CS269059B1 - Elektronický průtokoměr - Google Patents

Abstract

Je tvořen trubicí ee Škrticí clonou, s piezorezistivním snímačem tlaku, na Jehož membránu působí rozdíl tlaků před škrticí clonou a za ní. Na membráně Je uspořádán Vheatstonúv můstek vytvořený ze čtyř na membránu difuzně nanesených piexorezistorů a z proměnného rezistoru. Výstup Vheatstonova můstku Je připojen k hlavnímu zesilovači. Podstatou řešení Je, že v tělese piezoelektrického snímače je umístěno teplotní čidlo, spojené s prvním vstupem zesilovače kompenzačního napětí, který je spojen svým druhým vstupem s výstupem zdroje teplotně nezávislého napětí a svým výstupem s druhou vstupní svorkou hlavního zesilovače, k Jehož prvním vstupním svorkám Jsou připojeny výstupní svorky Vheatstonova můstku. Řešení lze využít zejména pro měření ma- « lých průtoků.

Description

Vynález se týká elektronického průtokoměru, tvořeného trubicí, jejíž vstupní a výstupní část jsou od sebe odděleny škrticí clonou, a piezorezistivnim snímačem tlaku, sestávajícím z tělesa, jehož vnitřní prostor je membránou rozdělen na první a druhou komoru, kde první komora je prvním kanálkem propojena ee vstupní částí trubice, zatímco druhá komora je druhým kanálkem propojena s výstupní částí trubice, přičemž membrána je opatřena Wheatstonovým můstkem ze čtyř na membráně difuzně nanesených piezorezistorů a jednoho vnějšího proměnného rezistoru, kde vstupní svorky Vheatstonova můstku jsou připojeny ke zdroji konstantního proudu.

Některé fyzikální analytické přístroje, jako například spektrometry nukleární magnetické rezonace, potřebují při své činnosti měřit průtok plynu, přičemž hodnota průtoku ee u nich pohybuje v jednotkách litrů za minutu. Většina výrobců těchto zařízení řeší měření malého průtoku použitím plováčkového průtokoměru. Potřebný průtok se nastavuje podle průtokoměru ručně. Nevýhodou ručního nastavování průtoku lze přitom vyřešit použitím elektronického průtokoměru, k'terý pomocí piezorezistivního snímače tlaku převádí velikost průtoku plynu na elektrickou veličinu. Toto řešení umožňuje zavést automatickou regulaci průtoku.

Velkou nevýhodou piezorezistivních snímačů je však jejich teplotní závislost, které se projeví změnou nulové úrovně výstupního napětí snímače. Při měření malých průtoků v běžném rozmezí teploty v laboratoři je změnou teploty způsobená napěíová změna mnohem větší, než je užitečné napětí odpovídající měřenému průtoku.

Je znám způsob teplotní kompenzace snímačů pomocí paralelních’ a sériových přídavných odporů k některé větvi tenzometrického můstku snímače. Avěak vzhledem k velkému rozptylu snímačů a k poměrně pracnému hledání optimální hodnoty kompenzačních odporů pro každý snímač individuálně je tento způsob zejména pro opakovanou výrobu průtokoměrů nepoužitelný.

Uvedené nevýhody dosavadního stavu do značné míry odstraňuje elektronický průtokoměr, tvořený trubicí, jejíž vstupní a výstupní část jsou od sebe odděleny škrticí clonou, a piezorezistivnim snímačem tlaku, sestávajícím z tělesa, jehož vnitřní prostor je membránou rozdělen na první a druhou komoru, kde první komora je prvním kanálkem propojena se vstupní částí trubice, zatímco druhá komora je druhým kanálkem propojena s výstupní částí trubice, přičemž membrána je opatřena Vheatstonovým můstkem ze čtyř na membráně difuzně nanesených piezorezietorů a jednoho vnějšího proměnného rezistoru, kde vstupní svorky Vheastonova můstku jsou připojeny ke zdroji konstantního proudu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že v tělese piezoelektrického snímače je umístěno teplotní čidlo, spojené s prvním vstupem zesilovače kompenzačního napětí, který je spojen svým druhým•vs't-upems výstupem zdroje teplotně nezávislého napětí a svým výstupem s druhou vstupní svorkou hlavního zesilovače, k jehož prvním vstupním svorkám jsou připojeny výstupní svorky Vheatstonova můstku.

Výhody elektronického průtokoměru podle vynálezu spočívají zejména v tom, že je při malých měřených průtocích nezávislý na změnách okolní teploty, přičemž je výrobně jednoduchý a v praxi jednoduše nastavitelný.

Vynález bude dále podrobněji popsán podle připojeného výkresu, na kterém je schematicky znázorněno příkladné provedení elektronického průtokoměru podle vynálezu.

CS 269 059 Bl

Na obrázku je znázorněna trubice £, jejíž vstupní a výstupní část jsou od eebe odděleny Škrticí clonou 2. K trubici £ je připojen piezorezistivní snímač £ tlaku, tvořený tělesem £, jehož vnitřní prostor je membránou £ rozdělen na první komoru 6, propojenou prvním kanálkem £ se vstupní částí trubice £, a druhou komoru 8, propojenou druhým kanálkem £ s výstupní částí trubice £. Na membráně 5. jsou difuzně naneSeny čtyři piezorezistory 10, které jsou spolu s vnějěím proměnným rezistorem ££ zapojeny do Wheatstonova můstku 12. Vstupní svorky Wheatstonova můstku 12 jsou připojeny k výstupním svorkám zdroje 13 konstantního proudu, zatímco výstupní svorky Wheatstonova můstku 12 jdou připojeny k prvním vstupním svorkám hlavního zesilovače 14. V tělese £ piezorezistivního snímače £ tlaku je uspořádáno teplotní čidlo 15. spojeně svým výstupem s prvním vstupem zesilovače 16 kompenzačního napětí, který je spojen svým druhým vstupem s výstupem zdroje 17 teplotně nezávislého napětí a svým výstupem s druhou vstupní svorkou hlavního zesilovače 14.

V činnosti elektronického průtokoměru proudící plyn vstupuje do vstupní části trubice £ ve směru šipky. Na Škrticí cloně £ se vytvoří tlakový rozdíl, který se prostřednictvím prvního kanálku 7 a druhého kanálku £ dostane k membráně £, která se v důsledku nestejného tlaku v první komoře £ a druhé komoře 8 prohne. Deformace membrány 5, které je úměrná průtoku plynu trubicí £, je snímána' piezořezistory 10. které rozváží Vheatetonův můstek 12. Výstupní signál Wheatstonova můstku 12. který je úměrný průtoku plynu trubicí £, je zesílen hlavním zesilovačem 14. na jehož výstupu je možno snímat analogový signál, úměrný průtoku plynu trubicí £. Teplotní čidlo 15 snímá teplotu tělesa £ piezorezistivního snímače £ tlaku a jeho výstupní signál je po zesílení zesilovačem 16 kompenzačního napětí použit pro teplotní kompenzaci změny nulové úrovně Vheatstonova můstku 12 způsobené změnou jeho teploty. V zesilovači 16 kompenzačního napětí, se kompenzační napětí sčítá s výstupním napětím zdroje 17 teplotně nezávislého napětí, které je voleno tak, aby při zvolené teplotě bylo nulové. Tím se značně zjednoduěí postup nastavení podmínky teplotní kompenzace. Při teplotě a při nulovém průtoku plynu trubicí £ se vyváží Vheatetonův můstek 12 na nulové výstupní napětí hlavního zesilovače 14. Potom se pracovní teplota elektronického průtokoměru změní na hodnotu t₂ a změnou zesílení zesilovače 16 kompenzačního napětí ee výstupní napětí hlavního zesilovače 14 opět nastaví na nulu. Tímto postupem se dosáhne velmi přesné teplotní kompenzace.

Řešení lze využít zejména pro měření malých průtoků.

Claims (1)

1. Elektronický průtokoměr, tvořený trubicí, jejíž vstupní a výstupní část jsou od eebe odděleny škrticí clonou a piezorezistivním snímačem tlaku, sestávajícím z tělesa, jehož vnitřní prostor je membránou rozdělen na první a druhou komoru, kde první komora je prvním kanálkem propojena se vstupní částí trubice, zatímco druhé komora je druhým kanálkem propojena s výstupní částí trubice, přičemž membrána je opatřena Vheatetonovým můstkem ze čtyř na membráně difuzně nanesených piezorežietorů a jednoho vnějšího proměnného rezistoru, kde vstupní svorky Wheatstonova můstku jsou připojeny ke zdroji konstantního proudu, vyznačující se tím, že v tělese (4) piezoelektrického snímače (3) je umístěno teplotní čidlo (15), spojené s prvním vstupem zesilovače (16) kompenzačního napětí, který je spojen svým druhým vstupem e výstupem zdroje (17) teplotně nezávislého napětí a svým výstupem s druhou vstupní svorkou hlavního zesilovače (14), k jehož prvním vstupním svorkám jeou připojeny výstupní svorky Wheatstonova můstku (12).