УЗЕЛ ЗАЩИТЫ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ МЕМБРАНЫ ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ДАВЛЕНИЕМ
UNIT OF PROTECTION OF SEPARATING MEMBRANE OF PRESSURE SENSOR AGAINST PRESSURE OVERLOAD

Изобретение относится к элементам конструкции измерителей давления, предотвращающим влияние перегрузки давлением измеряемой среды на точность измерений, и может использоваться в измерительной технике, в частности, в датчиках давления с разделительными мембранами.
Известна конструкция узла защиты разделительной мембраны, используемая в настоящее время в датчиках давления ЗАО ПГ «Метран» 2006 г., изделие «Метран-150» (http://www.metran.ru/netcat_files/973/941/Metran_150.pdf) и выбранная в качестве прототипа.
Известная конструкция включает в себя неразъемно закрепленную (приваренную) но периферии на корпусе датчика разделительную гофрированную мембрану, гофры которой соответствуют гофрам на корпусе под мембраной, и образующую с корпусом рабочий зазор, заполненный разделительной жидкостью, при этом в краевом гофре корпуса, диаметрально противоположно выполнены два отверстия и соединяющее их кольцевое углубление. Отверстия служат для соединения зазора под разделительной мембраной с зазором иод измерительной мембраной сенсора, кольцевая канавка - для ускорения заполнения полости сенсора жидкостью через зону малого зазора при изготовлении сенсора. При воздействии измеряемого давления на раздели тельную мембрану давление передается через разделительную жидкость на измерительную мембрану сенсора, которая прогибается в пределах рабочего зазора между мембраной и корпусом сенсора. При величине давления, превышающей пределы измерения датчика, измерительная мембрана контактирует с соответствующей ей по форме поверхностью сенсора, ограничивающей ее дальнейший прогиб и защищающей измерительную мембрану от перегрузки давлением, при этом очень тонкая неупругая разделительная мембрана, не касаясь волновой поверхности корпуса и углублений на ней, опирается на запертую в полости, образованной двумя мембранами и корпусом, жидкую «подушку», которая уравновешивает перегрузочное давление по всей поверхности разделительной мембраны и исключает ее деформацию. Метрологическая точность датчика перепада давления находится в зависимости от величины объема разделительной жидкости, поэтому зазоры между мембранами и корпусом и соединяющие их отверстия выполнены с минимально возможными объемами.
Недостатком известной конструкции является следующее.
В датчике перепада давления при повышении перепада давления в одной из двух рабочих полостей разделительная жидкость перетекает из зазора под разделительной мембраной в зазор под измерительной мембраной до момента контакта измерительной мембраны с корпусом. После чего разделительная жидкость оказывается запертой в объеме полости, образованной двумя мембранами и корпусом, и перетекание жидкости прекращается. При быстром нарастании давления наблюдается эффект запирания жидкости краевым гофром мембраны в зазоре под центральной областью разделительной мембраны, так как при быстром нарастании давления объем жидкости, выдавленный в полость сенсора из зазора под краевым гофром мембраны не успевает пополняться жидкостью из остального объема рабочего зазора и при этом краевой гофр разделительной мембраны прижимается рабочим давлением к корпусу раньше, чем измерительная мембрана достигла упора и образовалась защитная жидкая «подушка» под краевым гофром разделительной мембраны. Отсутствие запертой жидкой «подушки» под краевым гофром мембраны, при дальнейшем повышении давления, приводит к деформации волнового профиля разделительной мембраны, а именно наблюдается стягивание материала мембраны в радиальном направлении из центральной области в кольцевое углубление на краевом гофре корпуса, в результате чего все гофры разделительной мембраны, кроме краевого, сглаживаются, что ухудшает метрологические характеристики датчика.
Задачей является обеспечение защиты гофрированной разделительной мембраны датчика давления от перегрузки при быстром изменении давления.
Поставленная задача решается тем, что в узле защиты от перегрузки разделительной волновой мембраны датчика давления, включающем в себя неразъемно закрепленную на корпусе разделительную гофрированную мембрану, гофры которой соответствуют гофрам на корпусе под ней и образуют рабочий зазор с корпусом, заполненный разделительной жидкостью и соединенный с полостью сенсора через отверстие в краевом гофре корпуса, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, на гофрированной поверхности корпуса датчика в радиальном направлении выполнены углубления, соединяющие зазор под центральной областью разделительной мембраны с отверстиями в краевом гофре корпуса, соединяющими разделительную мембрану с полостью сенсора.
Наличие на гофрированной поверхности корпуса углублений в радиальном направлении, соединяющих зазор под центральной областью разделительной мембраны с отверстиями в краевым гофре корпуса, при быстром нарастании давления на мембрану исключает запирание жидкости краевым гофром мембраны в зазоре под центральной областью мембраны и обеспечивает перетекание разделительной жидкости в полость сенсора из всего объема рабочего зазора под мембраной, а не только из-под краевого гофра, в результате чего, запертая в разделительной полости, при контакте измерительной мембраны с упором, жидкая «подушка» обеспечивает защиту разделительной мембраны от перегрузки по всему рабочему зазору, включая краевой гофр, и исключает ее деформацию.
Технический результат - обеспечение защиты разделительной мембраны от перегрузки быстро нарастающим давлением в одной из полостей датчика перепада давления.
Заявляемый узел защиты обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него таким существенным отличительным признаком как наличие на гофрированной поверхности корпуса датчика в радиальном направлении углублений, соединяющих зазор под центральной областью разделительной мембраны с отверстиями в краевом гофре корпуса, соединяющими разделительную мембрану с полостью сенсора, обеспечивающим достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанным отличительным признаком, обеспечивающим получение указанного результата, поэтому он считает, что заявляемый узел защиты соответствует критерию «изобретательский уровень». Заявляемый узел защиты разделительной мембраны может найти широкое применение в измерительной технике, а именно к датчикам перепада давления с разделительными мембранами, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:
- фиг.1 - вид корпуса датчика с разделительной мембраной и без мембраны;
- фиг.2 - вид гофрированной поверхности корпуса с радиальными углублениями;
- фиг.3 - вид узла в разрезе.
Заявляемый узел разделительной мембраны (фиг.1-фиг.3) содержит корпус 1, на котором неразъемно по периферии прикреплена разделительная гофрированная мембрана 2. Гофры разделительной мембраны 2 соответствуют гофрам на корпусе 1 под ней, и образуют рабочий зазор 3 с корпусом 1, заполненный разделительной несжимаемой жидкостью 4. Рабочий зазор 3 соединен с полостью сенсора с помощью двух отверстий 5' и 5" на краевом гофре. На гофрированной поверхности корпуса 1 выполнены два радиальных углубления 6' и 6", соединяющих зазор под центральной областью мембраны 2 с отверстиями 5' и 5", соединяющими рабочий зазор 3 с полостью сенсора.
При быстром нарастании давления на мембрану 2 радиальные углубления 6' и 6", соединяющие зазор под центральной областью мембраны 2 с отверстиями 5' и 5", исключает запирание жидкости краевым гофром мембраны в зазоре под центральной областью мембраны и обеспечивает перетекание разделительной жидкости 4 в полость сенсора из всего объема рабочего зазора 3, а не только из-под краевого гофра мембраны.
В сравнении с прототипом заявляемый узел защиты разделительной мембраны датчика давления обеспечивает ее эффективную защиту от быстро нарастающей перегрузки давлением.