Датчик давления

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ имеет: полый корпус, полость которого с одной стороны подключена к напорному патрубку источника давления текучей среды; трубку Бурдона, полость которой подключена к полости указанного корпуса; постоянный магнит, закрепленный на глухом конце трубки Бурдона; и преобразователь Холла, который связан с корпусом и расположен с воздушным зазором относительно указанного постоянного магнита. Такой датчик давления имеет чувствительность, практически точно соответствующую чувствительности использованной трубки Бурдона, прост и дешев и может быть использован для оснащения блока управления приводом преимущественно малогабаритного низконапорного насоса или компрессора. 2 з.п.ф.; 1 ил.

Область техники

Полезная модель относится к конструкции датчиков давления жидких или газообразных текучих сред. Такие датчики могут быть использованы в системах управления электропитанием преимущественно малогабаритных низконапорных (в частности, вибрационных, поршневых, центробежных и вихревых) насосов или компрессоров.

Уровень техники

Общеизвестно, что расход энергии на работу привода насоса или компрессора нужно регулировать и что в случаях блокирования всасывающего патрубка или прекращения отбора текучей среды на потребление привод должен быть отключен. Для этого насосы или компрессоры обычно оснащают блоками управления на базе подходящих датчиков давления и выключателей.

Такие блоки управления должны как можно меньше влиять на себестоимость насосов и компрессоров и, одновременно, быть достаточно чувствительными и надежными. Понятно, что этими свойствами должны обладать прежде всего датчики давления, ибо остальные компоненты блоков управления ныне дешевы и доступны.

Для указанных нужд широко используют высокочувствительные и надежные пьезоэлектрические или пьезорезистивные датчики давления, которые изготовляют более ста компаний.

Например, компания HONEYWELL изготовляет пьезорезистивные датчики давления на основе четырех одинаковых пьезорезисторов, которые уложены в канавки, вытравленные на поверхности кремниевой мембраны, и соединены по мостовой схеме. Внешнее давление деформирует мембрану и вызывает разбалансировку измерительного моста. Полезный сигнал в виде напряжения рассогласования прямо пропорционален приложенному давлению [см. А.Маргелов. «Датчики давления компании HONEYWELL», Chip News 7 (100), 2005].

Очевидно, что эти датчики сложны по конструкции и довольно дороги.

Поэтому их целесообразно применять для оснащения дорогих изделий типа высоконапорных промышленных насосов или компрессоров, поломка которых может повлечь тяжелые последствия.

Соответственно, блоки управления малогабаритных низконапорных насосов или компрессоров, которые массово изготовляют и используют в домашнем хозяйстве, на семейных фермах и на малых предприятиях типа ремонтных мастерских, желательно оснащать более простыми и дешевыми датчиками давления.

К сожалению, по имеющимся данным, эта задача до сих пор остается актуальной.

Так, известен дешевый и простой в изготовлении реостатный датчик давления (см., например, сайт Ульяновского автозавода http://uazremont.ru). Он имеет корпус с камерой, которая с одной стороны сообщается с напорным патрубком насоса (например, в системе смазки автомобильного двигателя), а с другой стороны закрыта мембраной. Мембрана имеет толкатель, который кинематически связан с ползунком реостата, включенного в электрическую цепь управления положением постоянного магнита. К этому магниту присоединена стрелка-указатель давления на шкале. Датчик оснащен подходящими средствами настройки исходного положения стрелки-указателя.

К сожалению, такой датчик не может плавно отслеживать изменения давления, ибо его чувствительный элемент в виде реостата из нихромовой проволоки имеет витки фиксированной толщины. Попытки увеличить разрешающую способность путем уменьшения толщины витков снижают надежность датчика из-за ускорения износа обмотки реостата.

Известен также датчик давления на основе трубки Бурдона, который наиболее близок к предлагаемому далее датчику по технической сущности (см. патент Украины на полезную модель основе заявки u 2009 06151). Этот известный датчик имеет:

корпус с проточной полостью, которая, в рабочем положении, подключена с одной стороны к напорному патрубку насоса, а с другой стороны к напорной магистрали,

трубку Бурдона, полость которой подключена к проточной полости указанного корпуса,

цилиндрический соленоид, ферромагнитный сердечник которого кинематически связан с глухим концом трубки Бурдона, а обмотка включена в подходящий измерительный контур (в частности, встроенный в программируемый микроконтроллер системы управления приводом насоса).

Такой датчик способен плавно реагировать на изменение давления на выходе напорного патрубка насоса.

К сожалению, изменение индуктивности цилиндрического соленоида, которое в известном датчике служит сигналом, возбуждающим измерительный контур, тем заметнее запаздывает относительно изменений давления внутри трубки Бурдона, чем меньше эти изменения давления по абсолютной величине. Существенную роль в торможении ферромагнитного сердечника играет также трение. Это существенно снижает эффективность описанного датчика давления в сочетании с низконапорными насосами или компрессорами.

Краткое изложение сущности полезной модели

В основу полезной модели положена задача путем замены преобразователя перемещений глухого конца трубки Бурдона в электрический сигнал и усовершенствования взаиморасположения этой трубки и преобразователя создать существенно более чувствительный датчик давления для блоков управления приводами низконапорных насосов или компрессоров.

Поставленная задача решена тем, что предложенный датчик давления имеет:

полый корпус, полость которого, в рабочем положении, подключена с одной стороны к напорному патрубку источника давления текучей среды,

трубку Бурдона, полость которой подключена к полости указанного корпуса,

постоянный магнит, закрепленный на глухом конце трубки Бурдона, и

преобразователь Холла, связанный с корпусом и расположенный относительно указанного постоянного магнита с воздушным зазором.

Такой датчик обеспечивает высокую чувствительность даже к незначительным изменениям давления, которые способна воспринять трубка Бурдона, ибо преобразователь Холла работает практически безынерционно.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что преобразователь Холла, связан с корпусом кронштейном. Это позволяет точно позиционировать преобразователь Холла относительно постоянного магнита.

Второе дополнительное отличие состоит в том, что один конец указанного кронштейна связан с корпусом цилиндрическим или упругим шарниром, а второй конец этого кронштейна подключен к регулятору воздушного зазора между постоянным магнитом и преобразователем Холла. Это облегчает настройку преобразователя Холла на условный нуль давления внутри трубки Бурдона.

Естественно,

что при выборе конкретных воплощений полезной модели возможны произвольные комбинации указанных дополнительных отличий с основным изобретательским замыслом,

что этот замысел в пределах, очерченных формулой полезной модели, может быть дополнен и/или уточнен с использованием обычных знаний специалистов и

что описанные далее предпочтительные примеры воплощения полезной модели не ограничивают объем прав изобретателей.

Краткое описание чертежа

Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы датчика давления со ссылками на приложенный чертеж, где изображена структурная схема и основные элементы конструкции этого датчика:

Наилучшие воплощения изобретательского замысла

Датчик давления, как минимум, имеет:

полый корпус 1, полость которого, в рабочем положении, подключена с одной стороны к не показанному здесь напорному патрубку источника давления жидкой или газообразной текучей среды (то есть насоса или компрессора),

трубку 2 Бурдона, полость которой подключена к полости указанного корпуса 1,

постоянный магнит 3, закрепленный на глухом конце трубки 2 Бурдона, и

преобразователь 4 Холла, связанный с корпусом 1 и расположенный относительно указанного постоянного магнита 3 с воздушным зазором.

Весьма желательно, чтобы преобразователь 4 Холла был связан с корпусом кронштейном 5, у которого один конец связан с корпусом цилиндрическим или упругим шарниром 6, а второй конец подключен к (например, винтовому) регулятору 7 воздушного зазора между постоянным магнитом 3 и преобразователем 4 Холла.

На этом же кронштейне 5 закреплен разъем 8 для подключения преобразователя 4 Холла к не показанным здесь источнику электропитания и измерительному контуру.

Работает описанный датчик давления следующим образом.

При изменении давления внутри трубки 2 Бурдона изменяются ее кривизна и, соответственно, величина воздушного зазора между преобразователем 4 Холла и постоянным магнитом 3. Это вызывает пропорциональное изменение напряжения на сигнальном выходе преобразователя 4 Холла.

Направление таких изменений зависит от того, каким полюсом постоянный магнит 3 обращен к преобразователю 4 Холла. Этот фактор учитывается при первичной настройке датчика давления.

Начальное напряжение на сигнальном выходе преобразователя 4 Холла, которое соответствует условному нулевому значению давления в трубке 2 Бурдона, задают или корректируют винтом регулятора 7 воздушного зазора между постоянным магнитом 3 и указанным преобразователем 4 Холла.

Промышленная применимость

Датчики давления могут быть легко изготовлены из доступных на рынке материалов и комплектующих деталей и использованы для оснащения блоков управления приводами преимущественно малогабаритных низконапорных насосов и компрессоров.

1. Датчик давления, имеющий полый корпус, полость которого в рабочем положении подключена с одной стороны к напорному патрубку источника давления текучей среды, трубку Бурдона, полость которой подключена к полости указанного корпуса, постоянный магнит, закрепленный на глухом конце трубки Бурдона, и преобразователь Холла, связанный с корпусом и расположенный относительно указанного постоянного магнита с воздушным зазором.

2. Датчик давления по п.1, в котором преобразователь Холла связан с корпусом кронштейном.

3. Датчик давления по п.2, в котором один конец указанного кронштейна связан с корпусом цилиндрическим или упругим шарниром, а второй конец этого кронштейна подключен к регулятору воздушного зазора между постоянным магнитом и преобразователем Холла.