Устройство для передачи давления со средством предупреждения о приближающемся разрушении мембраны
Сущность: устройство для передачи давления, действующего в первой среде, второй среде, содержащее основание 1 с камерой давления 4, которая отделена от первой среды с помощью разделительной мембраны 2, при этом действующее давление может быть передано посредством второй среды в ячейку измерения давления. Для своевременного выявления неизбежности повреждения разделительной мембраны детектор раннего оповещения содержит камеру 6. Установленный в камере датчик 7 непрерывно контролирует свойство среды, находящейся в камере с датчиком. Расположенная со стороны первой среды разделительная перегородка 5 герметично уплотняет отверстие камеры и при контакте с первой средой, находясь в одинаковых условиях внешнего воздействия с разделительной мембраной 2, разрушается раньше разделительной мембраны. Технический результат изобретения заключается в возможности предупреждения о приближающемся разрушении мембраны. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству для передачи давления, действующего в первой среде, второй среде.
Более конкретно настоящее изобретение относится к устройствам, содержащим
основание;
разделительную мембрану, закрепленную кромкой на этом основании, при этом первая поверхность разделительной мембраны, обращенная наружу, в сторону от основания, может контактировать с первой средой, а вторая поверхность разделительной мембраны, обращенная внутрь, в направлении основания, образует с основанием камеру давления, которая может быть заполнена второй средой;
датчик для обнаружения разрыва мембраны.
Устройства такого типа, помимо применения для других различных целей, используют для измерения давления в агрессивных средах. Разделительная мембрана контактирует с первой агрессивной средой, при этом давление, действующее в первой среде, передается второй среде, находящейся в камере давления. Из указанной камеры действующее измеряемое давление передается непосредственно или через подходящую линию (трубку) передачи в ячейку измерения давления.
В качестве второй среды при передаче давления предпочтительно используют несжимаемую гидравлическую жидкость, в частности масло гидравлических систем. Поскольку такое вещество является подходящим для загрязнения измеряемой среды, представляется очевидным своевременно выявить наличие утечки в разделительной мембране или разрыва разделительной мембраны. С этой целью Бастиаан в заявке на европейский патент №0838672 предложил конструкцию устройства для передачи давления, в котором в стенке камеры давления выполнено глухое отверстие, где установлен электрод датчика электропроводности. При таком выполнении в случае разрыва разделительной мембраны первая жидкость проникает в камеру давления и в указанное глухое отверстие, где происходит изменение электропроводности среды, при условии, что электропроводность первой среды заметно отличается от электропроводности второй среды. В частности, это характерно для случая, когда первая среда является водной, а второй средой служит масло гидросистем, например силиконовое масло.
Описанное в заявке №0838672 устройство имеет, однако, недостаток, заключающийся в том, что оно позволяет выявить нарушение в работе только после того, как разрыв мембраны уже произошел, и не обеспечивает выдачу сигнала, предупреждающего о необходимости замены устройства. Отмеченная особенность работы устройства зачастую приводит к недопустимому времени простоя оборудования. Для предотвращения простоев оборудования такие устройства для передачи давления в качестве предупредительной меры следует заменять в процессе текущей эксплуатации после достижения расчетного предельного срока эксплуатации (с учетом соответствующего запаса прочности). Однако во многих случаях такая мера может привести к преждевременной замене устройства, когда фактическая коррозия мембраны еще не столь значительна, что по истечении указанного срока работы уже реально необходима замена устройства.
Соответственно задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованной конструкции устройства, которое позволяет заранее оповестить о предстоящем неизбежном разрушении мембраны.
Указанная задача решается посредством устройства, охарактеризованного в независимом п.1 формулы изобретения. Дополнительные преимущества и аспекты изобретения следуют из зависимых пунктов формулы, описания и приложенных чертежей.
Устройство для передачи давления, действующего в первой среде, второй среде, выполненное в соответствии с данным изобретением, включает в себя
основание;
первую разделительную мембрану, кромка которой закреплена на этом основании, при этом первая поверхность разделительной мембраны, обращенная наружу, в сторону от основания, может контактировать с первой средой, а вторая поверхность разделительной мембраны, обращенная внутрь, в направлении основания, образует с основанием камеру давления, которая может быть заполнена второй средой, через которую давление может передаваться к ячейке измерения давления;
детектор раннего оповещения, выполненный с камерой и размещенным в ней датчиком, причем камера имеет отверстие, обращенное в сторону первой среды;
датчик, который отслеживает свойства среды, содержащейся в камере, в которой установлен этот датчик;
установленную со стороны первой среды разделительную перегородку, которая герметично уплотняет отверстие камеры и при контакте с первой средой, находясь в одинаковых условиях внешнего воздействия с разделительной мембраной, разрушается раньше разделительной мембраны, создавая при этом возможность сообщения между снабженной датчиком камерой и первой средой.
Разделительная перегородка предпочтительно выполнена в виде защитной (вспомогательной) мембраны.
Предпочтительно защитная мембрана имеет меньшую толщину, чем разделительная мембрана, и выполнена из того же материала. Поэтому следует ожидать, что в случае коррозийного разрушения защитная мембрана разрушится раньше разделительной мембраны.
С учетом того, что соединение металлической мембраны с металлическим основанием обычно корродирует быстрее, чем сама мембрана (особенно это относится к случаю применения сварного соединения), может быть обеспечено контролируемое и быстротечное повреждение защитной мембраны, например, путем ее закрепления по периметру отверстия камеры, снабженной датчиком, с помощью сварного шва, который выполнен более тонким, чем сварной шов, посредством которого к основанию присоединена разделительная мембрана.
Наконец, гарантировать более скоротечное разрушение защитной мембраны в выбранной первой среде при одинаковой толщине мембран можно за счет подбора приемлемого материала для изготовления мембран. С этой целью для изготовления защитной мембраны может быть, например, выбран сплав, по составу немного отличающийся от используемого для разделительной мембраны.
Следует отметить, что вышеуказанные меры обеспечения контролируемого соотношения сроков эксплуатации защитной и разделительной мембран могут быть определенным образом скомбинированы друг с другом.
Соответствующие сроки службы обеих мембран должны быть согласованы между собой так, чтобы после повреждения разделительной перегородки (защитной мембраны) можно было надежно спрогнозировать остаточный срок эксплуатации разделительной мембраны. Для достижения этой цели срок эксплуатации защитной мембраны по отношению к сроку эксплуатации разделительной мембраны для выбранной первой среды должен составлять от 70% до 99%, предпочтительно от 80% до 88% и особо предпочтительно от 85% до 95%. Следует отметить, что диапазон изменения соотношения указанных сроков службы должен быть по возможности малым с тем, чтобы обеспечить как можно более точное прогнозирование.
Камера с размещенным в ней датчиком предпочтительно должна быть заполнена той же средой, что и камера давления. Однако камера, снабженная датчиком, может быть, кроме того, вакуумирована, за счет чего вслед за повреждением защитной мембраны достигается быстрое поступление первой среды в снабженную датчиком камеру.
Устройство в соответствии с изобретением позволяет своевременно выявить приближение простоя оборудования или непроизводительной потери времени, обусловленной повреждением первой разделительной мембраны, и поэтому замена устройства может быть произведена заблаговременно без неожиданных перебоев в работе агрегата, в котором используется такое устройство.
Предпочтительно используемый датчик представляет собой датчик электропроводности, отслеживающий проводимость среды, находящейся в камере, снабженной датчиком. Кроме того, датчиком может быть емкостной датчик, который регистрирует сигнал, соответствующий относительной диэлектрической постоянной среды.
В случае появления утечки в разделительной мембране свойства вещества второй среды меняются вследствие его загрязнения первой средой. Поскольку при отсутствии градиента давления загрязнения распространяются в основном путем диффузии, датчик предпочтительно должен быть расположен на таком максимальном удалении от разделительной мембраны, чтобы ожидаемое время диффузии загрязнений к датчику, происходящей вследствие утечки в перегородке (защитной мембране), не превысило заданный срок эксплуатации. Для того чтобы устройство согласно изобретению можно было использовать как можно более универсально, датчик должен быть установлен на минимально возможном расстоянии от разделительной мембраны. Для ускорения обнаружения наличия загрязнений камера с датчиком может быть заполнена второй средой при давлении, более низком, чем давление, входящее в область номинальных величин давления, измеряемых предлагаемым устройством. Как предполагается, в этом случае при работе устройства существует перепад давления между первой средой и камерой, снабженной датчиком.
В случае использования датчика электропроводности он включает в себя, по меньшей мере, два отделенных друг от друга электрода, промежуток между которыми заполняется заменяемой средой, в частности второй средой. Датчик может, например, иметь один первый и один второй выступающие электроды, которые электрически изолированы друг от друга и от камеры с датчиком, или же датчик может иметь первый электрод, изолированный от снабженной датчиком камеры, которая в этом случае служит вторым электродом. Емкостной датчик может быть с таким же выполнением электродов, что и датчик электропроводности.
Настоящее изобретение ниже будет раскрыто более подробно с помощью чертежей, на которых
фиг.1 - схематическое изображение первого варианта воплощения устройства в соответствии с данным изобретением.
Фиг.2 - схематическое изображение второго варианта воплощения устройства в соответствии с изобретением.
Датчик давления, показанный на фиг.1, содержит основание 1. На передней стороне основания закреплена своей кромкой разделительная мембрана 2, так что между разделительной мембраной 2 и основанием формируется камера давления 4. В процессе функционирования устройства поверхность разделительной мембраны, обращенная наружу, от камеры давления, контактирует с первой средой. Камера давления заполнена второй, передающей средой, которой предпочтительно служит силиконовое масло. Передающая среда передает давление в ячейку измерения давления 3, которая генерирует сигнал, величина которого зависит от измеренного давления, используя для этого какой-либо один из различных методов, известных специалистам в данной области техники. Это может быть, например, емкостной, пьезорезистивный, индуктивный метод или метод, использующий резонатор.
На передней стороне основания 1, рядом с разделительной мембраной, установлена защитная (вспомогательная) мембрана 5, которая предпочтительно изготовлена из того же материала, что и разделительная мембрана 2. Защитная мембрана 5 выполнена более тонкой, чем разделительная мембрана 2, и поэтому следует ожидать, что в результате коррозии мембрана 5 разрушится раньше.
Защитная мембрана отделяет камеру 6, снабженную датчиком, от первой среды. В камере 6 установлены электроды 8 датчика электропроводности 7. Камеру 6, снабженную датчиком, заполняют заменяемой средой, которая после разрыва защитной мембраны загрязняется первой средой. Заменяемой средой предпочтительно служит электрически непроводящая жидкость, которая, помимо того, предпочтительно химически идентична передающей жидкости, находящейся в камере 4. За счет проникновения загрязнений из первой водосодержащей среды электропроводность вещества, заполняющего камеру 6, изменяется, вследствие чего между электродами 8 датчика электропроводности 7 измеряется изменяющееся электрическое сопротивление. Изменение электропроводности (изменение сопротивления) сигнализирует о повреждении защитной мембраны, и на основании измерений электропроводности можно определить вероятный остаточный срок службы разделительной мембраны.
На фиг.2 представлен второй вариант воплощения изобретения, в котором датчик давления 10 известного типа скомбинирован с подходящим детектором раннего оповещения 20. Предпочтительно детектор 20 имеет по существу такую же конструкцию корпуса и средств соединения, что и датчик давления 10, при этом защитная мембрана 21 детектора раннего оповещения 20 и разделительная мембрана 11 датчика давления 10 находятся под воздействием практически одинаковых внешних условий. Кроме того, в данном случае может быть значительно уменьшена стоимость изготовления устройства, поскольку могут быть использованы стандартные детали и узлы конструкции.
Датчик давления 10 и детектор раннего оповещения 20 снабжены соединительными штуцерами 14, 24, которые ввинчиваются в гнезда соответствующей формы 33, 34, выполненные в основании 30, снабженном средствами распределения среды. Указанные два гнезда 33, 34 сообщаются с распределительной камерой 31, в которую по каналу 32 подачи давления поступает первая среда. В каждом из соединительных штуцеров 14, 24 имеется канал, по которому первая среда достигает разделительной мембраны 11 и защитной мембраны 21 соответственно.
Как было отмечено выше, защитная мембрана 21 служит в качестве разделительной перегородки между первой средой и камерой 23, образованной в корпусе детектора 20 раннего оповещения. В камере 23 установлены электроды датчика электропроводности 22, который отслеживает проводимость среды, находящейся в этой камере.
Контроль среднего ожидаемого срока службы защитной мембраны 21 и процесса заполнения камеры с датчиком обменной средой для данного выполнения осуществляется так, как это в отношении данных характеристик было описано выше. Наконец, детектор предварительного оповещения, выполненный в соответствии с данным изобретением, такой, например, как детектор 21, представляет собой специально подобранное устройство, которое может быть использовано в дополнение к выбранному датчику давления известного типа, в котором для определенной первой среды срок службы перегородки или защитной мембраны, выбран меньшим срока службы используемого датчика давления или его разделительной мембраны.
Хотя данное изобретение выше раскрыто на примере использования датчиков абсолютного давления, подобным же образом оно может быть использовано для датчиков относительного давления и дифференциальных датчиков давления.
В случае использования дифференциальных датчиков давления может быть желательным дополнительно знать и величину абсолютного давления. С этой целью можно использовать детектор предварительного оповещения, соответствующий настоящему изобретению, который снабжен ячейкой измерения давления, находящейся при абсолютном давлении, переданном через заменяемую среду, находящуюся в камере с датчиком.
1. Устройство для передачи давления первой среды ко второй среде, содержащее основание (1); разделительную мембрану (2), закрепленную своей кромкой на основании, при этом первая поверхность разделительной мембраны, обращенная наружу в сторону от основания, может контактировать с первой средой, а вторая поверхность разделительной мембраны, обращенная внутрь к основанию, образует с основанием камеру давления, которая может быть заполнена второй средой, через которую давление может передаваться к ячейке измерения давления, и детектор раннего оповещения с камерой (6), снабженной датчиком, имеющей отверстие, обращенное к первой среде; датчик (7), который осуществляет непрерывный контроль свойства вещества, находящегося в камере (6); и расположенную со стороны первой среды разделительную перегородку (5), которая герметично уплотняет отверстие камеры и при контакте с первой средой, находясь в одинаковых условиях внешнего воздействия с разделительной мембраной (2), разрушается раньше разделительной мембраны, создавая тем самым возможность сообщения между снабженной датчиком камерой и первой средой.
2. Устройство по п.1, в котором датчик (7) представляет собой датчик электропроводности или емкостный датчик.
3. Устройство по п.1, в котором разделительная перегородка представляет собой защитную мембрану (5, 21).
4. Устройство по п.3, в котором толщина защитной мембраны (5, 21) меньше толщины разделительной мембраны (2, 11).
5. Устройство по п.3 или 4, в котором защитная и разделительная мембраны присоединены к основанию с помощью соответствующих сварных швов, при этом сварной шов защитной мембраны для заданной первой среды разрушается раньше сварного шва разделительной мембраны.
6. Устройство по любому из пп.1-4, в котором разделительная перегородка выполнена из материала, отличающегося от материала разделительной мембраны.
7. Устройство по любому из пп.1-4, в котором для выбранной первой среды срок эксплуатации разделительной перегородки составляет от 70 до 99%, предпочтительно от 80 до 98% и более предпочтительно от 85 до 95% от срока эксплуатации разделительной мембраны.
8. Устройство по любому из пп.1-4, в котором камера с датчиком вакуумирована.
