Патент на изобретение №2335745

(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к датчикам давления. Датчик давления содержит сенсор давления и корпус, преимущественно образующий в своем внутреннем пространстве сенсорную камеру, в которой расположен сенсор. Корпус датчика давления имеет торцевую поверхность с отверстием, через которое к сенсору подают давление. Процессное присоединение к направляющему давление трубопроводу или резервуару имеет отверстие в торцевой поверхности. Процессное присоединение выполнено с возможностью соединения с корпусом датчика давления с возможностью расположения отверстия процессного присоединения соосно с отверстием корпуса и с возможностью охвата торцевой поверхностью присоединения торцевой поверхности корпуса. Между корпусом датчика давления и процессным присоединением расположено уплотнительное кольцо, содержащее эластомерный материал и герметизирующее щель между торцевой поверхностью присоединения и торцевой поверхностью корпуса. Преимущественно граничащие с щелью участки торцевой поверхности присоединения и торцевой поверхности корпуса копланарны друг другу. Техническим результатом изобретения является улучшение конструкции. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к датчику давления, в частности к датчику давления со сменным процессным присоединением. Датчики давления обычно присоединяют посредством процессного присоединения к направляющему давление трубопроводу или к направляющему давление резервуару. Для минимизации затрат на логистику желательно, чтобы предварительно калиброванный стандартный модуль датчика давления в зависимости от необходимости можно было соединить с большим числом процессных присоединений и чтобы соединение стандартного модуля с процессным присоединением не оказывало каких-либо влияний на калибровку. С другой стороны, гигиенические применения требуют присоединений, лишенных мертвых пространств и щелей, чтобы обеспечить простую очистку направляющих среду резервуаров или трубопроводов, на которых установлен датчик давления. В работающем от давления переключателе серии “Efector 500” с типовым обозначением PI2053 фирмы «ифм Электроник» для устранения щелей использовано металлическое уплотнение, причем отсутствие обратного влияния монтажа присоединения на калибровку датчика давления из-за повышенных зажимных усилий у этого решения представляется сомнительным.

Поэтому задачей этого изобретения является создание датчика давления с улучшенным присоединением для процессных присоединений. Эта задача решается согласно изобретению посредством датчика давления согласно независимому п.1 формулы.

Датчик давления согласно изобретению содержит сенсор давления, корпус, преимущественно образующий в своем внутреннем пространстве сенсорную камеру, в которой расположен сенсор, причем корпус датчика давления имеет торцевую поверхность с отверстием, через которое сенсор выполнен с возможностью подачи к нему давления, процессное присоединение, имеющее в торцевой поверхности отверстие, причем процессное присоединение выполнено с возможностью соединения с корпусом датчика давления с возможностью расположения отверстия процессного присоединения соосно с отверстием корпуса и с возможностью охвата торцевой поверхностью присоединения торцевой поверхности корпуса, причем между корпусом датчика давления и процессным присоединением расположено уплотнительное кольцо, содержащее эластомерный материал и герметизирующее щель между торцевой поверхностью присоединения и торцевой поверхностью корпуса, причем преимущественно граничащие с щелью участки торцевой поверхности присоединения и торцевой поверхности корпуса копланарны друг другу.

Корпус датчика давления имеет преимущественно на граничащем с торцевой поверхностью корпуса монтажном участке, в основном, осесимметричную или, по меньшей мере, в отдельных местах цилиндрически-симметричную конструкцию. Первый отрезок боковой поверхности монтажного участка корпуса датчика давления, граничащий с торцевой поверхностью корпуса, имеет полусферическое первое уплотнительное гнездо, которое поддерживает уплотнительное кольцо аксиально и радиально. Первое уплотнительное гнездо может иметь, например, отрезок тороидальной поверхности или поверхности сферической оболочки.

Первое уплотнительное гнездо имеет преимущественно первый, лишенный заусенцев переход к торцевой поверхности корпуса, который может проходить, например, в виде валика. Далее первое уплотнительное гнездо имеет второй переход ко второму отрезку боковой поверхности монтажного участка, граничащему на обращенной от торцевой поверхности стороне уплотнительного гнезда. Второй переход преимущественно также лишен заусенцев. В плоскостях вдоль оси цилиндра первое уплотнительное гнездо выполнено вогнутым, тогда как первый и второй переходы выполнены выпуклыми. Радиусы кривизны вогнутого участка покрывают при этом преимущественно угловой диапазон, по меньшей мере, 135°, предпочтительно, по меньшей мере, 150° и особенно предпочтительно, по меньшей мере, 180°.

Максимальный радиус второго отрезка боковой поверхности больше максимального радиуса первого перехода. Это значит, что ограничивающий торцевую поверхность корпуса первый переход смещен радиально внутрь относительно второго отрезка боковой поверхности монтажного участка. Таким образом, уплотнительное кольцо испытывает осевую и радиальную поддержки первым уплотнительным гнездом, так что оно при вставке монтажного участка корпуса датчика давления в отверстие процессного присоединения может быть аксиально и радиально зажато между первым уплотнительным гнездом и отверстием процессного присоединения.

Отверстие процессного присоединения может иметь для этого конструкцию, соответствующую монтажному участку корпуса датчика давления. Торцевая поверхность присоединения имеет на своем обращенном к отверстию процессного присоединения внутреннем краю третий, лишенный заусенцев выпуклый переход ко второму полусферическому уплотнительному гнезду, которое переходит в цилиндрическую внутреннюю стенку отверстия процессного присоединения. Минимальный радиус отверстия процессного присоединения, проходящий в зоне третьего перехода, меньше максимального радиуса второго перехода и больше максимального радиуса первого перехода.

Разность между минимальным радиусом отверстия процессного присоединения и максимальным радиусом первого перехода составляет преимущественно не более половины толщины материала уплотнительного кольца, предпочтительно не более трети и особенно предпочтительно не более четверти толщины материала уплотнительного кольца. Это ограничение предпочтительно потому, что за счет этого предотвращается слишком сильное разбухание уплотнительного кольца.

С другой стороны, предпочтительно, если разность между минимальным радиусом отверстия процессного присоединения и максимальным радиусом первого перехода настолько велика, что уплотнительное кольцо вдавливается вперед между торцевой поверхностью корпуса и торцевой поверхностью присоединения в такой степени, которая обеспечивает смещение уплотнительных линий, т.е. линий касания со стороны среды между уплотнительным кольцом и корпусом датчика давления или процессным присоединением, в зону первого и третьего выпуклых переходов так, что уплотнение в результате лишено щелей и отвечает гигиеническим требованиям. Для этого разность между минимальным радиусом отверстия процессного присоединения и максимальным радиусом первого перехода составляет преимущественно не менее одной шестой толщины материала уплотнительного кольца, предпочтительно не менее одной пятой толщины материала уплотнительного кольца.

Минимальный радиус кривизны составляет в смысле компактной геометрии уплотнения на первом и третьем выпуклых переходах преимущественно не более одной шестой и предпочтительно не более одной восьмой толщины материала уплотнительного кольца. Далее минимальный радиус кривизны составляет на первом и третьем выпуклых переходах преимущественно не менее одной двенадцатой и предпочтительно не менее одной десятой толщины материала уплотнительного кольца.

В предпочтительном варианте выполнения процессное присоединение и корпус датчика давления имеют соответствующие друг другу резьбовые участки, так что корпус датчика давления выполнен с возможностью ввинчивания в процессное присоединение. Для определения точного осевого положения названных компонентов по отношению друг к другу преимущественно предусмотрены осевые упорные поверхности, образованные радиальными уступами. Оказалось, что, в частности, у ввинчиваемых компонентов можно отказаться от бесспиральной обработки переходов и уплотнительных гнезд.

Отверстие корпуса у одного выполнения датчика давления согласно изобретению закрыто чувствительной к давлению мембраной, в частности металлической мембраной, которая действующее на нее давление вводит в гидравлическую систему передачи давления, с помощью которой давление подают к сенсору в корпусе датчика давления.

Корпус датчика давления и процессное присоединение содержат, например, металлические материалы, в том числе высококачественную сталь или алюминий. В качестве материала уплотнения подходит, например, СКЭПТ.

Другие подробности следуют из описания примера осуществления изобретения, изображенного на чертежах, на которых

фиг.1 – частичный продольный разрез фланца процессного присоединения с ввинченным монтажным участком датчика давления;

фиг.2 – подробный вид фиг.1.

В изображенном на фиг.1 и 2 примере выполнения датчик давления содержит корпус 1 с монтажным участком 10, который ввинчен заподлицо в отверстие 5 процессного присоединения 2. Корпус 1 имеет торцевую поверхность 4, окруженную, в основном, копланарной торцевой поверхностью 3 процессного присоединения 2. Между обеими торцевыми поверхностями проходит щель, закрытая уплотнительным кольцом 6, так что в результате возникает бесщелевое соединение между процессным присоединением 2 и корпусом 1. Уплотнительное кольцо 6 содержит эластомерный материал, например СКЭПТ. Уплотнительное кольцо 6 имеет внутренний диаметр 15,54 мм и толщину материала 2,62 мм. Внутренний диаметр соответствует двукратному значению минимального радиуса R₄ первого полусферического уплотнительного гнезда 7, выполненного в боковой поверхности монтажного участка 10. Первое уплотнительное гнездо 7 выполнено тороидально-полусферическим, а радиус его кривизны в секущих плоскостях, образованных осью S симметрии, приблизительно равен половине толщины материала уплотнительного кольца 6. Вогнутая часть первого уплотнительного гнезда 7 ограничена к торцевой поверхности 4 корпуса первым выпуклым, лишенным заусенцев переходом, минимальный радиус кривизны которого в упомянутых выше осевых секущих плоскостях составляет около 0,3 мм. Максимальный радиус R₁ первого перехода составляет около 8,75 мм. К боковой поверхности корпуса преобразователя предусмотрен второй выпуклый переход с минимальным радиусом кривизны 0,3 мм в осевых секущих плоскостях. Радиус R₂ примыкающей боковой поверхности достаточно велик, чтобы радиальный уступ между R₄ и вторым переходом мог служить осевой поддержкой уплотнительного кольца 6 для его осевого зажатия. Торцевая поверхность 3 процессного присоединения ограничена к отверстию третьим выпуклым переходом, который также имеет минимальный радиус кривизны 0,3 мм в осевых секущих плоскостях и к которому примыкает второе полусферическое уплотнительное гнездо 8, переходящее, наконец, в цилиндрический участок стенки отверстия 5 процессного присоединения. Второе полусферическое уплотнительное гнездо имеет на выпуклом участке приблизительно такой же радиус кривизны, что и выпуклый участок первого полусферического уплотнительного гнезда 7. Минимальный радиус R₃ третьего перехода меньше радиуса R₂ второго перехода на 0,55 мм больше максимального радиуса R₁ первого перехода. Щель между торцевыми поверхностями процессного присоединения 2 и корпуса 1 датчика давления закрыта уплотнительным кольцом 6, которое при ввинчивании корпуса датчика давления в отверстие процессного присоединения вдавливается за счет осевых зажимных усилий в щель настолько, что линии касания между уплотнительным кольцом 6 и первой и третьей переходными зонами смещены, по меньшей мере, до осевой плоскости максимального радиуса R₁ и до осевой плоскости минимального радиуса R₃ в направлении торцевых поверхностей. Преимущественно линии касания проходят в осевой зоне между плоскостью торцевых поверхностей и осевой плоскостью максимального радиуса R₁ и осевой плоскости минимального радиуса R₃.

Формула изобретения

1. Датчик давления, содержащий сенсор давления, корпус, имеющий торцевую поверхность с отверстием, через которое сенсор выполнен с возможностью подачи к нему давления, процессное присоединение, имеющее в торцевой поверхности отверстие, причем процессное присоединение выполнено с возможностью соединения с корпусом датчика давления с возможностью расположения отверстия процессного присоединения соосно с отверстием корпуса и с возможностью охвата торцевой поверхностью присоединения торцевой поверхности корпуса, причем между корпусом датчика давления и процессным присоединением расположено уплотнительное кольцо, содержащее эластомерный материал и герметизирующее щель между торцевой поверхностью присоединения и торцевой поверхностью корпуса.

2. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что граничащие с щелью участки торцевой поверхности присоединения и торцевой поверхности корпуса расположены в одной плоскости.

3. Датчик по п.1 или 2, характеризующийся тем, что его корпус образует в своем внутреннем пространстве сенсорную камеру, в которой расположен сенсор.

4. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что его корпус имеет на граничащем с торцевой поверхностью корпуса монтажном участке, в основном, осесимметричную или, по меньшей мере, в отдельных местах цилиндрически-симметричную конструкцию.

5. Датчик по п.4, характеризующийся тем, что первый отрезок боковой поверхности монтажного участка корпуса датчика давления, граничащий с торцевой поверхностью корпуса, имеет полусферическое первое уплотнительное гнездо, которое поддерживает уплотнительное кольцо аксиально и радиально.

6. Датчик по п.5, характеризующийся тем, что первое уплотнительное гнездо имеет преимущественно первый, лишенный заусенцев переход к торцевой поверхности корпуса

7. Датчик по п.6, характеризующийся тем, что первое уплотнительное гнездо имеет второй переход ко второму отрезку боковой поверхности монтажного участка, граничащему на обращенной от торцевой поверхности стороне уплотнительного гнезда.

8. Датчик по п.7, характеризующийся тем, что в плоскостях вдоль оси цилиндра первое уплотнительное гнездо выполнено вогнутым, а первый и второй переходы выполнены выпуклыми.

9. Датчик по п.7 или 8, характеризующийся тем, что максимальный радиус второго отрезка боковой поверхности больше максимального радиуса первого перехода.

10. Датчик по п.7 или 8, характеризующийся тем, что торцевая поверхность присоединения имеет на своем обращенном к отверстию процессного присоединения внутреннем краю третий, лишенный заусенцев выпуклый переход ко второму полу сферическому уплотнительному гнезду, которое переходит в цилиндрическую внутреннюю стенку отверстия процессного присоединения.

11. Датчик по п.10, характеризующийся тем, что минимальный радиус отверстия процессного присоединения, проходящий в зоне третьего перехода, меньше максимального радиуса второго перехода и больше максимального радиуса первого перехода.

12. Датчик по п.11, характеризующийся тем, что разность между минимальным радиусом отверстия процессного присоединения и максимальным радиусом первого перехода составляет не более половины толщины материала уплотнительного кольца, предпочтительно не более трети и особенно предпочтительно не более четверти толщины материала уплотнительного кольца.

13. Датчик по п.11, характеризующийся тем, что разность между минимальным радиусом отверстия процессного присоединения и максимальным радиусом первого перехода составляет не менее одной шестой толщины материала уплотнительного кольца, предпочтительно не менее одной пятой толщины материала уплотнительного кольца.

14. Датчик по п.11, характеризующийся тем, что минимальный радиус кривизны на первом и третьем выпуклых переходах составляет не более одной шестой и предпочтительно не более одной восьмой толщины материала уплотнительного кольца.

15. Датчик по п.11, характеризующийся тем, что минимальный радиус кривизны на первом и третьем выпуклых переходах составляет не менее одной двенадцатой и предпочтительно не менее одной десятой толщины материала уплотнительного кольца.

16. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что процессное присоединение и корпус датчика давления имеют соответствующие друг другу резьбовые участки, так что корпус датчика давления выполнен с возможностью ввинчивания в процессное присоединение.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 24.03.2009

Извещение опубликовано: 20.06.2010 БИ: 17/2010

NF4A – Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.07.2010

Извещение опубликовано: 20.07.2010 БИ: 20/2010