устройство для стабилизации давления газа

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и с входной и выходной камерами, между которыми установлен регулирующий клапан, соединенный черех шток с чувствительным элементом, образующим с корпусом камеру управления, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности регулятора, в нем установлены датчик выходного давления и блок управления, камера управления соединена с входным и выходным патрубками соответственно через первый и второй переменные дроссели, заслонки которых установлены на стержнях из магнитострикционного материала, являющихся сердечниками электромагнитов, катушки которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, вход которого соединен с датчиком выходного давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к пневматическим устройствам стабилизации давления газа (воздуха) для пневматических измерительных приборов.

Известно устройство для стабилизации давления [1] содержащее корпус, разделенный мембраной на две камеры, в первой из которых установлена связанная с мембраной пружина задания, а вторая соединена с входным и выходным патрубками через регулирующий орган, затвор которого выполнен на первом конце штока. Повышение точности и упрощение устройства достигнуто тем, что во второй камере установлен постоянный магнит, мембрана имеет жесткий центр из магнитомягкого материала, шток установлен в первой камере, а его второй конец связан с закрепленным на корпусе средством переключения регулирующего органа, при этом на первом конце штока выполнена заслонка, образующая с входным патрубком элемент сопло-заслонка. Использование эффекта изменения силы притяжения магнита в зависимости от расстояния до притягиваемого объекта позволяет объединить усилительную и выходную камеры устройства.

Однако такое объединение в случае малой величины входного зазора приводит к сильному влиянию постоянного магнита на чувствительность стабилизатора, что значительно затрудняет выставление оптимальных эксплуатационных величин: зазоров, расстояний между действующими элементами схемы, а главное обеспечить их оптимальное силовое взаимодействие. Этот фактор особенно нежелателен при изготовлении и отладке большой партии устройств.

Известно также устройство для стабилизации давления [2] принятое за прототип изобретения и содержащее корпус, входную камеру с входным патрубком, выходную камеру с выходным патрубком, регулирующий клапан, соединенный с подпружиненным элементом при помощи штока, усилительную камеру с постоянным магнитом, подвижный якорь которого через шток связан с чувствительным элементом. В этой схеме значительно проще достигается повышение чувствительности, так как положение магнита более определенно.

Однако поскольку в схеме устройства не используется эффект дросселирования проходных отверстий, особенно во входном патрубке, обеспечение чувствительности из-за наложения ограничения по характеристикам пружинно-магнитной системы становится труднодостигаемым вследствие отсутствия возможности регулирования зазора в выходном патрубке, что, в конечном итоге, негативно влияет на точность стабилизации давления.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства.

Цель достигается за счет того, что в устройстве, содержащем корпус, входную камеру с входным патрубком, выходную камеру с выходным патрубком, регулирующий клапан, соединенный с чувствительным элементом при помощи штока, усилительную камеру с постоянным магнитом, согласно изобретению магнит установлен на заслонках входного и выходного клапанов усилительной камеры, выполненных из магнитострикционного материала и несущих на себе управляющие катушки, связанные с первым и вторым входами блока управления, к третьему входу которого подсоединен датчик давления.

На чертеже представлено заявляемое устройство.

Оно состоит из входной камеры 1, входного клапана, состоящего из заслонки 2 и сопла 3, выходной камеры 4 с диафрагмой 5, соединенной штоком 6 с заслонкой 2, усилительной камеры 7, включающей в себя входную систему сопло-заслонка, состоящую из сопла 8, заслонки 9, выполненной из магнитострикционного материала, катушки 10, подмагничивающего устройства 11 (постоянный магнит или катушка), регулировочного винта 12, перемещающего заслонку 9 при первоначальной регулировке и установке зазора S₁. Выходная система сопло-заслонка усилительной камеры выполнена аналогично входной системе и состоит из тех же функциональных элементов: сопла 13, заслонки 14, катушки 15, подмагничивающего устройства 16, регулировочного винта 17, составляющих зазор S₂. Камера 18 датчика давления соединена с выходным патрубком 19 патрубком 20. Входной патрубок 21 подает давление во входную камеру 1 по патрубку 22 и к соплу 8 усилительной камеры по патрубку 23. Блок 24 управления соединен электрически с датчиком 25 давления и катушками 10 и 15. Заслонки 9 и 14 при регулировках перемещаются в направляющих 26 и 27 соответственно корпуса 28. Заслонки 9 и 14 элементов сопло-заслонка представляют собой стержни из магнитострикционного материала и под действием магнитных полей устройств 11 и 16 принимают определенную длину. Катушки 10 и 15 во включенном от блока 24 управления состоянии изменяют длину стержней заслонок 9 и 14, изменяя тем самым величину зазоров S₁ и S₂. Регулировочные винты 12 и 17 служат для первоначальной установки зазоров S₁ и S₂ в устройстве.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии зазоры S₁ и S₂ определяются длиной стержней заслонок, находящихся под действием только магнитного поля устройств подмагничивания (постоянных магнитов 11 и 16), и равны соответственно S_1н и S_2н. Под действием магнитного поля катушек 10 и 15, совпадающего по направлению с магнитным полем устройств подмагничивания, возникает максимальное суммарное магнитное поле, которое вызывает максимальное укорочение заслонок 9 и 14, а значит, и максимальное значение зазоров S_1max и S_2max. Под действием магнитного поля катушек, противоположных по направлению магнитному полю устройств подмагничивания, разностное магнитное поле вызывает удлинение стержней заслонок и уменьшение зазоров до значений S_1min и S_2min, близких к нулю.

Газ от источника питания по патрубку 21 поступает во входную камеру 1 по патрубку 22 и усилительную камеру 7 по патрубку 23. Проходя через зазоры S_1н и S_2н в камеру 18 датчика 25 давления, он вызывает срабатывание последнего, в результате чего блок 24 управления подает ток определенного направления и силы на катушки 10 и 15, вызывая тем самым изменение зазоров S₁ и S₂. Изменение зазоров вызывает резкое изменение давления в усилительной камере, при этом диафрагма 5 через шток 6 изменяет положение заслонки 2 относительно сопла 3 во входной камере, регулируя тем самым давление в выходной камере 4 и патрубке 19 до установленного датчиком 25 значения.

В основе работы устройства использована зависимость

h где h давление в усилительной камере;

Н давление на входе усилительной камеры;

F₁ и F₂ площади проходного сечения зазоров S₁ и S₂, согласно которой одновременное изменение обоих зазоров вызывает более резкое падение давления в измерительной камере, а значит, и более быстрое восстановление давления на входе.

Устройство находится в двух режимах работы.

Давление в выходной камере больше уровня, установленного датчиком 25. По его сигналу блок управления подает электрический сигнал необходимой полярности и силы на катушки 10 и 15, в результате чего возникающие суммарные и разностные магнитные поля устанавливают зазоры S₁S_1min 0 и S₂ S_2max. Давление в усилительной камере резко падает, диафрагма 5 поднимается, клапан 2 закрывается и давление в выходной камере 4 падает до значения, установленного датчиком 25.

Давление на выходе меньше уровня, установленного датчиком 25. В этом случае блок управления закрывает зазор S₂S_2min 0 и открывает зазор S₁ S_1max, давление в усилительной камере поднимается, клапан 2 открывается и давление на выходе возвращается к заданному значению.