RU2499238C2 - Unit of protection of separating membrane of pressure sensor against pressure overload - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: unit of a separating membrane comprises a body, on which a separating corrugated membrane is attached in a non-detachable manner along the periphery. Corrugations of the separating membrane correspond to corrugations on the body under it and form a working gap with the body, filled with the separating non-compressible liquid. The working gap is connected with the cavity of the sensor with the help of two holes on the edge corrugation. On the corrugated surface of the body there are two radial grooves that connect the gap under the central area of the membrane with holes that connect the working gap with the sensor cavity.

EFFECT: provision of protection of a corrugated separating membrane of a pressure sensor against overload in case of quick pressure variation.

3 dwg

Description

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.The invention relates to structural elements of pressure meters, preventing the influence of pressure overload of the measured medium on the accuracy of measurements, and can be used in measuring technique, in particular, in pressure sensors with dividing membranes.

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.The design of the separation membrane protection assembly known at present in the pressure sensors of CJSC PG Metran 2006, the product Metran-150 (http://www.metran.ru/netcat_files/973/941/Metran_150.pdf) is known. and selected as a prototype.

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.The known design includes a permanently fixed (welded) but periphery on the sensor body separation corrugated membrane, the corrugations of which correspond to the corrugations on the body under the membrane, and forming a working gap with the body filled with a separation fluid, while in the edge corrugation of the body two diametrically opposite are made holes and the annular recess connecting them. The holes are used to connect the gap under the separation membrane with the iodine gap by the measuring membrane of the sensor, the annular groove is used to accelerate the filling of the sensor cavity with liquid through the small gap zone in the manufacture of the sensor. When the measured pressure acts on the separation membrane, the pressure is transmitted through the separation liquid to the sensor measuring membrane, which bends within the working gap between the membrane and the sensor body. When the pressure exceeds the measurement limits of the sensor, the measuring membrane is in contact with the corresponding surface of the sensor, limiting its further deflection and protecting the measuring membrane from pressure overload, while a very thin inelastic separation membrane, without touching the wave surface of the housing and the recesses on it, relies on a liquid “pillow” locked in a cavity formed by two membranes and a housing, which balances the overload pressure across the entire surface of the separation Oh membrane and eliminates its deformation. The metrological accuracy of the differential pressure sensor depends on the volume of the separation liquid, therefore, the gaps between the membranes and the housing and the holes connecting them are made with the smallest possible volumes.

Недостатком известной конструкции является следующее.A disadvantage of the known design is the following.

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.In the differential pressure sensor, when the differential pressure rises in one of the two working cavities, the separation fluid flows from the gap under the separation membrane into the gap under the measuring membrane until the measuring membrane contacts the housing. After that, the separation fluid is locked in the volume of the cavity formed by the two membranes and the housing, and the fluid flow stops. With a rapid increase in pressure, the effect of liquid locking by the edge corrugation of the membrane in the gap under the central region of the separation membrane is observed, since with a rapid increase in pressure, the volume of liquid squeezed into the sensor cavity from the gap under the edge corrugation of the membrane does not have time to replenish liquid from the remaining volume of the working gap, and at the same time the edge corrugation of the separation membrane is pressed by the working pressure to the housing before the measuring membrane reaches the stop and a protective liquid “pillow” forms under the edges corrugated separation membrane. The absence of a locked liquid “cushion” under the edge corrugation of the membrane, with a further increase in pressure, leads to deformation of the wave profile of the separation membrane, namely, the membrane material is contracted radially from the central region to an annular recess on the edge corrugation of the housing, resulting in all corrugations of the separation membranes, except for the edge, are smoothed, which affects the metrological characteristics of the sensor.

Задачей является обеспечение защиты гофрированной разделительной мембраны датчика давления от перегрузки при быстром изменении давления.The objective is to protect the corrugated separation membrane of the pressure sensor from overload when the pressure changes rapidly.

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.The problem is solved in that in the node of protection against overload of the dividing wave membrane of the pressure sensor, which includes a dividing corrugated membrane that is permanently attached to the housing, the corrugations of which correspond to the corrugations on the casing below it and form a working gap with the casing filled with the dividing fluid and connected to the cavity the sensor through an opening in the edge corrugation of the housing, ACCORDING TO THE INVENTION, on the corrugated surface of the sensor housing in the radial direction are made recesses connecting the gap under the Central region of the separation membrane with holes in the edge corrugation of the housing connecting the separation membrane with the cavity of the sensor.

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.The presence on the corrugated surface of the casing of the grooves in the radial direction, connecting the gap under the Central region of the separation membrane with holes in the edge corrugation of the housing, with a rapid increase in pressure on the membrane eliminates the locking fluid edge corrugation of the membrane in the gap under the Central region of the membrane and ensures the flow of the separation fluid into the cavity of the sensor from the entire volume of the working gap under the membrane, and not just from under the edge corrugation, as a result of which, locked in the separation cavity, at On top of the measuring membrane with an emphasis, the liquid "cushion" protects the separation membrane from overload throughout the entire working gap, including the edge corrugation, and eliminates its deformation.

Технический результат - обеспечение защиты разделительной мембраны от перегрузки быстро нарастающим давлением в одной из полостей датчика перепада давления.The technical result is the protection of the separation membrane from overload by rapidly increasing pressure in one of the cavities of the differential pressure sensor.

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.The inventive protection node has a novelty in comparison with the prototype, differing from it by such a significant distinguishing feature as the presence on the corrugated surface of the sensor housing in the radial direction of the recesses connecting the gap under the Central region of the separation membrane with holes in the edge corrugation of the housing connecting the separation membrane with the cavity of the sensor, ensuring the achievement of a given result.

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».The applicant is not aware of technical solutions that have the indicated distinguishing feature, which ensures the receipt of the specified result, therefore he believes that the claimed protection node meets the criterion of "inventive step". The inventive protection unit of the separation membrane can be widely used in measuring equipment, namely, differential pressure sensors with separation membranes, and therefore meets the criterion of "industrial applicability".

Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:The invention is illustrated by drawings, where shown in:

- фиг.1 - вид корпуса датчика с разделительной мембраной и без мембраны;- figure 1 is a view of the sensor housing with a separation membrane and without a membrane;

- фиг.2 - вид гофрированной поверхности корпуса с радиальными углублениями;- figure 2 is a view of the corrugated surface of the housing with radial recesses;

- фиг.3 - вид узла в разрезе.- figure 3 is a sectional view of the assembly.

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.The inventive separation membrane assembly (FIG. 1-FIG. 3) comprises a housing 1 on which a separation corrugated membrane 2 is permanently attached to the periphery. The corrugations of the separation membrane 2 correspond to the corrugations on the housing 1 below it and form a working gap 3 with the housing 1 filled separating incompressible fluid 4. The working gap 3 is connected to the sensor cavity using two holes 5 'and 5 "on the edge corrugation. On the corrugated surface of the housing 1 there are two radial recesses 6' and 6" connecting the gap under the central region brane 2 with holes 5 'and 5' connecting the working air gap with the cavity 3 of the sensor.

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.With a rapid increase in pressure on the membrane 2, the radial recesses 6 'and 6 "connecting the gap under the central region of the membrane 2 with the holes 5' and 5" exclude liquid locking by the edge corrugation of the membrane in the gap under the central region of the membrane and ensure that the release liquid 4 flows into the cavity sensor from the entire volume of the working gap 3, and not just from the edge of the corrugation of the membrane.

В сравнении с прототипом заявляемый узел защиты разделительной мембраны датчика давления обеспечивает ее эффективную защиту от быстро нарастающей перегрузки давлением.Compared with the prototype, the inventive protection unit of the separation membrane of the pressure sensor provides its effective protection against rapidly increasing pressure overload.

Claims (1)

Узел защиты разделительной гофрированной мембраны датчика давления от перегрузки, включающий в себя неразъемно закрепленную по периферии 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 с помощью двух отверстий на краевом гофре, отличающийся тем, что на гофрированной поверхности корпуса датчика в радиальном направлении выполнены углубления, соединяющие зазор под центральной областью разделительной мембраны с отверстиями в краевом гофре корпуса, соединяющими рабочий зазор с полостью сенсора. The node for protecting the dividing corrugated membrane of the pressure sensor from overload, which includes the dividing corrugated membrane that is permanently fixed around the periphery on the housing, the corrugations of which correspond to the corrugations on the housing under it and form a working gap with the housing filled with the separation fluid and connected to the sensor cavity using two holes on the edge corrugation, characterized in that on the corrugated surface of the sensor housing in the radial direction, recesses are made connecting the gap under the central th region of the separation membrane with holes in the edge corrugation housing connecting the working air gap with the cavity of the sensor.

Images