Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для замера давления

Предлагаемое изобретение относится к технике измерения давления, а именно, к устройствам, служащим для измерения давления высокотемпературного газа, например, в газовых трактах.

В литературе описаны устройства для замера давления в газовых трактах, в которых используется датчик давления, установленный в контейнер, выполненный с газоподводящим каналом (А.Н. Петунин. «Методы и техника измерений параметров газового потока». М.: «Машиностроение», 1972, стр. 168, рис. 2.18).

В таких устройствах в качестве чувствительного элемента используется плоская мембрана. Недостатками таких устройств является то, что мембрана датчика непосредственно контактирует с измеряемой средой. При измерении давления высокотемпературного газа происходит перегрев мембраны датчика и, как следствие, искажение выходного сигнала (отклонение нулевого уровня и уровней калибровок датчика от их начальных значений). Для устранения этих недостатков принимаются различные конструктивные меры.

В этой же книге на стр. 171, рис. 2.20, приведена конструкция устройства для замера давления, в которой для устранения искажений измерения давления и зашиты мембраны в газоподводящий канал установлена демпфирующая вставка. Данная конструкция принята за прототип.

К недостаткам данной конструкции можно отнести то, что соосное расположение мембраны датчика и газоподводящего канала приводит к локальному воздействию струи горячего газа на материал демпфирующей вставки, что усугубляет процесс разогрева последней, и кроме того, она не защищена от воздействия взвешенных частиц, находящихся в измеряемой среде.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности замера давления высокотемпературного газа.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для замера давления, содержащем полый контейнер с газоподводящим каналом, внутри которого со стороны газоподводящего канала установлены демпфирующая вставка и датчик давления с мембраной, демпфирующая вставка выполнена в виде экрана из теплозащитного эластичного материала и установлена на свободном торце мембраны датчика, а между газоподводящим каналом и демпфирующей вставкой соосно последней и с зазором установлен пакет из сеток, ячейки которых смещены относительно друг друга во всех слоях, при этом ось газоподводящего канала перпендикулярна оси симметрии датчика давления, а на смежном с пакетом сеток торце экрана выполнен крестообразный паз.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства для замера давления. На фиг. 2 приведено сечение А-А.

Устройство содержит полый контейнер 1 с газоподводящим каналом 2, датчик давления 3 с мембраной 4, закрепленный на свободном торце 5 мембраны 4 экран 6, установленный в корпус 1 пакет из сеток 7. Ось симметрии 8 датчика давления 3 перпендикулярна оси 9 газоподводящего канала 2. На смежном с пакетом сеток 7 торце 10 экрана 6 выполнен крестообразный паз 11.

Устройство работает следующим образом. Газоподводящий канал 2 соединяют с полостью объекта, в которой требуется замерить давление высокотемпературного газа. При нагружении устройства давлением замеряемой среды газ по газоподводящему каналу 2 поступает в полость перед пакетом сеток.

Сформированная на выходе из газоподводящего канала газовая струя, взаимодействуя со стенками корпуса, теряет скорость и, разворачиваясь на угол 90°, входит в пакет из сеток 7, где окончательно рассеивается. Выходящий из пакета сеток 7 равномерный газовый поток нагружает давлением эластичный экран 6, который передает давление на мембрану 4 датчика давления 3, при этом вырабатывается соответствующий выходной сигнал, поступающий на аппаратуру регистрации.

Наличие на свободном торце 5 мембраны 4 датчика 3 экрана 6, выполненного из теплозащитного материала, позволяет существенно снизить прогрев мембраны.

Выполненный из эластичного материала экран 6 без заметных искажений передает давление мембране 4 датчика 6.

Установленный в контейнере 1 между газоподводящим каналом 2 и экраном 6 пакет из сеток 7 со смещенными относительно друг друга ячейками во всех слоях играет роль рассекателя газового потока и улавливателя взвешенных частиц. Благодаря этому усредняются параметры газа на выходе (локальное эрозионно-механическое воздействие струй горячего газа на торец экрана 6 может вызвать его преждевременное разрушение из-за низких физико-механических свойств теплозащитного эластичного материала экрана).

Благодаря наличию зазора между упомянутыми экраном 6 и пакетом из сеток 7 газ беспрепятственно и равномерно нагружает экран 6, а через него мембрану 4 датчика 3. Взаимно перпендикулярное расположение оси 9 газоподводящего канала 2 и оси симметрии 8 датчика давления 3 позволяет снизить локальное эрозионно-механическое воздействие газовой струи на материал сеток 7. Также и газовая струя, взаимодействуя со стенками контейнера 1, гасит свою скорость.

Все вышеперечисленные преимущества рассматриваемого устройства для замера давления позволяют существенно снизить нагрев мембраны 4 датчика 3, погрешность измерения которого увеличивается при перегреве его чувствительного элемента.

В результате использования предлагаемого устройства для замера давления высокотемпературного газа повышается точность измерения (стабильность нулевого уровня выходного сигнала и уровней калибровок) и надежность работы устройства.

Многократное нагружение эластичного теплозащитного экрана 6 давлением газа может привести к раскреплению его с мембраной 4 датчика 3. При спаде давления экран 6 перекрывает дренаж газа из околомембранной полости и датчик 3 регистрирует искаженную динамику спада давления в объекте измерения. Для повышения надежности работы устройства в нем на смежном с пакетом из сеток 7 торце экрана 6 выполнен крестообразный паз 11, по которому газ может беспрепятственно истекать из околомембранной полости.

Остальные требования к устройству выполняются в соответствии с действующими ГОСТ.

Таким образом, с учетом вышеизложенного, предлагаемая конструкция позволяет повысить точность замера давления высокотемпературного газа.