Реле давления

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к реле давления . Цель изобретения - повьппение чувствительности и точности срабатывания , уменьшение габаритов. При подаче давления в полость 9 мембрана 2 прогибается и при достижении определенного положения жесткий центр 3 скачком притягивается к постоянному магниту 5 с ярмом 6, вьщавая срабатывание формирователя выходного сигнала. 4. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) Ai (51)4H 01 Н 35 24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3@ сф) / (21) 4094003/24-07 (22) 28.07.86 (46) 07.04.88. Бюл. У !3 (75) Н.В.Бородин и В.Г.Собянин (53) 621.318.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 824326, кл. Н 01 Н 35/24, 1981.

Пятин Ю.М. Проектирование элементов измерительных приборов. — М.;

Высшая школа, 1977.

Альтман А.Б. и др. Постоянные магниты: Справочник. — М.: Энергия, 1980. (54) РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле давления. Цель изобретения — повышение чувствительности и точности срабатывания, уменьшение габаритов. При подаче давления в полость 9 мембрана

2 прогибается и при достижении определенного положения жесткий центр 3 скачком притягивается к постоянному магниту 5 с ярмом 6, выдавая срабатывание формирователя выходного сигнала.

4. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.!

387062

Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле давления, Цель изобретения — повышение чув-. ствительности и точности сгабатыва5 ния, уменьшение габаритов.

На фиг.l изображено реле давления; на фиг.2 — мембрана в разных положениях относительного постоянного магнита; на фиг.3 — зависимости сил, действующих на мембрану при ее перемещении.

Реле давления (фиг.1) содержит корпус 1, мембрану 2 с жестким центром 3 из магнитно-мягкогр материала, формирователь 4 выходного сигнала, постоянный магнит 5 и ярмо 6.

В исходном состоянии сила жесткости мембраны 2 равна или больше силы действия постоянного магнита 5 на же жесткий центр 3 мембраны 2, и зазор

7 между жестком центром мембраны и магнитным устройством соответствует Я,„ . Величина зазора 7 может регу.". лироваться перемещением ярма 6 в ре 25 резьбовом отверстии корпуса 1. Этим перемещением устанавливается требуемая чувствительность реле давления. уменьшением зазора повышается чувствительность реле. При появлении давления в отверстии 8 в полости 9 между корпусом и мембраной 2 повышается давление, которое перемещает мембрану 2 в сторону магнитного уст- ройства 5,6. При величине давления, равного давлению срабатывания реле, зазор 7 соответствует я„, и при дальнейшем уменьшении зазора 7 сила воздействия магнитного устройства 5, 6 на жесткий центр 3 превосходит силу упругости мембраны 2, что ведет к перемещению жесткого центра 3 в сторону магнитного устройства 5,6 уже не требуя повышения давления рабочего тела, подаваемого в отверстие

8. Немагнитный шток 10 жестко свя-. занный с жестким центром 3 мембраны

2, входит во взаимодействием с формирователем 4 и приводит к его срабатыванию.

Снятие давления не изменяет состояния микровыключателя до подачи давления в отверстие 11 или до перемещения мембраны в исходное состоя

55 ние внешней сйлой с помощью известных приспособлений.

На фиг.2 показаны четыре положения мембраны 2 с жестким центром

3 относительно магнита 5 и ярма 6, связанных с корпусом !.

Первое (начальное) положение соответствует неналряженному состоянию мембраны 2. В этом положении эазор между жестким центром 3 мембраны 2 и магнитным устройством 5,6 равен 6 .

Второе положение соответствует перемещению жесткого центра 3 мембраны 7 от начального положения на величину 3 „,„. В этом положении все силы, действующие на мембрану 2, уравновешены.

Третье положение соответствует неустойчивому равновесию сил, которое наступает при перемещении жесткого центра 3 мембраны 2 от начального положения на величину h „ . Это положение соответствует порогу срабатывания реле.

Четвертое положение мембраны 2 соответствует перемещению мембраны

2 на величину %,, когда резко возрастает действие на мембрану 2 со стороны формирователя 4 выходного сигнала, препятствующее перемещению мембраны 2, При дальнейшем перемещении мембраны 2 после надежного срабатывания формирователя 4 выходного сигнала жесткий центр 3 мембраны 2 ложится на упор.

Силы, (фиг.3), действующие на мембрану, имеют следующие обозначения: F „ — сила, обусловленная жесткостью мембраны 2; F — сила, с которой магнитное устройство 5,6 действует на жесткий центр 3 мембраны 2;

F — сумма сил трения и упругих сил формирователя 4 выходного сигнала.

Все эти силы зависят от перемещения h жесткого центра 3 мембраны, причем F„ = Fy в двух положениях жесткого центра 3, соответствующих перемещениям его от начального положения на величины „,„ и h „„

Положение мембраны, соответствующее перемещению ее жесткого центра на величину % „ „, является устойчивым, так как любое незначительное перемещение жесткого центра 3 приводит к появлению сил, возвращающих

его в исходное положение. Положение мембраны 2, соответствующее перемещению „о„, неустойчиво, так как лри малейшем отклонении мембраны 2 в сторону, где по абсолютной величине

Р жм Рм РазнОсть сил (FÄ Fì) возвращает мембрану 2 в положение, 1387062 (4) В ° S ° 1 2 м о м м и

30 где В

40

S и

Ь

50 (2) F = S .P

55 соответствующее % „,„, а при отклонении мембраны 2 в другую сторону, где по абсолютной величине F„ > Г „, разность сил (Г„- Г „) ведет к дальнейшему перемещению мембраны 2. При положении мембраны 2, соответствующем перемещению ъ,, жесткий центр

3 мембраны 2 входит во взаимодействие с формирователем 4 выходного сигнала, и результирующая сила резко изменяет свою величину вплоть до изменения направления действия.

Кроме перечисленных сил, на мембрану 2 действует еще сила давления

J рабочего тела Fp, но эта сила не зависит от $ (не показана) . Действия этой силы приводят к смещению результирующей силы (фиг.3) в ту или другую сторону в зависимости от того, с какой стороны мембраны 2 подано давление.

Д1 я обеспечения срабатывания реле давления необходимо, чтобы Fð быпо равно или больше суммы сил F „- Г,„ при „,„с Э„, и суммы сил Г „+

+ F - F ïðè A - h т е. реле

rp м давления должно удовлетворять следующим соотношениям:

F (Ú)-F„(y) F,nPH„«h h ор (1)

F „(h) F (q) + где (Я) означает зависимость указанных сил от перемещения жесткого центра мембраны л.

Обеспечить выполнение этих соотношений можно соответствующим выбором конструктивных параметров мем" бракы 2 с жестким центром 3 и постоянного магнита 5 с ярмом 6 и подбором их взаимного расположения.

Сила, обсуловленная действием давления на мембрану1 эквивалентна по перемещению ее силе, приложенной в центре мембраны,.если испольэовать понятие эффективной площади мембраны Я,, Эффективная площадь мембраны зависит от типа мембранных (плоская, гофрированная), от ее размеров и размеров жесткого центра.

Сила, обусловленная жесткостью мембраны, определяется формулой

F+ R h — -"- - — = С,— — + С,(— --), (3)

4 5 и 6

Е где R,h — радиус и толщина мембра" ны;

Š— модуль упругости материала мембраны;

С-,С вЂ” коэффициенты, которые зависят от геометрии мембраны.

Из (3) получают

Гм- С + С,, "де С, = C> nEh /R и

С С6 iиЕ h/R

Сила, с которой магнитное устрой ство действует на жесткий центр мембраны, определяется формулой.

f 21 SM 1 ° lм

1 м +1 (1+ Z )

) (g 8 м Яп К остаточная индукция намагничивания магнита, лежащая на прямой возврата, которая для реальных .закритических материалов совпадает с характеристикой размагничивания, В = В площадь сечения постоянного магнита; площадь сечения полюсного наконечника, для высококоэрцитивных магнитов наиболее оптимально S = S длина постоянного магнита; магнитная постоянная; магнитная жесткость материала постоянного магнита; длина зазора между жестким центром мембраны и постоянным магнитом (1 = л — 3 ); коэффициент, зависящий от .формы постоянного магнита и и ярма.

С учетом укаэанного формулу силы воздействия постоянного магнита на жесткий центр мембраны можно преобразовать к виду

1387062 г г 2 1м 1 а (- + — --1

0 s»к ь„-ГГ е„ г„ 2 1 л! (— — + — -» ) чл! а

Р

ЗВ м (С вЂ” С .А)гэ

10 и

s„ s„

И Ъ

Иб !! !ОР б (6) 1

C,e + Сг% - — — "-- — -+ F $ P при > !, (с,- С4э ) м 2

-Г

1 1+ (- — + — — )Ь

2 1м

8 $„К в„: Js„ г

p. ((-- ---) )

2 .1м

8 S, К

r де С в, 1$„" 1„

c,а+ с,> — — — — — — а (с,— c,ъ) иэ которой определяют конструктивные . параметры всего реле, исходя иэ за" 25 данных значений давления срабатывания P и F . Учитывая то, что число конструктивных параметров реле давления входящих в систему 6, велико, целесообразно провести с помощью

ЭВМ оптимизационные расчеты при наложении ограничений на оптимизируе" мые параметры. Критерием может служить функция массы устройства при заданной чувствительности, Например, 35 имея ограничения в выборе материала мембраны и магнитного устройства, а также ограничения на отдельные размеры можно задать значения параметров имеющихся материалов и в преде- 40 лах заданных ограничений на отдель ные геометрические размеры (r,h,1, $„),найти оптимальные значения других размеров (R,а), обеспечив при этом заданную чувствительность (рааление срабатывания PI, и наоборот, задавшись желаемыми размерами мембраны и магнитного устройства, можно определить оптимальные параметры их материалов (Е, 8, В„) Система неравенств (6) не имеет ограничений на величину давления срабатывания реле P следовательно, P может быть задано сколько угодно малым. В этом случае для исключения

55 ложного срабатывания при действии внешних инерционных и вибрационных сил необходима соответствующая баб

Подставив (2),(4),(5) в (1) получают систему неравенств !

I лансировка всех подвижных деталей реле давления.

Выполнение соотношений (6) позволяет получить реле давления, срабатывающее от сколь угодно малого давления рабочего тела, однако возврат его в исходное состояние требует уже.конечного значения давления рабочего тела.

Формула и З о б р е т а н и я

1. Реле давления, содержащее корпус, мембрану с жестким центром из магнитно-мягкого материала, постоянный магнит с ярмом, формирователь выходного сигнала, установленный так, что жесткий центр мембраны имеет возможность воздействия на него, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности срабатывания, уменьшения габаритов, постоянный магнит размещен относительно жесткого центра мембраны так, что направление его воздействия на жесткий центр мембраны совпадает с направлением воздействия рабочего давления на мембрану. б

2. Реле по п.1, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что размеры элементов связаны следующими соотношениями:

1387062

С9 +С%Э

C,9 + С я

С - С,"К h/R

20

С„С, Е

R о

1м

Э

8м

1 где С,С,С,С вЂ” коэффициенты, не

10 зависящие от перемещения жесткого центра мембраны, коэффициенты, зависящие от геометрии мембраны; модуль упругости материала мембраны; толщина мембраны; радиус мембраны; магнитная постоянная; длина магнита магнитного устройства; площадь сечения магнита и ярма магнитного устрой.ства;

+Р,с$Рпри%>Я, 9 — магнитная жесткость материала магнита; коэффициент, зависящий от формы постоянного магнита и ярма; максимальный зазор между жестким центром мембраны и магнитным устройством йри ненапряженном состоянии мембраны; остаточная индукция намагничивания постоянного магнита; — перемещение жесткого центра мембраны, отсчиты-ваемое от ненапряженного состояния мембраны;

F — сумма сил трения и упругих сил устройства формирования выходного сигнала; перемещение мембраны,соответствующее исходному состоянию, порогу срабатывания и скачку сил

F соответственно; эффективная площадь мембраны; давление срабатывания реле.

1387062

Составитель Ю.Селянинов

Редактор О.Головач Техред А.Кравчук Корректор М. Ра ро шн

Заказ 1498/51 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам иэобретений и открытий

i 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4