АВТОНОМНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР АВАРИЙНОГО ПАДЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована, например, в коммунальном хозяйстве качестве сигнализаторов аварийного снижения давления воды в раздаточной сети постоянного или временного водоснабжения, а также в промышленности как сигнализаторов падения давления на участках производственной сети сжатого воздуха.
Известен тензометрический модуль давления выполненный из материалов с максимально близкими температурными коэффициентами линейного расширения. Он состоит из корпуса, одновременно являющимся штуцером. В углублении корпуса над отверстием штуцера размещена разделительная мембрана. В цилиндрическую часть этого углубления герметично помещена верхняя часть модуля в несущую деталь которой, изготовленную из сплава 29НК установлен пьедестал из монокристаллического кремния, к которому припаян стеклом чувствительный элемент мембранного типа, и впаяны стеклом гермовыводы из сплава 29НК. Между разделительной мембраной и несущей деталью
имеется полость, заполненная диэлектрической жидкостью. Измеряемое давление подается через отверстие в штуцере на рабочую среду - диэлектрическую жидкость, под воздействием которого чувствительный элемент вырабатывает электрический, сигнал, передаваемый через гермовыводы; также через гермовыводы осуществляется электропитание (патенту РФ #2082953, кл. G01L 7/08, 9/04, 1996).
Недостатки данного аналога состоят в сложности устройства и зависимости от внешнего источника электропитания.
Известен сигнализатор давления по патенту РФ 2014582, кл. G01L 19/12 от 1991 г., корпус которого состоит из двух полостей, разделенных мембраной. В нижнюю полость подается воздействующая на мембрану жидкая среда, давление которой измеряется, а в верхней полости размещен узел, сигнализирующий об отсутствии давления или когда давление ниже допустимого, включающий в себя неподвижный электрический контакт, подвижный электрический контакт с размыканием электрической цепи под воздействием мембраны посредством толкателя, причем размыканию контактов противодействует пружина, одновременно служащая для электрической связи подвижного контакта с центрирующей пружину цилиндрической выводной клеммой. Недостатки этого сигнализатора состоят в сложности конструкции, а также ненадежности обеспечения электрического контакта через пружину. Главный недостаток заключается в его электропитании от внешнего источника, что затрудняет применение сигнализатора в раздаточной сети водопровода.
Из известных аварийных сигнализаторов давления наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является сигнализатор давления, состоящий из приемной камеры для контролируемой среды со штуцером и корпуса с основанием в виде платы с коническим отверстием, между которыми зажата мембрана, на которой лежит толкатель, ограниченный в горизонтальном и вертикальном перемещении коническим отверстием платы, а под мембраной расположен ограничитель,
препятствующий прогибу мембраны в сторону подводимой среды. Толкатель своей сферической поверхностью имеет возможность взаимодействия с микропереключателем с пружиной, закрепленным с помощью кронштейна на плате и закрытым колпаком. Пока давление контролируемой среды в полости приемной камеры выше силы тяжести толкателя и сопротивления пружины микропереключателя, контакты последнего находятся в нажатом положении. При падении давления ниже противодействующих сил, толкатель опускается и коммутация электрической цепи прекращается (патент РФ №2005297 с1, G01L 19/12, 1993.
Конструкция прототипа сложна, а также для обеспечения его функционирования требуется электропитание от внешнего источника.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции за счет исключения электропитания от внешнего источника.
Указанный технический результат достигается тем, что автономный электрохимический сигнализатор аварийного падения давления рабочей среды, жидкости или газа содержит корпус, разделенный эластичной мембраной, на две камеры: первую приемную камеру со штуцером, содержащую рабочую среду, и вторую камеру с датчиком падения давления, и ограничители перемещения мембраны, отличающийся тем, что в качестве датчика падения давления взят газодиффузионный воздушный электрод, герметично установленный в днище воздушной камеры, выполненной из изоляционного материала и установленной в верхней части второй камеры, которая выполнена из металла с потенциалом, отличающимся от потенциала воздушного электрода, а нижняя часть второй камеры частично заполнена рабочей жидкостью.
Сигнализатор данной конструкции отличается простотой, надежностью и не требует использования внешнего источника питания. Выполнение второй камеры из металла с потенциалом отличающимся от потенциала воздушного электрода, позволяет получить необходимый электрический
сигнал при работе сигнализатора и одновременно обеспечивает технологический выбор металла при изготовлении сигнализатора.
Целесообразно, чтобы первая и вторая камеры датчика были электрически изолированы друг от друга.
Электрическая изоляция камер друг от друга позволяет выполнять первую камеру, как из металла, так и из изоляционного материала, что расширяет технологические возможности при изготовлении.
Целесообразно, чтобы ограничитель, расположенный под мембраной, был выполнен плоским с отверстиями. Наличие ограничителя под мембраной предотвращает прогиб мембраны вниз при падении давления в приемной камере, а наличие отверстий обеспечивает передачу давления на мембрану.
Целесообразно, чтобы ограничитель, расположенный над мембраной, был выполнен в виде повернутого вверх дном цилиндрического стакана, в дне которого выполнены отверстия или в виде части сферы, выпуклой вверх.
Наличие ограничителя над мембраной предотвращает ее разрыв при увеличении давления выше допустимого в приемной камере.
Целесообразно, чтобы воздушный электрод имел выпуклую вниз форму или был выполнен плоским и наклонен относительно плоскости мембраны.
Такое выполнение воздушного электрода предотвращает блокирование его поверхности газовыми пузырями.
Целесообразно, чтобы в качестве рабочей жидкости взят электролит, например, водный раствор поваренной соли с концентрацией 2-10 мас.%. Использование недорогого солевого электролита обеспечивает протекание электрохимической реакции. Нижний предел содержания соли в водном растворе - 2 мас.% гарантированно обеспечивает работоспособность сигнализатора, а превышение верхнего предела свыше 10% приведет к бесполезному расходу соли.
Целесообразно, чтобы воздушная камера была снабжена в верхней части патрубком. Это предотвращает попадание влаги на воздушный электрод и блокирование его рабочей поверхности.
Целесообразно, чтобы верхняя часть второй камеры была снабжена патрубком. Это предотвращает образование воздушных пробок или разряжения воздуха в корпусе при изменении уровня электролита.
Целесообразно, чтобы патрубки были закрыты защитным колпаком с прорезью.
Наличие колпака предотвращает загрязнение второй камеры, а прорезь предназначена для электрического вывода от воздушного электрода и для поступления воздуха.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами и описанием ее конструкции.
Фиг 1. - Устройство сигнализатора с заправленным электролитом;
Фиг.2 - Сигнализатор находится под давлением измеряемой среды.
Сигнализатор 1 состоит из вертикально установленного корпуса 2, выполненного из металла с потенциалом, отличающимся от потенциала воздушного электрода, например, из нержавеющей стали, который является анодом сигнализатора, а его внутренняя электролитная полость 3 - анодной. К корпусу 2 герметично присоединена приемная камера 4 со штуцером 5. Между корпусом 2 и приемной камерой 4 помещена эластичная мембрана 6, под которой размещен плоский ограничитель 7 с отверстиями в средней части. Над мембраной установлен ограничитель 8, содержащий отверстия, выполненный из металла, из которого изготовлен корпус (вариант: из полимерного материала), имеющий цилиндрическую форму (вариант: сферическую форму). В верхнюю часть корпуса 2
помещена камера 9 из изоляционного материала с герметичной плоскостью стыка с фланцем 10 металлического корпуса 2. В дно 11 пластмассовой камеры 9 герметично вмонтирован катод - выпуклый газодиффузионный воздушный электрод 12 (вариант - наклоненный плоский электрод). Внутренний объем камеры 9 из изоляционного материала образует воздушную полость 13, необходимую для работы катода. К камере 9 присоединен патрубок 14. Электролитная анодная полость 3 корпуса 4 сообщается с другим патрубком 15. Оба патрубка закрыты защитным колпаком 16, присоединенным к фланцу 10 металлического корпуса 2 через фланец 17 пластмассовой камеры 9. Провод - токовывод 18 воздушного электрода 12 герметично выведен через пластмассовую камеру во внутрь защитного колпака 16, из которого выведен из сигнализатор через прорезь 19 колпака. Колпак электрически изолирован от металлического корпуса 2 Провод - токовывод 20 металлического корпуса 2 присоединен к наружной стороне этого корпуса неразъемным соединением.
Солевой электролит 21, которым является 2-10% водный раствор поваренной соли, размещается в электролитной анодной полости 3 корпуса 2 над мембраной 7. Сигнализатор может быть снабжен устройством для дозирования и заправки электролитом (на чертеже не показано).
Сигнализатор работает следующим образом: первоначально в сигнализатор заливается электролит 21 до уровня 22. При работе сигнализатора жидкость или газ 23, падение давления которых фиксируется сигнализатором, через штуцер 5 поступает в приемную камеру 4, проникает через отверстия ограничителя 7 и оказывает давление на мембрану 6. При возникновении давления измеряемой среды, оно выгибает мембрану наверх до контакта с ограничителем, расположенным над мембраной, которая подымает электролит 21 до уровня 24. Электролит омывает поверхность воздушного электрода 9, и сигнализатор вырабатывает электродвижущую силу (ЭДС), являющейся сигналом о наличии давления в контролируемой среде.,
При падении давления измеряемой среды в приемной камере, тяжесть массы электролита воздействует на мембрану, которая выпрямляется и ложится на ограничитель, расположенный под ней. Электролит перестает омывать воздушный электрод, электрохимическая реакция прекращается и сигнализатор перестает вырабатывать ЭДС, что является сигналом об аварийном падении давления.
2
Сигнализатор не нуждается в устройстве для регулировки благодаря тому, что выгиб мембраны вверх до контакта с верхним ограничителем одинаков для любого давления выше нижнего порога чувствительности сигнализатора, который является функцией диаметра мембраны и массы электролита. Например, при диаметре мембраны, равным 5 см и массе электролита 100 грамм, порог чувствительности сигнализатора, соответствующий величине давления электролита на мембрану, равен 0,005 кгс/см.
Сигнализатор генерирует электрический импульс за счет активации соленой водой, отличается простотой конструкции и высокой надежностью, поскольку он работает при попадании простейшего электролита - соленой воды на электроды без использования каких-либо внешних вспомогательных систем, а при отсутствии электролита на одном из электродов перестает работать. Сигнализатор электробезопасен для практической эксплуатации: он не требует электропитания от внешнего источника; напряжение передаваемого сигнализатором электрического сигнала не превышает 1,5 В, а ток составляет микроамперы.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный автономный электрохимический сигнализатор аварийного падения давления жидкости или газа может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию «промышленная применимость».