Измеритель разности давлений

 

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, в качестве датчика перепада давления в расходомерах. Изобретение направлено на повышение чувствительности. Сущность изобретения: измеритель разности давления включает в себя две камеры с установленными в них разделительными мембранами и связывающий между собой полости камер, заполненных нематическим жидким кристаллом, плоский прямоугольный прозрачный капилляр. Он выполнен в виде набора плоских стеклянных пластин с токопроводящими слоями на внутренних поверхностях, установленных с зазором, в котором размещен нематический жидкий кристалл. Камеры через трубки для отбора соединены с двухходовым коммутирующим вентилем с приводом. К плоскому прямоугольному прозрачному капилляру подсоединена оптронная пара. Такое выполнение измерителя разности давлений обеспечивает увеличение чувствительности за счет многократного рассеивания света, упрощение съема информации, а также увеличение диапазона измеряемых перепадов давления. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, в качестве датчика перепада давления в расходомерах.

Известен измеритель разности давлений, включающий две камеры с установленными в них мембранными коробками, две трубки для отбора давления в оптронную пару [1] . В данном устройстве давление фиксируют перемещением штока и снятием соответствующего светового сигнала на регистраторе.

Это устройство может измерять узкий диапазон величины перепада, так как это ограничивается ходом штока.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель разности давлений, содержащий камеры с установленными в них разделительными мембранами, соединенными между собой плоским прямоугольным прозрачным капилляром, двухходовой коммутирующий вентиль с приводом, соединенный трубками для отбора давления с камерами, и оптронную пару с источником и приемником излучения, расположенными соответственно по обе стороны капилляра [2] .

Недостатком данной конструкции является ограниченный диапазон измеряемых перепадов давления. В области малых перепадов давления чувствительность определяется ограниченной способностью одного слоя изменять оптическую прозрачность под действием перепада давления. В области больших перепадов зависимость полезного сигнала с оптронной пары имеет характер насыщения. Кроме того, использование оптронной пары для съема информации не всегда удобно, так как требует дополнительного стабилизированного питания для светодиода и имеет заметное энергопотребление.

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет многократного рассеивания света.

Цель достигается созданием измерителя разности давлений, включающего две заполненные нематическим жидким кристаллом камеры с установленными в них разделительными мембранами, соединенные между собой плоским прямоугольным прозрачным капилляром, двухходовой коммутирующий вентиль с приводом, соединенный трубками для отбора давления с камерами, и оптронную пару с источником и приемником излучения, расположенными соответственно по обе стороны капилляра, в котором капилляр выполнен многоканальным, в виде набора прозрачных пластин, установленных параллельно и с зазором друг относительно друга, при этом на поверхности граней пластин, образующих каналы, нанесен токопроводящий слой.

На фиг. 1 показан измеритель разности давлений, общий вид; на фиг. 2 - экспериментальные зависимости изменения относительной интенсивности прошедшего через жидкий кристалл света от подаваемой разности давлений.

Измеритель разности давлений включает в себя две камеры 1,2 с установленными в них разделительными мембранами 3,4 и связывающий между собой полости камер, заполненных нематическим жидким кристаллом 5, плоский прямоугольный прозрачный капилляр.

Он выполнен в виде набора плоских стеклянных пластин 6 с токопроводящими слоями 7 на внутренних поверхностях, установленных с зазором, в котором размещен нематический жидкий кристалл. Камеры 1,2 через трубки 8,9 для отбора соединены с двухходовым коммутирующим вентилем 10 с приводом (на чертеже не показан). К плоскому прямоугольному прозрачному капилляру подсоединена оптронная пара 11, 12.

Устройство работает следующим образом.

При появлении течения в трубопроводе 13 возникает разность давления в трубках 8 и 9, которое через коммутирующий вентиль 10 передают на мембраны 3, 4 таким образом, что жидкий кристалл попеременно перетекает из камеры 1 в камеру 2 и обратно. При этом меняются ориентация и оптические свойства жидкого кристалла, что фиксируют оптронной парой. В результате на выходе оптронной пары появляется переменный электрический сигнал, величина которого определяется разностью давлений в трубках 8 и 9. Наличие нескольких каналов в капилляре, по которым перетекает нематический жидкий кристалл 5, приводит к повышению чувствительности устройства и возможности фиксировать меньшие значения перепада давления по сравнению с одноканальным капилляром. Это достигается за счет того, что свет проходит последовательно через несколько слоев перетекающего жидкого кристалла, пpи этом каждый слой вносит изменения в интенсивность проходящего света. При этом появляется возможность избежать использования в трубопроводе конфузорной вставки.

Наличие токопроводящих слоев 7 на пластинах 6 позволяет подводить к жидкому кристаллу, текущему по каналам, электрическое поле, которое изменяет чувствительность жидкого кристалла к перепаду давления. Таким образом появляется возможность плавного управления чувствительностью устройства и диапазоном измеряемой разности давления.

В случае использования жидкого кристалла с положительным знаком анизотропии диэлектрической проницаемости (Δε = 0) прикладываемое электрическое поле является стабилизирующим, удерживающим исходную ориентацию жидкого кристалла, тем самым препятствуя изменению ориентации, вызванной перетеканием. При этом, увеличивая электрическое напряжение, подводимое к жидкому кристаллу, получаем более стабильную структуру, для изменения ориентации которой требуется большее значение подаваемой разности давления. В этом случае с помощью электрического поля можно изменять диапазон измеряемой разности давлений в сторону больших значений.

Если использовать жидкий кристалл с Δε = 0, то электрическое поле является дестабилизирующим, "расшатывающим" исходную ориентационную структуру, что приводит к тому, что жидкий кристалл начинает переориентироваться при меньших значениях приложенной разности давлений. В этом случае диапазон измеряемой разности давлений смещается в область меньших значений.

На фиг. 2 представлены экспериментальные зависимости изменения относительной интенсивности прошедшего через жидкий кристалл света от подаваемой разности давления, где I_о - изменение сигнала с выхода оптронной пары при включении и выключении источника света (светодиода), когда на жидкий кристалл не подается разность давлений Δ Р.

Кривые 14-17 получены для капилляра, состоящего из пяти каналов размеров 20х20х0,3 мм, заполненного жидким кристаллом ЖК-616 (Δε > 0). Как видно из чертежа, приложение электрического напряжения к жидкому кристаллу изменяет более, чем в 10 раз, рабочую область линейного изменения выходного сигнала, что иллюстрирует возможность расширения диапазона измеряемых перепадов давления с помощью электрического поля. Кривая 18 получена для капилляра, состоящего из одного канала размером 20х20х0,3 мм, заполненного тем же веществом (ЖК-616) при отсутствии электрического поля.

Сравнение кривых 14 и 18 показывает, что увеличение числа каналов в капилляре существенно увеличивает чувствительность устройства к воздействующему перепаду давлений Δ Р (для рассмотренного конкретного случая примерно в три раза).

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1345077, кл. G 01 L 11/00, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР N 1719944, кл. G 01 L 11/00, 1989.

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ, содержащий заполненные нематическим жидким кристаллом две камеры с установленными в них разделительными мембранами, соединенные между собой плоским прямоугольным прозрачным капилляром, двухходовой коммутирующий вентиль с приводом, соединенный трубками для отбора давления с камерами, и оптронную пару с источником и приемником излучения, расположенными соответственно по обе стороны капилляра, отличающийся тем, что капилляр выполнен многоканальным в виде набора прозрачных пластин, установленных параллельно и с зазором одна относительно другой, при этом на поверхностях граней пластин, образующих каналы, нанесен токопроводящий слой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2