RU2116627C1

RU2116627C1 - Arrangement of transmitter of flow rate of gas and liquid

Info

Publication number: RU2116627C1
Application number: RU95101771A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Сиволапов
Original assignee: Алексей Алексеевич Сиволапов
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1998-07-27
Also published as: RU95101771A

Abstract

FIELD: measurement technology, check of flow rates of gas and liquid in technological processes. SUBSTANCE: transmitter includes case 1, side membranes 2, 3, central membrane 4, dielectric holders 5, 6, fastening sleeve 9 with protective cover 10, sealing ring 12, tabs 13, distance pieces, stiffening ribs, holes in membranes, fastening platforms. EFFECT: enhanced functional reliability and efficiency. 6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для контроля расхода жидкости и газа в производственных технологических процессах и научных экспериментах. The invention relates to measuring equipment and can be used to control the flow of liquid and gas in industrial processes and scientific experiments.

Наиболее близким аналогом изобретения является полупроводниковый датчик расхода жидкости и газа, в котором в стенках трубопровода, по которому перемещается поток среды, вытравлены две канавки, в которых размещаются две электрические емкости. Между ними располагается консоль, выступающая на пути потока. Под действием потока консоль смещается в направлении скорости таким образом, что нарушается баланс емкостей. Путем измерения емкостей определяют расход потока в трубопроводе. The closest analogue of the invention is a semiconductor liquid and gas flow sensor, in which two grooves in which two electrical containers are placed are etched in the walls of the pipeline through which the medium flows. Between them is a console that protrudes on the flow path. Under the action of the flow, the cantilever shifts in the direction of speed in such a way that the balance of the containers is disturbed. By measuring the capacities, the flow rate in the pipeline is determined.

Консоль перемещается между чипами свободно (т.е. не имеет жесткой привязки к трубопроводу) под воздействием динамического и статического давления среды, это делает датчик такого типа незащищенным от вибраций, т.е. при вибрации трубопровода датчик будет давать значительную погрешность расхода среды. Кроме того, если в жидкости или газе будут присутствовать твердотельные загрязнения (взвеси), то они могут попасть между датчиком и консолью и полностью исключат возможность измерения расхода. The console moves between the chips freely (i.e. does not have a rigid connection to the pipeline) under the influence of dynamic and static pressure of the medium, this makes the sensor of this type unprotected from vibration, i.e. with vibration of the pipeline, the sensor will give a significant error in the flow rate of the medium. In addition, if solid-state contaminants (suspensions) are present in the liquid or gas, they can get between the sensor and the console and completely exclude the possibility of measuring the flow rate.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности измерения в условиях вибрации, температурных колебаний и наличия взвесей в измеряемом потоке. The technical result from the use of the invention is to increase the accuracy of measurement in conditions of vibration, temperature fluctuations and the presence of suspensions in the measured stream.

Это достигается тем, что электрические емкости образованы двумя боковыми и одной центральной мембранами, закрепленными в корпусе и гальванически развязанными с корпусом и между собой, при этом корпус закреплен на стенке трубопровода консольно посредством крепежного стакана. При этом боковых мембран может быть больше двух, корпус датчика имеет ребра жесткости и распорки, проходящие через отверстия, выполненные в мембранах, поверхности мембран покрыты тонкой диэлектрической пленкой, а их длина и ширина могут быть переменными, причем длина мембран значительной меньшей радиуса их кривизны. This is achieved by the fact that the electric containers are formed by two side and one central membranes fixed in the housing and galvanically isolated from the housing and between each other, while the housing is mounted on the pipeline wall cantilever by means of a mounting cup. In this case, there can be more than two side membranes, the sensor case has stiffeners and spacers passing through the holes made in the membranes, the membrane surfaces are covered with a thin dielectric film, and their length and width can be variable, and the length of the membranes is much smaller than their radius of curvature.

На фиг. 1 показана конструкция датчика; на фиг. 2 - способ установки датчика в трубопроводе; на фиг. 3 - упрощенно состояние чувствительного элемента, когда движение среды в трубопроводе отсутствует; на фиг. 4 - упрощенно состояние чувствительного элемента, когда поток, воздействующий на датчик, движется слева направо (направление указано стрелкой); на фиг. 5 - конструкция датчика с несколькими мембранами, ребрами жесткости и противосдавливающими распорками; на фиг. 6 - основные геометрические характеристики мембран и их покрытие диэлектрической пленкой; на фиг. 7 - различные формы поверхности мембран. In FIG. 1 shows a sensor design; in FIG. 2 - a method of installing a sensor in a pipeline; in FIG. 3 - simplified state of the sensing element when there is no movement of the medium in the pipeline; in FIG. 4 - simplified state of the sensing element, when the flow acting on the sensor moves from left to right (the direction is indicated by an arrow); in FIG. 5 - sensor design with several membranes, stiffeners and anti-pressure struts; in FIG. 6 - the basic geometric characteristics of the membranes and their coating with a dielectric film; in FIG. 7 - various surface forms of the membranes.

Датчик состоит из защитного корпуса 1, мембран 2 и 3, центральной мембраны 4, мембраны 2,3 и центральная мембрана образуют чувствительный элемент датчика и крепятся в защитном корпусе 1 с помощью диэлектрических держателей 5 и 6, над верхним держателем выступают электрические контакты 7, обеспечивающие соединение датчика с преобразователем посредством проводов 8, защитный корпус 1 крепится к крепежному стакану 9, посредством которого датчик крепится к трубопроводу, на крепежный стакан 9 навинчивается защитная крышка 10 с пробкой 11, под защитную крышку 10 ставится уплотнительное кольцо 12. The sensor consists of a protective housing 1, membranes 2 and 3, a central membrane 4, membranes 2,3 and a central membrane form a sensor element and are mounted in a protective housing 1 using dielectric holders 5 and 6, electrical contacts 7 protrude above the upper holder, providing the sensor is connected to the converter via wires 8, the protective housing 1 is attached to the mounting cup 9, by which the sensor is attached to the pipeline, a protective cover 10 with a stopper 11 is screwed onto the mounting cup 9, under the protective Ryshkov 10 is placed a sealing ring 12.

В случае использования нескольких мембран 2,3 они закрепляются в корпусе посредством распорок 14, проходящих через отверстия 15 в мембранах, а также ребер жесткости 16. Боковые края мембран выполнены с площадками 17 для крепления. Корпус закреплен внутри трубопровода 18 на его стенке консольно. In the case of using several membranes 2,3, they are fixed in the housing by means of struts 14 passing through the holes 15 in the membranes, as well as stiffeners 16. The lateral edges of the membranes are made with pads 17 for mounting. The housing is fixed inside the pipeline 18 on its wall cantilever.

Принцип действия датчика заключается в следующем. Датчик крепится в трубопроводе 18 (фиг. 2). При движении потока по трубопроводу на датчик расхода действует разность давлений, пропорциональная скорости потока, а, следовательно, и расходу среды. Когда среда не движется (отсутствует поток), чувствительный элемент находится в положении, показанном на фиг. 3, в этом положении емкость конденсатора, образованного мембраной 2 и центральной мембраной 4, находится в равновесном соотношении с емкостью конденсатора, образованного центральной мембраной 4 и мембраной 3. Под действием этой разности давлений упруго деформируется защитный корпус 1, и, соответственно, мембраны 2 - 4, (фиг. 4). Как видно из фиг. 4, при изгибе центральной мембраны 4 центр мембраны 2 приближается к ней, а центр мембраны 3 удаляется. В результате чего емкость, образованная мембранами 2 и 4, увеличивается, а емкость, образованная мембранами 4 и 3, уменьшается. Диэлектрические держатели 5 и 6, выполненные из смолы или керамики, обеспечивают гальваническую развязку мембран и жесткое крепление их краев в защитном корпусе 1. Над держателем 6 выступает продолжение мембран, которое является электрическими контактами 7, к которым присоединяются провода 8. Посредством этих проводов датчик подсоединяется к преобразователю величины емкости в величину электрического напряжения (или тока). Напряжение, пропорциональное изменению емкости датчика и соответственно расхода среды, поступает на дальнейшую обработку сигнала с помощью индицирующего прибора или ЭВМ. The principle of operation of the sensor is as follows. The sensor is mounted in the pipe 18 (Fig. 2). When the flow moves through the pipeline, a pressure difference acts on the flow sensor, proportional to the flow rate, and, consequently, to the flow rate of the medium. When the medium does not move (no flow), the sensor is in the position shown in FIG. 3, in this position, the capacitance of the capacitor formed by the membrane 2 and the central membrane 4 is in equilibrium with the capacitance of the capacitor formed by the central membrane 4 and the membrane 3. Under the influence of this pressure difference, the protective housing 1, and, accordingly, the membrane 2 - 4, (Fig. 4). As can be seen from FIG. 4, when the central membrane 4 bends, the center of the membrane 2 approaches it, and the center of the membrane 3 is removed. As a result, the capacitance formed by membranes 2 and 4 increases, and the capacitance formed by membranes 4 and 3 decreases. Dielectric holders 5 and 6, made of resin or ceramic, provide galvanic isolation of the membranes and rigidly fasten their edges in the protective housing 1. Above the holder 6 is a continuation of the membranes, which are the electrical contacts 7 to which the wires are connected 8. Through these wires, the sensor is connected to the converter of the capacitance value to the magnitude of the electrical voltage (or current). A voltage proportional to the change in the capacitance of the sensor and, accordingly, the flow rate of the medium, is supplied to further signal processing using an indicating device or computer.

На фиг. 5 показан датчик расхода, в котором применяется несколько мембран. Применение нескольких мембран позволяет повысить чувствительность датчика, т.к. крутизна характеристики деформация-емкость увеличивается. На фиг. 5 показаны распорки 14, которые проходят через отверстия в мембранах 15 и ребра жесткости 16, позволяющие повысить механическую прочность датчика и тем самым позволяющие его применение при больших статистических давлениях, что повышает его динамический диапазон. In FIG. 5 shows a flow sensor in which several membranes are used. The use of several membranes can increase the sensitivity of the sensor, because the steepness of the deformation-capacity characteristic increases. In FIG. 5 shows the spacers 14 that pass through the holes in the membranes 15 and stiffeners 16, allowing to increase the mechanical strength of the sensor and thereby allowing its use at high statistical pressures, which increases its dynamic range.

Чтобы мембраны электрически не перемыкались, при больших деформациях их покрывают тонкой диэлектрической пленкой (из лака или краски), как показано на фиг. 6 штрих-пунктирной линией. На фиг. 6 показаны три геометрических параметра, характеризующие мембраны: длина мембраны L; ширина S; толщина d; радиус кривизны мембраны R. Длина мембраны должна быть значительно меньшее ее радиуса кривизны, в этом случае обеспечивается линейность характеристики деформация-емкость. Ширина пластины S определяет начальную статистическую емкость датчика. Толщина мембран d определяет динамический диапазон датчика, т.к. чем больше толщина, тем мембраны жестче и их деформация, а следовательно и чувствительность, уменьшаются, и наоборот. Боковые края мембраны должны иметь на краях площадки для крепления 17. Форма поверхности мембраны определяет характеристику изменения емкости датчика от деформации и может быть произвольной. In order for the membranes not to be electrically connected, at large deformations they are covered with a thin dielectric film (from varnish or paint), as shown in FIG. 6 dashed line. In FIG. 6 shows three geometrical parameters characterizing the membrane: membrane length L; width S; thickness d; the radius of curvature of the membrane R. The length of the membrane should be much less than its radius of curvature, in this case, the linearity of the deformation-capacity characteristic is ensured. The width of the plate S determines the initial statistical capacity of the sensor. The membrane thickness d determines the dynamic range of the sensor, because the greater the thickness, the stiffer the membrane and their deformation, and therefore sensitivity, decrease, and vice versa. The lateral edges of the membrane should be at the edges of the mounting platform 17. The shape of the surface of the membrane determines the characteristic of the change in the sensor capacitance from deformation and can be arbitrary.

Claims

1. The device of the flow sensor of liquid and gas, containing two electrical containers installed in the pipeline and mechanically interconnected, characterized in that the electrical containers are formed by two side and one central membrane fixed in the housing and galvanically isolated from the housing and between each other, this casing is mounted on the wall of the pipeline cantilever by means of a mounting cup.

2. The device according to claim 1, characterized in that the side membranes may be more than two.

3. The device according to claim 2, characterized in that the sensor housing has stiffeners and spacers passing through openings made in the membranes.

4. The device according to claim 2, characterized in that the surface of the membrane is coated with a thin dielectric film.

5. The device according to claim 2, characterized in that the length of the membranes is significantly less than the radius of their curvature.

6. The device according to claim 2, characterized in that the membrane is made of variable length.

7. The device according to claim 2, characterized in that the membrane is made of variable width.