гидравлический датчик давления (варианты)

Формула изобретения

1. Гидравлический датчик давления, содержащий: основной корпус, по существу, с осесимметричной чашеобразной поверхностью, имеющей кольцевой периферийный участок, центральный участок, опущенный по отношению к периферийному участку и охватываемый им, и кольцевой переходный участок, примыкающий по своей внутренней стороне к центральному участку поверхности, а по наружной стороне - к ее периферийному участку, по существу, симметричную чашеобразную разделительную мембрану с ровным кольцевым периферийным участком, опущенным по отношению к нему центральным участком и кольцевым переходным участком, примыкающим по своей внутренней стороне к центральному участку разделительной мембраны, а по наружной стороне - к ее периферийному участку, причем центральный участок разделительной мембраны содержит кольцевые гофры, при этом разделительная мембрана соединена на своем периферийном участке по круговому стыку с периферийным участком поверхности, включая полость, заполненную передаточной жидкостью, причем полость сообщена через отверстие на поверхности основного корпуса с гидравлическим трактом, при этом переходный участок разделительной мембраны содержит желобок, имеющий наружную и внутреннюю стороны, а также переходную зону, причем наружная сторона желобка содержит первую кольцевую наклонную поверхность, примыкающую к периферийному участку разделительной мембраны, а внутренняя сторона желобка - вторую кольцевую наклонную поверхность, примыкающую к центральному участку разделительной мембраны, при этом переходная зона желобка находится между первой и второй наклонными поверхностями, причем первая наклонная поверхность выполнена по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии разделительной мембраны, с максимальным наклоном не менее 15°, а вторая наклонная поверхность выполнена по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии разделительной мембраны, с максимальным наклоном не менее 20°.

2. Датчик давления по п.1, характеризующийся тем, что первая наклонная поверхность выполнена по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии разделительной мембраны, с максимальным наклоном не менее 20° предпочтительно не менее 25°.

3. Датчик давления по п.1, характеризующийся тем, что вторая наклонная поверхность выполнена по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии разделительной мембраны, с максимальным наклоном не менее 25° предпочтительно не менее 30°.

4. Датчик давления по п.1, характеризующийся тем, что угол между максимальным наклоном первой наклонной поверхности и максимальным наклоном второй наклонной поверхности, замеренный в плоскости по линии симметрии разделительной мембраны, составляет не менее 35°, предпочтительно не менее 45° и особо предпочтительно не менее 55°.

5. Датчик давления по п.1, характеризующийся тем, что наклон первой наклонной поверхности превышает наклон второй наклонной поверхности предпочтительно, по меньшей мере, на 5°, более предпочтительно, по меньшей мере, на 10°.

6. Датчик давления по п.1, характеризующийся тем, что амплитуда кольцевых гофров в осевом направлении составляет около 0,08-0,25 мм.

7. Датчик давления по п.1, характеризующийся тем, что радиальное расстояние между максимальными смежными группами гофров составляет не менее 1,75 мм, предпочтительно не менее 2,25 мм и особо предпочтительно не менее 2,75 мм.

8. Датчик давления по п.7, характеризующийся тем, что радиальное расстояние между максимальными смежными группами гофров составляет не более 5 мм, предпочтительно не более 4 мм и особо предпочтительно не более 3,5 мм.

9. Датчик давления по одному из пп.1-8, характеризующийся тем, что глубина расположения центрального участка разделительной мембраны по отношению к ее периферийному участку составляет не менее 0,175 мм, предпочтительно не менее 0,225 мм и особо предпочтительно не менее 0,275 мм.

10. Датчик давления по п.9, характеризующийся тем, что глубина расположения центрального участка разделительной мембраны по отношению к ее периферийному участку составляет не более 0,6 мм, предпочтительно не менее 0,45 мм и особо предпочтительно не менее 0,35 мм.

11. Датчик давления по одному из пп.1-8, характеризующийся тем, что глубина расположения минимальной переходной зоны желобка по отношению к центральному участку разделительной мембраны составляет не менее 0,25 мм, предпочтительно не менее 0,35 мм и особо предпочтительно не менее 0,45 мм.

12. Датчик давления по п.11, характеризующийся тем, что глубина расположения минимальной переходной зоны желобка по отношению к центральному участку разделительной мембраны составляет не более 0,75 мм, предпочтительно не более 0,65 мм и особо предпочтительно не более 0,55 мм.

13. Датчик давления по одному из пп.1-8, характеризующийся тем, что основной корпус выполнен из металлического материала, например качественной стали, инконеля, хастеллоя, других сплавов или алюминия.

14. Датчик давления по одному из пп.1-8, в котором разделительная мембрана выполнена из металлического материала, например качественной стали, инконеля, хастеллоя, других сплавов или титана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидравлическому датчику давления, содержащему основной корпус с основанием мембраны на его поверхности, разделительную мембрану, закрепленную своим периферийным участком вместе с полостью на основном корпусе, и гидравлический тракт, сообщенный с полостью посредством отверстия на поверхности основного корпуса, причем полость и гидравлический тракт заполнены передаточной жидкостью.

В принципе датчики давления этого типа известны, также известны из уровня техники и многообразные конструкции разделительных мембран, оптимизированных с учетом самых разных условий.

Так, например, из DE 10031120 А1 известен датчик давления, предназначенный для минимизации или исключения зависящего от температуры дефекта разделительной мембраны. Дефект разделительной мембраны - это давление в передаточной жидкости, вызванное упругой деформацией разделительной мембраны вследствие зависящего от температуры изменения объема передаточной жидкости. Например, в DE 10031120 А1 описан датчик давления с чашеобразной разделительной мембраной, содержащей ровный периферийный участок для крепления разделительной мембраны на основном корпусе и центральный, слабо гофрированный участок, опущенный по отношению к периферийному участку. Между периферийным и центральным участками находится наклонный переходный участок для их соединения. Разделительная мембрана и основной корпус согласованы между собой таким образом, что равновесное положение разделительной мембраны изменяется в зависимости от температуры, а именно таким образом, что результирующий объем в полости между разделительной мембраной и основным корпусом соответствует изменяющемуся от температуры объему передаточной жидкости. Это достигается, в числе прочего, за счет того, что основной корпус обладает более высоким коэффициентом теплового расширения, чем разделительная мембрана. И хотя уровень техники, описанный на примере DE 10031120 А1, представляет интерес в отношении тепловых равновесных состояний, однако при разности температур между основным корпусом и разделительной мембраной, образующейся, например, после очистки с помощью CIP (системы безразборной мойки и дезинфекции) с применением горячего пара с последующим заполнением холодными средами, в мембране возникают большие напряжения, вызывающие постоянное смещение нулевой точки и, следовательно, приводящие к погрешности измерения. Это зависит не в последнюю очередь от того, что переходный участок образует относительно жесткую связь между периферийным и центральным участками, посредством которой должно задаваться соответствующее, зависящее от температуры равновесное положение разделительной мембраны в качестве обязательного условия.

Проблема очистки мембран с помощью CIP и являющийся следствием этого гистерезис описаны, например, в патенте США № 5495768. Согласно ему под действием импульса воздействующей очистительной среды передаточная жидкость перемещается под разделительную мембрану, вызывает образование выпуклостей на ровных мембранах и постоянные деформации на стыках между мембранами и основным корпусом. Сомнительно, чтобы это описание причин постоянных деформаций являлось действительно достоверным и полным, так как в данном случае не достаточно учитываются температурные градиенты. В качестве решения в этом документе предложен, во всяком случае, датчик давления с чашеобразной разделительной мембраной, содержащий ровный периферийный участок для крепления разделительной мембраны на основном корпусе и центральный, слабо гофрированный участок, опущенный по отношению к периферийному участку. Между периферийным и центральным участками расположен наклонный переходный участок, связывающий между собой оба первые. Основной корпус имеет существенно конгруэнтную поверхность с ровным кольцевым периферийным участком, опущенным, слабо гофрированным центральным участком и расположенным между ними наклонным кольцевым переходным участком. Периферийный участок разделительной мембраны соединен пайкой по всей поверхности с периферийным участком поверхности основного корпуса. Для разгрузки периферийного участка переходный участок выполнен очень жестким. Т.е. при отклонении разделительной мембраны для приема сместившегося объема масла почти не происходит отклонения переходного участка и предохраняемого им периферийного участка. Деформация происходит исключительно на центральном участке разделительной мембраны.

Сомнительно, чтобы описанные меры обеспечили требуемую разгрузку стыка. Однако для приема объемов масла требуются такие отклонения разделительной мембраны, которые способны вызвать пластическую деформацию и, следовательно, смещение нулевой отметки. Требуемые большие отклонения на центральном участке обусловлены не в последнюю очередь жесткостью переходного участка, ограничивающей отклонение зон центрального участка, эффективных в отношении объема, т.е. кольцевых зон большого радиуса.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание датчика давления, в котором отсутствуют описанные недостатки, присущие уровню техники.

Согласно изобретению эта задача решается посредством датчика давления по п.1 формулы изобретения.

Гидравлический датчик давления согласно изобретению содержит:

- основной корпус, по существу, с осесимметричной чашеобразной поверхностью, имеющей ровный кольцевой периферийный участок, центральный участок, опущенный по отношению к периферийному участку и охваченный им, и кольцевой переходный участок, примыкающий по своей внутренней стороне к центральному участку поверхности, а по наружной стороне - к ее периферийному участку,

- по существу, осесимметричную тарельчатую разделительную мембрану, содержащую ровный кольцевой периферийный участок, центральный участок, опущенный по отношению к этому периферийному участку, и кольцевой переходный участок, примыкающий по своей внутренней стороне к центральному участку поверхности, а по наружной стороны - к ее периферийному участку,

причем разделительная мембрана соединена на своем периферийном участке по круговому стыку с периферийным участком поверхности, включая полость, заполненную передаточной жидкостью, при этом полость сообщена через отверстие на поверхности основного корпуса с гидравлическим трактом, а переходный участок разделительной мембраны содержит кольцевой желобок с наружной и внутренней сторонами, а также переходной зоной, причем наружная сторона желобка содержит первую кольцевую наклонную поверхность, примыкающую к периферийному участку разделительной мембраны, внутренняя сторона желобка содержит вторую кольцевую наклонную поверхность, примыкающую к центральному участку разделительной мембраны, а переходная зона желобка находится между первой и второй наклонными поверхностями.

Первая наклонная поверхность имеет предпочтительно по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии разделительной мембраны, максимальный наклон не менее 15°, предпочтительно не менее 20° и особо предпочтительно не менее 25°. Вторая наклонная поверхность имеет предпочтительно по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии разделительной мембраны, максимальный наклон не менее 20°, предпочтительно не менее 25° и особо предпочтительно не менее 30°.

Угол между максимальным наклоном первой наклонной поверхности и максимальным наклоном второй наклонной поверхности, замеренный в плоскости по оси симметрии разделительной мембраны, составляет не менее 35°, предпочтительно не менее 45° и особо предпочтительно не менее 55°.

Наклон первой наклонной поверхности предпочтительно превышает наклон второй наклонной поверхности, по меньшей мере, на 5°, предпочтительно, по меньшей мере, на 10°.

Центральный участок разделительной мембраны может содержать кольцевые гофры с амплитудой в осевом направлении, например, от около 0,08 до 0,25 мм. Радиальное расстояние между максимальными смежными группами гофров составляет предпочтительно не менее 1,75 мм, более предпочтительно не менее 2,25 мм и особо предпочтительно не менее 2,75 мм. Радиальное расстояние между максимальными смежными группами гофров составляет предпочтительно не более 5 мм, более предпочтительно не более 4 мм и особо предпочтительно не более 3,5 мм. Согласно предпочтительному варианту выполнения радиальное расстояние составляет около 3 мм.

Глубина расположения центрального участка разделительной мембраны по отношению к ее периферийному участку составляет предпочтительно не менее 0,175 мм, более предпочтительно не менее 0,225 мм и особо предпочтительно не менее 0,275 мм. Глубина расположения центрального участка разделительной мембраны по отношению к периферийному участку этой же мембраны составляет предпочтительно не более 0,6 мм, более предпочтительно не менее 0,45 мм и особо предпочтительно не менее 0,35 мм. Глубина расположения центрального участка разделительной мембраны по отношению к ее периферийному участку составляет в данном предпочтительном варианте около 0,3 мм.

Глубина расположения минимальной переходной зоны желоба по отношению к центральному участку разделительной мембраны составляет предпочтительно не менее 0,25 мм, более предпочтительно не менее 0,35 мм и особо предпочтительно не менее 0,45 мм. Глубина расположения минимальной переходной зоны желобка составляет по отношению к центральному участку разделительной мембраны предпочтительно не более 0,75 мм, более предпочтительно не более 0,65 мм и особо предпочтительно не менее 0,55 мм. Согласно данному предпочтительному варианту выполнения изобретения минимальная глубина переходной зоны желобка составляет около 0,5 мм.

Согласно другому варианту выполнения изобретения чашеобразная поверхность основного корпуса содержит основание мембраны с контуром, на котором тиснением получена разделительная мембрана. В этом случае разделительная мембрана приобретает контур, задаваемый, по существу, контуром основания мембраны или значительно соответствующий ему. Вследствие упругого возврата разделительной мембраны в исходное положение после тиснения и/или вследствие жесткости материала разделительной мембраны амплитуды контура мембранного слоя могут оказаться на некоторых участках при необходимости меньше, чем амплитуды контура основания мембраны на соответствующих участках.

Гидравлический датчик давления содержит в этом варианте выполнения изобретения:

- основной корпус, по существу, с осесимметричной чашеобразной поверхностью, содержащей ровный кольцевой периферийный участок, центральный участок, опущенный по отношению к периферийному участку поверхности и охватываемый им, и кольцевой переходный участок, который по своей внутренней стороне примыкает к центральному участку поверхности, а по наружной стороне - к ее периферийному участку,

- по существу, осесимметричную чашеобразную разделительную мембрану, содержащую ровный кольцевой периферийный участок и центральный участок, опущенный по отношению к периферийному участку, и кольцевой переходный участок, примыкающий по своей внутренней стороне к центральному участку, а по наружной стороне - к периферийному участку разделительной мембраны,

причем разделительная мембрана соединена на ее периферийном участке по круговому стыку с периферийным участком поверхности, включая полость, заполненную передаточной жидкостью, при этом полость сообщена через отверстие на поверхности основного корпуса с гидравлическим трактом, а разделительная мембрана получена тиснением на чашеобразной поверхности основного корпуса, причем переходный участок поверхности имеет кольцевое углубление, содержащее наружную сторону и переходную зону, причем наружная сторона углубления имеет первую кольцевую наклонную поверхность, примыкающую к периферийному участку поверхности, а внутренняя сторона углубления содержит вторую кольцевую наклонную поверхность, примыкающую к центральному участку поверхности, при этом переходная зона углубления находится между первой и второй наклонными поверхностями.

Первая наклонная поверхность имеет предпочтительно по отношению к плоскости, вертикальной к оси симметрии чашеобразной поверхности, максимальный наклон не менее 15°, предпочтительно не менее 20° и особо предпочтительно не менее 25°. Вторая наклонная поверхность имеет предпочтительно по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси симметрии чашеобразной поверхности, максимальный наклон не менее 20°, предпочтительно не менее 25° и особо предпочтительно не менее 30°.

Угол между максимальным наклоном первой наклонной поверхности и максимальным наклоном второй наклонной поверхности, замеренный по оси симметрии чашеобразной поверхности, составляет предпочтительно не менее 35°, более предпочтительно не менее 45° и особо предпочтительно не менее 55°.

Наклон первой наклонной поверхности превышает наклон второй наклонной поверхности предпочтительно, по меньшей мере, на 5°, особо предпочтительно, по меньшей мере, на 10°.

Центральный участок поверхности может содержать кольцевые гофры с амплитудой в осевом направлении, например, от 0,08 до 0,25 мм. Радиальное расстояние между максимальными смежными группами гофров составляет предпочтительно не менее 1,75 мм, более предпочтительно не менее 2,25 мм и особо предпочтительно не менее 2,75 мм. Радиальное расстояние между максимальными смежными группами гофров составляет предпочтительно не более 5 мм, более предпочтительно не более 4 мм и особо предпочтительно не более 3,5 мм. В данном предпочтительном варианте выполнения радиальное расстояние составляет около 3 мм.

Глубина расположения центрального участка поверхности по отношению к периферийному участку поверхности составляет предпочтительно не менее 0,175 мм, более предпочтительно не менее 0,225 мм и особо предпочтительно не менее 0,275 мм. Глубина расположения центрального участка поверхности по отношению к ее периферийному участку составляет предпочтительно не более 0,6 мм, более предпочтительно не менее 0,45 мм и особо предпочтительно не менее 0,35 мм. Глубина расположения центрального участка поверхности по отношению к ее периферийному участку составляет в данном предпочтительном варианте выполнения около 0,3 мм.

Глубина расположения минимальной переходной зоны углубления по отношению к центральному участку разделительной мембраны составляет предпочтительно не менее 0,25 мм, более предпочтительно не менее 0,35 мм и особо предпочтительно не менее 0,45 мм. Глубина расположения минимальной переходной зоны углубления по отношению к центральному участку разделительной мембраны составляет предпочтительно не более 0,75 мм, более предпочтительно не более 0,65 мм и особо предпочтительно не менее 0,55 мм. В данном предпочтительном варианте выполнения изобретения глубина расположения минимальной переходной зоны углубления составляет около 0,5 мм.

Основной корпус состоит предпочтительно из металлического материала, например, качественной стали, инконеля, хастеллоя, других сплавов или алюминия. Разделительная мембрана состоит предпочтительно также из металлического материала, например качественной стали, инконеля, хастеллоя, других сплавов или тантала.

Далее изобретение поясняется с помощью примера его выполнения, изображенного на чертежах, на которых изображено:

фиг.1 - датчик давления согласно изобретению в схематическом продольном разрезе по периферийному участку,

фиг.2 - детальный вид на датчик давления согласно изобретению в продольном разрезе по основанию мембраны.

Показанный на фиг.1 гидравлический датчик давления содержит основной корпус 1, по существу, с осесимметричной чашеобразной поверхностью 2, имеющей ровный кольцевой периферийный участок 3 и опущенный по отношению к нему центральный участок 4, охватываемый этим участком 3. Кроме того, изображен кольцевой переходный участок 5 поверхности, примыкающий по своей внутренней стороне к центральному участку 4 поверхности, а по наружной стороне - к ее периферийному участку 3. В данном примере переходный участок поверхности выполнен асимметричным, а именно таким, что склон от периферийного участка поверхности к ее переходному участку круче, чем подъем от переходного участка поверхности к ее центральному участку.

Кроме того, датчик содержит чашеобразную разделительную мембрану 6, которая соединена по круговому сварному шву 7 или паяному соединению с периферийным участком 3 поверхности и выполнена тисненой на чашеобразной поверхности.

Между разделительной мембраной 6 и поверхностью 2 основного корпуса 1 предусмотрена полость 8, заполненная передаточной жидкостью. Полость служит в качестве напорной камеры и сообщена с гидравлическим трактом через не показанное отверстие на поверхности основного корпуса для передачи возникающего на разделительной мембране давления на ячейку для его измерения.

На фиг.1 опущен ориентированный радиально внутрь участок датчика, который примыкал бы к изображению слева. На этом участке основание мембраны и тисненая на нем разделительная мембрана имеют кольцевой гофрированный узор. Размерные соотношения между этим гофрированным узором 9 и переходным участком поверхности более наглядно показаны на фиг.2. В соответствии с ней кольцевые концентрические гофры на центральном участке поверхности имеют значительно более плоские контуры, чем на переходном участке поверхности на периферии. Согласно примеру выполнения осевой шаг между впадинами гофров и их гребнями составляет около 0,14 мм при радиальном расстоянии более 3 мм между смежными гребнями гофров. Выбранный контур гофра обеспечивает достаточный объемный шаг разделительной мембраны, не придавая последней чрезмерную жесткость.

Датчики давления согласно изобретению подвергли нескольким термическим ударам для сопоставления с датчиками давления согласно уровню техники, на разделительной мембране которых отсутствовал желобок. После термических ударов известные из уровня техники датчики давления обнаружили смещение нулевой точки на около 1,2 мбар, в то время как смещение нулевой точки у датчиков давления согласно изобретению составило от 0,2 до 0,4 мбар. В соответствии с тенденцией смещение нулевой точки у датчиков давления согласно изобретению с несимметрично выполненной переходной зоной было меньшим, чем у датчиков давления согласно изобретению с симметрично выполненной переходной зоной.