CS269059B1

CS269059B1 - Electronic flow indicator

Info

Publication number: CS269059B1
Application number: CS875481A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Ing Zeman
Original assignee: Zeman Vladimir
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS548187A1

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.It consists of a tube ee Throttle Orifice, with piezoresistive pressure sensor, on Whose diaphragm causes a difference in pressure before throttle orifice. It is on the membrane arranged Vheatstone Bridge created from four to membrane diffused piezo resistors and a variable resistor. Vheatstone Bridge Output Connected to main amplifier. The essence of the solution is, that there is a piezoelectric sensor in the body a temperature sensor connected to the first compensating voltage amplifier input which is connected by its second input with a source output temperature independent voltage and its output with the other main amplifier input terminal, k Whose first input terminals are connected output terminals of Vheatstone Bridge. The solution can be used especially for ma- Flow rates.

Description

1 CS 269 059 B11 EN 269 059 B1

Vynález se týká elektronického průtokoměru, tvořeného trubici, jejíž vstupní avýstupní část jsou od eebe odděleny Škrticí clonou, a piezorezistivním snímačem tla-ku, sestávajícím z tělesa, jehož vnitřní prostor je membránou rozdělen na první adruhou komoru, kde první komora je prvním kanálkem propojena se vstupní částí trubi-ce, zatímco druhá komora je druhým kanálkem propojena s výstupní částí trubice, při-čemž membrána je opatřena Wheatstonovým můstkem ze čtyř na membráně diíuzně nanese-ných piezorezistorů a jednoho vnějSího proměnného rezistoru, kde vstupní svorky Vhe-atetonova můstku jsou připojeny ke zdroji konstantního proudu. Některé fyzikální analytické přístroje, jako například spektrometry nukleárnímagnetické rezonace, potřebují při své činnosti měřit průtok plynu, přičemž hodnotaprůtoku se u nich pohybuje v jednotkách litrů za minutu. VětSina výrobců těchto za-řízení řeší měření malého průtoku použitím plovéčkového průtokoměru. Potřebný prů-tok se nastavuje podle průtokoměru ručně. Nevýhodou ručního nastavování průtoku lzepřitom vyřešit použitím elektronického průtokoměru, k*terý pomocí piezorezistivníhosnímače tlaku převádí velikost průtoku plynu na elektrickou veličinu. Toto řešeníumožňuje zavést automatickou regulaci průtoku.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic flowmeter comprising a tube whose inlet and outlet portions are separated by a throttle orifice and a piezoresistive pressure sensor comprising a body whose inner space is divided by a membrane into a first and second chamber, the inlet portion of the tube, while the second chamber is in communication with the outlet portion of the tube through the second channel, the membrane being provided with a Wheatstone bridge of four membrane-dispersed piezo resistors and one external variable resistor, where the Vhe-ateton bridge terminals are connected to a constant current source. Some physical analytical instruments, such as nuclear magnetic resonance spectrometers, need to measure gas flow during their operation, with the flow rate being in liters per minute. Most manufacturers of these devices address small flow measurements using a float flow meter. The required flow rate is manually set according to the flow meter. The disadvantage of manually adjusting the flow rate can be overcome by using an electronic flowmeter that converts the gas flow rate into an electrical quantity using a piezo-resistive pressure transducer. This solution makes it possible to introduce automatic flow control.

Velkou nevýhodou piezorezistivních snímačů je však jejich teplotní závislost,které se projeví změnou nulové úrovně výstupního napětí snímače. Při měření malýchprůtoků v běžném rozmezí teploty v laboratoři je změnou teploty způsobená napětovézměna mnohem větší, než je užitečné napětí odpovídající měřenému průtoku.However, a major disadvantage of piezoresistive sensors is their temperature dependence, which results in a change in the zero level of the sensor output voltage. When measuring small flows in the normal laboratory temperature range, the temperature change caused by the voltage change is much greater than the useful voltage corresponding to the measured flow.

Je znám způsob teplotní kompenzace snímačů pomoci paralelních' a sériových pří-davných odporů k některé větvi tenzometrického můstku snímače. Avšak vzhledem k vel-kému rozptylu snímačů a k poměrně pracnému hledáni optimální hodnoty kompenzačníchodporů pro každý snímač individuálně je tento způsob zejména pro opakovanou výrobuprůtokoměrů nepoužitelný.There is a known method of temperature compensation of sensors by means of parallel and serial additional resistors to one branch of the sensor strain gauge. However, due to the large dispersion of the sensors and the relatively laborious search for the optimum value of the compensating supports for each sensor, this method is especially unusable for repeated production flowmeters.

Uvedené nevýhody dosavadního stavu do značné míry odstraňuje elektronický prů-tokoměr, tvořený trubicí, jejíž vetupní a výstupní část jsou od sebe odděleny škr-ticí clonou, a piezorezistivním snímačem tlaku, sestávajícím z tělesa, jehož vnitř-ní prostor je membránou rozdělen na první a druhou komoru, kde první komora je prv-ním kanálkem propojena se vetupní částí trubice, zatímco druhá komora je druhým ka-nálkem propojena s výstupní částí trubice, přičemž membrána je opatřena Wheatstono-vým můstkem ze čtyř na membráně difuzně nanesených piezorezistorů a jednoho vnější-ho proměnného rezistoru, kde vstupní svorky Vheastonova můstku jsou připojeny kezdroji konstantního proudu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že v tělese piezo-elektrického snímače je umístěno teplotní čidlo, spojené s prvním vstupem zesilo-vače kompenzačního napětí, který je spojen svým druhým"vst-upem-s výstupem zdroje "teplotně nezávislého napětí a svým výstupem s druhou vstupní svorkou hlavního zesi-lovače, k jehož prvním vstupním svorkám jsou připojeny výstupní svorky Wheatstonovamůstku. Výhody elektronického průtokoměru podle vynálezu spočívají zejména v tom, že jepři malých měřených průtocích nezávislý na změnách okolní teploty, přičemž je vý-robně Jednoduchý a v praxi Jednoduše nastavitelný.The above disadvantages of the prior art are largely eliminated by the electronic flowmeter, formed by a tube whose inlet and outlet portions are separated from each other by a throttle orifice, and by a piezoresistive pressure sensor consisting of a body whose inner space is divided by the membrane into first and a second chamber, wherein the first chamber is connected by a first channel to the vent part of the tube, while the second chamber is connected by a second channel to the outlet part of the tube, wherein the membrane is provided with a Wheatstone bridge of four on-diffusion-coated piezo resistors and one outer one a variable resistor, wherein the input terminals of theeaston bridge are connected to a constant current apparatus according to the invention, the principle of which is that a temperature sensor is connected to the piezoelectric sensor body connected to the first input of the compensating voltage amplifier, which is connected by its other " with input-with source output "te a plate independent voltage and its output with the second input of the main amplifier, to which the output terminals of the Wheatstone bridge are connected to the first input terminals. The advantages of the electronic flowmeter according to the invention are, in particular, that, in the case of small flow rates, it is independent of changes in ambient temperature, and is simple to manufacture and easily adjustable in practice.

Vynález bude dále podrobněji popsán podle připojeného výkresu, na kterém jeschematicky znázorněno příkladné provedení elektronického průtokoměru podle vynálezuThe invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which an exemplary embodiment of an electronic flowmeter according to the invention is shown schematically.

Claims

EN 69 059 B1 In the figure, the tube i is shown, the inlet and outlet portions of which are separated by a throttle orifice

2. A piezoresistive pressure transducer (J) is connected to the tube (7), formed by a body (8), the inner space of which is divided by a membrane (2) into a first chamber (6) interconnected by a first channel (J) with an inlet part of the tube (X) and a second chamber (8) interconnected by the second channel. 2 8 χ. Four piezo resistors 10 are diffusely disposed on the membrane 5, which together with the external variable resistor XX are connected to the Wheatstone bridge 12. The input terminals of the Wheatstone bridge 1? are connected to the output terminals of the constant current source 13, while the output terminals of the Heatston bridge 12 are connected to the first input terminals of the main amplifier 14. A temperature sensor 15 connected to its first input of the amplifier 16 is arranged in the body of the piezo pressure sensor. the compensation voltage that is connected by its second input to the output of the temperature independent voltage source 17 and its output to the second input terminal of the main amplifier 14. In the operation of the electronic flow meter, the flowing gas enters the inlet section of the pipe 1 in the arrow direction. A pressure difference is created on the throttle diaphragm 2 which, through the first channel 7 and the second channel 2, reaches the diaphragm 2 due to unequal pressure in the first chamber and the second chamber 8. The deformation of the diaphragm 5, which is proportional to the flow of gas through the tube X, is scanned by a screen of the screen 10 which distributes the Wheatstone bridge 12. The output signal of the Wheatstone bridge 12, which is proportional to the gas flow through the tube X, is amplified by the main amplifier 14 at its outlet. it is possible to scan an analog signal proportional to the gas flow through the χ. The temperature sensor 15 senses the temperature of the piezoresistive sensor 6 and its output signal is used to compensate for the change in the zero level of the Wheatstone bridge 1 after amplification by the compensation voltage amplifier 16? caused by a change in its temperature. In the compensation voltage amplifier 16, the compensation voltage is added to the output voltage of the temperature independent voltage source 17, which is selected to be zero at the selected temperature. This greatly simplifies the procedure for setting the temperature compensation. At the temperature t 1 and at zero gas flow through the tube X, the Wheatstone bridge 12 is exported to the zero output voltage of the main amplifier 60. Then the working temperature of the electronic flow meter changes to t? and by varying the gain of the compensating voltage amplifier 16, the output voltage of the main amplifier 14 is reset to zero. This procedure achieves very accurate temperature compensation. The solution can be used especially for small flow measurements. SUMMARY OF THE INVENTION An electronic flowmeter consisting of a tube, the inlet and outlet portions of which are separated from each other by a throttle or piezoresistive pressure transducer consisting of a body whose inner space is divided by the membrane into first and second chambers, wherein the first chamber is the first the second chamber communicating with the inlet portion of the tube while the second chamber communicating with the second channel through the outlet portion of the tube, the membrane having a Wheatstone bridge of four membrane-diffused piezo resistors and a more uniform variable resistor, wherein the input terminals of the Wheatstone bridge are connected to a constant current source characterized in that a temperature sensor (15) connected to the first input of the compensation voltage amplifier (16) is connected to the piezoelectric transducer body (4) and is connected by its second input to the output of the temperature independent voltage source (17) and its output with the second input terminal of the main amplifier (14), to which the output terminals of the Wheatstone bridge (12) are connected to the first input terminals. 1 drawing