КОНСТРУКЦИЯ БИПЛАНАРНОГО ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
DESIGN OF BIPLANAR CAPACITANCE SENSOR OF PRESSURE DIFFERENCE

Изобретение относится к конструктивному выполнению бипланарных емкостных устройств для измерения перепада давления с типовым установочным размером 54 мм и может использоваться в нефтегазовой, химической, пищевой промышленности и т.п.
В большинстве емкостных датчиков перепада давления, предназначенных для измерения малых и больших давлений, разделительные мембраны измерительного блока, на которые действует среда, имеют достаточно большие диаметры и для обеспечения надежности и прочности стянуты массивными фланцами с помощью шпилек или болтов.
Известна конструкция емкостного датчика перепада давления, представленная в патенте США №4370890 по кл. G01L 9/12, з. 06.10.1980 г., оп. 01.02.1983 г.
Известная конструкция содержит взаимосвязанные электронно-индикаторный блок, мембранный блок, включающий в себя параллельные между собой измерительную мембрану, размещенную в полости корпуса емкостной ячейки, и две разделительные мембраны, расположенные каждая в своем корпусе и воспринимающие давление измеряемой среды, при этом корпуса разделительных мембран расположены ниже корпуса измерительной мембраны, что делает при сборке конструкцию емкостного датчика громоздкой.
Известна конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором, описанная в патенте США №3618390 по кл. G01L 9/12, 13/06, з. 27.10.69, опубл. 09.10.1971 и выбранная в качестве прототипа.
Известная конструкция содержит мембранный блок, связанный с электронно-индикаторным блоком 12A и установленный в массивных фланцах 14 и 16 с круглой выпуклой центральной частью. Мембранный блок снабжен заливочными капиллярами и помещен рядом с размещенными в корпусах разделительными гофрированными мембранами, подмембранные полости которых также снабжены заливочными капиллярами, при этом корпуса всех мембран расположены последовательно рядом друг с другом, образуя единый сочлененный мембранный блок цилиндрической формы, к корпусам разделительных мембран. Более конкретно, корпус мембранного блока имеет изолированную центральную камеру 29 из стекла (толщиной порядка 10 дюймов), в полости которой, заполненной разделительной жидкостью, расположена электропроводящая измерительная мембрана 28 (диаметром 3 дюйма) с подводящим каналом по центру и вогнутой рабочей поверхностью, снабженной электродом, обращенным в сторону мембраны. Изоляционная вставка 27 с измерительной мембраной 28 расположена в полости между двумя одинаковыми корпусами 27A и 27B разделительных мембран 44 и 45, которые прикреплены каждая к боковой стенке своего корпуса 27A и 27B. Все мембраны лежат в параллельных плоскостях, над разделительными мембранами образованы куполообразные полости 21 и 22 для обеспечения работоспособности устройства. К верхним поверхностям полостей 21 и 22, массивному кольцу 50 и к соединительному с электронно-индикаторным блоком 12 элементу 13 прикреплены болтами массивные выпуклые фланцы 14 и 16.
При этом в устройстве используется большое количество уплотнений и сварочных соединений (51-54, 60, 61), ухудшающих надежность и прочность конструкции
Недостатком известного датчика является также большая зависимость результатов измерения разности давления от неизвестной величины статического давления, что не позволяет достигать необходимой точности измерения разности давлений. Кроме того, выпуклая форма фланцев делает конструкцию очень громоздкой и тяжелой.
Задачей является повышение надежности и прочности конструкции при уменьшении ее габаритов.
Поставленная задача решается тем, что в конструкции бипланарного емкостного датчика перепада давления, состоящей из взаимосвязанных электронно-индикаторного блока, мембранного блока, и двух плоских присоединительных фланцев, между которыми размещен связанный с электронно-индикаторным блоком мембранный блок измерительного преобразователя, содержащий емкостную ячейку цилиндрической формы с измерительной мембраной, размещенной в полости ее корпуса, снабженного заливочными капиллярами и помещенного рядом с размещенными в корпусах разделительными гофрированными мембранами, подмембранные полости которых также снабжены заливочными капиллярами, при этом корпуса всех мембран расположены последовательно рядом друг с другом, образуя единый сочлененный мембранный блок цилиндрической формы, к корпусам разделительных мембран которого снаружи прикреплены монтажные фланцы, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, одна из разделительных мембран и емкостная ячейка размещены в общем корпусе, вторая из разделительных мембран размещена с другой стороны емкостной ячейки в отдельном корпусе, имеющем ту же форму, что и часть общего корпуса под первую разделительную мембрану, и служащем крышкой к общему корпусу, при этом общий корпус имеет с одной из торцевых сторон емкостной ячейки соразмерный с ее диаметром цилиндрический полый выступ для соединения с электронно-измерительным блоком, корпус-крышка и общий корпус выполнены со стороны емкостной ячейки с резким сужением их цилиндрической части к ее торцам в виде узких двухступенчатых уступов в верхней и нижней частях, к которым неразъемно прикреплены с помощью сварки монтажные фланцы.
Расположение емкостной ячейки в общем с разделительной мембраной корпусе при том, что вторая из разделительных мембран размещена с другой стороны емкостной ячейки в отдельном корпусе, имеющем ту же форму, что и часть общего корпуса под первую разделительную мембрану в совокупности с конструктивным выполнением обеих частей корпуса с резким сужением их цилиндрической части к торцам мембранного блока в виде узких уступов в верхней и нижней частях, позволяет обеспечить при небольших размерах свариваемых поверхностей их надежное и герметичное соединение между собой с помощью сварки.
Технический результат - уменьшение габаритов при повышении надежности конструкции.
Заявляемая конструкция бипланарного емкостного датчика перепада давления обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как размещение одной из разделительных мембран и емкостной ячейки в общем корпусе, размещение второй из разделительных мембран с другой стороны емкостной ячейки в отдельном корпусе, имеющем ту же форму, что и часть общего корпуса под первую разделительную мембрану и служащем крышкой к общему корпусу, наличие в общем корпусе с одной из торцевых сторон емкостной ячейки соразмерного с ее диаметром цилиндрического полого выступа для соединения с электронно-измерительным блоком, выполнение корпуса-крышки и общего корпуса со стороны емкостной ячейки с резким сужением их цилиндрической части к торцам мембранного блока в виде узких уступов в верхней и нижней частях, крепление монтажных фланцев к этим узким уступам с помощью сварки, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемая конструкция соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемая конструкция бипланарного емкостного датчика перепада давления может найти широкое применение в измерительной технике для нефтегазовой, химической, пищевой промышленности и т.п., а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
фиг.1 - вид конструкции бипланарного емкостного датчика перепада в разрезе;
фиг.2 - вид конструкции бипланарного емкостного датчика перепада в сборе.
Конструкция бипланарного емкостного датчика перепада содержит взаимосвязанные электронно-индикаторный блок 1, мембранный блок 2 и два плоских присоединительных фланца 3 и 4. Между фланцами 3 и 4 размещен соединенный с электронно-индикаторным блоком 1 посредством резьбового соединения мембранный блок 2 измерительного преобразователя, содержащий емкостную ячейку 5 цилиндрической формы с измерительной мембраной 6, размещенной в полости ее корпуса, снабженного заливочными капиллярами 7. Разделительные гофрированные мембраны 8 и 9 имеют подмембранные полости 10 и 11, которые также снабжены заливочными капиллярами 12 и 13. При этом одна из разделительных мембран 8 и емкостная ячейка 5 размещены в общем корпусе 14. При этом емкостная ячейка 5 расположена в корпусе 14 таким образом, что ее измерительная мембрана 6 параллельна разделительным мембранам 8 и 9, выполненным соразмерными с ней, Вторая из разделительных мембран 9 размещена с другой стороны емкостной ячейки 5 в отдельном корпусе-крышке 15, имеющем ту же форму, что и часть общего корпуса под первую разделительную мембрану, и служащем крышкой к общему корпусу 14. Общий корпус 14 имеет с одной из торцевых сторон емкостной ячейки 5 соразмерный с ее диаметром цилиндрический полый выступ 16 для соединения с электронно-измерительным блоком 1. Общий корпус 14 и корпус-крышка 15 выполнены со стороны емкостной ячейки 5 с резким сужением их цилиндрической части к ее торцам в виде узких двухступенчатых уступов 17, 17′ и 18, 18′ в верхней и нижней частях, к которым неразъемно прикреплены с помощью лазерной сварки монтажные фланцы 3 и 4.
Конструкция собирается следующим образом.
С наружной стороны общего корпуса 14 размещают разделительную мембрану 8, а разделительную мембрану 9 - с наружной стороны крышки-корпуса 15. С внутренней стороны корпуса 14 в нем размещают емкостную ячейку 5 таким образом, чтобы ее измерительная мембрана 6 была параллельна мембранам 8 и 9. Закрывают общий корпус 14 корпусом-крышкой 15 и сваривают посредством лазерной сварки верхние части двухступенчатых уступов 17 и 18 с соответствующим местами корпуса 14. К полому выступу 16 мембранного блока 2 присоединяют электронно-измерительный блок 1. К боковым сторона мембранного блока 2 со стороны разделительных мембран 8 и 9 приваривают с помощью, например, лазерной сварки монтажные фланцы 3 и 4.
В сравнении с прототипом заявляемая конструкция бипланарного емкостного датчика перепада давления имеет меньшие габариты и является более надежной.