RU2330251C1 - Density pickup - Google Patents
Density pickup Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330251C1 RU2330251C1 RU2006135283/28A RU2006135283A RU2330251C1 RU 2330251 C1 RU2330251 C1 RU 2330251C1 RU 2006135283/28 A RU2006135283/28 A RU 2006135283/28A RU 2006135283 A RU2006135283 A RU 2006135283A RU 2330251 C1 RU2330251 C1 RU 2330251C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- rod
- density sensor
- strain gauge
- central part
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к микроэлектронному приборостроению и может быть использовано в конструкции широкого класса микроэлектронных приборов, оснащенных чувствительным элементом мембранного типа, в частности датчиков плотности.The invention relates to microelectronic instrumentation and can be used in the construction of a wide class of microelectronic devices equipped with a sensitive element of the membrane type, in particular density sensors.
Известен мембранный плотномер, представляющий собой эластичные резиновые колпаки, герметично надетые на металлические коробки, полости которых сообщаются импульсными трубками с ртутным дифманометром (И.П.Глыбин. Автоматические плотномеры. Техника, Киев, 1965, с.93-94).Known membrane densitometer, which is an elastic rubber caps, tightly worn on metal boxes, the cavities of which are connected by impulse tubes with a mercury differential pressure meter (IP Glybin. Automatic densitometers. Technique, Kiev, 1965, p. 93-94).
Недостатком известного плотномера с воздушным заполнением системы является то, что эти приборы надежны в работе лишь при специальном методе заполнения системы воздухом, определенных условиях деформации мембранных колпаков и рациональной форме.A disadvantage of the known densitometer with air filling of the system is that these devices are reliable in operation only with a special method of filling the system with air, certain conditions for the deformation of the membrane caps and a rational form.
Известен чувствительный элемент мембранного типа, содержащий подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией, мембрану, включающую слой нитрида кремния и карбида кремния, расположенную над отверстием, выполненным в подложке для образования мембранной камеры, и узел съема информативного сигнала, выполненный на базе торцевого волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо, который установлен с возможностью регистрации прогиба мембраны (Патент РФ № 2247443, МПК Н01L 29/84, 2003).A known membrane-type sensitive element containing a single-crystal silicon substrate with a basic orientation, a membrane comprising a layer of silicon nitride and silicon carbide located above the hole made in the substrate for forming the membrane chamber, and an informative signal pickup unit based on the end fiber optic Fabry-Perot interferometer, which is installed with the possibility of recording the deflection of the membrane (RF Patent No. 2247443, IPC H01L 29/84, 2003).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции.A disadvantage of the known device is the design complexity.
Известен мембранный узел датчика плотности, содержащий корпус, упругую плоскую или гофрированную мембрану, неподвижно закрепленную внутри корпуса, и регулировочное устройство, отличающийся тем, что регулировочное устройство состоит из натяжного гофра мембраны, упругого распорного кольца, сухаря конической формы, микрометрического винта и отсчетного устройства (Патент РФ № 2280242, МПК H01L 7/08, 2006).A known density sensor membrane assembly comprising a housing, an elastic flat or corrugated membrane fixedly mounted inside the housing, and an adjustment device, characterized in that the adjustment device consists of a membrane tension corrugation, an elastic spacer ring, a conical cracker, a micrometer screw and a reading device ( RF patent No. 2280242, IPC H01L 7/08, 2006).
Недостатком известного устройства является невозможность измерения плотности материала, что сужает область его применения.A disadvantage of the known device is the inability to measure the density of the material, which narrows the scope of its application.
Прототипом данного изобретения является датчик разности давлений, содержащий корпус, присоединенные к нему с образованием заполненных вакуумированной кремнийорганической жидкостью двух герметичных и двух открытых камер, одну измерительную и две разделительные мембраны (Датчики разности давлений Метран-44-ДД. Номенклатурный каталог. Выпуск 2.01. Группа предприятий Метран. Стр.43, 46).The prototype of this invention is a pressure difference sensor containing a housing attached to it with the formation of two sealed and two open chambers filled with evacuated organosilicon liquid, one measuring and two separation membranes (Pressure difference sensors Metran-44-DD. Nomenclature catalog. Issue 2.01. Group Metran enterprises. Pages 43, 46).
Недостатком прототипа является то, что помехи от избыточного давления, усилия от температурного расширения и измеряемое усилие, т.е. вес столба жидкости, действуют в одном направлении. Поэтому чтобы выделить сравнительно слабый сигнал о плотности нужно очень точно подбирать мембраны по жесткости, регулировать объемы. Очень большое значение играет количество жидкости в полости, так как ее сжимаемость влияет на показания датчиков. Конструкция прототипа довольно громоздкая, так как она содержит минимум три мембраны, множество уплотнений металл по металлу (резиновые уплотнения не допускаются, так как они сжимаются при больших давлениях и меняют объем полостей). К тому же через резиновые возможны утечки, что искажает показания (плавает ноль).The disadvantage of the prototype is that interference from excessive pressure, forces from thermal expansion and the measured force, i.e. weight of liquid column, act in one direction. Therefore, in order to distinguish a relatively weak signal about the density, it is necessary to select the membranes very precisely according to their rigidity, and to control the volumes. The amount of fluid in the cavity plays a very important role, since its compressibility affects the readings of the sensors. The prototype design is rather cumbersome, since it contains at least three membranes, a lot of metal-to-metal seals (rubber seals are not allowed, since they are compressed at high pressures and change the volume of the cavities). In addition, leaks are possible through the rubber, which distorts the readings (zero floats).
Задачей создания изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерения плотности материала.The objective of the invention is to simplify the design and improve the accuracy of measuring the density of the material.
Этот технический результат достигается за счет того, что в датчике плотности, содержащем корпус, установленную в нем с образованием герметичной камеры измерительную мембрану, ориентированную вертикально, и тензопреобразователь, причем камера заполнена жидкостью, дополнительно тензопреобразователь взаимодействует с мембраной с возможностью регистрации угла (силы) поворота ее центральной части вокруг горизонтальной оси. Как вариант к мембране в ее центральной части присоединен расположенный перпендикулярно плоскости мембраны шток, посредством которого тензопреобразователь взаимодействует с мембраной. Конец штока может быть соединен с тензопреобразователем гибкой связью, ориентированной перпендикулярно оси штока в направлении верх-низ. Конец штока также может быть соединен с корпусом гибкой связью, ориентированной перпендикулярно оси штока в направлении верх-низ. Предпочтительно мембрана по краям выполнена гофрированной и выполнена вытянутой в вертикальном направлении формы с отношением длин большей и меньшей сторон 1,5-3. Герметичная камера предпочтительно заполнена вакуумированной кремнийорганической жидкостью, например ПМС-300.This technical result is achieved due to the fact that in the density sensor comprising a housing mounted therein with the formation of a sealed chamber, a measuring membrane oriented vertically and a strain gauge, the chamber being filled with liquid, additionally the strain gauge interacts with the membrane with the possibility of detecting rotation angle (force) its central part around a horizontal axis. Alternatively, a rod located perpendicular to the plane of the membrane is attached to the membrane in its central part, through which the strain gauge interacts with the membrane. The end of the rod can be connected to the strain gauge by a flexible connection, oriented perpendicular to the axis of the rod in the direction of the top-bottom. The end of the rod can also be connected to the housing by a flexible connection, oriented perpendicular to the axis of the rod in the top-bottom direction. Preferably, the membrane at the edges is corrugated and is made elongated in the vertical direction of the form with a ratio of the lengths of the larger and smaller sides of 1.5-3. The sealed chamber is preferably filled with evacuated organosilicon liquid, for example PMS-300.
Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
на фиг.1 показан датчик плотности с круглой мембраной и со штоком, соединенным с тензопреобразователем, продольное сечение;figure 1 shows a density sensor with a round membrane and with a rod connected to a strain gauge, a longitudinal section;
на фиг.2 - то же, вид спереди;figure 2 is the same front view;
на фиг.3 - датчик плотности с вытянутой мембраной и со штоком, соединенным с корпусом, продольное сечение;figure 3 - density sensor with an elongated membrane and with a rod connected to the housing, a longitudinal section;
на фиг.4 - то же, вид спереди.figure 4 is the same front view.
Позиции на чертежах обозначают: 1 - корпус, 2 - герметичная камера, 3 - мембрана, 4 - тензопреобразователь, 5 - шток, 6 - гибкая связь.The positions in the drawings indicate: 1 - housing, 2 - sealed chamber, 3 - membrane, 4 - strain transducer, 5 - rod, 6 - flexible connection.
Датчик плотности содержит корпус 1, в котором с образованием герметичной камеры 2 установлена ориентированная вертикально измерительная мембрана 3. С мембраной 3 с возможностью регистрации угла (силы) поворота ее центральной части вокруг горизонтальной оси взаимодействует установленный в корпусе 1 тензопреобразователь 4. Для этого в центральной части мембраны 3 к ней присоединен взаимодействующий с тензопреобразователем 4 расположенный перпендикулярно плоскости мембраны 3 шток 5. Конец штока 5 может быть соединен с тензопреобразователем 4 гибкой связью 6, ориентированной перпендикулярно оси штока 5 в направлении верх-низ. Конец штока 5 также может быть соединен гибкой связью 6, ориентированной перпендикулярно оси штока 5 в направлении верх-низ с корпусом 1. Предпочтительно мембрана 3 по краям выполнена гофрированной и вытянутой в вертикальном направлении формы с отношением длин большей «а» и меньшей «b» сторон 1,5-3. Герметичная камера 2 заполнена жидкостью с высоким коэффициентом сжатия, предпочтительно вакуумированной кремнийорганической жидкостью, например ПМС-300. В предпочтительном варианте ее количество минимально, что определяется из конструктивных соображений минимизацией объема герметичной камеры 2. Снаружи мембраны 3 может быть закреплена резиновая мембрана (не показана).The density sensor comprises a
Датчик плотности работает следующим образом. Мембрана 3 воспринимает действующее на нее внешнее давление среды. Поскольку в этом давлении присутствует составляющая от веса столба внешней среды, вызванная ее плотностью, его величина изменяется по высоте: оно больше в нижней части мембраны и меньше в верхней. Суммарное давление столба внешней среды и других внешних источников, в том числе от температурного расширения жидкости, симметрично относительно оси мембраны и уравновешивается противодавлением несжимаемой вакуумированной кремнийорганической жидкости, количество которой к тому же минимально. Под воздействием же изменяющегося по высоте давления мембрана 3 принимает изогнутую форму: вогнутую в ее нижней части и выпуклую - в верхней. В качестве измеряемого фактора используется угол поворота центральной части мембраны 3 относительно горизонтальной оси симметрии при ее изгибе, измеренный тензопреобразователем 4.The density sensor operates as follows. The
Для получения информации о плотности внешней среды по углу поворота центральной части мембраны 3 относительно горизонтальной оси симметрии при ее изгибе отдельно от измерений поверяют датчик плотности по поверочным жидкостям.To obtain information about the density of the environment by the angle of rotation of the central part of the
Путем вычисления интегральных величин давления столба жидкости на вертикально расположенную мембрану 3 можно определить, что величина момента относительно горизонтальной оси симметрии для круглой мембраны 3 (фиг.1, 2)By calculating the integral values of the pressure of the liquid column on the vertically arranged
, ,
где ρ - плотность среды, R - радиус мембраны 3, т.е. резко растет с увеличением размеров мембраны 3.where ρ is the density of the medium, R is the radius of the
Также величина момента относительно горизонтальной оси симметрии для вытянутой в вертикальном направлении мембраны 3 (фиг.3, 4)Also the magnitude of the moment relative to the horizontal axis of symmetry for elongated in the vertical direction of the membrane 3 (Fig.3, 4)
, ,
где l - половина расстояния разноски центров (фиг.3).where l is half the distance of the centers posting (figure 3).
Из приведенных зависимостей следует: выполнение мембраны 3 вытянутой в вертикальном направлении формы позволяет воспринять больший крутящий момент, обусловленный давлением жидкости за счет увеличения перепада высот и, соответственно, вызванного этим перепадом давления. При l=R она в 4,03 раза больше момента на круглой мембране 3. При значениях меньше 1,5 эффект от вытянутости формы мембраны незначителен, при больших 3-х - существенно возрастает деформация гофр. Соединение штока 5 с тензопреобразователем 4 посредством гибкой связи 6 позволяет разгрузить систему от действия внешнего давления. В то же время шток 5 служит опорой, на которую передается крутящий момент, воспринимаемый мембраной 3, и, соответственно, напряжения на тензопреобразователь. Поперечная сила передается на заделку мембраны 3 вблизи ее средней части, так как это минимальный и самый жесткий (вдоль гофров) путь передачи усилия, не оказывая существенного влияния на свободу поворота мембраны 3. Число уплотнений в предлагаемом устройстве минимально. В случае применения сварки их всего два - гермоввод и заправочный винт. В варианте выполнения устройства без сварки - к этим двум добавляется еще уплотнение задней крышки.From these dependencies it follows: the implementation of the
Обоснованы параметры и разработана рабочая документация для изготовления опытного образца.The parameters are substantiated and detailed documentation for the manufacture of a prototype is developed.
Таким образом, применение изобретения позволяет упростить конструкцию и повысить точность измерения плотности материала.Thus, the application of the invention allows to simplify the design and improve the accuracy of measuring the density of the material.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135283/28A RU2330251C1 (en) | 2006-10-05 | 2006-10-05 | Density pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006135283/28A RU2330251C1 (en) | 2006-10-05 | 2006-10-05 | Density pickup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2330251C1 true RU2330251C1 (en) | 2008-07-27 |
Family
ID=39811125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006135283/28A RU2330251C1 (en) | 2006-10-05 | 2006-10-05 | Density pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2330251C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483284C1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-27 | Юрий Алексеевич Дудин | Hydrostatic downhole densitometer |
-
2006
- 2006-10-05 RU RU2006135283/28A patent/RU2330251C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Датчики разности давлений. Метран-44-ДД. Номенклатурный каталог. Выпуск 2.01. Группа предприятий Метран. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483284C1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-27 | Юрий Алексеевич Дудин | Hydrostatic downhole densitometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5719921B2 (en) | Pressure sensor based on resonance frequency | |
AU616499B2 (en) | Rocking beam vortex sensor | |
JP5409965B2 (en) | Differential pressure sensor with line pressure measurement | |
US8353215B2 (en) | Torque output differential pressure sensor | |
KR20160051743A (en) | Absolute and differential pressure transducer | |
WO2007126491A2 (en) | Differential pressure transducer configurations including displacement sensor | |
JPH06201421A (en) | Flowmeter | |
EP0593676A1 (en) | Method and apparatus for measurement of forces and pressures using tensioned bellows | |
JPH0566538B2 (en) | ||
RU2330251C1 (en) | Density pickup | |
JP3598297B2 (en) | Temperature compensation structure in FBG converter | |
KR101078171B1 (en) | Pressure measuring apparatus | |
JP2929159B2 (en) | Pressure type liquid level measuring device | |
TWI230251B (en) | Super-precise micro-differential pressure measuring device and super-precise differential pressure measuring device | |
RU2087884C1 (en) | Instrument converter of pressure difference | |
Eren | Density measurement | |
US6457357B1 (en) | Fluid density measurement device | |
US4423638A (en) | Capacitive system for manometric detection and measurement of differential pressures | |
JPH046890B2 (en) | ||
JP2019168323A (en) | Pressure measurement device | |
RU200609U1 (en) | VIBRATION METERING CONVERTER | |
RU2254464C1 (en) | Zenith angle hydraulic converter | |
RU2237875C2 (en) | Pressure differential measuring transducer | |
SU556361A1 (en) | Bulk material pressure sensor | |
RU2065590C1 (en) | Sandy soil pressure transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091006 |