RU200523U1 - FLOW RATE SENSOR - Google Patents

FLOW RATE SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU200523U1
RU200523U1 RU2020124335U RU2020124335U RU200523U1 RU 200523 U1 RU200523 U1 RU 200523U1 RU 2020124335 U RU2020124335 U RU 2020124335U RU 2020124335 U RU2020124335 U RU 2020124335U RU 200523 U1 RU200523 U1 RU 200523U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric elements
flow velocity
holder
measuring unit
flow
Prior art date
Application number
RU2020124335U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Васильевич Семенников
Original Assignee
Акционерное общество "Металкомп"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Металкомп" filed Critical Акционерное общество "Металкомп"
Priority to RU2020124335U priority Critical patent/RU200523U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU200523U1 publication Critical patent/RU200523U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к датчикам скорости потока, и может быть использована для измерения вектора скорости потока отработанных газов, в том числе содержащих пыль, в трубах на основе эффекта Допплера. Датчик скорости потока содержит держатель в виде отрезка трубы и установленный на его торце измерительный узел в виде металлического диска с плоской поверхностью, закрывающего его торец. Внутри отверстий в диске заподлицо с его поверхностью равномерно по его периметру расположены четыре пьезоэлемента. Полезная модель позволяет повысить прочность датчика скорости, значительно расширив диапазон его возможного применения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of measuring technology, namely to flow velocity sensors, and can be used to measure the flow vector of exhaust gases, including those containing dust, in pipes based on the Doppler effect. The flow velocity sensor contains a holder in the form of a pipe segment and a measuring unit installed at its end in the form of a metal disk with a flat surface, which closes its end. Inside the holes in the disc, four piezoelectric elements are located flush with its surface, evenly along its perimeter. The utility model makes it possible to increase the strength of the speed sensor, significantly expanding the range of its possible application. 2 wp f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к датчикам скорости потока, и может быть использована для измерения вектора скорости потока отработанных газов, в том числе содержащих пыль, в трубах на основе эффекта Допплера.The utility model relates to the field of measuring technology, namely, flow velocity sensors, and can be used to measure the flow vector of exhaust gases, including those containing dust, in pipes based on the Doppler effect.

Из уровня техники известен ультразвуковой датчик скорости ветра, содержащий держатель и установленный на его торце измерительный узел, по периметру которого равномерно расположены четыре пьезоэлемента (см. патент JP5029993, кл. G01P 13/00, опубл. 19.09.2012). Основным недостатком известного устройства является его хрупкость и ограниченность использования. Кроме того, измерение скорости потока воздуха является недостаточно точным и достоверным из-за возникновения завихрений и турбулентности в потоке, что обусловлено наличием на его пути стержней, на которых закреплены пьезоэлементы.An ultrasonic wind speed sensor is known from the prior art, comprising a holder and a measuring unit mounted on its end, along the perimeter of which four piezoelements are evenly located (see patent JP5029993, class G01P 13/00, publ. 19.09.2012). The main disadvantage of the known device is its fragility and limited use. In addition, the measurement of the air flow velocity is not accurate and reliable enough due to the occurrence of vortices and turbulence in the flow, which is due to the presence of rods on its path, on which piezoelectric elements are fixed.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание универсального устройства с широким диапазоном возможного применения, который позволяет проводить измерения как малых, так и больших скоростей потока, в том числе, сверхзвуковых без риска повреждения чувствительных элементов датчика, а также повышение достоверности измерения скорости и обеспечение возможности измерения высокоскоростных потоков газов после газовой турбины температурой до 950°К. Технический результат заключается в повышении прочности датчика скорости потока. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в датчике скорости потока, содержащем держатель и установленный на его торце измерительный узел, по периметру которого равномерно расположены четыре пьезоэлемента, указанный держатель выполнен в виде отрезка трубы, а измерительный узел - в виде диска с плоской поверхностью, закрывающего его торец, причём пьезоэлементы расположены внутри отверстий в диске заподлицо с его поверхностью. Пьезоэлементы могут быть выполнены в виде керамических дисков или керамических трубок, заполненных припоем. Расстояние между центрами противоположных пьезоэлементов предпочтительно составляет от 10 до 500 мм.A technical problem is the elimination of these shortcomings and the creation of a universal device with a wide range of possible applications, which allows measurements of both low and high flow rates, including supersonic ones, without the risk of damage to the sensitive elements of the sensor, as well as increasing the reliability of the speed measurement and ensuring the possibility measurements of high-speed gas flows after a gas turbine with temperatures up to 950 ° K. The technical result consists in increasing the strength of the flow velocity sensor. The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the flow velocity sensor containing a holder and a measuring unit installed at its end, along the perimeter of which four piezoelements are evenly located, said holder is made in the form of a pipe segment, and the measuring unit is in the form of a disk with a flat surface covering its end, and the piezoelectric elements are located inside the holes in the disk flush with its surface. Piezoelectric elements can be made in the form of ceramic discs or ceramic tubes filled with solder. The distance between the centers of the opposite piezoelectric elements is preferably 10 to 500 mm.

На фиг.1 представлен предлагаемый датчик в разрезе (стрелками x, y обозначено направление осей координат),Figure 1 shows the proposed sensor in section (arrows x, y indicate the direction of the coordinate axes),

на фиг.2 - вид сверху;figure 2 is a top view;

на фиг.3 - его расположение в потоке.figure 3 - its location in the stream.

Измерение скорости газов очень важно для определения объемов отработанных газов в производственных условиях, а также для определения объема выхлопных газов при эксплуатации транспортных средств.The measurement of gas velocity is very important for determining the volume of exhaust gases in a production environment, as well as for determining the volume of exhaust gases during vehicle operation.

Предлагаемый датчик скорости потока представляет собой держатель в виде отрезка трубы 1 и измерительный узел в виде металлического диска 2 с плоской поверхностью, закрывающего торец трубы 1. Поверхность диска 2 имеет шероховатость не менее Ra 6,3 мк. Равномерно по периметру диска 2 выполнено четыре отверстия, внутри каждого из которых заподлицо с поверхностью диска 2 расположен пьезоэлемент 3-6. Расстояние L между центрами противоположных пьезоэлементов 3-6 составляет от 10 до 500 мм.The proposed flow rate sensor is a holder in the form of a pipe segment 1 and a measuring unit in the form of a metal disk 2 with a flat surface, covering the end of the pipe 1. The surface of the disk 2 has a roughness of at least Ra 6.3 microns. Four holes are made evenly along the perimeter of the disk 2, inside each of which a piezoelectric element 3-6 is located flush with the surface of the disk 2. The distance L between the centers of the opposite piezoelectric elements 3-6 ranges from 10 to 500 mm.

Для изготовления предлагаемого датчика используют пьезоэлементы 3-6 с точкой Кюри не менее, чем в 2 раза больше рабочей температуры газа измеряемого потока 7. Пьезоэлементы 3-6 могут быть выполнены из керамики марки ЦТС-26 в виде диска диаметром 5 мм толщиной 1 мм (производство АО «НИИ ЭЛПА») с максимальной рабочей температурой до 520 К, работающий в режиме 1-ого обертона толщинных колебаний для потоков газов температурой до 470 К. Допускается также использование пьезоэлементов 3-6, выполненных из керамики марки ТНВ-1 в виде трубки внешнего диаметра 6,35 мм внутреннего диаметра 4,9 мм и высотой 6,35 мм (производство АО «НИИ ЭЛПА»), работающих в режиме продольных колебаний для измерения высокоскоростных потоков газов после газовой турбины температурой до 950 К. Отверстие трубки при этом заполнено припоем ПМФ-7 или аналогичным материалом с температурой плавления от 710 до 850°С.For the manufacture of the proposed sensor, piezoelectric elements 3-6 are used with a Curie point of at least 2 times the working temperature of the gas of the measured flow 7. Piezoelements 3-6 can be made of ceramics grade TsTS-26 in the form of a disk with a diameter of 5 mm and a thickness of 1 mm ( manufactured by JSC "NII ELPA") with a maximum operating temperature of up to 520 K, operating in the mode of the 1st overtone of thickness vibrations for gas flows with a temperature of up to 470 K. It is also allowed to use piezoelectric elements 3-6 made of ceramics of the TNV-1 brand in the form of a tube outer diameter 6.35 mm, inner diameter 4.9 mm and height 6.35 mm (manufactured by JSC NII ELPA), operating in longitudinal vibration mode to measure high-speed gas flows after a gas turbine with temperatures up to 950 K. The tube opening is filled in this case solder PMF-7 or a similar material with a melting point of 710 to 850 ° C.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Предлагаемый датчик скорости располагают в потоке 7 так, чтобы движение газа происходило параллельно плоскости диска 2. Для измерения скорости потока последовательно подают импульсы напряжения на пьезоэлементы 3-6, измеряют время прихода импульса на другие пьезоэлементы, а затем, анализируя полученное время, определяют значение модуля и направление вектора скорости газа.The proposed speed sensor is placed in stream 7 so that the gas moves parallel to the plane of the disk 2. To measure the flow velocity, voltage pulses are sequentially applied to piezoelectric elements 3-6, the time of arrival of the pulse to other piezoelements is measured, and then, analyzing the time obtained, the value of the modulus is determined and the direction of the gas velocity vector.

Проекции скорости Vx, Vy потока отработанного газа определяют по формуламThe projections of the velocity V x , V y of the exhaust gas flow are determined by the formulas

Vx = L/(T35-T53)/2,V x = L / (T 35 -T 53 ) / 2,

Vy = L/(T46-T64)/2,V y = L / (T 46 -T 64 ) / 2,

где T35 - время распространения импульса давления от пъезоэлемента 3 до пъезоэлемента 5;where T 35 is the propagation time of the pressure pulse from the piezoelectric element 3 to the piezoelectric element 5;

Т53 - время распространения импульса давления от пъезоэлемента 5 до пъезоэлемента 3;T 53 - the propagation time of the pressure pulse from the piezoelectric element 5 to the piezoelectric element 3;

Т46 - время распространения импульса давления от пъезоэлемента 4 до пъезоэлемента 6;T 46 - the propagation time of the pressure pulse from the piezoelectric element 4 to the piezoelectric element 6;

Т64 - время распространения импульса давления от пъезоэлемента 6 до пъезоэлемента 4.T 64 is the propagation time of the pressure pulse from the piezoelectric element 6 to the piezoelectric element 4.

ПримерExample

Если расстояние L равно 20 мм, Т35 = 60 мкс, Т53 = 57 мкс, Т46 = 59 мкс; Т64 = 59 мкс, то скорость потока равна 10 м/сек, а направление совпадает с осью x.If the distance L is 20 mm, T 35 = 60 μs, T 53 = 57 μs, T 46 = 59 μs; T 64 = 59 μs, then the flow velocity is 10 m / s, and the direction coincides with the x axis.

Благодаря описанным конструктивным особенностям предлагаемое устройство позволяет измерять скорости потоков, в том числе, высокотемпературных со скоростью газа до 300 м/с. Поскольку измерительная поверхность датчика гладкая и не имеет выступающих элементов, он не создает дополнительного сопротивления потоку, не порождает вихрей газа и не чувствителен к абразивному износу. Рабочая температура газа, на которую рассчитано предлагаемое устройство в процессе работы может меняться от 100 до 200°С (от 373 до 473 К). Таким образом, полезная модель позволяет повысить прочность датчика скорости, значительно расширив диапазон его возможного применения.Due to the described design features, the proposed device makes it possible to measure flow rates, including high-temperature flows with a gas velocity of up to 300 m / s. Since the measuring surface of the sensor is smooth and has no protruding elements, it does not create additional resistance to flow, does not generate gas vortices and is not sensitive to abrasive wear. The working gas temperature for which the proposed device is designed during operation can vary from 100 to 200 ° C (from 373 to 473 K). Thus, the utility model makes it possible to increase the strength of the speed sensor, significantly expanding the range of its possible application.

Claims (3)

1. Датчик скорости потока, содержащий держатель и установленный на его торце измерительный узел, по периметру которого равномерно расположены четыре пьезоэлемента, отличающийся тем, что держатель выполнен в виде отрезка трубы, а измерительный узел - в виде металлического диска с плоской поверхностью, закрывающего его торец, причём пьезоэлементы расположены внутри отверстий в диске заподлицо с его поверхностью.1. A flow velocity sensor containing a holder and a measuring unit installed at its end, along the perimeter of which four piezoelectric elements are evenly located, characterized in that the holder is made in the form of a pipe segment, and the measuring unit is in the form of a metal disk with a flat surface, covering its end , and the piezoelectric elements are located inside the holes in the disk, flush with its surface. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что пьезоэлементы выполнены в виде керамических дисков или керамических трубок, заполненных припоем.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the piezoelectric elements are made in the form of ceramic discs or ceramic tubes filled with solder. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что расстояние между центрами противоположных пьезоэлементов составляет от 10 мм до 500 мм. 3. The sensor according to claim 1, characterized in that the distance between the centers of the opposite piezoelectric elements is from 10 mm to 500 mm.
RU2020124335U 2020-07-22 2020-07-22 FLOW RATE SENSOR RU200523U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124335U RU200523U1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 FLOW RATE SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124335U RU200523U1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 FLOW RATE SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU200523U1 true RU200523U1 (en) 2020-10-28

Family

ID=73399144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124335U RU200523U1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 FLOW RATE SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU200523U1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2628216A1 (en) * 1988-03-03 1989-09-08 Simecsol ULTRASONIC ANEMOMETER
JP2009229256A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Koshin Denki Kogyo Kk Ultrasonic wind speed/direction apparatus
RU2496113C2 (en) * 2010-04-15 2013-10-20 Алексей Федорович Писарев Flow meter for liquid and gaseous mediums in pressure pipelines
CN204789618U (en) * 2015-06-24 2015-11-18 吉林大学 Ultrasonic wave wind speed measuring device
RU175145U1 (en) * 2017-09-05 2017-11-27 Сергей Александрович Мосиенко ACOUSTIC ANEMOMETER
RU2699939C1 (en) * 2019-01-14 2019-09-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук Ultrasonic anemometer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2628216A1 (en) * 1988-03-03 1989-09-08 Simecsol ULTRASONIC ANEMOMETER
JP2009229256A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Koshin Denki Kogyo Kk Ultrasonic wind speed/direction apparatus
RU2496113C2 (en) * 2010-04-15 2013-10-20 Алексей Федорович Писарев Flow meter for liquid and gaseous mediums in pressure pipelines
CN204789618U (en) * 2015-06-24 2015-11-18 吉林大学 Ultrasonic wave wind speed measuring device
RU175145U1 (en) * 2017-09-05 2017-11-27 Сергей Александрович Мосиенко ACOUSTIC ANEMOMETER
RU2699939C1 (en) * 2019-01-14 2019-09-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук Ultrasonic anemometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105716779B (en) Dynamic pressure blade profile probe
Park et al. Flow alteration and drag reduction by riblets in a turbulent boundary layer
Ainsworth et al. Unsteady pressure measurement
US20110094308A1 (en) Fluidic oscillator flow meter
CN104048808B (en) A kind of kolmogorov sinai entropy probe
RU2009106087A (en) MEASURING SYSTEM FOR THE ENVIRONMENT FLOWING IN THE TECHNOLOGICAL PIPELINE
JP2012058237A (en) Flowmeter for detecting characteristic of fluid
US20110083516A1 (en) Recirculation type oscillator flow meter
CN104395704B (en) For the ultrasonic sensor and its manufacture method of high temperature
CN101050974A (en) Measuring method and sensor for secondary differential flow of up-stream and down-stream temperature distribution and use
CN108593956B (en) Dual-mode micro-flowmeter and preparation method thereof
RU200523U1 (en) FLOW RATE SENSOR
RU2005115481A (en) VORTEX FLOW TRANSMITTER
JP2006528357A (en) Acoustic transducer
Wang et al. Low-drift MEMS thermal wind sensor with symmetric packaging using plastic injection molding process
CN105424750A (en) Dew point transducer based on surface acoustic wave sensing element
Etebari Recent innovations in wall shear stress sensor technologies
Menna et al. The Mean Flow Structure Around and Within a Turbulent Junction or Horseshoe Vortex—Part I: The Upstream and Surrounding Three-Dimensional Boundary Layer
RU194370U1 (en) Air flow meter for ventilation systems
Daniels et al. Design, Fabrication and Calibration of a Five Hole Pressure Probe for Measurement of Three Dimensional Flows
RU17982U1 (en) THERMAL ANEMOMETRIC SENSOR OF MASS AIR FLOW
CN112326994A (en) Flow velocity detection device based on cantilever beam
CN1587916A (en) Micro flow sensor
CN215931035U (en) Anti-seismic inductive detection sensor measuring device
JPH06138134A (en) Flow-velocity measuring method of fluid