя 6 из канала подвода газа 3 через сквозной поперечный канал 9 в канал отвода газа 4 поступает газ атмосферного давления, формируется спад (срез) импульсов отрицательного давления.
Таким образом, за один оборот цилиндрического распределителя 6 устройство для создания пульсирующего давления формирует два импульса отрицательного давления газа.
Амплитуда импульсов отрицательного давления газа определяется мощностью устройство отсоса газа, которое за время сообщения каналов 4 и 5 должно отсосать газ из канала 4 до требуемого значения отрицательного давления. Длительность импульсов отрицательного давления газа равна одной четвертой от длительности одного оборота цилиндрического распределителя 6. Период следования импульсов отрицательного давления газа равен половине длительности одного оборота цилиндрического распределителя 6.
Для формирования последовательности импульсов положительного (выше атмосферного) и отрицательного (ниже атмосферного) давления к каналу подвода газа 3 подключают источник высокого давления, к каналу отвода газа 4 подключают калибруемый датчик давления и образцовый (эталонный) датчик давления (на фиг. не показан), к каналу 5 подключают устройство отсоса газа.
При положениях 0° (фиг. 4 и 5) и 180° (фиг. 8 и 9) цилиндрического распределителя 6 из канала подвода газа 3 через сквозной поперечный канал 9 в канал отвода газа 4 поступает газ высокого давления, формируется спад (срез) импульсов отрицательного давления и фронт импульсов высокого давления.
При положениях 90° (фиг. 6 и 7) и 270° (фиг. 10 и 11) цилиндрического распределителя 6 из канала отвода газа 4 через продольную выточку 10 и сквозной поперечный канал 9 отсасывается газ в канал 5, тем самым формируется спад (срез) импульсов высокого давления и фронт импульсов отрицательного давления.
Длительность импульсов положительного и отрицательного давления газа равна одной четвертой от длительности одного оборота цилиндрического распределителя 6. Период следования импульсов положительного и отрицательного давления газа равен половине длительности одного оборота цилиндрического распределителя 6.
При равномерном вращении цилиндрического распределителя 6 устройство формирует периодическую последовательность импульсов давления со скважностью, равной двум.
Скважность импульсов - это отношение периода следования к длительности импульсов, рассчитывается по формуле
где S - скважность импульсов;
Т - период следования импульсов;
И
τ - длительность импульсов.
Предложенное устройство для создания пульсирующего давления обеспечивает создание широкого динамического диапазона пульсаций положительного и (или) отрицательного давления в газовой среде, исключает зависимость величины амплитуды импульсов пульсаций от объема камеры пульсирующего давления, создает требуемую частоту следования импульсов высокого и отрицательного давления при меньшей в два раза скорости вращения распределителя.