СИГНАЛЬНЫЙ МАНОМЕТР
ALARM PRESSURE GAUGE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания стрелочного манометра с узлом коммутации внешних напряжений.
Известны конструкции манометров с коммутацией внешних напряжений, например манометр ДМ 2010 Cr. Недостатком такого и аналогичных ему манометров, описанных в [1], является применение механических контактов, которым свойственны такие явления, как дребезг, подгорание, а также невысокая точность срабатывания коммутатора манометра в указателях граничных значений давлений.
Применение магнитного поджатая контактов приводит к улучшению качества коммутации, но и одновременно к еще большей потере точности.
Известны манометры с датчиками граничных значений [2, 3], в которых применяются индукционные или оптические устройства для коммутации внешних напряжений.
Прототипом выбран манометр серии А 3000 [3]. В этом манометре для управления давлением в пределах от нижнего до верхнего заданных значений перемещаемая спиральная заслонка перекрывает направленный на фототранзистор инфракрасный луч.
Усиленный сигнал от фототранзистора приводит в действие реле с двухполюсными перекидными контактами и происходит срабатывание. Питание на реле подается в том случае, когда стрелка проходит устанавливаемое значение слева направо и питание с реле снимается, когда только стрелка смещается от соответствующего задаваемого значения. В манометре применяется реле с перекидными контактами, что позволяет организовать любое исполнение коммутирующего устройства [4], кроме того работа манометра не зависит от перебоя электропитания.
Однако данное техническое решение имеет ряд недостатков, а именно:
- При прохождении спиральной заслонки слева направо или наоборот через оптическую зону щелевого оптодатчика в условиях вибрации возникает нестабильность выходного сигнала щелевого оптодатчика (далее - датчика), что может привести к ложным срабатываниям реле.
- При перебоях электрического питания в приборе может возникнуть ситуация неопределенного состояния реле.
Надежность работы устройства при перебоях с питанием обусловлена не конструкцией манометра, а бесперебойной работой электронного блока, что снижает потенциальную надежность прибора.
- Организация исполнения коммутирующего устройства путем перекоммутации контактов реле к внешним цепям может привести к неразрешенным изменениям схемы коммутации и ошибкам в работе манометра.
Фактически такое решение гарантирует только одно исполнение электроконтактного устройства и ограничивает его универсальность
- В приборе отсутствует визуальное наблюдение за процессом переключения, что затрудняет контроль процесса.
Целью технического решения является повышение надежности работы манометра, в том числе при вибрационных нагрузках, а также расширение функционального применения за счет универсальности коммутационного блока и гарантированного обеспечения его любого исполнения. Технический результат достигается тем, что в сигнальном манометре, содержащем корпус, в котором неподвижно установлен узел держателя с трубкой Бурдона внутри корпуса и штуцером для подключения к измеряемому давлению с внешней стороны корпуса, трубка Бурдона свободным концом связана с помощью тяги с передаточным трибко-секторным механизмом, преобразующим перемещение свободного конца трубки в круговое движение стрелки, установленной на оси трубки и располагающейся над циферблатом, а также указатели граничных значений давлений, установленных на механизме соосно с осью вращения трубки и устанавливаемых в нужные показания значений давления с помощью механизма их перемещения, установленного в центре защитного стекла, герметично установленного в корпусе над циферблатом, а также первый и второй оптические щелевые датчики, которые установлены на указателях граничных значений давления, и, соответственно, первая и вторая радиально расположенные шторки датчиков, конструктивно выполненные аналогично стрелки, установленные соосно с помощью втулок в центре их тяжести на оси трубки и имеющие непрозрачную часть для управления датчиками на конце, поводок для перемещения шторок, который одним концом своей радиально расположенной части неподвижно установлен на оси трубки с помощью узла крепления и совершает круговое перемещение, одинаковое со стрелкой, а вторым изогнутым под углом концом перемещает указанные шторки.
Преимуществом предлагаемого технического решения является то, что вторая шторка расположена на оси над первой так, что вертикальное расстояние между шторками равно высоте датчика, кроме того, между шторками установлена плоская спиральная пружина таким образом, что ее центр совпадает с осью трибки, один конец пружины закреплен на втулке первой шторки, а второй - на противоположной непрозрачной части конца второй шторки, создавая момент встречного перемещения шторок, при этом между осью трибки и осевыми отверстиями втулок имеется зазор, исключающий зацепление трибки со втулками, и длина от центра до непрозрачной части первой шторки больше длины аналогичной части второй шторки на ширину датчика, поводок шторок установлен в угловой зоне между первой и второй шторками так, что его узел крепления располагается на оси трибки ниже первой шторки, его радиально расположенная часть имеет размер меньше расстояния от оси до непрозрачной части шторки, а вертикальная - достаточный для контактирования с обеими шторками, при этом первый и второй датчики установлены неподвижно на указателях граничных значений таким образом, что при входе шторки в щель датчика препятствуют дальнейшему продвижению шторки и середина щели датчика по высоте совпадает с непрозрачной частью шторки, формирователи излучения, светодиод и фотоприемник, первого и второго щелевых датчиков выводами питания также подключены к источнику питания, а их выходные электрические выводы подключены, соответственно, на входы первого и второго инерционных элементов, выводы которых подключены к средней точке первого и второго управляемых переключателей, первые выводы которых подключены к инвертирующим входам, а вторые, соответственно, - к неинвертирующим входам первого и второго формирователей напряжения, выходы которых подключены, соответственно, к первым выводам обмоток реле, а вторые выводы обмоток реле подключены через резисторы к источнику питания.
Для визуального наблюдения переключения между выходами формирователей напряжения и источником питания включены первая и вторая сигнализирующие цепи, состоящие из последовательно соединенных сигнальных светодиодов и резисторов, причем указанные светодиоды закреплены на верхней поверхности защитного стекла. Сущность изобретения поясняется описанием сигнального манометра, а также электрической схемой (фиг.1) и чертежами (фиг.2-7) заявляемого сигнального манометра.
На фиг.1 приведена электрическая схема сигнального манометра, на которой обозначено: 1 - источник постоянного напряжения (преобразователь переменного напряжения в постоянное); 2 и 3 - первая и вторая щелевые оптопары (далее - датчики) с открытыми излучающими каналами; 4 и 5 - первая и вторая шторки; формирователи излучения - светодиод 6 и фотоприемник 7 щелевых датчиков, соответственно, первого 2 и второго 3 подключены к источнику питания 1 через токоограничительные резисторы 8 и 9, а приемники излучения - фотоприемники 7, соответственно, первого 2 и второго 3 щелевых датчиков выводами питания также подключены к источнику питания 1, а их выходные электрические выводы подключены к входам 10, соответственно, первого 11 и второго 12 инерционных элементов, выводы 13 и 14 которых подключены к средним точкам а и б первого 15 и второго 16 управляющих переключателей, первые выводы которых подключены к инвертирующим входам 17 и 18, а вторые, соответственно, к неинвертирующим входам 19 и 20 первого 21 и второго 22 формирователей напряжения, выходы которых подключены соответственно к первым выводам обмоток реле 23, а вторые выводы реле подключены через резисторы 24 к указанному источнику питания 1.
Для управления внешними электрическими цепями контакты 25 (замкнуты - разомкнуты) реле 23 подключены к элементам 26, 27.
Для визуального наблюдения переключения между выходами формирователей напряжения 21 и 22 и источником питания 1 включены первая и вторая сигнализирующие цепи, состоящие из последовательно соединенных сигнальных светодиодов VD и резисторов R, причем указанные светодиоды закреплены на внутренней поверхности защитного стекла 19 (на фиг.2 условно не показано).
Введение в электрическую схему управляемых переключателей 15 и 16 позволяет организовывать 4 комбинации исходного состояния реле 23, соответствующих требованиям нормативных документов для таких приборов.
При входе или выходе шторок 4 и 5 в оптические зоны щелевых датчиков 2 и 3 (фиг.3, 4) до установившегося процесса их фиксации возможна нестабильность выходного сигнала от действия вибрации.
Введение в электрическую схему (фиг.1) инерционных элементов 11 и 12 ослабит или полностью исключит этот недостаток.
Работоспособность схемы не нарушается при сбоях электропитания за счет того, что механическая конструкция манометра надежно обеспечивает положение шторок и не допускает возникновения неопределенного состояния.
На фиг.2 изображен продольный разрез сигнального манометра (далее - манометр).
Обозначение позиций манометра на фиг.2 не идентичное позициям на фиг.1 и следует читать независимо.
На фиг.3 показан фрагмент положения шторок до перекрытия; на фиг.4 - перекрытие оптических каналов в щелевых датчиках.
На фиг.5-7 показано функциональное расположение шторок относительно щелевых датчиков.
Манометр содержит корпус 1, в котором установлены штуцер 2, являющийся частью держателя 3, трубка Бурдона 4, трибко-секторный механизм 5, трибка 6, на ось которой установлена стрелка 7, которая поворачивается на угол по циферблату 8, соответствующий давлению; рычаг 9 поворота стрелок указателей 10 и 11 максимально и минимально допустимых значений давления среды, держатель 12 для крепления циферблата 8; щелевые оптодатчики 13 и 14; соответственно первая и вторая шторки 15 и 16; спиральная пружина 17, поводок шторок 18.
Для визуального наблюдения, переключения между выходами первого 21 и второго 22 формирователей напряжения и источником питания 1 включены первая и вторая, соответственно 28 и 29 сигнализирующие цепи из последовательно соединенных сигнальных светодиодов VD и резисторов R (фиг.1), причем указанные сигнальные светодиоды закреплены на внутренней поверхности защитного стекла 19 (условно не показаны).
Устройство манометра работает следующим образом (фиг.2).
Манометр, содержащий корпус 1, в котором установлены штуцер 2, являющийся частью держателя 3, закрепленного неподвижно в корпусе 1, устанавливают в резьбовое отверстие объекта и подают давление. Под действием давления трубка Бурдона 4 передает движение к трибко-секторному механизму 5, трибке 6, на ось которой установлена стрелка 7, которая поворачивается на угол по циферблату 8, соответствующий давлению. С помощью механизма вращения рычагом 9 поворота стрелок указателей 10 и 11 граничных значений давлений устанавливают в нужные положения.
Крепления циферблата 8 располагается на держателе 12 в нерабочей зоне циферблата 8.
На указателях граничных значений 10 и 11 установлены щелевые, первый 13 и второй 14 оптические датчики, причем установлены так, что первая и вторая шторки, соответственно 15 и 16 при давлении меньше или больше граничных значений останавливаются, перекрыв оптический канал датчиков, т.к. упирается в стенку (фиг.4).
На фиг.3 показаны шторки до перекрытия оптического канала, а на фиг.4 - перекрытие оптического канала шторками.
Спиральная пружина 17 (фиг.2) размещена между шторками 15 и 16 так, что ее центр совпадает с осью трибки 6, один конец которой закреплен за нерабочий конец первой шторки 15, а второй - за втулку второй шторки 16, что создает вращательный момент шторок, направленный на их сближение.
Втулки шторок 15 и 16 свободно вращаются на оси трибки 6, т.к. между осью втулки и осью трибки 6 имеется зазор.
Первая шторка 15 (фиг.4) находится в оптической зоне первого датчика 13 и упирается в его стенку и усилием от момента, создаваемого спиральной пружиной 17, фиксируется и за счет этого не реагирует на вибрационные нагрузки.
Поводок 18 шторок 15 и 16, расположенный между первой 15 и второй 16 шторками, удерживает вторую 16 шторку от движения к первой 15, вызванного действием спиральной пружины 17.
Функционирование манометра при нулевом давлении поясняется на фиг.5.
При этом положение оптических датчиков 13 и 14 соответствует некоторым установленным граничным минимальному и максимальному значениям, обозначенным соответственно А и В.
Поводок 18 шторок 15 и 16 находится напротив отметки «О». Под действием усилия, создаваемого пружиной 17, первая шторка 15 фиксируется внутри первого оптического датчика 13, упираясь в его стенку (фиг.4). Вторая шторка 16, находясь также под действием усилия пружины 17, удерживается поводком 18 (фиг.5). Направление усилий, действующих на шторки 15 и 16, показано стрелками.
Функционирование манометра при рабочем давлении между положением А и В поясняется на фиг.6. При подаче давления, превышающего значение А, поводок 18, совершая движение в положение С, соответствующее заданному давлению, подходит к первой шторке 15 и выводит ее из оптической зоны первого датчика 13. При этом вторая шторка 16 продолжает удерживаться поводком 18 и перемещается вместе с ним.
В рабочей зоне давлений, ограниченной указателями граничных значений, шторки 15 и 16 оказываются расположенными рядом и разделены находящимся между ними поводком 18 (фиг.6).
Функционирование манометра при рабочем давлении, превышающем положение В, поясняется на фиг.7. При подаче давления, превышающем значение А и В, поводок 18, совершая движения в положение Д, соответствующее заданному давлению, заводит вторую шторку 16 в оптическую зону второго датчика 14, шторка 16 упирается в стенку датчика 14 (фиг.4) и одновременно усилием манометрической 4 и спиральной 17 пружин фиксируется в этом положении. Вибрация нейтрализуется фиксированным положением шторки.
Поскольку первый датчик 13 располагается выше второй шторки 16, то увлекаемая поводком 18 вторая шторка 16 проходит под первым датчиком 13 и фиксируется поводком 18 в положении Д.
Таким образом, конструкция манометра повышает надежность управления состояния оптических датчиков и предотвращает влияние вибрационных нагрузок на качество коммутации, а также позволяет организовать любое исполнение коммутирующего устройства и визуально наблюдать за процессом коммутаций.
Источники информации
1. Манометры MD2010, MD5010 и др. в книге автора Мулёва Ю.В. "Манометры": Производственно-техническое пособие, 280 с., М.: МЭИ, 2003 г.
manotherm@t-online.de
2. MANOTHERM Beierfeld GmbH Am Gewerbepark 9. D-08340 Beierfeld Phone: (0 37 74)58 - 0. Fax: (0 37 74)58 - 545 manotherm.com.
www.olil/ru
dwver@jlil.ru
3. Контактные датчики давления/манометры Photohelic, Серия А3000, ООО "ОЛИЛ"  Эл. Почта
4. ГОСТ2405-88.