RU2390755C1 - Measuring transmitter for control and measurement of density of dirty and clean fluid media - Google Patents

Measuring transmitter for control and measurement of density of dirty and clean fluid media Download PDF

Info

Publication number
RU2390755C1
RU2390755C1 RU2009106972/28A RU2009106972A RU2390755C1 RU 2390755 C1 RU2390755 C1 RU 2390755C1 RU 2009106972/28 A RU2009106972/28 A RU 2009106972/28A RU 2009106972 A RU2009106972 A RU 2009106972A RU 2390755 C1 RU2390755 C1 RU 2390755C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
piezoresistive element
density
housing
transmitter
Prior art date
Application number
RU2009106972/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марк Борисович Брук (RU)
Марк Борисович Брук
Original Assignee
Марк Борисович Брук
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 Марк Борисович Брук filed Critical Марк Борисович Брук
Priority to RU2009106972/28A priority Critical patent/RU2390755C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2390755C1 publication Critical patent/RU2390755C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: mechanics.
SUBSTANCE: measuring transmitter for control and measurement of density of fluid media includes one pressure gauge - sensitive piezoresistive element which is placed in a special housing and divides inner cavity of transmitter into two parts at provision of structural equality of their volumes. At that, housing is attached to a plate. Transmitter also includes two permeators which are rigidly attached at the distance from each other throughout the height on reverse side of the plate and along it. At that, each permeator is made in the form of a housing with elastic membrane, and cavity under membrane of each of them is connected with rigidly attached tubes of fixed configuration. Besides lower and upper elastic membranes are interconnected through specially selected organosilicon fluid filling the cavities of the device. At that, pressure of column of measured fluid, which acts on elastic membranes of permeator, is transmitted through organosilicon fluid to rear and front sides of piezoresistive element, converted in proportional difference of those pressures and density of electric signal. Besides to the housing of primary transmitter there attached is electronics unit to the board of which there supplied is output difference signal to be converted to standard temperature-compensated output current signal. Also to the plate there attached is a hollow rod to retain the transmitter in vertical position when submerged into fluid medium.
EFFECT: simplifying the design and manufacturing procedure, improving reliability of density metre and accuracy of measurement results.
3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности касается конструкции устройства для измерения плотности жидких сред.The invention relates to measuring technique, in particular, to the design of a device for measuring the density of liquid media.

Известен прибор (датчик) фирмы «GEO-data» для измерения плотности, состоящий из двух пневматических датчиков давления. Прибор с датчиками монтируется на поплавок, обеспечивающий погружение в раствор (жидкость) двух трубок различной длины с датчиками на постоянной глубине, при помощи сжатого воздуха между приемной мембраной и детектором давления создается определенное избыточное давление больше атмосферного и разница давления, возникающая за счет противодавления раствора на мембрану, через воздушную трубку переносится на датчик давления. После калибровки системы вычисляется разность давления, которая изменяется в равном соотношении в зависимости от плотности раствора.A known device (sensor) company "GEO-data" for measuring density, consisting of two pneumatic pressure sensors. The device with sensors is mounted on a float, which immerses two tubes of different lengths in the solution (liquid) with sensors at a constant depth, using compressed air between the receiving membrane and the pressure detector, a certain excess pressure is created greater than atmospheric pressure and the pressure difference arising due to the back pressure of the solution on the membrane through the air tube is transferred to the pressure sensor. After calibrating the system, the pressure difference is calculated, which varies in equal proportion depending on the density of the solution.

Недостаток данного прибора заключается в сложности конструкции и необходимости для проведения измерений наличия дополнительных устройств типа компрессоров для обеспечения сжатого воздуха, в недостаточной точности полученных результатов за счет вычисления разности давлений.The disadvantage of this device is the complexity of the design and the need to measure the availability of additional devices such as compressors to provide compressed air, the lack of accuracy of the results obtained by calculating the pressure difference.

Известен прибор для измерения плотности раствора, чувствительными элементами датчиков давления в котором являются мембранные блоки, и в которых центр мембраны жестко связан с тензометрическим преобразователем усилия. Сигналы тензометрических преобразователей усилия усиливаются предварительными усилителями и подаются на вход блока преобразования сигнала, где формируются нормированные сигналы датчиков давления и разностный сигнал, пропорциональный плотности раствора, в который погружены датчики давления (см. «Датчик плотности бурового раствора ICS SD 0001. Техническое описание и инструкция по эксплуатации», г.Саратов, «Информ-Компьютер-Сервис», 1998 г., стр.1-4, 12, 14).A known device for measuring the density of a solution, the sensitive elements of the pressure sensors in which are membrane blocks, and in which the center of the membrane is rigidly connected with a strain gauge force transducer. The signals of strain gauge force transducers are amplified by pre-amplifiers and fed to the input of the signal conversion block, where normalized signals from pressure sensors and a differential signal proportional to the density of the fluid into which the pressure sensors are immersed are generated (see. ICS SD 0001 mud density sensor. Technical description and instruction manual ", Saratov, Inform-Computer-Service, 1998, pp. 1-4, 12, 14).

Конструктивно прибор состоит из двух датчиков давления, трубчатого корпуса, устройства крепления датчиков, блока преобразования сигнала. Датчик давления включает в себя корпус из коррозионно-стойкого материала, мембранный блок с мембраной и приводом чувствительного элемента, тензометрический чувствительный элемент с системой термокомпенсации и предварительный усилитель сигнала чувствительного элемента.Structurally, the device consists of two pressure sensors, a tubular body, a device for mounting sensors, a signal conversion unit. The pressure sensor includes a housing made of corrosion-resistant material, a membrane unit with a membrane and a sensor drive, a strain gauge sensor with a thermal compensation system, and a signal pre-amplifier for the sensor.

Датчик выполнен в цилиндрическом корпусе, в одном торце которого закреплен мембранный блок, содержащий мембрану с приводом. Мембрана изготовлена из специальной стали толщиной 0.03 мм и во избежание налипания раствора отполирована электрохимическим методом. На мембранном блоке смонтированы с помощью упора тензометрический чувствительный элемент и на стойках печатная плата с элементами электрической схемы предварительного усилителя. Выводы печатной платы пропущены в трубчатый корпус и соединены с контактами блока преобразования. Корпус датчика внутри соединен с отрицательным проводом питания предварительного усилителя.The sensor is made in a cylindrical body, in one end of which a membrane block is mounted, containing a membrane with a drive. The membrane is made of special steel with a thickness of 0.03 mm and is polished using an electrochemical method to avoid sticking of the solution. A tensometric sensor element is mounted on the membrane block with an abutment and a circuit board with elements of the electric circuit of the pre-amplifier is mounted on the racks. The conclusions of the printed circuit board are passed into the tubular housing and connected to the contacts of the conversion unit. The sensor housing is internally connected to the negative lead of the preamplifier.

Измерение плотности производится дифманометрическим способом путем измерения двумя погружными датчиками давления разницы гидростатического давления раствора на постоянной базе измерения. Функция преобразования для данного принципа измерения имеет вид:Density measurement is carried out by the diffanometric method by measuring the difference in the hydrostatic pressure of the solution with two submersible pressure sensors on a constant measurement base. The conversion function for this measurement principle is:

ΔP=P1-P2=yр-ра(H1-H2)=ур-раΔH,ΔP = P 1 -P 2 = y r-ra (H 1 -H 2 ) = r-ra ΔH,

где ΔP - разница гидростатического давления на датчиках давления;where ΔP is the difference in hydrostatic pressure at the pressure sensors;

P1 - гидростатическое давление на нажнем датчике давления;P 1 - hydrostatic pressure on the pressure switch;

P2 - гидростатическое давление на верхнем датчике давления;P 2 - hydrostatic pressure on the upper pressure sensor;

ур-ра - плотность раствора;at r-ra - the density of the solution;

H1 - глубина погружения нижнего датчика давления;H 1 - the immersion depth of the lower pressure sensor;

H2 - глубина погружения верхнего датчика давления;H 2 - immersion depth of the upper pressure sensor;

ΔH=const - разница глубин погружения датчиков давления (база измерения).ΔH = const - the difference in the immersion depths of the pressure sensors (measurement base).

В известном приборе давление столба бурового раствора воздействует на мембрану мембранного блока датчика давления. Усилие, сформированное этим давлением, жестким приводом, закрепленным в центре мембраны, передается на тензометрический чувствительный элемент. Чувствительный элемент выполнен в виде пластины из специальной стали, один конец которой жестко закреплен на корпусе мембранного блока, а на другой посредством ножевого зажима воздействует привод мембраны. На чувствительный элемент в месте наибольшего напряжения наклеены тензорезисторы, включенные в мостовую измерительную схему. Сигнал мостовой измерительной схемы, пропорциональный усилию, создаваемому давлением столба бурового раствора, усиливается предварительным усилителем и передается в блок преобразования сигнала. Система термокомпенсации мостовой схемы исключает влияние температуры датчика на выходной сигнал. В блоке преобразования из сигналов датчиков давления формируются нормированные сигналы датчиков давления и разностный сигнал, пропорциональный плотности раствора, в который погружены датчики давления. Эти сигналы по соединительному кабелю подаются на выходной разъем блока преобразования сигнала.In a known device, the pressure of the mud column acts on the membrane of the membrane unit of the pressure sensor. The force generated by this pressure, a hard drive fixed in the center of the membrane, is transmitted to the strain gauge. The sensitive element is made in the form of a plate made of special steel, one end of which is rigidly fixed to the membrane unit case, and the membrane drive acts on the other by means of a knife clamp. Strain gages included in the bridge measuring circuit are glued to the sensitive element at the place of the highest voltage. The signal of the bridge measuring circuit, proportional to the force generated by the pressure of the mud column, is amplified by a pre-amplifier and transmitted to the signal conversion unit. The thermal compensation system of the bridge circuit eliminates the influence of the sensor temperature on the output signal. In the conversion unit, the normalized signals of the pressure sensors and a differential signal proportional to the density of the solution into which the pressure sensors are immersed are formed from the pressure sensor signals. These signals are fed through the connecting cable to the output connector of the signal conversion unit.

Недостаток данного прибора заключается в сложности конструкции и технологии изготовления и необходимости использования специальных материалов с попарным подбором элементов, требовании для проведения измерений достаточно большой наименьшей глубины погружения (600 мм), что в конечном итоге приводит к тому, что прибор становится чувствительным к любым внешним изменениям (возмущающим воздействиям при проведении измерений), и точность полученных результатов будет иметь варьирующуюся от внешних условий погрешность.The disadvantage of this device is the complexity of the design and manufacturing technology and the need to use special materials with pairwise selection of elements, the requirement for measurements to be sufficiently large, the smallest immersion depth (600 mm), which ultimately leads to the fact that the device becomes sensitive to any external changes (disturbing influences during measurements), and the accuracy of the results will have an error that varies from external conditions.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата по упрощению конструкции и технологии изготовления, повышение надежности плотномера и повышение достоверности показателей замеров, в том числе при наличии возмущающих воздействий и возможности уменьшения глубины погружения до 200 мм.The present invention is aimed at achieving a technical result to simplify the design and manufacturing technology, increase the reliability of the density meter and increase the reliability of measurement indicators, including in the presence of disturbing influences and the possibility of reducing the immersion depth to 200 mm

Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь измерительный для контроля и измерения плотности любых загрязненных и чистых жидких сред содержит один датчик давления - чувствительный пьезорезистивный элемент, который помещен в специальный корпус и делит внутреннюю полость преобразователя на две части при конструктивном обеспечении равенства их объемов, корпус прикреплен к пластине, два разделителя мембранных в виде устройства, чувствительного к внешнему давлению каждый, жестко прикрепленные на расстоянии (базе измерений) друг от друга по высоте с обратной стороны пластины вдоль нее, при этом каждый разделитель мембранный выполнен в виде корпуса с упругой мембраной толщиной от 0,05 до 0,08 мм и подмембранная полость каждого соединена жестко закрепленными трубками фиксированной конфигурации с соответствующей полостью корпуса пьезорезистивного элемента, нижняя и верхняя упругие мембраны сообщены через заполняющую полости преобразователя специально выбранную кремнийорганическую жидкость соответственно с лицевой и тыльной сторонами пьезорезистивного элемента, разделяющего внутреннюю полость устройства на две, давление столба измеряемой жидкости, действующее на упругие мембраны разделителя мембранного, передается через кремнийорганическую жидкость на тыльную и лицевую стороны пьезорезистивного элемента, преобразовывается в пропорциональный разности этих давлений и соответственно плотности электрический сигнал, а к корпусу первичного преобразователя прикреплен блок электроники, на плату которого поступает выходной разностный сигнал для преобразования в нормированный термокомпенсированный выходной токовый сигнал, к пластине прикреплена полая штанга (труба) с кабельными вводами для удержания преобразователя в вертикальном положении при погружении в жидкую среду и передачи по кабелю, проходящему через штангу, этого выходного сигнала, соответствующего величине измеряемой плотности жидкой среды.The specified technical result is achieved by the fact that the measuring transducer for monitoring and measuring the density of any contaminated and clean liquid media contains one pressure sensor - a sensitive piezoresistive element, which is placed in a special housing and divides the internal cavity of the transducer into two parts while constructively ensuring the equality of their volumes, the housing attached to the plate, two membrane dividers in the form of a device sensitive to external pressure each, rigidly attached at a distance (bases measurements) from each other in height on the back of the plate along it, with each membrane separator made in the form of a housing with an elastic membrane with a thickness of 0.05 to 0.08 mm and a submembrane cavity of each connected by rigidly fixed tubes of a fixed configuration with a corresponding cavity of the housing the piezoresistive element, the lower and upper elastic membranes are communicated through a specially selected organosilicon fluid through the filling cavity of the transducer, respectively, with the front and back sides of the piezoresis If the element is divided into two internal cavities, the pressure of the measured liquid column acting on the elastic membranes of the membrane separator is transmitted through an organosilicon liquid to the back and front sides of the piezoresistive element, it is converted into an electric signal proportional to the difference of these pressures and, accordingly, to the primary housing an electronic unit is attached to the converter, on the board of which an output differential signal is supplied for conversion to normalized ermokompensirovanny output current, is attached to the plate hollow rod (pipe) with cable bushings for holding the transducer in a vertical position when immersed in a liquid medium and a transmission cable extending through the post, this output signal corresponding to the measured fluid density.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the possibility of achieving the desired technical result.

На фиг.1 показан общий вид преобразователя измерительного для контроля и измерения плотности загрязненных и чистых жидких сред;Figure 1 shows a General view of the measuring transducer for monitoring and measuring the density of contaminated and clean liquid media;

фиг.2 - корпус первичного преобразователя поз.4 и блок электроники поз.6 условно повернуты и приподняты над основанием поз.1 и сделаны частичные разрезы для наглядности;figure 2 - the housing of the primary Converter pos.4 and the electronics unit pos.6 conditionally rotated and raised above the base of pos.1 and made partial cuts for clarity;

фиг.3 - вид А по фиг.2 показан преобразователь без кожуха с частичными разрезами.figure 3 - view A of figure 2 shows the Converter without a casing with partial cuts.

Согласно настоящему изобретению рассматривается преобразователь измерительный разности давлений (далее - Преобразователь), который конструктивно выполнен для целей автоматического контроля и измерения плотности любых, в том числе «грязных» (загрязненных) жидких сред и может быть отградуирован конкретно в единицах плотности.According to the present invention, a pressure difference measuring transducer (hereinafter referred to as the Transducer) is considered, which is structurally made for the purpose of automatic control and density measurement of any, including "dirty" (contaminated) liquid media, and can be calibrated specifically in density units.

Преобразователь выполнен в виде единой конструкции, закрепленной на несущей пластине, являющейся основанием 1 (далее - основание) с целью сохранения его параметров неизменными после окончательной сборки, настройки и градуировки, для проведения измерений путем вертикального погружения его в емкость с измеряемой жидкостью, либо обеспечения передачи воздействия столба этой жидкости на упругие мембраны разделителя мембранного 2 (устройство, реагирующее на внешнее давление) иным способом, при условии сохранения вертикального расположения.The converter is made in the form of a single structure mounted on a carrier plate, which is base 1 (hereinafter referred to as the base) in order to keep its parameters unchanged after final assembly, adjustment and calibration, for measurements by vertical immersion in a container with a measured liquid, or to ensure transfer the effects of the column of this liquid on the elastic membranes of the membrane separator 2 (a device that responds to external pressure) in a different way, provided that the vertical arrangement is maintained.

Конструкция преобразователя включает в себя один корпусированный специальным образом чувствительный пьезорезистивный элемент 3 (первичный преобразователь - датчик давления), который герметично разделяет устройство на две полости (два объема). Конструкция корпуса 4 первичного преобразователя обеспечивает возможность присоединения к нему через транспортные трубки 5 двух разделителей мембранных (далее - РМ) 2, содержащих упругие мембраны, подачи электрического питания на пьезорезистивный элемент 3 первичного преобразователя и вывод с него электрического сигнала для дальнейшей обработки платой блока электроники 6 (далее - БЭ), присоединенного к этому же корпусу 4.The design of the transducer includes one specially encapsulated sensitive piezoresistive element 3 (the primary transducer is a pressure sensor), which hermetically separates the device into two cavities (two volumes). The design of the housing 4 of the primary transducer makes it possible to attach to it through transport tubes 5 two membrane dividers (hereinafter referred to as the PM) 2 containing elastic membranes, supply electric power to the piezoresistive element 3 of the primary transducer and output an electric signal from it for further processing by the electronics unit 6 (hereinafter - BE) connected to the same building 4.

Известные в настоящее время приборы для измерения плотности растворов включают в себя два датчика давления, расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга. Однако использование в конструкции одного датчика давления (первичного преобразователя - пьезорезистивный элемент 3) при конструктивном обеспечении измерения разницы давлений двух уровней (высот Δh=const) одного и того же столба жидкости обеспечивает повышение надежности и облегчает получение требуемого не худшего класса точности при снижении требований к классу используемого датчика.Currently known instruments for measuring the density of solutions include two pressure sensors located at a fixed distance from each other. However, the use of a single pressure sensor in the design (the primary transducer is a piezoresistive element 3) while constructively ensuring the measurement of the pressure difference of two levels (heights Δh = const) of the same liquid column provides increased reliability and facilitates the obtaining of the required not worse accuracy class while reducing the requirements for class of sensor used.

Конструкция выполнена таким образом, что элементы преобразователя расположены по разные стороны основания 1. Корпуса 7 разделителей мембранных (далее - корпус РМ) приклеены к основанию 1 на герметик и притянуты к нему с обратной стороны гайкой. Корпус 4 первичного преобразователя с присоединенными к нему остальными элементами конструкции притянут болтами к другой стороне основания 1. РМ герметично соединяются с полостями корпуса 4 первичного преобразователя посредством металлических транспортных трубок 5. Один конец трубок резьбо-паяным неразъемным соединением присоединен к корпусу 4 первичного преобразователя, а другой через фланец, приваренный к другому концу трубки, и прокладку посредством резьбового разъемного соединения прикреплен к корпусу 7 разделителя мембранного.The design is made in such a way that the transducer elements are located on opposite sides of the base 1. The housings 7 of the membrane dividers (hereinafter referred to as the PM housing) are glued to the base 1 on the sealant and pulled with a nut to it from the back. The housing 4 of the primary transducer with the remaining structural elements attached to it is bolted to the other side of the base 1. PM are hermetically connected to the cavities of the housing 4 of the primary transducer by means of metal transport tubes 5. One end of the tubes is threaded-soldered in one piece connected to the housing 4 of the primary transducer, and the other through a flange welded to the other end of the tube and the gasket by means of a threaded plug connection is attached to the housing 7 of the membrane separator.

Таким образом, с учетом вертикального при эксплуатации расположения преобразователя конструктивно имеются две герметичные полости - нижняя 8 и верхняя 9. Общим разделяющим элементом этих полостей является первичный преобразователь (пьезорезистивный элемент 3). Все соединения, образующие полости, герметичны со степенью герметичности не хуже 10-5 мкм рт. ст.×л/с по допускаемому потоку натекания гелия.Thus, taking into account the vertical position of the transducer during operation, there are structurally two sealed cavities - the lower 8 and upper 9. The common separating element of these cavities is the primary transducer (piezoresistive element 3). All compounds forming the cavity are sealed with a degree of tightness not worse than 10 -5 μm RT. Art. × l / s according to the allowable flow of helium leakage.

Нижняя полость ограничена внутренними поверхностями следующих конструктивных элементов: нижней упругой мембраны 10 РМ, нижнего корпуса 7 РМ, нижней транспортной (соединительной) трубки 5, части корпуса 4 первичного преобразователя и лицевой стороной первичного преобразователя (пьезорезистивный элемент 3).The lower cavity is limited by the internal surfaces of the following structural elements: lower elastic membrane 10 PM, lower case 7 PM, lower transport (connecting) tube 5, part of the housing 4 of the primary transducer and the front side of the primary transducer (piezoresistive element 3).

Верхняя полость ограничена внутренними поверхностями следующих конструктивных элементов: верхней упругой мембраны 10 РМ, верхнего корпуса 7 РМ, верхней транспортной (соединительной) трубки 5, части 4 корпуса первичного преобразователя и тыльной стороной первичного преобразователя.The upper cavity is limited by the internal surfaces of the following structural elements: the upper elastic membrane 10 PM, the upper housing 7 PM, the upper transport (connecting) tube 5, the primary converter housing part 4 and the rear side of the primary converter.

Корпус 4 первичного преобразователя с присоединенным к нему БЭ 6 располагается, как уже указывалось, с обратной стороны основания относительно РМ, между ними по середине при максимально возможном смещении к краю основания 1 относительно вертикальной оси симметрии, по которой располагаются РМ.The housing 4 of the primary transducer with the attached BE 6 is located, as already indicated, on the back side of the base relative to the PM, between them in the middle at the maximum possible offset to the edge of the base 1 relative to the vertical axis of symmetry along which the PM are located.

Такое конструкторское решение позволяет наиболее эффективно конструктивно решить вопрос максимально возможного равенства внутренних объемов нижней и верхней полостей устройства (равного объема выполнены полости, образованные подмембранными полостями устройств, реагирующих на давление, трубками и полостями корпуса датчика давления с тыльной или лицевой сторон пьезорезистивного элемента, которые заполнены кремнийорганической жидкостью) и тем самым минимизировать дополнительную температурную погрешность, возникающую за счет температурного объемного расширения заполняющей их кремнийорганической жидкости и соответственно облегчает ее компенсацию до требуемого класса точности устройства, а также позволяет реализовать при этом минимальное расстояние между центрами двух РМ, то есть - минимальную базу измерений.Such a design solution allows the most efficiently constructive solution of the issue of the maximum possible equality of the internal volumes of the lower and upper cavities of the device (cavities formed by the submembrane cavities of pressure-responsive devices, tubes and cavities of the pressure sensor housing on the back or front of the piezoresistive element, which are filled organosilicon liquid) and thereby minimize the additional temperature error arising from the pace volumetric expansion of the organosilicon liquid filling them and, accordingly, facilitates its compensation to the required accuracy class of the device, and also allows for the realization of the minimum distance between the centers of two PMs, i.e., the minimum measurement base.

Для каждой полости в корпусе 4 первичного преобразователя имеются специальным образом выполненные отверстия для вакуумного безвоздушного заполнения полостей вполне определенной специально подобранной кремнийорганической жидкостью. После заполнения полостей отверстия герметично «глушатся» конусными болтами. При этом, чтобы в полостях не создавалось избыточное давление по мере вхождения конуса болта в полость вплоть до касания с острой кромкой, по которой он уплотняется, вытесняемая жидкость выливается через специальные отверстия. Такое конструкторское решение также позволяет избежать увеличения дополнительной температурной погрешности за счет излишнего напряжения мембранных элементов.For each cavity in the housing 4 of the primary transducer there are specially made openings for vacuum airless filling of the cavities with a well-defined specially selected organosilicon liquid. After filling the cavities, the holes are hermetically “jammed” with conical bolts. Moreover, in order to prevent overpressure in the cavities as the bolt cone enters the cavity until it touches the sharp edge along which it is sealed, the displaced fluid is poured through special openings. This design solution also avoids the increase in additional temperature error due to excessive voltage of the membrane elements.

В качестве жидкости для заполнения, оптимальным образом сочетающей химические свойства, параметры, необходимые для качественного вакуумного заполнения и обеспечения необходимых технических характеристик устройства, выбрана кремнийорганическая жидкость ПЭС5 (полиэтилсилоксан 5). Жидкость образует в полостях гидравлические каналы, по которым воздействие измеряемой среды на упругие мембраны 10 РМ, являющиеся разделительными элементами устройства, передается на лицевую и тыльную стороны первичного преобразователя (пьезорезистивный элемент 3).As a filling fluid that optimally combines the chemical properties, parameters necessary for high-quality vacuum filling and ensuring the necessary technical characteristics of the device, PES5 silicone fluid (polyethylsiloxane 5) was chosen. The liquid forms hydraulic channels in the cavities, through which the influence of the measured medium on the elastic membranes 10 PM, which are the dividing elements of the device, is transmitted to the front and back sides of the primary transducer (piezoresistive element 3).

Таким образом, упругая мембрана 10 нижнего РМ и соответственно лицевая сторона пьезорезистивного элемента 3 первичного преобразователя через гидравлический канал воспринимает давление столба жидкой среды высотой h2, а мембрана 10 верхнего РМ и соответственно тыльная сторона пьезорезистивного элемента 3 первичного преобразователя таким же образом воспринимает давление того же столба жидкой среды, но высотой h1. В итоге величина разницы давлений этих столбов жидкости (ΔP=ρ(h2-h1)=ρΔ h, где ρ - плотность), суммарно действующая на чувствительный пьезорезистивный элемент 3 (первичный преобразователь), и преобразовывается им в пропорциональный выходной электрический сигнал напряжения. При этом Δh - определяется конструктивными параметрами устройства и равно расстоянию между разделителями мембранными.Thus, the elastic membrane 10 of the lower PM and, respectively, the front side of the piezoresistive element 3 of the primary transducer through the hydraulic channel perceives the pressure of a column of liquid medium of height h 2 , and the membrane 10 of the upper PM and, respectively, the back side of the piezoresistive element 3 of the primary transducer in the same way perceives the pressure of the same column of liquid medium, but with a height of h 1 . As a result, the magnitude of the pressure difference of these columns of liquid (ΔP = ρ (h 2 -h 1 ) = ρΔ h, where ρ is the density), acting in total on the sensitive piezoresistive element 3 (primary transducer), and is converted by it into a proportional electrical output voltage signal . In this case, Δh - is determined by the design parameters of the device and is equal to the distance between the membrane separators.

Это расстояние определяется как база измерений и для различных моделей может быть от 100 мм и выше, и определяет линейные размеры преобразователя. Минимально реализованные размеры преобразователя составляют - 121×285×95 (ширина×высота×толщина). Размеры приведены с учетом защитных перфорированных кожухов 11.This distance is determined as the measurement base and for various models can be from 100 mm and above, and determines the linear dimensions of the converter. The minimum realized dimensions of the converter are 121 × 285 × 95 (width × height × thickness). Dimensions are given taking into account the protective perforated covers 11.

Этот сигнал подается на плату БЭ 6, герметично присоединенного к корпусу 4 первичного преобразователя, для преобразования в нормированный выходной токовый сигнал величиной 4-20 мА и термокомпенсации температурного ухода нуля и чувствительности первичного преобразователя и преобразователя в целом в диапазоне рабочих температур в соответствии с заявленным классом точности. На плате БЭ 6 реализована специально разработанная для преобразователя электрическая схема, позволяющая осуществлять преобразование входного сигнала напряжения величиной от 5 мВ в нормированный токовый сигнал величиной 4-20 мА. При помощи этой же схемы осуществляются компенсации температурного ухода (температурной зависимости) отдельно и независимо нулевого сигнала и чувствительности преобразователя отдельно и независимо в пределах класса точности до 0,1 для плюсовой и отрицательной ветки его рабочего температурного диапазона величиной до 5%×10°С-1 от сигнала, соответствующего верхнему пределу измерений при нормальной температуре.This signal is fed to the board BE 6, hermetically connected to the housing 4 of the primary transducer, for conversion into a normalized output current signal of 4-20 mA and thermal compensation of the temperature deviation of zero and the sensitivity of the primary transducer and the transducer as a whole in the operating temperature range in accordance with the declared class accuracy. The BE 6 board implements an electric circuit specially developed for the converter, which allows converting an input voltage signal with a magnitude of 5 mV into a normalized current signal of 4-20 mA. Using the same scheme, compensation for temperature loss (temperature dependence) is carried out separately and independently of the zero signal and the sensitivity of the converter separately and independently within the accuracy class of up to 0.1 for the plus and negative branches of its operating temperature range of up to 5% × 10 ° С - 1 from the signal corresponding to the upper limit of measurements at normal temperature.

Электрическое питание схемы платы БЭ 6 и вывод рабочего сигнала преобразователя осуществляются по кабелю КУПЭВ (2×2×0,35)э. Кабель вводится в БЭ 6 через металлический кабельный ввод МВА 16-10. Кабельный ввод герметично соединяется с БЭ 6. Блок электроники и полость корпуса первичного преобразователя, через которую выводятся провода от первичного преобразователя, залиты специальным электроизоляционным компаундом.The electric power supply for the board circuit board BE 6 and the output of the working signal of the converter are carried out via the KUPEV cable (2 × 2 × 0.35) e. The cable is inserted into the BE 6 through the metal cable entry MVA 16-10. The cable entry is hermetically connected to BE 6. The electronics unit and the cavity of the primary converter housing, through which the wires from the primary converter are output, are filled with a special electrical insulating compound.

Кабель выводится через металлическую штангу 12 (трубу), длина которой меняется в зависимости от необходимой глубины погружения преобразователя.The cable is led out through a metal rod 12 (pipe), the length of which varies depending on the required immersion depth of the transducer.

Штанга крепится к основанию 1 при помощи втулок, закрепленных на нем. Кабель вводится в штангу и выводится из нее через полиамидные кабельные вводы PGA9-08х, герметично закрепленные на ее концах.The rod is attached to the base 1 using bushings mounted on it. The cable is inserted into and removed from the rod through PGA9-08x polyamide cable entries, tightly fixed at its ends.

К нижней части основания 1 через втулки крепится выдвижная съемная опора 13, позволяющая поднять преобразователь на определенную высоту от дна емкости, в которой находится измеряемая жидкость. На штанге имеется устройство закрепления 14, позволяющее прикрепить преобразователь к горизонтальной или вертикальной плоскости (поверхности).A retractable removable support 13 is mounted to the lower part of the base 1 through the bushings, which allows the converter to be raised to a certain height from the bottom of the container in which the liquid to be measured is located. On the rod there is a fixing device 14, which allows you to attach the Converter to a horizontal or vertical plane (surface).

Для удобства пользования и сохранности элементов конструкции преобразователя они защищены с обоих сторон основания 1 перфорированными кожухами 11, закрепленными на основании.For ease of use and safety of the structural elements of the Converter they are protected on both sides of the base 1 by perforated casings 11, mounted on the base.

В зависимости от модели преобразователя корпус 4 первичного преобразователя может быть выполнен либо в виде сборного прямоугольного параллелепипеда с перпендикулярно закрепленным к одной из его сторон блоком электроники БЭ 6, либо в виде сборного цилиндра с закрепленным со стороны одного из его оснований БЭ.Depending on the model of the transducer, the housing 4 of the primary transducer can be made either in the form of a prefabricated rectangular parallelepiped with a BE 6 electronics unit perpendicularly fixed to one of its sides, or in the form of a prefabricated cylinder with a BE fixed from one of its bases.

Claims (1)

Преобразователь измерительный для контроля и измерения плотности загрязненных и чистых жидких сред, характеризующийся тем, что содержит основание в виде пластины, на которой закреплены штанга для удержания при вертикальном погружении преобразователя в жидкую среду, один датчик давления в виде пьезорезистивного элемента, смонтированного в отдельном корпусе с образованием камер с лицевой и тыльной сторон этого элемента, два устройства, реагирующие на давление, жестко связанные с пластиной и расположенные на расстоянии друг от друга по высоте вдоль пластины, при этом каждое устройство, реагирующее на давление, выполнено в виде корпуса с упругой мембраной, подмембранная полость каждого из которых сообщена с полостью соответствующей трубки, прикрепленной к корпусу пьезорезистивного элемента с соответствующей стороны пьезорезистивного элемента, при этом выполненные равного объема подмембранные полости устройств, реагирующих на давление, трубки и полости корпуса датчика давления с тыльной или лицевой сторон пьезорезистивного элемента заполнены кремнийорганической жидкостью для передачи давления на тыльную и лицевую стороны пьезорезистивного элемента при наличии внешнего давления на упругие мембраны, а к корпусу пьезорезистивного элемента присоединен блок со смонтированной платой электронного блока, выполненного с возможностью реализации функции преобразования и термокомпенсации выходного от пьезорезистивного элемента сигнала, полученного в результате воздействующей разницы давлений столбов измеряемой жидкости, в нормированный выходной токовый сигнал, пропорциональный величине плотности исследуемой жидкости. Measuring transducer for monitoring and measuring the density of contaminated and clean liquid media, characterized in that it contains a base in the form of a plate on which a rod is mounted to hold it while vertically immersing the transducer in a liquid medium, one pressure sensor in the form of a piezoresistive element mounted in a separate housing with the formation of chambers on the front and back sides of this element, two devices that respond to pressure, rigidly connected to the plate and located at a distance from each other along altitude along the plate, with each pressure-responsive device made in the form of a body with an elastic membrane, the submembrane cavity of each of which communicates with the cavity of the corresponding tube attached to the body of the piezoresistive element on the corresponding side of the piezoresistive element, while the submembrane cavities are made of equal volume devices that respond to pressure, tubes and cavities of the pressure sensor housing from the back or front of the piezoresistive element are filled with organosilicon the capacity for transmitting pressure to the back and front sides of the piezoresistive element in the presence of external pressure on the elastic membranes, and a unit with a mounted electronic unit board connected to the body of the piezoresistive element is configured to implement the function of converting and thermocompensating the signal received from the piezoresistive element the pressure differences of the columns of the measured liquid into a normalized output current signal proportional to the density value and Followed liquid.
RU2009106972/28A 2009-02-27 2009-02-27 Measuring transmitter for control and measurement of density of dirty and clean fluid media RU2390755C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106972/28A RU2390755C1 (en) 2009-02-27 2009-02-27 Measuring transmitter for control and measurement of density of dirty and clean fluid media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106972/28A RU2390755C1 (en) 2009-02-27 2009-02-27 Measuring transmitter for control and measurement of density of dirty and clean fluid media

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2390755C1 true RU2390755C1 (en) 2010-05-27

Family

ID=42680537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009106972/28A RU2390755C1 (en) 2009-02-27 2009-02-27 Measuring transmitter for control and measurement of density of dirty and clean fluid media

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2390755C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504038C2 (en) * 2011-12-30 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (СПбФ ИО РАН) Electrochemical data converters
RU2593629C2 (en) * 2014-12-03 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ЯГТУ") Hydrostatic archimedean drop-shaped sludge meter
US20230251174A1 (en) * 2021-06-01 2023-08-10 The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of Homeland Security Miniature wireless concentration meter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504038C2 (en) * 2011-12-30 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (СПбФ ИО РАН) Electrochemical data converters
RU2593629C2 (en) * 2014-12-03 2016-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ЯГТУ") Hydrostatic archimedean drop-shaped sludge meter
US20230251174A1 (en) * 2021-06-01 2023-08-10 The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of Homeland Security Miniature wireless concentration meter
US11761870B2 (en) * 2021-06-01 2023-09-19 The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of Homeland Security Miniature wireless concentration meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4446730A (en) Specific gravity independent gauging of liquid filled tanks
CN105758495B (en) A kind of air pressure sensing liquidometer and its measurement method
US11473260B2 (en) Effective stress cell for direct measurement of effective stress in saturated soil
US3038336A (en) System for measuring height and density of liquids
US4307609A (en) Liquid density meter
RU2390755C1 (en) Measuring transmitter for control and measurement of density of dirty and clean fluid media
CN112945796B (en) Tuning fork type densimeter and coefficient calibration method thereof
CN110542510A (en) Fiber grating pore water pressure sensor
RU83137U1 (en) DENSITY MEASUREMENT DEVICE FOR CONTAMINATED AND CLEAN LIQUIDS
CN103575450B (en) Liquid pressure measurement diaphragm closure means, mechanical indicating pointer tensimeter and pressure unit
JP2929159B2 (en) Pressure type liquid level measuring device
CN106969746B (en) Static level gauge based on monocrystalline silicon differential pressure sensor
CN214538315U (en) Symmetric pressure-bearing diaphragm soil pressure box
SU1737330A1 (en) Device for estimation of sea water parameters under natural conditions
CN213267803U (en) Railway roadbed settlement monitoring sensing device
CN218331086U (en) Drilling fluid density automatic measuring instrument
CN102252799A (en) Membrane type hydrostatic pressure sensor
CN220231369U (en) Differential pressure measurement type wireless densimeter
CN204085771U (en) Pressure unit
RU116630U1 (en) HYDROSTATIC PRESSURE CONVERTER
CN115540819B (en) Differential pressure type fiber bragg grating static level settlement measuring device and monitoring method
CN115523977A (en) Air pressure sensing liquid level meter and measuring method thereof
RU2254464C1 (en) Zenith angle hydraulic converter
SU901870A2 (en) Hydropulser
SU556361A1 (en) Bulk material pressure sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110228