RU2608331C1 - Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters - Google Patents

Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters Download PDF

Info

Publication number
RU2608331C1
RU2608331C1 RU2015138071A RU2015138071A RU2608331C1 RU 2608331 C1 RU2608331 C1 RU 2608331C1 RU 2015138071 A RU2015138071 A RU 2015138071A RU 2015138071 A RU2015138071 A RU 2015138071A RU 2608331 C1 RU2608331 C1 RU 2608331C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric element
bending moment
gas
electrodes
flow meters
Prior art date
Application number
RU2015138071A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Валерьевич Богуш
Геннадий Владимирович Булдаков
Эдуард Михайлович Пикалев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Пьезоэлектрик"
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 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Пьезоэлектрик" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Пьезоэлектрик"
Priority to RU2015138071A priority Critical patent/RU2608331C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2608331C1 publication Critical patent/RU2608331C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to bending moment sensors, which are used in vortex flow meters for liquid, gas or vapour and are intended for recording the frequency of vortices formed in a flow of fluid, gas or vapor behind a bluff body. Peculiar feature of this bending moment sensor used in vortex flow meters for liquid is that the inner cavity of a piezoelectric element includes contact elements in the form of two cylindrically bent plates separated from each other with an insulator plate and preliminarily connected with cable conductors by spot welding, installed inside the piezoceramic cylinder and pressed against its electrodes by elasticity, providing electric contact electrodes of the piezoelectric element with the cable and the communication line.
EFFECT: improving the boundary of the working temperature range.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение используется в вихревых расходомерах жидкости, газа или пара и предназначено для регистрации частоты вихрей, образующихся в потоке жидкости, газа или пара за телом обтекания. Известно, что за телом обтекания в потоке жидкости, газа или пара образуется цепочка вихрей, так называемая вихревая дорожка Кармана, причем частота образующихся вихрей пропорциональна скорости потока жидкости, газа или пара, поэтому регистрация частоты вихрей позволяет измерить скорость потока и, следовательно, расход жидкости, газа или пара в трубопроводе.The invention is used in vortex flowmeters of a liquid, gas or steam, and is intended to record the frequency of vortices generated in the flow of liquid, gas or steam behind the body flow. It is known that a chain of vortices, the so-called Karman vortex path, is formed behind the body flowing around in a liquid, gas or vapor stream, and the frequency of the vortices formed is proportional to the velocity of the liquid, gas or vapor, therefore, recording the frequency of the vortices allows one to measure the flow velocity and, therefore, the liquid flow rate gas or steam in the pipeline.

Известны датчики давления для вихревых расходомеров [1, 2] с рабочей температурой до 500°С. Недостатком этих расходомеров является то, что датчики устанавливаются в проточной части расходомера заподлицо со стенкой трубы. При измерении расхода насыщенного пара в потоке неизбежно присутствует жидкая фаза, которая как более тяжелая фракция локализуется у стенки. Это препятствует нормальной работе датчиков давления и приводит к существенной погрешности измерений расходомера, достигающей 10% и более.Known pressure sensors for vortex flow meters [1, 2] with a working temperature of up to 500 ° C. The disadvantage of these flowmeters is that the sensors are installed in the flow part of the flowmeter flush with the pipe wall. When measuring the flow rate of saturated steam, a liquid phase is inevitably present in the stream, which, as a heavier fraction, is localized at the wall. This interferes with the normal operation of the pressure sensors and leads to a significant measurement error of the flow meter, reaching 10% or more.

Известен датчик изгибающего момента [3, 4], содержащий корпус, к торцу которого прикреплена наружная пластина (крыло), толщина которой уменьшается от торца корпуса до свободного конца пластины так, что угол между плоскостями пластины составляет 1.5…4° (балка равного сопротивления). Эта пластина помещается в измеряемый поток за телом обтекания так, что ее плоскость симметрии лежит на оси трубопровода и параллельна потоку (фиг. 1). Со стороны вихрей на крыло действует переменная сила давления с частотойA known bending moment sensor [3, 4], comprising a body, to the end of which an outer plate (wing) is attached, the thickness of which decreases from the end of the body to the free end of the plate so that the angle between the planes of the plate is 1.5 ... 4 ° (beam of equal resistance) . This plate is placed in the measured flow behind the flow body so that its plane of symmetry lies on the axis of the pipeline and is parallel to the flow (Fig. 1). From the side of the vortices, a variable pressure force with a frequency acts on the wing

Figure 00000001
Figure 00000001

где ν - скорость потока, d - характерный размер (ширина) тела обтекания, а Sh - число Струхаля, которое в широком интервале чисел Рейнольдса 200<Re<200000 изменяется слабо и близко к 0.2. Силы давления на крыло вызывают периодические изгибные деформации крыла, передающиеся на корпус. Внутри корпуса установлен пьезоэлемент в виде полого цилиндра, поляризованного в радиальном направлении; внешняя цилиндрическая поверхность покрыта сплошным электродом, а на внутренней поверхности электрод разрезан на две части, причем плоскость разреза совпадает с плоскостью крыла. При изгибе крыла, например, вправо правая половина пьезоэлемента испытывает осевое сжатие, а левая - растяжение, и между внутренними электродами пьезоэлемента возникает за счет пьезомодуля пьезокерамики d31 электрический сигнал - напряжение (в режиме холостого хода) или заряд (в режиме короткого замыкания), частота которого совпадает с частотой внешнего воздействия на крыло. По кабелю, концы которого припаиваются к электродам пьезоэлемента, сигнал передается на регистрирующие приборы.where ν is the flow velocity, d is the characteristic size (width) of the flow body, and Sh is the Strouhal number, which changes weakly and close to 0.2 over a wide range of Reynolds numbers 200 <Re <200000. Pressure forces on the wing cause periodic bending deformation of the wing, transmitted to the body. A piezoelectric element in the form of a hollow cylinder radially polarized is installed inside the housing; the outer cylindrical surface is covered with a solid electrode, and on the inner surface the electrode is cut into two parts, and the plane of the cut coincides with the plane of the wing. When the wing is bent, for example, to the right, the right half of the piezoelectric element experiences axial compression, and the left half under tension, and between the internal electrodes of the piezoelectric element arises due to the piezoelectric module of the piezoceramic d 31, an electrical signal is voltage (in idle mode) or charge (in short circuit mode), whose frequency coincides with the frequency of external influence on the wing. The cable, the ends of which are soldered to the electrodes of the piezoelectric element, the signal is transmitted to the recording devices.

Недостатком данного технического решения является ограничение по предельной температуре 290°С. Это обусловлено следующими причинами:The disadvantage of this technical solution is the limitation on the limiting temperature of 290 ° C. This is due to the following reasons:

- пьезоэлектрический материал ЦТС-83Г имеет точку Кюри около 360°С и предельные температуры при длительной работе 300°С;- the TsTS-83G piezoelectric material has a Curie point of about 360 ° C and limiting temperatures during continuous operation of 300 ° C;

- применяемый припой ПСР-2,5 имеет температуру плавления 294°С;- used solder PSR-2.5 has a melting point of 294 ° C;

- кабель АВКТ-6 имеет термостойкость 300°С.- the AVKT-6 cable has a heat resistance of 300 ° C.

С целью повышения границы рабочего диапазона температур во внутреннюю полость пьезоэлемента введены контактные элементы в виде двух цилиндрически изогнутых металлических пластинок, отделенных друг от друга пластинкой изолятора, предварительно соединенных с проводниками кабеля точечной сваркой, установленных внутрь пьезокерамического цилиндра и прижимаемых к его электродам силами упругости, обеспечивающими электрический контакт электродов пьезоэлемента с кабелем и линией связи.In order to increase the boundary of the working temperature range, contact elements are introduced into the internal cavity of the piezoelectric element in the form of two cylindrically curved metal plates separated from each other by an insulator plate, pre-connected to the cable conductors by spot welding, installed inside the piezoceramic cylinder and pressed against its electrodes by elastic forces providing electrical contact of the piezoelectric electrodes with a cable and a communication line.

При этом используется более термостойкий пьезокерамический материал, например ЦТС-21, с точкой Кюри более 400°С, а также более термостойкий кабель, например, АВКТС с предельной рабочей температурой 350°С, контактный элемент имеет размер 4×3,9×0,2 мм, изолятор между металлическими пластинками - слюда размером 8×4×0,6 мм.In this case, a more heat-resistant piezoceramic material, for example, TsTS-21, with a Curie point of more than 400 ° C, as well as a more heat-resistant cable, for example, AVKTS with a maximum operating temperature of 350 ° C, the contact element is 4 × 3.9 × 0 2 mm, the insulator between the metal plates is 8 × 4 × 0.6 mm mica.

В результате термостойкость датчиков изгибающего момента для высокотемпературных вихревых расходомеров в целом повышается до 330-350°С. Это позволит использовать вихревые расходомеры в системах активации нефтяных скважин с насыщенным паром и предельной температурой 330°С.As a result, the temperature resistance of bending moment sensors for high-temperature vortex flowmeters generally increases to 330-350 ° C. This will allow the use of vortex flowmeters in activation systems for oil wells with saturated steam and a maximum temperature of 330 ° C.

Контактные элементы представляют собой прямоугольные пластинки, вырезанные из листовой стали толщиной около 0.2 мм, цилиндрически изогнутые с образующей вдоль более длинной стороны прямоугольника. Концы кабеля привариваются к контактным элементам точечной сваркой. Друг от друга контактные элементы отделяются пластинкой изолятора (слюды). Размеры контактных элементов и толщина изолятора подбираются так, чтобы при их помещении внутрь пьезокерамического цилиндра боковые ребра контактных элементов плотно прижимались к образующим внутренней цилиндрической поверхности пьезоэлемента (фиг. 3-5).The contact elements are rectangular plates cut from sheet steel with a thickness of about 0.2 mm, cylindrically curved with a generatrix along the longer side of the rectangle. The ends of the cable are welded to the contact elements by spot welding. Contact elements are separated from each other by an insulator plate (mica). The dimensions of the contact elements and the thickness of the insulator are selected so that when they are placed inside the piezoceramic cylinder, the side ribs of the contact elements are tightly pressed against the generators of the inner cylindrical surface of the piezoelectric element (Fig. 3-5).

С помощью метода конечных элементов в рамках пакета программ ANSYS проведено моделирование датчика [3-5] и исследован вопрос о том, как отразится введение упругих контактных элементов на динамических свойствах датчика. Расчетная частотная характеристика коэффициента преобразования КП в широком диапазоне частот приведена на фиг. 6. Основные резонансные свойства датчика определяются изгибными колебаниями крыла. При длине крыла 16 мм основные моды резонансных колебаний соответствуют частотам 3.77, 13.32 и 20.98 кГц. Колебания упругого вкладыша проявляют себя в виде небольшого пика на частоте 10,02 кГц, на которой резонирует пластинка изолятора. Эта особенность, однако, никак не отражается на рабочих свойствах датчика, для которых существенна только первая резонансная частота 3.77 кГц: полоса рабочих частот датчика не должна превышать половины резонансной частоты, где изменения коэффициента преобразования остаются в пределах 25% от его низкочастотного значения 108 нКл/Н⋅м.Using the finite element method in the framework of the ANSYS software package, the sensor was modeled [3-5] and the question of how the introduction of elastic contact elements will affect the dynamic properties of the sensor is investigated. The calculated frequency response of the KP conversion coefficient in a wide frequency range is shown in FIG. 6. The main resonant properties of the sensor are determined by the bending vibrations of the wing. With a wing length of 16 mm, the main modes of resonant vibrations correspond to frequencies of 3.77, 13.32, and 20.98 kHz. The oscillations of the elastic insert manifest themselves in the form of a small peak at a frequency of 10.02 kHz, at which the insulator plate resonates. This feature, however, does not in any way affect the working properties of the sensor, for which only the first resonant frequency of 3.77 kHz is significant: the operating frequency band of the sensor should not exceed half the resonant frequency, where changes in the conversion coefficient remain within 25% of its low-frequency value of 108 nC / Nm

Даже при применении наиболее короткого крыла длиной 10 мм, когда частота первой моды колебаний достигает 7.26 кГц, она все равно остается ниже частоты резонансных колебаний пластинки изолятора, практически не зависящей от длины крыла. Таким образом, наличие вкладыша упругих контактных элементов не отражается на динамических характеристиках датчика.Even when using the shortest wing with a length of 10 mm, when the frequency of the first oscillation mode reaches 7.26 kHz, it still remains below the frequency of the resonant vibrations of the insulator plate, which is practically independent of the length of the wing. Thus, the presence of a liner of elastic contact elements does not affect the dynamic characteristics of the sensor.

Рассмотрим его статические прочностные характеристики. Ограничение температурного диапазона применимости датчика, кроме перечисленных выше факторов, обусловлено также различием коэффициентов линейного температурного расширения (КЛТР) материалов, из которых изготовлены различные элементы конструкции, в данном случае - пьезокерамики и материала корпуса. Вследствие различия КЛТР изменение температуры приводит к возникновению внутренних термических напряжений, которые могут, превышая пределы прочности материала, оказаться разрушительными. Как правило, КЛТР металла оказывается выше, чем у пьезокерамики. В рассматриваемой конструкции термические напряжения возникают в области склейки пьезокерамического цилиндра с металлическим корпусом. При этом важным параметром является точка сборки, т.е., та температура, при которой в процессе сборки датчика происходит полимеризация клея. В точке сборки термические напряжения близки к нулю. При нагревании выше точки сборки металл порождает в пьезокерамике растягивающие напряжения, при охлаждении - сжимающие. Прочность керамики относительно сжимающих напряжений на порядок превышает прочность относительно растягивающих напряжений, поэтому именно растягивающие напряжения определяют верхнюю температурную границу прочности изделия. В качестве материала корпуса датчика целесообразно использовать титановые сплавы, у которых КЛТР примерно вдвое ниже, чем у сталей, что существенно лучше согласуется с КЛТР керамики.Consider its static strength characteristics. The limitation of the temperature range of the applicability of the sensor, in addition to the factors listed above, is also due to the difference in the coefficients of linear thermal expansion (CTE) of the materials from which various structural elements are made, in this case, piezoceramics and body material. Due to the difference in CTE, a change in temperature leads to the appearance of internal thermal stresses, which, when exceeding the material strength limits, can be destructive. As a rule, the CTE of a metal is higher than that of piezoceramics. In this construction, thermal stresses arise in the area of gluing a piezoceramic cylinder with a metal casing. An important parameter is the assembly point, i.e., the temperature at which the adhesive polymerizes during the assembly of the sensor. At the assembly point, thermal stresses are close to zero. When heated above the assembly point, metal generates tensile stresses in piezoceramics, and compressive stresses when cooled. The strength of ceramics with respect to compressive stresses is an order of magnitude greater than the strength with respect to tensile stresses, therefore it is the tensile stresses that determine the upper temperature limit of the strength of the product. It is advisable to use titanium alloys as the material of the sensor case, in which the CTE is approximately half that of steel, which is much better consistent with the CTE of ceramics.

Расчеты термических напряжений для рассматриваемого датчика, изготовленного из титанового сплава ОТ4-1 и пьезокерамики ЦТС-83Г, показывают, что прочность пьезокерамики относительно растягивающих напряжений сохраняется до температуры, на 88°C превышающей температуру точки сборки.Calculations of thermal stresses for the considered sensor made of OT4-1 titanium alloy and TsTS-83G piezoceramics show that the strength of piezoelectric ceramics with respect to tensile stresses remains at a temperature 88 ° C higher than the temperature of the assembly point.

Внешнее гидростатическое давление, приложенное ко всей поверхности датчика, погруженной в контролируемую среду, приводит к дополнительным сжимающим напряжениям в пьезокерамике, которые частично компенсируют растягивающие термические напряжения и тем самым повышают высокотемпературную границу устойчивости датчика. Расчет показывает, что верхний температурный интервал работоспособности датчика ΔT=Tmax0, который при нулевом избыточном давлении равен 88°C, при давлении 10 МПа повышается до 126°C, при 50 МПа - до 155°C, при 30 МПа - до 184°C.External hydrostatic pressure applied to the entire surface of the sensor, immersed in a controlled environment, leads to additional compressive stresses in piezoceramics, which partially compensate for tensile thermal stresses and thereby increase the high-temperature stability limit of the sensor. The calculation shows that the upper temperature range of the sensor’s operability ΔT = T max -T 0 , which at zero overpressure is 88 ° C, at a pressure of 10 MPa rises to 126 ° C, at 50 MPa - up to 155 ° C, at 30 MPa - up to 184 ° C.

Введение в конструкцию датчика вкладыша с упругими контактными элементами не отражается на прочностных характеристиках датчика ввиду большой податливости пружинящих упругих элементов. Кроме того, контактные элементы, упираясь в электроды внутренней стенки пьезокерамического цилиндра, удерживаются лишь силами упругости и трения, и при возникновении рассогласования термических деформаций могут проскальзывать вдоль стенки, не приводя к значимым дополнительным напряжениям. Таким образом, наличие вкладыша с упругими контактными элементами не ухудшает рабочих качеств датчика.Introduction to the design of the sensor liner with elastic contact elements does not affect the strength characteristics of the sensor due to the great flexibility of springy elastic elements. In addition, the contact elements, abutting against the electrodes of the inner wall of the piezoceramic cylinder, are held only by the forces of elasticity and friction, and if thermal mismatch occurs, they can slip along the wall without leading to significant additional stresses. Thus, the presence of a liner with elastic contact elements does not impair the performance of the sensor.

Технический результат: повышение верхней границы рабочего температурного диапазона, не ограничиваемого термостойкостью припоя.Effect: increase the upper limit of the operating temperature range, not limited by the heat resistance of solder.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

- на фиг. 1 показана схема вихревого расходомера с датчиком изгибающего момента: 1 - трубопровод, 2 - тело обтекания, 3 - датчик, 4 - штуцер, 5 - прокладки.- in FIG. 1 shows a diagram of a vortex flowmeter with a bending moment sensor: 1 - pipe, 2 - flow body, 3 - sensor, 4 - fitting, 5 - gaskets.

- На фиг. 2 показана конструкция датчика изгибающего момента тип 108 (прообраз): 1 - корпус, 2 - пьезоэлемент, 3 - токосъемник, 4 - ниппель, 5 - кабель, 6 - наружная пластина (крыло), 7 - направляющие, обеспечивающие требуемую ориентацию датчика в трубопроводе.- In FIG. 2 shows the design of a bending moment sensor type 108 (prototype): 1 - body, 2 - piezoelectric element, 3 - current collector, 4 - nipple, 5 - cable, 6 - outer plate (wing), 7 - guides providing the required orientation of the sensor in the pipeline .

- На фиг. 3 показан датчик изгибающего момента в разрезе по плоскости симметрии: а - прежняя модель датчика с проводниками, припаянными к электродам пьезоэлемента; б - модель с вкладышем из упругих контактных элементов с приваренными проводниками.- In FIG. Figure 3 shows a bending moment sensor in a section along the plane of symmetry: a - the old model of the sensor with conductors soldered to the electrodes of the piezoelectric element; b - model with a liner of elastic contact elements with welded conductors.

- На фиг. 4 показан рабочий узел датчика с вкладышем из упругих контактных элементов: 1 - пьезоэлемент; 2, 3 - упругие контактные элементы; 4 - изолятор; 5 - проводники кабеля.- In FIG. 4 shows the working node of the sensor with a liner of elastic contact elements: 1 - a piezoelectric element; 2, 3 - elastic contact elements; 4 - insulator; 5 - cable conductors.

- На фиг. 5 показан рабочий узел датчика с вкладышем из упругих контактных элементов, вид сверху.- In FIG. 5 shows the working node of the sensor with a liner of elastic contact elements, top view.

- На фиг. 6 показана расчетная частотная характеристика коэффициента преобразования датчика в широком диапазоне частот.- In FIG. Figure 6 shows the calculated frequency response of the sensor conversion coefficient over a wide frequency range.

Из приведенных материалов видно, что предложенное техническое решение обеспечивает повышение температурной границы работоспособности устройства за счет применения контактных элементов, прижимаемых к электродам пьезоэлемента силами упругости.From the above materials it can be seen that the proposed technical solution provides an increase in the temperature limit of the device’s operability due to the use of contact elements pressed to the piezoelectric electrodes by elastic forces.

Источники информацииInformation sources

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1975, 776 с.1. Kremlin P.P. Flow meters and quantity counters. 3rd ed., Revised. and add. L .: Engineering, 1975, 776 p.

2. Богуш М.В. Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации // Пьезоэлектрическое приборостроение: Сборник. В 3 т. Т. 3. Ростов н/Д: Издательство СКНЦ ВШ, 2006, 346 с.2. Bogush M.V. Piezoelectric sensors for extreme operating conditions // Piezoelectric instrumentation: Collection. In 3 t. T. 3. Rostov n / A: Publishing House SKNTs VSh, 2006, 346 p.

3. Богуш М.В., Пикалев Э.М. Проектирование пьезоэлектрических датчиков изгибающего момента для вихревых расходомеров газа и пара // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2008, №3.3. Bogush M.V., Pikalev E.M. Designing piezoelectric bending moment sensors for vortex gas and vapor flow meters // Devices and Systems. Management, control, diagnostics, 2008, No. 3.

4. Богуш М.В., Пикалев Э.М. Оценка допустимых условий эксплуатации пьезоэлектрических датчиков изгибающего момента для вихревых расходомеров газа и пара // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2008, №5, с. 50-54.4. Bogush M.V., Pikalev E.M. Estimation of permissible operating conditions for piezoelectric bending moment sensors for vortex gas and vapor flow meters // News of higher educational institutions. North Caucasus region. Technical science. 2008, No. 5, p. 50-54.

5. Богуш М.В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электроупругих моделей // Пьезоэлектрическое приборостроение. Т. IX. Техносфера, М., 2014, 312 с.5. Bogush M.V. Designing piezoelectric sensors based on spatial electroelastic models // Piezoelectric instrument making. T. IX. Technosphere, M., 2014, 312 p.

Claims (1)

Датчик изгибающего момента для вихревых расходомеров газа или пара, устанавливаемый в трубопроводе за телом обтекания, порождающим в потоке газа или пара цепочку вихрей, частота которых пропорциональна скорости потока газа или пара, имеющий наружную пластину, прикрепленную к торцу цилиндрического корпуса, воспринимающую переменный изгибающий момент силы давления со стороны вихрей и вызывающую переменные деформации корпуса, и пьезоэлектрический элемент в виде полого цилиндра из пьезоэлектрической керамики, поляризованной в радиальном направлении, установленный в полости корпуса и жестко связанный с ним, причем наружная цилиндрическая поверхность пьезоэлемента покрыта сплошным электродом, а на внутренней поверхности электрод разрезан на две части вдоль образующей по плоскости, совпадающей с плоскостью наружной пластины, благодаря чему между внутренними электродами возникает переменный электрический сигнал с частотой вихреобразования, пропорциональной скорости потока, снимаемый посредством кабеля, сигнальные проводники которого соединены с внутренними электродами пьезоэлемента, отличающийся тем, что с целью повышения границы рабочего диапазона температур во внутреннюю полость пьезоэлемента введены контактные элементы в виде двух цилиндрически изогнутых металлических пластинок, предварительно сваренных с проводниками кабеля, отделенных друг от друга пластинкой изолятора, прижимаемых к внутренним электродам пьезоэлемента силами упругости, обеспечивающими электрический контакт электродов пьезоэлемента с линией связи.A bending moment sensor for vortex gas or steam flow meters, installed in the pipeline behind a flow body that generates a chain of vortices in the gas or vapor stream, the frequency of which is proportional to the gas or vapor flow rate, having an outer plate attached to the end face of the cylindrical body, which receives an alternating bending moment of force pressure from the vortices and causing variable deformations of the housing, and a piezoelectric element in the form of a hollow cylinder made of piezoelectric ceramics polarized in radially m direction installed in the cavity of the housing and rigidly connected with it, the outer cylindrical surface of the piezoelectric element is covered with a solid electrode, and on the inner surface of the electrode is cut into two parts along the generatrix along a plane coinciding with the plane of the outer plate, so that between the internal electrodes there is an alternating electric a signal with a vortex frequency proportional to the flow rate, taken by means of a cable, the signal conductors of which are connected to internal odes of a piezoelectric element, characterized in that in order to increase the boundary of the operating temperature range, contact elements are introduced into the inner cavity of the piezoelectric element in the form of two cylindrically curved metal plates pre-welded with cable conductors separated from each other by an insulator plate, pressed against the internal electrodes of the piezoelectric element by elastic forces, providing electrical contact of the electrodes of the piezoelectric element with a communication line.
RU2015138071A 2015-09-07 2015-09-07 Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters RU2608331C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015138071A RU2608331C1 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015138071A RU2608331C1 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2608331C1 true RU2608331C1 (en) 2017-01-17

Family

ID=58455886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015138071A RU2608331C1 (en) 2015-09-07 2015-09-07 Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2608331C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2709430C1 (en) * 2019-05-30 2019-12-17 Закрытое акционерное общество "Электронные и механические измерительные системы" (ЗАО "ЭМИС") Bending moment sensor for vortex flowmeters
RU2737074C1 (en) * 2020-03-19 2020-11-24 Общество с ограниченной ответственностью "СЭНСОПРИБОР" High-temperature bending moment sensor for vortex flowmeters
RU201794U1 (en) * 2020-07-07 2021-01-13 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Flow meter
RU2765898C2 (en) * 2020-04-15 2022-02-04 Общество с ограниченной ответственностью "СЭНСОПРИБОР" Bending moment sensor for high-temperature vortex flowmeters
RU2766105C2 (en) * 2020-04-15 2022-02-07 Общество с ограниченной ответственностью «СЭНСОПРИБОР» High-temperature bending moment sensor for vortex flowmeters
RU2771011C1 (en) * 2021-08-26 2022-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "СЭНСОПРИБОР" High temperature sensor for vortex flowmeters
RU212596U1 (en) * 2022-01-14 2022-07-29 Закрытое акционерное общество "Электронные и механические измерительные системы" (ЗАО "ЭМИС") Bending moment sensor
EP3884243B1 (en) * 2018-12-24 2023-11-22 Micro Motion Inc. Dual sensor vortex flowmeter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3972232A (en) * 1974-04-24 1976-08-03 The Foxboro Company Vortex flow meter apparatus
RU2219501C2 (en) * 2002-02-20 2003-12-20 Козлов Сергей Павлович Vortex flowmeter ( variants )
RU2003122795A (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Открытое акционерное общество Чел бинский завод "ТЕПЛОПРИБОР" (RU) VORTEX FLOW METER CONVERTER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3972232A (en) * 1974-04-24 1976-08-03 The Foxboro Company Vortex flow meter apparatus
RU2219501C2 (en) * 2002-02-20 2003-12-20 Козлов Сергей Павлович Vortex flowmeter ( variants )
RU2003122795A (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Открытое акционерное общество Чел бинский завод "ТЕПЛОПРИБОР" (RU) VORTEX FLOW METER CONVERTER

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Богуш М.В. Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации // Пьезоэлектрическое приборостроение: Сборник. В 3 т. Т. 3. Ростов н/Д: Издательство СКНЦ ВШ, 2006. 346 с.. *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3884243B1 (en) * 2018-12-24 2023-11-22 Micro Motion Inc. Dual sensor vortex flowmeter
RU2709430C1 (en) * 2019-05-30 2019-12-17 Закрытое акционерное общество "Электронные и механические измерительные системы" (ЗАО "ЭМИС") Bending moment sensor for vortex flowmeters
RU2737074C1 (en) * 2020-03-19 2020-11-24 Общество с ограниченной ответственностью "СЭНСОПРИБОР" High-temperature bending moment sensor for vortex flowmeters
RU2765898C2 (en) * 2020-04-15 2022-02-04 Общество с ограниченной ответственностью "СЭНСОПРИБОР" Bending moment sensor for high-temperature vortex flowmeters
RU2766105C2 (en) * 2020-04-15 2022-02-07 Общество с ограниченной ответственностью «СЭНСОПРИБОР» High-temperature bending moment sensor for vortex flowmeters
RU201794U1 (en) * 2020-07-07 2021-01-13 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Flow meter
RU2771011C1 (en) * 2021-08-26 2022-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "СЭНСОПРИБОР" High temperature sensor for vortex flowmeters
RU212596U1 (en) * 2022-01-14 2022-07-29 Закрытое акционерное общество "Электронные и механические измерительные системы" (ЗАО "ЭМИС") Bending moment sensor
RU218160U1 (en) * 2023-02-21 2023-05-15 Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" PIEZOELECTRIC VORTEX DETECTOR
RU228528U1 (en) * 2024-04-17 2024-09-02 Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" PIEZOELECTRIC VORTEX DETECTOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2608331C1 (en) Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters
EP2356419B1 (en) Method and apparatus for pressure measurement using fill tube
JP2019511713A (en) Sensor assembly for sensor, and sensor and measurement system formed with the same
EP3719452B1 (en) Transducer for ultrasonic flow meter
RU2688876C2 (en) Asymmetric bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters
CA2980072C (en) Transducer mini-horn array for ultrasonic flow meter
US10365194B2 (en) High temperature densitometer device and steam quality measurement method and device
JP2018517914A (en) Corrosion time profile measuring device
Berson et al. On the use of hot-wire anemometry in pulsating flows. A comment on ‘A critical review on advanced velocity measurement techniques in pulsating flows’
RU169441U1 (en) VIBRATION DEVICE FOR DETERMINING ENVIRONMENTAL PARAMETERS
KR101431461B1 (en) Flowmeter using bimorph
US3320808A (en) Apparatus and method for acoustic instrumentation
US9625338B2 (en) Passive pressure sensing using sensor with resonator having bridged ends
Leo et al. Wireless sensing using acoustic signals for measurement of dynamic pressure and temperature in harsh environment
Reichel et al. A novel micromachined liquid property sensor utilizing a doubly clamped vibrating beam
US9625339B2 (en) Passive pressure sensing using sensor with disk resonator
RU2765898C2 (en) Bending moment sensor for high-temperature vortex flowmeters
JPS6032808B2 (en) Flow velocity flow measuring device
RU2241960C1 (en) Vortex flowmeter converter
Creighton et al. Temperature compensated toroidal centripetal flowmeter
JPS6032809B2 (en) Flow velocity flow measuring device
JPS584967B2 (en) Flow velocity flow measuring device
JP2023037141A (en) Karman vortex type flowmeter
JPH0554892B2 (en)
JPH11248501A (en) Vortex flowmeter

Legal Events

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

Effective date: 20180908

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200312