мембранный чувствительный элемент

Формула изобретения

Мембранный чувствительный элемент, представляющий собой выпуклую мембрану, защемленную по контуру, работающую в условиях одновременного воздействия сосредоточенной нагрузки и противодействующего давления, отличающийся тем, что выпуклая поверхность мембраны выполнена гофрированной с уменьшающейся глубиной гофров от периферии к центру, причем отношения высоты мембраны к высоте краевого гофра и толщине мембраны находятся в пределах от 2 до 3 и от 4 до 8 соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в различных приборах и устройствах для измерения давления, разделения двух сред и передачи перемещения из области повышенного в область пониженного давления.

Известны чувствительные элементы, выполненные в виде мембран плоской или гофрированной формы, а также в виде блока мембран, скрепленных по периферии, широко используемые в приборостроении. Форма мембраны, вид и параметры профиля гофров выбираются в зависимости от назначения мембранных чувствительных элементов и требований, предъявляемых к ним. Так известны мембраны, выполненные в форме оболочек (конической, сферической и др.), имеющие большие перемещения, но обладающие недостаточной чувствительностью и циклопрочностью (Л.Е. Андреева "Упругие элементы приборов" М. Машиностроение, 1981 г.)[1]

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является "Мембранный упругий чувствительный элемент" по а.с. N 491852, принятый за прототип [2]

Мембранный упругий чувствительный элемент содержит гладкую выпуклую мембрану, выполненную в форме усеченного конуса с глухим защемлением по контуру, работающую в условиях одновременного воздействия сосредоточенной нагрузки и противодействующего давления, жесткий центр, расположенный со стороны выпуклости мембраны и не прикрепленный к ней. Профиль мембраны выполнен с отношением высоты усеченного конуса к толщине мембраны в пределах 11-16, а отношение диаметра центральной площадки к рабочему диаметру в пределах 0,5-0,6, отношение диаметра жесткого центра к диаметру центральной площадки мембраны в пределах 0,9-0,98.

Данный чувствительный элемент является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Однако недостатками его являются низкая надежность, и, как следствие, циклопрочность, а также малая чувствительность при больших перемещениях центра мембраны, вследствии значительных напряжений, возникающих в месте закрепления чувствительного элемента, что существенно ограничивает область ее применения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности, чувствительности и расширение области применения чувствительного элемента.

Указанная цель достигается путем применения в качестве чувствительного элемента выпуклой мембраны, имеющей концентрические гофры с убывающей глубиной гофрировки от периферии к центру.

На чертеже схематически изображен предлагаемый мембранный чувствительный элемент, защемленный по контуру.

Геометрические размеры мембранного чувствительного элемента выбраны исходя из следующих оптимальных соотношений, способствующих повышению чувствительности и надежности мембраны:

H/h 2-3 (1)

H/S 4-8, (2)

где

H высота мембраны;

h высота краевого гофра;

S толщина материала мембраны.

Перемещение мембранного чувствительного элемента осуществляется за счет разности усилий, воздействующих на него, при этом в месте его заделки возникают опасные напряжения.

Введение гофрированного участка с уменьшающейся глубиной гофрировки от периферии к центру на выпуклой поверхности мембраны позволит значительно снизить возникающие напряжения за счет их перераспределения с краевого гофра на соседний, расположенный ближе к центру мембраны.

Таким образом, выбранные соотношения 1 и 2, определяющие геометрию мембраны, а также наличие гофр с уменьшающейся глубиной гофрировки от периферии к центру, позволяют создать чувствительный элемент с высокой надежностью и чувствительностью.

На основе предлагаемого конструктивного решения разработан мембранный чувствительный элемент. Испытания чувствительного элемента подтвердили его высокую надежность и чувствительность.

Циклопрочность мембраны возросла не менее чем в 1,5, а чувствительность

в 1,2 раза по сравнению с прототипом.