Датчик давления в трубопроводе - RU2054166C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в датчиках давления, предназначенных для использования в условиях, когда в рабочей среде или снаружи датчика присутствуют воспламеняющиеся смеси.

Известен датчик давления, содержащий корпус с приемным штуцером, мембрану, преобразователь, выводы, поршень с уплотнительной манжетой (1).

Наиболее близким к изобретению является датчик давления в трубопроводе, содержащий корпус, имеющий стенку вокруг оси отверстия в корпусе, проходящего во внешнюю полость, электрическую схему в полости корпуса для управления выходным сигналом и чувствительный элемент, соединенный с электрической схемой и для восприятия разности давлений (2).

В атмосфере снаружи датчика давления или в рабочей среде, которая воспринимается чувствительным к давлению элементом в датчике, часто присутствуют воспламеняющиеся смеси. Различные типы защиты снижают вероятность того, что возгорание воспламеняющегося газа внутри датчика приведет к возгоранию воспламеняющейся смеси снаружи датчика. В настоящее время отверстия и крышки для отверстий датчика выполняют таким образом, чтобы охладить воспламенившийся газ внутри корпуса датчика в процессе его вентиляции до температуры ниже той, которая необходима для возгорания воспламеняющейся смеси снаружи датчика. Воспламенившиеся газы в датчике охлаждаются в процессе их прохождения по узким путям, таким как фланцевые или резьбовые соединения между корпусом датчика и его крышкой. По мере движения горячих газов по проходам происходит передача теплоты от пламени к стенкам, образующим проход. Если проход достаточно узок, пламя отдает корпусу и крышке больше теплоты, чем образует, и фронт пламени остывает. Если проход имеет к тому же достаточную длину, фронт пламени может быть охлажден до температуры, достаточной низкой для того, чтобы погасить пламя, и тем самым избежать дальнейшего продвижения горящих газов по проходу и возгорания воспламеняющейся смеси снаружи датчика.

В датчике может быть предусмотрено несколько защитных средств с тем, чтобы при повреждении или выходе из строя одной из защит, другое защитное устройство по-прежнему снижало вероятность возгорания воспламеняющейся смеси снаружи датчика. В некоторых применениях желательно, чтобы пламегасящий путь эффективно удерживал пламя загоревшейся смеси внутри корпуса даже при повреждении или удалении упругих уплотнений, таких как уплотнительные кольца, и перегородок из тонкой фольги, таких как изолирующие мембраны, а также при утечке изолирующих жидкостей или повреждении сварных соединений.

Пламегашение между чувствительным элементом, который содержит электрическую схему, способную при неисправности породить искру, и средней снаружи датчика, представляет собой проблему, поскольку чувствительный элемент должен воспринимать давление рабочей среды, а в случае разности давлений должен воспринимать также атмосферное давление снаружи датчика. Хотя в известных устройствах между чувствительными элементами в корпусе датчика предусматриваются пламегасящие пути, однако, такие известные средства, как резьбовые соединения 1 класса, трудно реализовать в применении к креплению чувствительного элемента и кроме того они дороги в изготовлении.

Таким образом, имеется потребность в легкоизготовляемом дешевом креплении для чувствительного элемента, которое передает на чувствительный элемент воспринимаемое давление, и в то же время обеспечивает простую, экономичную конструкцию для удерживания газов, воспламенившихся в полости чувствительного элемента.

Датчик обеспечивает выходной сигнал, показывающий перепад между давлением в трубопроводе и атмосферным давлением снаружи датчика. Датчик содержит корпус, образующий стенку вокруг оси отверстия, проходящего во внутреннюю полость, выполненную в корпусе. Электрическая схема в полости управляет выходным сигналом датчика. Чувствительный к давлению элемент, соединенный со схемой, воспринимает перепад давления. Пробка, вставленная в отверстие в корпусе датчика давления, предназначается для удержания чувствительного элемента и образования прохода с формой, обозначающей пламеизоляцию чувствительного элемента от напорного трубопровода, с которым соединен внешний конец пробки. Пробка в отверстии имеет удлиненный фитинг, соединенный с напорным трубопроводом на внешнем конце пробки. Пробка имеет полость для чувствительного элемента, вмещающую чувствительный элемент. Изолирующая мембрана в пробке или фитинге передает давление в трубопроводе на чувствительный элемент через изолирующую жидкость в первом проходе, выполненном в пробке. Первый проход имеет форму, обеспечивающую сопротивление продвижению пламени по проходу и тем самым пламеизоляцию чувствительного элемента от напорного трубопровода в случае выхода из строя изолирующей мембраны или утечки изолирующей жидкости.

Пробка имеет периферийную поверхность, размещенную в отверстии, которая расположена с небольшим зазором относительно стенки, образующей отверстие. В предпочтительном варианта изобретения между периферийной поверхностью пробки и примыкающей к ней стенкой образовано пространство, форма которого обеспечивает сопротивление прохождению пламени и, тем самым, пламеизоляцию воспламенившихся газов от атмосферы.

В другом предпочтительном варианте изобретения пробка имеет второй выход, соединяющий чувствительный элемент с атмосферой. Второму проходу придана форма, обеcпечивающая сопротивление продвижению пламени и тем самым пламеизоляцию чувствительного элемента от атмосферы. Второй проход сообщается с атмосферой через упомянутое пространство.

На фиг. 1 показан вид в разрезе типичного корпуса датчика, пробка и чувствительный элемент которого имеют конструкцию, соответствующую настоящему изобретению; на фиг. 2 вертикальный разрез пробки и чувствительного элемента, используемых в корпусе датчика с фиг. 1; на фиг. 3 разрез модифицированной пробки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.

Типичный корпус датчика 10 содержит тело 11, содержащее первую секцию 12 схемы и секцию 13 выходного блока. Секция выходного блока имеет резьбовую крышку 14, установленную на ней, для доступа к внешним винтам 15, установленным в выходном блоке 16.

Схема 20 находится в секции схемы. Схема может быть известной типа используемых в настоящее время для двухпроводных датчиков, хорошо известных в технике.

Корпус датчика имеет выполненное в его стенке отверстие или канал 22, ведущее к секции схемы и проходящее внутрь патрона 23. Внутренняя поверхность патрона 23 имеет резьбу, обозначенную номером 24, для ввинчивания в нее узла 25 пробки, который содержит втулкообразный фитинг 26, имеющий резьбовую шейку, сопряженную с резьбой 24 1 класса на внутренней поверхности патрона 23. Резьба 24 патрона 23 и резьбовая шейка 27 пробки 26 выполнены по 1 классу для обеспечения точной посадки, чтобы гарантировать, что вдоль этого соединения будет образован пламегасящий путь. Такая резьба дорога в изготовлении, поэтому следует сократить до минимума число мест, где она применяется. Цилиндрический штифт 30 вставлен через радиальное отверстие в патроне 23 в паз 31 во втулкообразном фитинге 26, чтобы блокировать вращение узла 25 пробки.

Втулкообразный фитинг 26 имеет внутренний конец меньшего диаметра, посаженный в отверстие 22, и содержит внутренний канал, обозначенный в целом 32, который содержит расточенную часть 33 над блокирующим кольцом 34, выполненным, примерно, посередине втулкообразного фитинга 26. Расточенная часть 33 внутреннего канала выполнена под изолирующий блок 35, который имеет по периферии уплотнительное кольцо 36, которое прижимается к внутренней стенке расточенной части 33. Внутренняя поверхность фитинга 26, образующая канал 33, и наружная поверхность изолирующего блока 35 обработаны с большой точностью так, чтобы максимальный зазор между поверхностью пробки 26, которая образует канал 33, и наружной поверхностью изолирующего блока 35 составлял 0,004 дюйма. Этот зазор также обеспечивает пламегасящий путь, имеющий достаточную длину и надлежащее сечение для остановки или гашения пламени, которое может быть выдуто из секции 12 схемы наружу.

Изолирующий блок 35 (фиг. 1) является частью сборного чувствительного элемента 40. Изолирующий блок 35 прикреплен к опорному блоку 41 чувствительного элемента с помощью подходящего периферийного сварного шва 42. Опорный блок 41 чувствительного элемента имеет цилиндрическую форму, посажен в отверстие 22 в стенке корпуса и имеет по периферии уплотнительное кольцо 43, установленное приблизительно на половине его длины для уплотнения отверстия 22 по отношению к секции 12 схемы. На одном конце опорного блока 41 выполнен подходящий паз 44, обращенный к изолирующему блоку 35. Паз 44 имеет опорную поверхность, которая поддерживает воспринимающий давление элемент 45 мембранного типа на кремниевом кристалле. Для крепления основания чувствительного элемента к поверхности опорного блока 41 чувствительного элемента можно использовать подходящий соединительный материал 46. Основание чувствительного элемента удерживает мембранную секцию 47 для восприятия давления, присутствующего в пазу или камере 44.

За основанием кремниевого кристалла 45 имеется паз 50, выходящий к небольшому отверстию 51, диаметр которого составляет не более 0,015 дюйма и которое проходит радиально наружу к пространству 52 между наружной периферией опорного блока 41 чувствительного элемента и поверхностью отверстия 22. Пространство 52 сообщается с резьбой 24, удерживающей фитинг 26.

Опорный блок 41 чувствительного элемента имеет пару отверстий 53, которые используются под провод 57 и маслоналивную трубку 55, которая действует как провод. Изолирующий блок 35 имеет гибкую изолирующую мембрану 35А, приваренную к его периферии для закрытия торцовой поверхности, обращенной к стопорному кольцу 34, при этом пространство за изолирующей мембраной 35А сообщается с каналом 35В небольшого диаметра (0,015 дюйма) для изолирующей жидкости, который, в свою очередь, ведет к полости или камере 44.

Камеру 44, канал 35В и пространство за мембраной 35А заполняют подходящим силиконовым маслом через металлическую трубку 55, которая посажена в одно из отверстий 53 и удерживается в отверстии с помощью подходящего материала 56. Трубка 55 выполнена из металла и имеет полую внутренность, через которую можно заполнить силиконовым маслом изолирующий канал 35В, пространство за мембраной 35А и камеру 44, после чего конец трубки запечатывают или закрывают, чтобы удержать масло на месте. Трубка 55 соединена подходящим проводом с одной стороной чувствительной мембраны 47 и также используется для передачи электрических сигналов в схему 20. В другое отверстие 53 вставлен подходящий электрический провод 57, который удерживается с помощью материала 58, представляющего собой какой-либо изолирующий материал. Провод 57 также соединен со схемой 20 и чувствительным элементом. Канал или отверстие 51 в действительности обходит отверстия 53, поскольку не выходит в камеру 44, но в разрезе на фиг. 2 он показан для удобства вместе с соседним отверстием 53.

Отверстия 35В и 51 небольшого диаметра выполнены с помощью электроэрозионной обработки с тем, чтобы выдержать очень небольшие размеры и допуски.

Чувствительный элемент 40 в сборе приварен подходящим швом 42 к изолирующему блоку, как уже описывалось, а также швом 41А к втулкообразному фитингу 26 для образования узла 25 пробки, который можно установить на место путем ввинчивания втулкообразного фитинга 26 внутрь патрона 23 корпуса. Блок 41 имеет плечо 41В, которое лежит на торцовой поверхности фитинга 26. Плечо 41В образует короткую шейку 41О, которая входит в расточенную часть 33. По периферии шейки 41О выполнен сварной шов 42.

Нижняя часть 60 втулкообразного фитинга 26 имеет на внутренней поверхности стандартную трубную коническую резьбу для навинчивания на штуцер для отбора давления от напорного трубопровода или источника давления. Наружная поверхность выступающей из патрона 23 части втулкообразного фитинга 26 может быть выполнена шестигранной с тем, чтобы его можно было снимать и устанавливать с помощью гаечного ключа.

Поскольку датчик может применяться во внешних средах, содержащих воспламеняющиеся смеси, и имеет участки, которые трудно защитить надлежащим образом, например, камеру для установки чувствительного элемента, обеспечение надлежащего пламегашения было до сих пор проблемой. Изолирующий блок 35 и изолирующая мембрана 35А должны подвергаться воздействию давления рабочей среды для его восприятия, при этом необходимо обеспечить пламегасящий путь даже при повреждении или разрушении изолирующей мембраны 35А, например, или при выходе из строя сварных швов 42 и 41А. В предлагаемом устройстве такая защита обеспечена с помощью недорогой конструкции.

Зазор в 0,004 дюйма между изолирующей пробкой или блоком 35 и отверстием 33 на длине примерно 1/2 дюйма вдоль пробки обеспечивает путь, форма которого способствует охлаждению горячих газов и гашению пламени, идущего изнутри корпуса датчика по вентиляционному проходу, до того как пламя достигнет атмосферы. Канал 35В также обеспечивает пламегасящий путь за счет его небольшого диаметра и достаточной длины (как, например, порядка 0,52 дюйма) с тем, чтобы при разрушении мембраны 35А, утечке изолирующей жидкости и возникновении от искры пламени в камере 44 чувствительного элемента, пламя могло быть охлаждено и погашено до того, как оно достигнет наружного конца канала 35В.

Канал 51 также имеет соответствующие размеры для обеспечения вентиляционного прохода от камеры 50 позади воспринимающего давление элемента 45 через пространство 52 и затем через резьбу 24, которая выполнена в виде пламегасящей резьбы 1 класса, к атмосфере. Резьбовые соединения особенно желательно применять в качестве пламегасящих путей, поскольку они обеспечивают большую площадь поперечного сечения для вентиляции и не допускают засорения загрязняющими веществами.

При разрушении сварного шва 42 и возгорании пламени в камере 44 изолирующий блок 35 может быть, очевидно, вытолкнут из центрального отверстия или канала 32 втулкообразного фитинга 26, однако, наличие блокирующего кольца 34 обеспечивает сохранение зазора в 0,004 дюйма между блоком 35 и расточенной частью 33 даже при выходе из строя сварного шва 42. Блокирующее кольцо 34 будет удерживать изолирующий блок в безопасном положении даже при повреждении сварного шва.

Участок 60 отверстия содержит резьбовой соединитель, который может быть подсоединен к напорному трубопроводу в направлении центральной оси отверстия или канала 22 и соосно с ним отверстия патрона 23. Давление в трубопроводе, соединенном с втулкообразным фитингом 26, обеспечивает давление на изолирующей мембране 35А и благодаря тому, что канал 35В, выполненный в изолирующем блоке 35, заполнен несжимаемой жидкостью, рабочее давление в трубопроводе воспринимается чувствительным элементом 45.

Опорный блок 41 чувствительного элемента входит в узел 25 пробки и имеет периферийную поверхность, ограничивающую пространство 52, форма которого обеспечивает совместно с резьбой 24 1 класса охлаждение пламени и изоляцию полости 50 чувствительного элемента в камере 12 схемы от атмосферы.

На фиг. 3 представлен модифицированный вариант изобретения, обладающий теми же способностями к пламегашению, что и первый вариант изобретения. Снова показана часть корпуса датчика 11 и, как и ранее, в этом варианте изобретения предусмотрено отверстие 22, выполненное совместно с патроном 23, имеющим внутреннюю резьбу 24. Датчик, разумеется, содержит схему в секции 12 схемы, как описывалось ранее.

Узел 80 пробки содержит втулкообразный фитинг 81, который, как и ранее, имеет резьбовой наружный конец 82, сопряженный с резьбой 24 внутри патрона 23 с тем, чтобы при желании сборную пробку 80 можно было ввинчивать или удалять из патрона 23. Как и ранее, предусмотрен цилиндрический штифт 30 для установки его в пазу 83 для предотвращения вывинчивания втулкообразного фитинга 81.

Внутренний канал 84 фитинга 81 имеет расточную часть 85 с точно выдержанными размерами, в которую помещен изолирующий блок 85. Промежуток между наружной поверхностью изолирующего блока 86 и внутренней поверхностью расточенной части 85 выдержан в пределах 0,004 дюйма (разность диаметров) и имеет длину пути порядка 1/2 дюйма.

Нижний конец расточенной части 85 снабжен блокирующим кольцом 87, внутренний диаметр которого меньше диаметра изолирующего блока 86.

На обращенном к кольцу 87 конце изолирующий блок 86 имеет тонкую гибкую изолирующую мембрану 86А, которая запирает канал 86В, заполненный изолирующей жидкостью и также являющийся пламегасящим путем, как будет описано ниже. На изолирующем блоке 86 установлено уплотнительное кольцо 88 для обеспечения уплотнения между ним и поверхностью расточенной части 85.

Воспринимающий рабочее давление элемент 89 в сборе содержит опорный блок 90 воспринимающего давление элемента, имеющий паз 91 на торце, обращенном к изолирующему блоку 86. Опорный блок 90 чувствительного элемента, являющийся частью чувствительного элемента 89 в сборе, приварен (как показано в 91 А) к изолирующему блоку 86 для образования единого узла и для уплотнения паза 91 по его периферии. Паз 91 предназначен для установки в нем чувствительного элемента, и на его внутренней поверхности установлен подходящий воспринимающий давление элемент 92. Паз 91 образует камеру, сообщающуюся с каналом 86 В. Пространство за мембраной 86 А, паз 91 и канал 86 В заполнены силиконовым маслом или другой подходящей несжимаемой жидкостью. Предусмотрен маслоналивной канал, выходящий в паз 91. Шаровой запорный клапан 95, удерживаемый на месте подходящей пробкой 96, перекрывает канал 94 после заполнения жидкостью изолирующих камер чувствительного элемента и каналов.

На противоположной от изолирующего блока 86 стороне участка 110 мембраны чувствительного элемента предусмотрена камера 98 атмосферного давления. Камера 98 соединена пламегасящим каналом 100 небольшого диаметра с пространством 101 между внутренней поверхностью, образующей отверстие 22 и наружной периферией опорного блока 90 чувствительного элемента. Это пространство 101 имеет точно выдержанные размеры так, чтобы разница диаметров составляла примерно 0,004 дюйма, для образования пламегасящего пути к атмосфере через резьбу 24. Отверстие 100 выполнено с подходящим размером и длиной, чтобы также образовать пламегасящий путь, ведущий к зазору между поверхностями. Опорный блок 90 чувствительного элемента приварен к втулкообразному фитингу 81 соответствующим сварным швом 102.

В этом варианте изобретения привод 103 прикреплен к чувствительному элементу 92 и выведен наружу через подходящий канал 104. Чувствительный элемент 92 опирается своими краями на внутренний конец паза 91 и мембрана 110 будет отклоняться при наличии разности между давлением, воздействующим через изолирующую мембрану 86А, и атмосферным давлением в камере 98.

Подходящий соединитель или фитинг 105 напорного трубопровода ввинчен в резьбовой участок 106 втулкообразного фитинга 81 с использованием обычной резьбы для обеспечения передачи давления рабочей среды в трубопроводе на мембрану 86А и через канал 86В и несжимаемую жидкость в камере 91, на участок 110 мембраны воспринимающего давление элемента 92. Уплотнительное кольцо 112 обеспечивает уплотнение между наружной поверхностью блока 90 чувствительного элемента и поверхность отверстия или канала 22.

Как и ранее, вcе пути, ведущие от паза или полости 91 чувствительного элемента, где может произойти воспламенение горючих газов, к окружающей атмосфере, где могут присутствовать горючие смеси, при любых обстоятельствах обеспечивают пламегашение. К ним относятся обычная резьба 24 1 класса, которая имеет большую длину пути и малый зазор, и кольцевое пространство между наружной поверхностью изолирующего блока 86 и поверхностью расточенной части 85, имеющее зазор примерно 0,004 дюйма и длину пути около 1/2 дюйма. В случае разрушения сварного шва 91 А этот проход открылся бы в атмосферу, и пламя из камеры 91 вышло бы наружу и достигло бы атмосферы. Стопорное кольцо 87 будет удерживать изолирующий блок 86 в расточенной части 85, чтобы сохранить пламегасящий путь независимо от состояния этого сварного шва.

Канал 86В, т.е. канал для изолирующей жидкости, ведущий к пазу 91, имеет небольшой диаметр (0,015 дюйма) и достаточную длину для обеспечения гашения пламени, стремящегося пройти к атмосфере через такой канал 86В при разрушении мембраны 86А и сливе или утечке изолирующей жидкости.

Атмосферная камера 98 сообщается с атмосферой через пламегасящий путь 100, конфигурация которого (0,015 дюйма в диаметре) обеспечивает гашение пламени наряду с пространством 101 между периферией пробки 90 чувствительного элемента и отверстием 22.

Таким образом, выбирая обеспечивающую пламегасящие свойства конфигурацию путей через изолятор 86 для передачи давления рабочей среды в трубопроводе на чувствительный элемент и пламегасящие конфигурации или формы путей для передачи атмосферного давления на этот чувствительный элемент, можно обеспечить органическую безопасность датчика. Обычная резьба крышки 14 корпуса датчика также обеспечивает пламегасящие пути. Пламегасящие формы могут быть созданы также путем заполнения более широких проходов порошковым или пористым материалом.

Представленное устройство требует небольших затрат и обеспечивает безопасную пробку для установки чувствительного элемента, без необходимости в большом числе дорогостоящих резьбовых соединений, при этом при разрушении сварного шва или изолирующей мембраны сохраняются пламегасящие пути с предложенной конфигурацией, что обеспечивает органическую безопасность устройства.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты, сведущие в технике лица согласятся, что в форму и детали могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы сущности и объема изобретения.

Реферат

Сущность: датчик 10 давления в трубопроводе, обеспечивающий выходной сигнал, показывающий разность между давлением в трубопроводе и атмосферным давлением снаружи датчика 10, сделан органически безопасным за счет соединения полости 44 для чувствительного элемента, а также других полостей 12, 13, где может произойти воспламенение, с атмосферой только через пламегасящие пути. Отверстие 22 в корпусе датчика 10, в котором установлен чувствительный элемент 45, содержит пробку, имеющую полость 44 для чувствительного элемента, которая удерживает чувствительный элемент 45, и фитинг 26, который соединяют с напорным трубопроводом. Изолятор 35 используется для передачи рабочего давления к чувствительному элементу 45 через изолирующую мембрану, воздействующую на несжимаемый материал, заполняющий полость 44 чувствительного элемента и передающий давление через проход 35В, которому придана форма, обеспечивающая пламегасящий путь. Проход 35В пламеизолирует чувствительный элемент 45 от трубопровода с рабочей средой. Противоположная сторона чувствительного элемента 45 соединена с атмосферой только через пути, которые обеспечивают гашение пламени благодаря своей форме. Пробку 35 можно выполнить в виде легкоустанавливаемого и легкосъемного узла, который обеспечивает органическую безопасность даже при выходе из строя некоторых элементов, таких как изолирующая мембрана 35А или сварные швы, скрепляющие части пробки 35. 8 з. п. ф-лы, 3 ил.

Формула