ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE DIFFERENCE TRANSDUCER

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перепада давления контролируемой среды. В частности, изобретение может быть использовано в нефтехимической, пищевой, химической промышленностях, тепловой и атомной энергетике, коммунальном хозяйстве и других производствах, где необходимо измерять давление различных жидких и газообразных сред.
Из а.с. СССР №1493895 (МПК G01L 11/00, G01L 7/12, опубл. 15.07.1989) известен вибрационный датчик давления, состоящий из герметично перекрываемого корпуса, чувствительного элемента, расположенного внутри корпуса и принимающего давление измеряемой среды через мембранный блок, датчика съема колебаний, датчика возбуждения колебаний, усилителя. Чувствительный элемент образует замкнутую механическую колебательную систему камертонного типа. Усилитель соединен входом с датчиком съема колебаний, а выходом с датчиком возбуждения колебаний. Недостатками являются недостаточная точность, недостаточный диапазон рабочих температур (-60-70°С), отсутствие стойкости к ионизирующему излучению.
Из а.с. СССР №964503 (МПК G01L 11/00, опубл. 07.10.1982) известен датчик для определения перепада давления, являющийся наиболее близким аналогом изобретения. Известный датчик содержит первый чувствительный элемент, принимающий давление измеряемой среды через первый вентильный блок, первый датчик съема колебаний и первый датчик возбуждения колебаний, расположенные на первом чувствительном элементе, и первый усилитель, соединенный входом с первым датчиком съема колебаний, а выходом с первым датчиком возбуждения колебаний. Также известный датчик содержит второй чувствительный элемент, принимающий давление измеряемой среды через второй вентильный блок, второй датчик съема колебаний и второй датчик возбуждения колебаний, расположенные на втором чувствительном элементе, и второй усилитель, соединенный входом со вторым датчиком съема колебаний, а выходом со вторым датчиком возбуждения колебаний. Первый и второй чувствительные элементы образуют замкнутую механическую колебательную систему камертонного типа. Недостатками являются недостаточная точность и надежность, недостаточный диапазон рабочих температур (-60-70°С), отсутствие стойкости к ионизирующему излучению.
Целью настоящего изобретения является создание датчика для определения перепада давления для эксплуатации в объеме гермозоны АЭС в условиях большой и малой течах теплоносителя.
Преимуществами изобретения являются:
- высокая температура эксплуатации - до 300°С;
- стойкость к ионизирующему излучению;
- большой срок эксплуатации - до 30 лет;
- ремонтопригодность;
- большой межповерочный срок - 10 лет и более;
- стойкость к агрессивным средам;
- высокая точность измерения - до 0,01%.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности определения перепада давления в условиях герметического объема АЭС.
Сущность изобретения заключается в том, что датчик для определения перепада давления состоит из первого чувствительного элемента, принимающего давление измеряемой среды через первый вентильный блок, первого датчика съема колебаний и первого датчика возбуждения колебаний, расположенных на первом чувствительном элементе, первого усилителя, соединенного входом с первым датчиком съема колебаний, а выходом с первым датчиком возбуждения колебаний. Также датчик для определения перепада давления содержит второй чувствительный элемент, принимающий давление измеряемой среды через второй вентильный блок, второй датчик съема колебаний и второй датчик возбуждения колебаний, расположенные на втором чувствительном элементе, и второй усилитель, соединенный входом со вторым датчиком съема колебаний, а выходом со вторым датчиком возбуждения колебаний. Первый и второй чувствительные элементы образуют замкнутые механические колебательные системы камертонного типа. Первый и второй чувствительные элементы расположены внутри соответственно первого и второго герметично перекрываемых корпусов, принимающих давление измеряемой среды через соответственно первый и второй мембранные блоки. Первый чувствительный элемент выполнен в виде первого первичного преобразователя, состоящего из двух соосных труб разного диаметра, соединенных верхними основаниями друг с другом и нижними основаниями друг с другом посредством первых верхних и нижних фигурных втулок соответственно, первые верхние фигурные втулки прикреплены к первому корпусу через первый сильфонный блок. Второй чувствительный элемент выполнен в виде второго первичного преобразователя, состоящего из двух соосных труб разного диаметра, соединенных верхними основаниями друг с другом и нижними основаниями друг с другом посредством вторых верхних и нижних фигурных втулок соответственно, вторые верхние фигурные втулки прикреплены ко второму корпусу через второй сильфонный блок. Первый датчик съема колебаний и первый датчик возбуждения колебаний вкручены во внешнюю трубу первого первичного преобразователя и сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов. Второй датчик съема колебаний и второй датчик возбуждения колебаний вкручены во внешнюю трубу второго первичного преобразователя и сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов. Вторые выходы первого и второго усилителей подключены к первому и второму входам сумматора-преобразователя, выход которого подключен к регистратору, отображающему величину перепада давления измеряемой среды.
Изобретение иллюстрируется фиг.1-3.
На фиг.1 изображена конструкция первого чувствительного элемента датчика для определения перепада давления, на фиг.2 - конструкция второго чувствительного элемента датчика для определения перепада давления, на фиг.3 - регистрирующая часть датчика для определения перепада давления. При этом: 1 - первый корпус, 2 - первый вентильный блок, 3 - вентильный блок для подачи спирта в первый корпус, 4 - первый первичный преобразователь; 5 - первый мембранный блок; 6 - первый сильфонный блок; 7 - первый датчик съема колебаний; 8 - первый датчик возбуждения колебаний; 9 - первый усилитель; 10 - второй корпус; 11 - второй вентильный блок, 12 - вентильный блок для подачи спирта во второй корпус, 13 - второй первичный преобразователь; 14 - второй мембранный блок; 15 - второй сильфонный блок; 16 - второй датчик съема колебаний; 17 - второй датчик возбуждения колебаний; 18 - второй усилитель; 19 - сумматор-преобразователь; 20 - регистратор.
Датчик для определения перепада давления содержит первый корпус 1, выполненный в виде вертикального цилиндра (фиг.1). Нижнее основание первого корпуса 1 герметично перекрывается вентильным блоком 3 для подачи спирта в первый корпус, верхнее основание - первым вентильным блоком 2. Внутри первого корпуса 1 закреплен первый чувствительный элемент в виде первого первичного преобразователя 4, выполненного в виде двух соосных труб одинаковой высоты и разного диаметра (внешней и внутренней), в результате чего внешняя и внутренняя трубы расположены с зазором друг относительно друга. Верхние основания: внешней и внутренней труб первого первичного преобразователя 4, также как и нижние основания внешней и внутренней труб первого первичного преобразователя 4, соединены друг с другом первыми фигурными втулками (соответственно, верхними и нижними), образуя в сечении замкнутый цилиндрический камертон. При этом нижние фигурные втулки прикреплены к вентильному блоку 3 для подачи спирта в первый корпус, а верхние фигурные втулки прикреплены через первый сильфонный блок 6 к первому вентильному блоку 2. Между верхними фигурными втулками закреплен первый мембранный блок 5. Во внешнюю трубу первого первичного преобразователя 4 вкручены первый датчик съема колебаний 7, равноудаленный от верхнего и нижнего оснований внешней трубы первого первичного преобразователя 4, и первый датчик возбуждения колебаний 8, равноудаленный от верхнего и нижнего оснований внешней трубы первого первичного преобразователя 4 (фиг.3). При этом первый датчик съема колебаний 7 и первый датчик возбуждения колебаний 8 сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов. Первый датчик съема колебаний 7 подсоединен к входу первого усилителя 9, первый датчик возбуждения колебаний 8 подсоединен к выходу первого усилителя 9.
Кроме того, датчик для определения перепада давления содержит второй корпус 10 (фиг.2) со вторым чувствительным элементом, вторым датчиком возбуждения колебаний 17, вторым датчиком съема колебаний 16 и вторым усилителем 18 аналогичной конструкции. А именно, второй корпус 10 выполнен в виде вертикального цилиндра. Нижнее основание второго корпуса 10 герметично перекрывается вентильным блоком 12 для подачи спирта во второй корпус, верхнее основание - вторым вентильным блоком 11. Внутри второго корпуса 10 закреплен второй чувствительный элемент в виде второго первичного преобразователя 13, выполненного в виде двух соосных труб одинаковой высоты и разного диаметра (внешней и внутренней), в результате чего внешняя и внутренняя трубы расположены с зазором друг относительно друга. Верхние основания внешней и внутренней труб второго первичного преобразователя 13, также как и нижние основания внешней и внутренней труб второго первичного преобразователя 13, соединены друг с другом вторыми фигурными втулками (соответственно, верхними и нижними), образуя в сечении замкнутый цилиндрический камертон. При этом нижние фигурные втулки прикреплены к вентильному блоку 12 для подачи спирта во второй корпус, а верхние фигурные втулки прикреплены через второй сильфонный блок 15 ко второму вентильному блоку 11. Между верхними фигурными втулками закреплен второй мембранный блок 14. Во внешнюю трубу второго первичного преобразователя 13 вкручены второй датчик съема колебаний 16, равноудаленный от верхнего и нижнего оснований внешней трубы второго первичного преобразователя 13, и второй датчик возбуждения колебаний 17, равноудаленный от верхнего и нижнего оснований внешней трубы второго первичного преобразователя 13 (фиг.3). При этом второй датчик съема колебаний 16 и второй датчик возбуждения колебаний 17 сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов. Второй датчик съема колебаний 16 подсоединен к входу второго усилителя 18, второй датчик возбуждения колебаний 17 подсоединен к выходу второго усилителя 18.
Второй выход первого усилителя 9 и второй выход второго усилителя 18 подключены к первому и второму входам сумматора-преобразователя 19. Выход сумматора-преобразователя 19 подключен к регистратору 20, отображающему величину перепада давления измеряемой среды.
Датчик для определения перепада давления работает следующим образом.
1
2
1
2
Первый первичный преобразователь 4 заполняют спиртом через вентильный блок 3, второй первичный преобразователь 13 заполняют спиртом через вентильный блок 12. После этого вентильные блоки 3 и 12 перекрывают. Давление P через первый вентильный блок 2 и первый мембранный блок 5 воздействует на первый первичный преобразователь 4. Давление P через второй вентильный блок 11 и второй мембранный блок 14 воздействует на второй первичный преобразователь 13. Первый первичный преобразователь 4 с помощью первого датчика съема колебаний 7 и первого датчика возбуждения колебаний 8, сдвинутых относительно друг друга на 90 градусов, возбуждается на собственной резонансной частоте. Второй первичный преобразователь 13 с помощью второго датчика съема колебаний 1 6 и второго датчика возбуждения колебаний 17, сдвинутых относительно друг друга на 90 градусов, также возбуждается на собственной резонансной частоте. Частота колебаний определена конструкцией датчика и величиной подаваемого давления P и Р. Сигнал с первого датчика съема колебаний 7 поступает на вход первого усилителя 9, первый выход которого подключен к первому датчику возбуждения колебаний 8. После усиления на первом усилителе 9 сигнал через второй выход подается на первый вход сумматора-преобразователя 19. Сигнал со второго датчика съема колебаний 16 поступает на вход второго усилителя 18, второй выход которого подключен ко второму датчику возбуждения колебаний 17. После усиления на втором усилителе 18 сигнал через второй выход подается на второй вход сумматора-преобразователя 19. Сумматор-преобразователь 19 суммирует сигналы, полученные с первого первичного преобразователя 4 и второго первичного преобразователя 13, преобразует их в сигнал, характеризующий перепад давления измеряемой среды, и передает его на регистратор 20. Регистратор 20 регистрирует полученный сигнал и отображает величину перепада давления.
Таким образом, оси колебаний проходят по стенкам труб и узлы колебаний удалены от точек крепления на расстояние не более половины величины зазора между внешними и внутренними трубами первого и второго первичных преобразователей, что повышает точность определения. Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами возможность расположения датчика в помещениях герметичного объема АЭС, исключает протяженные импульсные линии, повышает точность и надежность определения перепада давления в технологических системах АЭС.
Устройство готовится к использованию на АЭС для измерения перепада давления в технологических системах.