RU200523U1 - FLOW RATE SENSOR - Google Patents
FLOW RATE SENSOR Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring 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
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
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
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
Т53 - время распространения импульса давления от пъезоэлемента 5 до пъезоэлемента 3;T 53 - the propagation time of the pressure pulse from the
Т46 - время распространения импульса давления от пъезоэлемента 4 до пъезоэлемента 6;T 46 - the propagation time of the pressure pulse from the
Т64 - время распространения импульса давления от пъезоэлемента 6 до пъезоэлемента 4.T 64 is the propagation time of the pressure pulse from the
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)
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)
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 |
-
2020
- 2020-07-22 RU RU2020124335U patent/RU200523U1/en active
Patent Citations (6)
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 |