УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, КОММУТИРУЮЩЕЕ ВНЕШНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к устройству для измерения давления газа, коммутирующему внешние электрические цепи, предназначенному для измерения вакуумметрического и избыточного давления воздуха, природных и других газов и коммутации внешних электрических цепей в системах общепромышленной, в том числе котельной, автоматики при достижении заданного значения контролируемого давления.
Известны тягомер ТмМП-52-М2, напоромер НМП-52-М2, тягонапоромер ТНМП-52-М2 мембранные показывающие, предназначенные только для измерения вакуумметрического и избыточного давления газов (Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЦТКА.406123.001 ТО. ОАО «Саранский приборостроительный завод»). Механизм приборов содержит основание с установленным на нем чувствительным элементом, связанным с осью стрелки через множительный механизм, установленный на кронштейне, при этом основание и кронштейн выполнены литыми и связаны между собой подвижно.
Указанные приборы производят отсчет измеряемого давления по шкале и стрелке и не имеют выходного электрического сигнала, вследствие чего не могут быть использованы для коммутации внешних электрических цепей в системах автоматики при достижении заданного значения контролируемого давления.
г
г
г
Известны манометр ДМ2005С, вакуумметр ДВ2005С, мановакуумметр ДА2005С сигнализирующие, предназначенные для измерения избыточного и вакуумметрического давлений различных сред и коммутации внешних электрических цепей от сигнального устройства
прямого действия (Приборы и системы управления. 1992. № 11/12, с. 13). Каждый из указанных приборов содержит сигнальное устройство, указатель которого может быть переставлен на всем протяжении циферблата при помощи установленной в центре стекла кнопки.
Недостатком сигнального устройства данных приборов является низкая надежность работы контактных групп, которые в процессе эксплуатации подгорают или завариваются.
Использование механических контактов, требующих определенных усилий при их замыкании и размыкании, обусловило большую вариацию этих приборов (разность между давлением срабатывания при замыкании и размыкании контактов). Большая вариация не позволяет использовать приборы в устройствах автоматики и сигнализации с жесткими допусками по настраиваемой величине давления, особенно при малых величинах, когда вариация превышает величину настраиваемого давления.
Кроме того, применение в контактной группе дефицитных материалов, например, серебра, магнитов, изоляторов, повышает себестоимость приборов и вызывает трудности в материальном снабжении производства.
Известен сигнализатор давления, предназначенный для использования в устройствах сигнализации, автоматического регулирования и управления процессами, преимущественно с малыми значениями давлений (Свидетельство РФ на полезную модель №6064. Сигнализатор давления. МПК (6) G 01 L 7/00, заявка №97100660/20 10.01.1997, опубликовано 16.02.1998, бюлл. №2). Данный сигнализатор давления включает чувствительный элемент, кинематически связанный с указательной стрелкой, исполнительное устройство, выполненное в виде электромагнитного реле, разрушаемо-восстанавливаемую связь указательной стрелки с исполнительным устройством, выполненную в виде оптронной пары светоизлучатель-фотоприемник и непрозрачной шторки, установленной на указательной стрелке с возможностью перекрытия оптронной пары. Указанный сигнализатор давления содержит также пороговое устройство,
выполненное на базе микросхемы, два первых элемента которой зашунтированы сопротивлением. Микросхема состоит из N последовательно соединенных логических элементов И-НЕ. (Прототип).
Патентуемая полезная модель расширяет арсенал средств, предназначенных для сигнализации, автоматического регулирования и управления технологическими процессами, преимущественно с малыми значениями давлений.
Предлагаемое устройство для измерения давления газа, коммутирующее внешние электрические цепи, содержит чувствительный элемент, кинематически связанный с указательной стрелкой, и сигнальную систему, включающую блок обработки сигналов, связанный с указательной стрелкой разрушаемо-восстанавливаемой связью, выполненной в виде опто-электронной пары светоизлучатель-фотоприемник и экрана, установленного на указательной стрелке с возможностью перекрытия оптического канала.
Устройство отличается тем, что сигнальная система дополнительно включает один или два указателя уставок, на каждой из которых установлена оптоэлектронная пара светоизлучатель-фотоприемник, и блок обработки сигналов выполнен на базе транзисторной логики. Выход указателя каждой из уставок соединен с блоком обработки сигналов.
Указатели уставок выполнены на базе оптоэлектронных щелевых октронов, каждый из которых имеет свой канал в блоке обработки сигналов и через транзисторную пару усилителей соединен с транзисторным ключом выходного устройства. Таким образом, устройство для измерения давления, включающее один указатель уставки, содержит один канал в блоке обработки сигналов, а устройство, включающее два указателя уставок, содержит, соответственно, два канала в блоке обработки сигналов.
Выходным устройством блока обработки сигналов является транзисторный ключ, управляющий исполнительными устройствами вторичной аппаратуры.
Транзисторные ключи включены по схеме с общим эмиттером.
Включение транзисторных ключей по схеме с общим эмиттером использовано для получения в статическом режиме двух стационарных состояний выключенного и включенного транзистора.
Принцип действия устройства для измерения давления газа основан на преобразовании прямолинейного перемещения центра чувствительного элемента в движение стрелки вокруг оси.
Полезная модель может быть реализована, например, в тягомерах, напоромерах, тягонапоромерах, дифманометрах-тягомерах, дифманометрах-напоромерах, дифманометрах-тягонапоромерах, манометрах. Полезная модель поясняется чертежами, где Фиг.1 - главный вид устройства с двумя указателями уставок. Фиг.2 - вид сверху устройства с двумя указателями уставок. Фиг.3 - главный вид устройства с одним указателем уставки. Фиг.4 - вид сверху устройства с одним указателем уставки. Фиг.5 - электрическая принципиальная схема устройства с двумя указателями уставок.
Фиг.6 - электрическая принципиальная схема устройства с одним указателем уставки.
Изображенное на фиг.1 и фиг.2 устройство для измерения давления содержит корпус 1, основание 2, на котором установлен чувствительный элемент 3, и соединенный с основанием 2 кронштейн 4. Штуцер 5, служащий для подвода измеряемого давления, соединен с внутренней полостью чувствительного элемента 3 трубкой 6. Чувствительный элемент 3 через тягу 7 связан с рычагом 8, который связан через тягу 9 с осью 10 указательной стрелки 11.
Сигнальная система устройства включает блок обработки сигналов 12, установленный на основании 2 через кронштейн 4, два указателя уставок 13 и 14, имеющих возможность перемещаться вдоль циферблата 15 устройства, с установленным на каждой из них октроном щелевого типа 16 и 17 и
соединенных в электрическую цепь с блоком обработки сигналов 12 через подвижные жгуты 18, и клеммную колодку 19 для подключения электрического питания устройства и внешней электрической цепи коммутации и сигнализации. Вместо клеммной колодки можно использовать электрические разъемы (не показаны).
На указательной стрелке 11 установлен экран 20 в виде непрозрачной шторки с возможностью перекрытия оптического канала октронов щелевого типа 16 и 17.
Блок обработки сигналов 12 смонтирован на печатной плате.
Изображенное на фиг.3 и фиг.4 устройство для измерения давления газа содержит корпус 1, основание 2, на котором установлен чувствительный элемент 3, и соединенный с основанием 2 кронштейн 4. Штуцер 5, служащий для подвода измеряемого давления, соединен с внутренней полостью чувствительного элемента 3 трубкой 6. Чувствительный элемент 3 через тягу 7 связан с рычагом 8, который связан через тягу 9 с осью 10 указательной стрелки 11.
Сигнальная система устройства включает блок обработки сигналов 12, установленный на основании 2 через кронштейн 4, один указатель уставки 14, имеющей возможность перемещаться вдоль циферблата 15 устройства, с установленным на ней октроном щелевого типа 17 и соединенной в электрическую цепь с блоком обработки сигналов 12 через подвижный жгут 18, и клеммную колодку 19 для подключения электрического питания устройства и внешней электрической цепи коммутации и сигнализации.
На указательной стрелке 11 установлен экран 20 в виде непрозрачной шторки с возможностью перекрытия оптического канала октрона щелевого типа 17.
Таким образом, механическая часть конструкции устройства с одним указателем уставки, в частности, детали 1-12, 14, 15, 17-20, аналогична механической части конструкции устройства с двумя указателями уставок,
главный вид и вид сверху которого представлены на фиг.1 и фиг.2, соответственно.
Используемый в единственном числе указатель уставки предназначен для установки или на нижнее заданное значение, или на верхнее заданное значение контролируемого давления. На фиг.4 в виде примера изображено устройство с указателем уставки 14, установленной на верхнее заданное значение контролируемого давления.
Сигнальная система, содержащая указатель уставки, установленной на нижнее заданное значение контролируемого давления, работает как нижняя сигнальная система.
Сигнальная система, содержащая указатель уставки, установленной на верхнее заданное значение контролируемого давления, работает как верхняя сигнальная система. При этом нижняя сигнальная система обеспечивает коммутацию электрической цепи с достижением нижнего заданного значения контролируемого давления при понижении давления в технологическом оборудовании. Верхняя сигнальная система обеспечивает коммутацию электрической цепи с достижением верхнего заданного значения контролируемого давления при повышении давления в технологическом оборудовании.
Электронная часть устройства для измерения давления газа с двумя уставками (фиг.5) представлена сигнальной системой, которая включает два оптоэлектронных щелевых октрона 16 и 17, выполненные на светодиодах 21, 22 и фототранзисторах 23, 24 и установленные на указателях уставок 13, 14, соответственно, и служащие для формирования сигнала верхнего и нижнего положения указательной стрелки устройства, и блок обработки сигналов 12, состоящий из двух каналов 12А и 12Б с цепями питания А1...А4.
Блок обработки сигналов 12 устройства с двумя указателями уставок в первом канале 12А содержит подключенный анодом к цепи питания А1 диод 25, катод которого через последовательно подключенное сопротивление 26 связан с анодом светодиода 21 октрона 16. Катод свето диода 21 октрона 16
соединен сопротивлением 27 с цепью питания A3, с коллектором фототранзистора 23 октрона 16 и эмиттером транзистора 28; эмиттер фототранзистора 23 октрона 16 соединен с базой транзистора 29 и сопротивлением 30, связанным с цепью питания A3; коллектор транзистора 29 соединен с базой транзистора 28 и выведен через сопротивление 31 на цепь питания А1, а эмиттер транзистора 29 связан с цепью питания A3;
коллектор транзистора 28 соединен в цепь с базой транзистора 32 и через сопротивление 33 связан с цепью питания A3; коллектор транзистора 32 соединен с выходной цепью А2 и с катодом диода 34, соединенного анодом с цепью питания A3, а эмиттер транзистора 32 соединен с цепью питания A3.
Блок обработки сигналов 12 устройства с двумя указателями уставок во втором канале 12Б содержит сопротивление 35, последовательно подключенное в цепь к аноду светодиода 22 октрона 17. Катод светодиода 22 октрона 17 соединен сопротивлением 36 с цепью питания A3, с коллектором фототранзистора 24 октрона 17 и эмиттером транзистора 37; эмиттер фототранзистора 24 октрона 17 соединен с базой транзистора 38 и сопротивлением 39, связанным с цепью питания A3; коллектор транзистора 38 соединен с базой транзистора 37 и выведен через сопротивление 40 на цепь питания А1, а эмиттер транзистора 38 связан с цепью питания A3;
коллектор транзистора 37 соединен в цепь с базой транзистора 41 и через сопротивление 42 связан с цепью питания A3; коллектор транзистора 41 соединен с выходной цепью А2 и с катодом диода 43, соединенного анодом с цепью питания A3, а эмиттер транзистора 41 соединен с цепью питания A3.
Таким образом, схема канала 12А аналогична схеме канала 12Б.
Блок обработки сигналов 12 устройства с двумя указателями уставок содержит:
- цепи питания, выполненные на сопротивлениях 27, 26, 35, 40, 36 и диоде 25 и служащие для задания рабочего режима светодиодов 21, 22
октронов 16, 17 и защиты от неправильного включения полярности внешних источников электрического питания;
- цепи усилителей, выполненные на «N-P-N» и «P-N-P» транзисторах 29, 28, 38, 37 и сопротивлениях 30, 31, 33, 39, 42 и служащие для усиления выходного сигнала октронов 16, 17 и сопряжения с выходными устройствами;
- цепи выходных устройств, выполненные на «N-P-N» транзисторных ключах 32, 41 и служащие для сопряжения выходного сигнала и цепей вторичной аппаратуры;
- цепи защиты выходных устройств, выполненные на диодах 34, 43 и служащие для защиты от воздействия на выходные устройства индивидуальной нагрузки цепей вторичной аппаратуры;
- цепь коммутации, выполненную на клеммной колодке 19 с цепями питания А1...А4 и служащую для подключения электрического питания устройства и внешних электрических цепей сигнализации.
На фиг.6 представлена электронная часть устройства для измерения давления с одной сигнальной системой ( с одним указателем у ставки).
В виде примера приведена нижняя сигнальная система, включающая оптоэлектронный щелевой октрон 16 указателя уставки 13 и блок обработки сигналов 12, содержащий один канал 12А с цепями питания А1...A3.
Блок обработки сигналов 12 устройства с одним указателем уставки содержит подключенный анодом к цепи питания А1 диод 25, катод которого через последовательно подключенное сопротивление 26 связан с анодом светодиода 21 октрона 16. Катод светодиода 21 октрона 16 соединен сопротивлением 27 с цепью питания A3, с коллектором фототранзистора 23 октрона 16 и эмиттером транзистора 28; эмиттер фототранзистора 23 октрона 16 соединен с базой транзистора 29 и сопротивлением 30, связанным с цепью питания A3; коллектор транзистора 29 соединен с базой транзистора 28 и выведен через сопротивление 31 на цепь питания А1, а эмиттер транзистора 29 связан с цепью питания A3; коллектор транзистора 28
соединен в цепь с базой транзистора 32 и через сопротивление 33 связан с цепью питания A3; коллектор транзистора 32 соединен с выходной цепью А2 и с катодом диода 34, соединенного анодом с цепью питания A3, а эмиттер транзистора 32 соединен с цепью питания A3.
Таким образом, в устройстве для измерения давления газа с одной нижней сигнальной системой схема канала 12А (фиг.6) аналогична схеме канала 12А нижней сигнальной системы, представленной на фиг.5. Соответственно, в устройстве для измерения давления газа с одной верхней сигнальной системой, т.е. с одним верхним указателем у ставки и одним каналом, схема канала аналогична схеме канала 12Б верхней сигнальной системы, содержащейся в устройстве для измерения давления газа с двумя указателями уставок.
Устройство для измерения давления газа работает следующим образом.
Измеряемое давление подводится к штуцеру 5 (фиг.1-4), соединенному с внутренней полостью чувствительного элемента 3 трубкой 6. Воздействие давления вызывает перемещение жесткого центра верхней части чувствительного элемента 3, которое через тягу 7 передается на рычаг 8 и далее через тягу 9 на ось 10, на которой закреплена указательная стрелка 11.
Сигнализация заданного значения измеряемого давления осуществляется следующим образом. К устройству подключаются внешние источники питания. Указатели уставок 13 и 14 устанавливаются на отметки шкалы, соответствующие задаваемым значениям измеряемого давления, указатель уставки 13 - на нижнее допускаемое значение, указатель уставки 14 - на верхнее допускаемое значение измеряемого давления.
При достижении давлением заданного указателем уставки 13 значения экран 20 на стрелке 11 перекрывает инфракрасный световой поток, идущий от светодиода 21 к фототранзистору 23 в щели октрона 16 (фиг.5,6).
Фототранзистор 23 октрона 16 закрывается, и через его коллектор
перестает протекать фототек. Вследствие этого на сопротивлении 30, соединенном в цепь с эмиттером фототранзистора 23 и базой транзистора 29, появится напряжение низкого потенциала, что приведет к закрытию коллекторного перехода транзистора 29 усилителя. Таким образом, на сопротивлении 31, соединенном в цепь с коллектором транзистора 29 и базой транзистора 28, возникнет напряжение, сравнимое по величине с напряжением питания, что приведет к закрытию коллекторного перехода транзистора 28 усилителя и появлению напряжения низкого потенциала в общей точке цепи сопротивления 33, соединенного с коллектором транзистора 28 и базой транзистора 32. Поэтому сигнал управления снимается с базы транзистора 32 выходного устройства.
Данное закрытое состояние октрона 16 соответствует разомкнутому состоянию выходной цепи сигнальной системы.
При возврате измеряемого давления в зону нормального значения экран 20 на стрелке 11 открывает инфракрасный поток в щели октрона 16.
Фототранзистор 23 октрона 16 открывается, и через его коллектор протекает фототок. Вследствие этого на сопротивлении 30, соединенном в цепь с эмиттером фототранзистора 23 и базой транзистора 29, появится напряжение, сравнимое по величине с напряжением питания, что приведет к открытию коллекторного перехода транзистора 29 усилителя. Таким образом, на сопротивлении 31, соединенном в цепь с коллектором транзистора 29 и базой транзистора 28, возникнет напряжение низкого уровня, что приведет к открытию коллекторного перехода транзистора 28 усилителя и появлению напряжения, сравнимого по величине с напряжением питания, в общей точке цепи сопротивления 33, соединенного с коллектором транзистора 28 и базой транзистора 32. Поэтому появившийся сигнал управления на базе транзистора 32 приведет к открытию транзистора 32 выходного устройства.
Данное открытое состояние октрона 16 соответствует замкнутому состоянию выходной цепи сигнальной системы.
При достижении давлением заданного указателем уставки 14 значения экран 20 на стрелке 11 перекрывает инфракрасный световой поток, идущий от светодиода 22 к фототранзистору 24 в щели октрона 17 (фиг.5).
Фототранзистор 24 октрона 17 закрывается, и через его коллектор перестает протекать фототок. Вследствие этого на сопротивлении 39, соединенном в цепь с эмиттером фототранзистора 24 и базой транзистора 38, появится напряжение низкого потенциала, что приведет к закрытию коллекторного перехода транзистора 38 усилителя. Таким образом, на сопротивлении 40, соединенном в цепь с коллектором транзистора 38 и базой транзистора 37, возникнет напряжение, сравнимое по величине с напряжением питания, что приведет к закрытию коллекторного перехода транзистора 37 усилителя и появлению напряжения низкого потенциала в общей точке цепи сопротивления 42, соединенного с коллектором транзистора 37 и базой транзистора 41. Поэтому сигнал управления снимается с базы транзистора 41 выходного устройства.
Данное закрытое состояние октрона 17 соответствует разомкнутому состоянию выходной цепи сигнальной системы.
При возврате измеряемого давления в зону нормального значения экран 20 на стрелке 11 открывает инфракрасный поток в щели октрона 17.
Фототранзистор 24 октрона 17 открывается, и через его коллектор протекает фототок. Вследствие этого на сопротивлении 39, соединенном в цепь с эмиттером фототранзистора 24 и базой транзистора 38, появится напряжение, сравнимое по величине с напряжением питания, что приведет к открытию коллекторного перехода транзистора 38 усилителя. Таким образом, на сопротивлении 40, соединенном в цепь с коллектором транзистора 38 и базой транзистора 37, возникнет напряжение низкого уровня, что приведет к открытию коллекторного перехода транзистора 37 усилителя и появлению напряжения, сравнимого по величине с напряжением питания, в общей точке цепи сопротивления 42, соединенного с коллектором транзистора 37 и базой транзистора 41. Поэтому появившийся сигнал
управления на базе транзистора 41 приведет к открытию транзистора 41 выходного устройства.
Данное открытое состояние октрона 17 соответствует замкнутому состоянию выходной цепи сигнальной системы.