Устройство для измерения отношения абсолютных давлений

 

Устройство для измерения отношения абсолютных давлений предназначено для получения информации о степени повышения давления воздуха (Пк) в компрессоре. Устройство содержит чувствительный элемент сравнения. Входные каналы чувствительного элемента соединены с источниками высокого Рк и низкого давления Рн. Сопло питания элемента сравнения соединено с Рк. Выходные каналы чувствительного элемента соединены с первым управляющим каналом элемента сравнения. Второй управляющий канал элемента сравнения соединен с Рн. В одном из управляющих каналов установлен дроссель, изменяющий переходную характеристику элемента сравнения, для формирования в выходных каналах элемента сравнения необходимого перепада давлений при низких и высоких значениях Пк. Этим обеспечена устойчивая работа устройства, повышена надежность. Можно установить дополнительный дроссель во втором управляющем канале. Дроссели можно выполнить в виде жиклеров или сопла Лаваля. Предпочтительно отношение площади проходного сечения дросселя к площади канала управления в диапазоне 0,015-1,5. 6 ил. 3 з.п.ф.

Заявленное устройство относится к струйной пневмоавтоматике и может быть использовано в системах автоматического регулирования (САР) газотурбинных двигателей (ГТД) для получения информации о степени повышения давления воздуха в компрессоре.

Известен датчик отношения абсолютных давлений газа (см. А.С. СССР 536411, М. кл. G01L 15/00, 1975 г.), который имеет ограниченный диапазон измерения - не обеспечивает измерение отношения двух давлений меньше 2,5.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения отношения К абсолютных давлений (К=PВ/PН, где PВ и PН - абсолютные значения, соответственно, высокого и низкого давлений) (см. полезную модель РФ 35011, М кл. G01L 15/00, 2003 г.), которое содержит элемент сравнения с входными каналами, каналом питания и двумя выходными каналами и чувствительный элемент, сопло питания которого соединено через регулирующий элемент с источником высокого давления, приемный канал - с источником низкого давления, а выходные каналы с первым входным каналом элемента сравнения, второй входной канал которого соединен с источником низкого давления.

Недостатком этого устройства является наличие ложных сработок при достаточно высоких К, так как при настройке устройства на измерение небольших значений отношения абсолютных давлений (К=1,53,0) и при увеличении отношения давлений на устройстве до 14 ед. К и выше, в элементе сравнения происходит обратное переключение, т.е. устройство выдает ложный сигнал.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства для измерения отношения абсолютных давлений, надежно работающего в широком диапазоне изменения к.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения отношения абсолютных давлений, содержащем чувствительный элемент, первый и второй входные каналы которого соединены, соответственно, с источниками высокого и низкого давлений, элемент сравнения струйного типа с первым и вторым управляющими каналами, вентиляционными каналами, выходными каналами и соплом питания, соединенным с источником высокого давления, выходные каналы чувствительного элемента соединены с первым управляющим каналом элемента сравнения, второй управляющий канал элемента сравнения соединен с источником низкого давления и в одном из управляющих каналов элемента сравнения установлен дроссель.

Кроме того, во втором управляющем канале элемента сравнения может быть установлен дополнительный дроссель.

Дроссели могут быть выполнены либо в виде сопла Лаваля, либо в виде последовательно установленных жиклеров.

Отношение площади проходного сечения дросселя к площади сечения канала управления, в котором он установлен, элемента сравнения находится в диапазоне 0,0151,5.

Предложенная полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема устройства для измерения отношения абсолютных давлений, на фиг. 2 показан дроссель, на фиг. 3 - показан дроссель в виде сопла Лаваля. На фиг. 4 приведена переходная характеристика чувствительного элемента, а на фиг. 5 - переходная характеристика устройства. На фиг. 6 представлен элемент сравнения с дросселями в первом и втором управляющих каналах.

Устройство для измерения отношения абсолютных давлений (см. фиг. 1) содержит чувствительный элемент 1 и элемент сравнения 2. Первый входной канал 3 чувствительного элемента 1 с подводящим каналом 4 соединены через регулирующий элемент 5 с источником высокого давления PК, второй входной канал 6 соединен с источником низкого давления PН, а межсопловая камера 7 с выходными каналами 8 и 9 соединена с первым управляющим каналом 10 элемента сравнения 2, у которого сопло питания 11 имеет со стороны управляющего канала, соединенного с выходными каналами 8 и 9 чувствительного элемента 1, косой срез и соединено с источником высокого давления PК . Второй управляющий канал 12 и вентиляционные каналы 13-17 элемента сравнения 2 соединены с источником низкого давления PН . Каналы 18 и 19 элемента сравнения 2 являются выходными каналами устройства.

В одном из управляющих каналов 10 или 12 установлен дроссель 20 в виде простого отверстия (см. фиг. 2). Кроме того, дроссель 20 может быть выполнен в виде последовательно установленных жиклеров. На фигуре 3 представлен дроссель 20, выполненный в виде сопла Лаваля. При этом отношение площади проходного сечения дросселя 20 к площади сечения канала управления (в котором он установлен) элемента сравнения 2 выполнено в диапазоне 0,0151,5.

Устройство для измерения отношения абсолютных давлений работает следующим образом. Воздух от источника высокого давления с давлением PК через подводящий канал 4 (см. фиг. 1) и через регулирующий элемент 5 подается на вход в первый входной канал 3 чувствительного элемента 1 и к соплу питания 11 элемента сравнения 2. Регулирующий элемент 5 редуцирует давление PС на входе чувствительного элемента 1 пропорционально величине давления PК. Воздух из первого входного канала 3 поступает во второй входной канал 6, соединенный с источником низкого давления PН.

Если отношение давлений PК/PН относительно невелико, то струя воздуха, вытекающая из канала 3, поступает во второй входной канал 6, соединенный с источником низкого давления, при этом за счет эжекции в межсопловой камере 7 и в выходных каналах 8 и 9, соединенных через дроссель 20 с управляющим каналом 10 элемента сравнения 2, создается разряжение. При этом давление PУ в управляющем канале 10 элемента сравнения 2 (в выходных каналах 8 и 9 чувствительного элемента 1) будет меньше, чем давление во втором управляющем канале 12, соединенном с источником низкого давления РН. Поэтому струя, вытекающая из сопла питания 11, отклонится в сторону выходного канала 19, формируя на выходе элемента сравнения 2 отрицательный перепад давлений PВЫХ (где PВЫХ - разность давлений в выходных каналах 18 и 19 элемента сравнения 2).

При увеличении давления PК, и при достижении отношение давлений P К/PН значения, равного 2 и более, в выходных каналах 8 и 9 чувствительного элемента 1 будет формироваться давление, уровень которого будет стремиться к величине P У=PК/3,5 или менее (см. характеристику на фиг. 4), в зависимости от конструктивных параметров чувствительного элемента 1 - соотношения ширины первого входного канала 3, второго входного канала 6 и ширины управляющих каналов 10 и 12 элемента сравнения 2.

При дальнейшем увеличении PК , величина PУ будет увеличиваться и при PК /PН=14 может достигать PУ/PН =4.

При отсутствии дросселя 20 в управляющем канале 10 элемента сравнения 2, если происходит дальнейшее увеличение отношения давлений PК/PН ДР величины 14 ед. кК, и более, давление PУ в первом канале управления 10 становится значительно больше давления PН во втором канале управления 12, струя воздуха, вытекающая из сопла питания 11, под действием управляющего сигнала РУ резко отклоняется в сторону выходного канала 18, ударяется о стенку элемента сравнения 2 и отклоняется в противоположный выходной канал 19, и на выходе устройства образуется реверсивный сигнал т.е ложная сработка (см. фиг. 5, характеристика I).

При наличии дросселя 20 в управляющем канале 10 (см. фиг. 1) элемента сравнения 2 при малых значениях К (К3) элемент сравнения 2 работает аналогично элементу сравнения без дросселя 20. При дальнейшем увеличении К на величину более 14 ед поток воздуха в сопле 11 ускоряется до сверхзвуковой скорости, и в рабочей полости элемента сравнения 2 отклоняется от оси сопла 11 в сторону косого среза на угол, определяемый величиной косого среза и отношением абсолютных давлений PК/PН, но так как скоростной поток в управляющем канале 10 демпфируется дросселем 20, то воздействующее влияние давления PУ значительно снижается, и резких ударов струи о противоположную стенку элемента сравнения 2 не происходит, следовательно, реверсирования сигнала на выходе элемента сравнения нет (см. фиг. 5, характеристика III).

При установке дросселя 20 во второй управляющий канал 12 элемента сравнения 2 при малых значениях К (К3) элемент сравнения 2 работает аналогично элементу сравнения без дросселя 20. При дальнейшем увеличении 7 К на величину более 14 ед, поток воздуха в сопле 11 ускоряется до сверхзвуковой скорости и в рабочей полости элемента сравнения 2 отклоняется от оси сопла 11 в сторону косого среза, давление PУ так же возрастает пропорционально величине давления PК, но при этом дроссель 20, установленный в управляющем канале 12 повышает давление на выходе из управляющего канала 12 и резких ударов струи о противоположную стенку элемента сравнения 2 так же не происходит, следовательно, реверсирования сигнала на выходе элемента сравнения нет (см. фиг. 5, характеристика II).

При длительной работе устройства для измерения отношения абсолютных давлений в зоне высоких значений К и исключения ложных сработок дроссель 20 можно установить и в первый и во второй управляющие каналы элемента сравнения 2 (см. фиг. 6).

Выполнение дросселя 20 в виде сопла Лаваля (см. фиг. 3) обеспечивает более равномерное распределение поля скоростей на входе в управляющий канал элемента сравнения 2, что повышает стабильность работы в большом рабочем диапазоне изменения К.

Компенсирующее воздействие зависит от отношения площади проходного сечения дросселя 20 к площади сечения канала управления (в котором установлен дроссель) элемента сравнения 2 и находится в диапазоне =0,0151,5, который выбирается в зависимости от диапазона изменения К. При увеличении компенсирующее воздействие дросселя 20 на работу элемента сравнения 2 уменьшается, и наоборот.

Введение дросселя 20 на вход в один из управляющих каналов (или в оба управляющих канала) элемента сравнения 2, изменяет переходную характеристику элемента сравнения 2 таким образом, что при работе в зоне низких и высоких значений К всегда формируется необходимый перепад PВЫХ в выходных каналах 18 и 19 элемента сравнения 2, тем самым обеспечивается устойчивая работа устройства для измерения отношения абсолютных давлений с заданной точностью при рабочих (низких) величинах К, а так же отсутствуют ложные сработки (реверсирование сигнала на выходе из элемента сравнения 2) при величинах до 14 и выше ед. К.

Все это позволяет расширить область применения заявляемого устройства при обеспечении надежной работы на указанных режимах.

1. Устройство для измерения отношения абсолютных давлений, содержащее чувствительный элемент, первый и второй входные каналы которого соединены, соответственно, с источниками высокого и низкого давлений, элемент сравнения струйного типа с первым и вторым управляющими каналами, вентиляционными каналами, выходными каналами и соплом питания, соединенным с источником высокого давления, выходные каналы чувствительного элемента соединены с первым управляющим каналом элемента сравнения, второй управляющий канал элемента сравнения соединен с источником низкого давления, отличающееся тем, что в одном из управляющих каналов элемента сравнения установлен дроссель.

2. Устройство по п.1, в котором во втором управляющем канале элемента сравнения установлен дополнительный дроссель.

3. Устройство по п.1, в котором дроссель выполнен либо в виде сопла Лаваля, либо в виде последовательно установленных жиклеров.

4. Устройство по п.1, в котором отношение площади проходного сечения дросселя к площади сечения канала управления элемента сравнения находится в диапазоне 0,015-1,5.



 

Наверх