CS254549B1

CS254549B1 - Differential pressure sensor designed especially for corrosive environment

Info

Publication number: CS254549B1
Application number: CS865116A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Polak; Vaclav Krejci; Jiri Moc; Miroslav Zamek
Original assignee: Stanislav Polak; Vaclav Krejci; Jiri Moc; Miroslav Zamek
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS511686A1

Abstract

Snímač tlakových diferencí vhodný pro korozivní prostředí na principu Bourdonovy trubice, kde dva deformační měrné členy jsou opatřeny na svých pohyblivých koncích deskovými elektrodami, tvořícími spolu elektrický kondenzátor. Opačné konce deformačních měrných členů jsou připojeny ke vstupním hrdlům, přičemž deformační zóny obou měrných členů leží na téže straně pomyslné roviny, vedené mezi elektrodami a rovnoběžně s nimi. Deformační měrné členy jsou zhotoveny z křemenného skla a přívody napařením kovu přímo na měrné členy.Differential pressure sensor suitable for corrosive environments based on the Bourdon tube principle, where two strain gauges are fitted with plate electrodes at their movable ends, forming an electric capacitor. The opposite ends of the strain gauges are connected to the inlet ports, with the deformation zones of both gauges lying on the same side of an imaginary plane between and parallel to the electrodes. The strain gauges are made of quartz glass and the leads are directly connected to the gauges by evaporating metal.

Description

Vynález se týká snímače tlakových diferencí, určeného zejména pro korozivní prostředí na principu Bourdonovy trubice s elektrickým kapacitním výstupem.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure differential sensor designed especially for corrosive environments based on the Bourdon tube principle with electrical capacitive output.

Dosud používané snímače a měřiče tlaku, popřípadě tlakových diferencí jsou konstruovány na různých principech. Běžné jsou diferenční manometry tvaru U-trubio, pro větší rozsahy naplněné rtutí, pro menší kapalinou nižší hustoty, obvykle vodou, pro lepši viditelnost obarvenou. Prstencový manometr plněný rtutí nebo vodou je určen pro měřicí, regulační a automatizační účely a je obvykle zařízen k měření tlakových rozdílů v těžkých provozech i k jejich registraci.The sensors and pressure gauges used so far have been constructed on various principles. U-trubio differential pressure gauges are common, for larger ranges filled with mercury, for smaller liquid of lower density, usually water, for better visibility stained. The ring pressure gauge filled with mercury or water is intended for measuring, control and automation purposes and is usually designed to measure pressure differences in heavy duty operations and to register them.

Pro velmi nízké tlaky je používána řada vakuometrů na různých principech. Jsou známy kompresní vakuometry, například Mac Leodův, Piraniho a jiné. Většinou jsou pouze laboratorního typu a nejsou použitelné pro běžná provozní měření a také neumožňují dálkový přenos.For very low pressures, a number of vacuum meters are used on different principles. Compression vacuum gauges are known, for example Mac Leod, Pirani and others. They are mostly of the laboratory type only and are not usable for normal field measurements and also do not allow remote transmission.

Pro měření tlakových diferencí se většinou nehodí.They are usually not suitable for measuring differential pressure.

Snímače a měřiče tlaku, jako jsou manometry, barometry a barografy jsou vybaveny deformačními měrnými členy s membránami, nejčastěji kovovými a profilovanými, které pro zvýšení citlivosti tvoří někdy krabici, vzniklou spojením více kusů membrán, jako je tomu u aneriodu Vidiho, nebo u barografů na témže principu konstruovaných. Dalším tlakoměrným prvkem zhusta používaným je tlakoměrný deformační člen tvaru ploché tenkostěnné trubice stočené do spirály - Bourdonova trubice - nebo je tato trubice stočena do šroubovice, což umožňuje dosáhnout větší citlivosti.Pressure transducers and gauges such as pressure gauges, barometers and barographs are equipped with deformation gauges with diaphragms, most often metal and profiled, which, for increased sensitivity, sometimes form a box formed by joining multiple diaphragms such as Vidi's aneriode or barographs on of the same principle constructed. Another pressure gauge used extensively is a pressure gauge deformation member in the form of a flat thin-walled coil twisted into a spiral - a Bourdon tube - or coiled into a helix, allowing greater sensitivity.

Uvedené příklady provedení tlakoměrných přístrojů mají četné nevýhody. Hydrostatické měrné členy nejsou vhodné pro elektrický kontinuální dálkový přenos, jen někdy jsou opatřovány zatavenými kontakty pro pevně nastavené hodnoty tlaku pro účely signalizace nebo regulace. Další jejich nevýhoda spočívá v tom, že jsou určeny pro neměnnou polohu a pokud jsou naplněny rtutí, jsou zdravotně závadné, pokud jsou naplněny vodou, je třeba do ni přidávat baktericidní popřípadě protiplísfiové preparáty jako napříkld Hgjj. Kromě toho se během doby používání musí odpařená voda doplňovat.These examples of pressure gauges have numerous disadvantages. Hydrostatic measuring elements are not suitable for continuous electrical transmission over long periods, but are sometimes provided with sealed contacts for fixed pressure values for signaling or control purposes. Another disadvantage is that they are intended to be fixed and, when filled with mercury, are harmful to health, when filled with water, bactericidal or antifungal preparations such as Hgjj must be added. In addition, the evaporated water must be replenished during the period of use.

U kovových membrán, Vidiho kranic a Bourdonovýoh trubic v klasickém kovovém provedení je vedle hystereze mechanického převodního členu nevýhodou velká citlivost na korozní působení agresivních kapalin a výparů.In the case of metal membranes, Vidi boundaries and Bourdon tubes in classic metal design, besides the hysteresis of the mechanical transmission element, the disadvantage is the high sensitivity to the corrosive action of aggressive liquids and vapors.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny u snímače tlakových diferencí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že dvě rovnoběžné doskokové elektrody, elektricky spojené s výstupními svorkami a tvořící spolu elektrický kondenzátor jsou jednotlivě samostatně upevněny k pohyblivým koncům deformačních měrných členů tvaru Bourdonových trubic, jejichž opačné konce jsou spojeny se vstupními hrdly, přičemž převažující části funkčních deformačních zón obou deformačních měrných členů leží na téže straně od pomyslné roviny vedené mezi elektrodami a s nimi rovnoběžně.These disadvantages are overcome by the pressure differential sensor according to the invention, which consists in the fact that two parallel rebound electrodes, electrically connected to the output terminals and forming together an electric capacitor, are individually individually attached to the movable ends of the Bourdon tube-shaped deformation measuring members. they are connected to the inlet orifices, with the predominant portions of the functional deformation zones of the two deformation metering elements lying on the same side of the imaginary plane extending between and parallel to the electrodes.

Antikorozní provedení snímače podle vynálezu vyžaduje zhotovit obě Bourdonovy trubice z odolného materiálu prostředí, jehož tlak se má měřit. Pro většinu případů vyhoví křemenné sklo, které odolává hlavně kyselinám a kyselým agresivním plynům a výparům, kromě fluorovodíku, fluoru a kyselých fluoridů. Také silné roztoky alkálií, hlavně za horka by takto zhotovené snímače mohly porušit. Takové případy jsou ale málo obvyklé a bylo by třeba pro ně provést speciální úpravy. Snímač podle vynálezu se dá vyrobit ve velmi malých rozměrech a o malé hmotnosti, řádově desítek gramů, elektrický signál se dá při vysokofrekvenčním napájení dobře zpracovat a umožňuje registraci i dálkový přenos měřených hodnot tlakových diferencí.The anticorrosive design of the sensor according to the invention requires that both Bourdon tubes be made of a durable environmental material whose pressure is to be measured. In most cases, quartz glass, which resists mainly acids and acidic aggressive gases and fumes, except for hydrogen fluoride, fluorine and acid fluorides, is suitable. Also strong alkaline solutions, especially when hot, could damage the sensors. However, such cases are uncommon and would require special adjustments. The transducer according to the invention can be manufactured in very small dimensions and low weight, of the order of tens of grams, the electrical signal can be processed well in the case of high-frequency power supply and enables the registration and remote transmission of measured differential pressure values.

Příklad provedení snímače tlakových diferenci je znázorněn na výkresu. Dva deformační měrné členy 2» 2' tvaru Bourdonových trubic, zhotovené z křemenného skla jsou svými pevnými konci £, 4/ napojeny na vstupní hrdla 5, 5', jimiž jsou připojovány deformační měrné členy 2, 2' ke zdrojům tlaků, jejichž rozdíl se má měřit. Pohyblivé konce 2, 2' jsou zakončeny deskovými elektrodami 2, i', které spolu vytvářejí kondenzátor, jehož kapacita se mění úměrně s rozdílem tlaků působících na deformační měrné členy 2, 2'· Elektrody 2, i' jsou s výstup nimi svorkami j6, 6/ spojeny přívody Τ.’ Σ' · vytvořenými napařením přímo na deformační měrné členy 2, 2' ^v podobě cca 10 jum silného povlaku Au. Snímač tlakových diferencí se připojuje k vyhodnocovacím obvodům svorkami 2, 2' ·An example of an embodiment of a pressure differential sensor is shown in the drawing. The two quartz glass deformation measuring members 2 ', 2', made of quartz glass, are fixed at their inlet ends 5, 4 'to the inlet orifices 5, 5' by which the deformation measuring members 2, 2 'are connected to pressure sources whose difference is should measure. The movable ends 2, 2 ' are terminated by plate electrodes 2, 1 ' which together form a capacitor whose capacity varies proportionally with the difference in pressure applied to the deformation metering members 2, 2 ' 6 / connected the supply line By steaming directly onto the deformation measuring members 2, 2 ' ^{in the} form of an approximately 10 µm thick Au coating. The differential pressure sensor is connected to the evaluation circuits with terminals 2, 2 '·

Funkce snímače je tato: Vstupují-li hrdly 5_, 2' stejné tlaky i když se s časem jejich hodnota mění, vykonávají pohyblivé konce 2, 2' ^{a s} nimi také elektrody 2, 2' souhlasné pohyby, takže jejich vzdálenost a tedy i kapacita jimi tvořeného kondenzátoru zůstává prakticky stálá a vyhodnocovací přístroj ukazuje nulový rozdíl tlaků. Jakmile se ale tlaky oproti sobě změní, elektrody se k sobě přiblíží nebo vzdálí a přístroj ukáže rozdílový tlak s patřičným znaménkem. V některých případech, například při biologických experimentech, kde oba tlaky jsou výslednici vývoje plynů ve dvou srovnávaných experimentálních systémech, je výhodné pokrýt kovovým povlakem celý povrch deformačních měrných členů 2, 2'· Takto zrcadlově upravený povrch odráží tepelné záření, které, kdyby dopadalo do každého deformačního měrného členu s jinou intenzitou, by mohlo zkreslit údaj o rozdílu tlaku vznikajícího při vlastním experimentu. V případech, kde se tlak stále obnovuje a není prostředkem k měření objemu podle Boyleova zákona, není pokoveni zrcadlovou plochou potřebné.The function of the transducer is as follows: When the throats 5, 2 'enter the same pressures, even if their value changes over time, the movable ends 2, 2' ^{and with} them the electrodes 2, 2 'perform the same movements so that their distance and thus their capacity of the capacitor remains practically stable and the evaluation device shows a zero pressure difference. However, as the pressures change, the electrodes move closer or closer and the instrument shows the differential pressure with the appropriate sign. In some cases, for example in biological experiments where both pressures are the result of gas evolution in the two experimental systems compared, it is preferable to coat the entire surface of the deformation metering members 2, 2 'with a metal coating. of each deformation measuring element of different intensity could distort the pressure difference resulting from the experiment itself. Where pressure is constantly renewed and is not a means of measuring volume according to Boyle's Law, a mirror surface plating is not required.

Snímač tlakových diferencí, určený zejména pro korozivní prostředí má použití ve fyzikálním, chemickém a biologickém, popřípadě biochemickém výzkumu i v poloprovozních nebo i provozních zařízeních.The pressure difference sensor, designed especially for corrosive environments, can be used in physical, chemical and biological or biochemical research as well as in pilot plants or even in operational facilities.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Pressure difference sensor, particularly intended for corrosive environments, based on the Bourdon tube principle, characterized in that two parallel plate electrodes (1, 1 ') electrically connected to the output terminals (6, 6') and forming an electric capacitor together separately attached to the movable ends (2, 2 ') of the Bourdon tube-shaped deformation measuring members (3, 3'), the opposite end (4, 4 ') of which are connected to the inlet orifices (5, 5'), the zones of the two deformation measuring members (3, 3 ') lie on the same side of the imaginary plane extending between and parallel to the electrodes (1, 1').

Pressure difference sensor according to Claim 1, characterized in that the deformation members (3, 3 ') are made of quartz glass.

Pressure difference sensor according to Claim 1 or 2, characterized in that leads (7, 7 ') are provided on the surface of the deformation measuring members (3, 3') leading from the electrodes (1, 1 ') to the output terminals (6). 6 ') in the form of electrically conductive tracks by metallization, for example by vapor deposition of gold or by rhodium coating, the entire surface of the deformation metering members (3, 3') being provided, for example, with a shiny metal coating. for thermal radiation.