РАСХОДОМЕР Российский патент 2025 года по МПК G01F1/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей и газов

Известен расходомер, измеряющий расход протекающей среды по деформации упругого элемента (УЭ), например диафрагмы [1]. При этом деформация УЭ воспринимается тензорезистором (TP). Такие расходомеры обладают малым выходным сигналом и зависимостью от температуры, так как используется не полностью активный мост ТР.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является расходомер, описанный в [2]. В нем УЭ выполнен из полупроводниковой мембраны, состоящей из двух частей: центральной, воспринимающей давление среды, и периферийной, разделенной С-образной щелью, на перемычке между этими частями расположен мост полупроводниковых ТР. Этот расходомер можно считать перспективным, если будут устранены присущие ему недостатки: УЭ создает большое сопротивление потоку и снижает его скорость; требуется защита моста TP и электрической схемы в случае агрессивной среды; вязкая среда будет налипать на мембрану и может залепить щель С, что приведет к разрушению мембраны и расходомера; этот прибор может быть использован для измерения малых расходов, так как мембрана и мост TP должны изготавливаться по планарной технологии, и, исходя из стоимости пластин кремния, мембрана по площади не должна превышать 100 мм².

Целями изобретения является устранение указанных недостатков, а именно электрическая часть прибора не должна находиться в среде трубопровода, в этом случае реализуется возможность измерения расхода любых сред; измерительный щуп (в нашем случае - силопередающий рычаг + силоприемный пробник) должен создавать минимальное сопротивление потоку среды; расходомер, при соответствующих размерах мембраны, рычага и пробника, может быть разработан для измерения любых расходов (больших, средних и малых); предлагаемая конструкция должна быть ремонтопригодной и легкозаменимой при израсходовании ресурса расходомера или приближении срока его переаттестации.

Поставленные цели достигаются тем, что в расходомере, содержащем корпус, внутри которого расположен мембранный УЭ с мостом TP, на корпусе, с наружной стороны, изготовлена резьба и шестигранная гайка для установки датчика на трубопроводе, а изгибающий момент на мембрану передается через рычаг, который оканчивается силоприемным пробником, выполненным из фторопласта в форме круга, и при установке расходомера в трубопроводе пробник должен располагаться в его центре перпендикулярно потоку среды. А также тем, что для этого на гайке корпуса изготовлены две риски, расположенные по одной оси, совпадающей с осью изгиба мембраны О-О', перпендикулярно продольным осям четырех TP, и продольная ось рисок совпадает с плоскостью пробника. И тем, что продольные оси TP расположены перпендикулярно оси изгиба мембраны, a TP от нее расположены на расстоянии на 0,5 мм большем d/2, где d - диаметр рычага; TP также расположены симметрично относительно оси С-С', перпендикулярной оси О-О', на расстоянии 0,5 мм от нее, при этом два TP, подверженные растяжению, и два TP - сжатию, последовательно чередуясь между собой, с помощью межсоединений и четырех контактных площадок объединены в монолитный мост.

На Фиг. 1 показан продольный разрез трубопровода с установленным на нем расходомером и эпюра распределения скоростей потока по его диаметру: максимальные скорость и давление среды - в центре трубопровода. На Фиг. 2 - вид трубопровода по стрелке А и расположение в нем рычага и пробника в форме круга. Изготовление пробника из фторопласта позволяет минимизировать налипания на нем продукта среды. На Фиг. 3 - схема расположения моста TP на мембране; знаком (+) отмечены TP, у которых R увеличивается, знаком (-), у которых R уменьшается. На Фиг. 4 - гайка корпуса с двумя рисками. На Фиг. 5 - электрическая схема моста ТР.

Обозначения, принятые на фигурах: 1 - трубопровод; 2 - корпус расходомера с резьбой и шестигранной гайкой с двумя рисками; 3 - мембрана; 4 - рычаг; 5 - силоприемный пробник; 6 - монолитный мост из четырех TP - R₁, R₂, R₃, R₄; 7 - резиновая прокладка; 8 - микрокабель; 9 - гайка корпуса с двумя рисками; 10 - продольные оси четырех TP; d - диаметр рычага; - длина рычага; d1 - диаметр пробника; D - внутренний диаметр трубопровода; Vmax - максимальная скорость потока; (1-3) - клеммы питания моста TP; (2-4) - клеммы для измерения сигнала.

Расходомер работает следующим образом: давление среды “р”, воздействуя на пробник 5, преобразуется в силу F, которая прикладывается к рычагу 4, формируя изгибающий момент М_и=F× . Момент М_и прикладывается к мембране, деформируя ее и мост TP, при этом два TP растягиваются, а два других TP сжимаются. При подаче на вход моста (1-3) напряжения питания на выходе моста (2-4) формируется выходной сигнал, пропорциональный измеряемому расходу.

Предлагаемая конструкция датчика позволяет измерять любые расходы в различных средах; малые размеры щупа не создают помех потоку среды; расходомер при необходимости легкозаменим и ремонтопригоден.

Источники информации, принятые при экспертизе:

1. Левин В.М. Расходомеры малых расходов. М., 1972, с. 55.

2. Авт. св. СССР №647535. М. Кл. G01F 1/36, БИ №6, 15.02.79.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для создания универсальных по возможностям датчиков расхода. Расходомер содержит корпус с резьбой и шестигранную гайку, мембранный упругий элемент с монолитным мостом тензорезисторов R1, R2, R3, R4, рычаг, соединенный с мембраной и оканчивающийся пробником в форме круга из фторопласта. Пары тензорезисторов R1, R3 и R2, R4 расположены попарно симметрично, перпендикулярно оси симметрии мембраны О-O' на расстоянии на 0,5 мм больше проекции d/2, где d - диаметр рычага; а пары R1, R4 и R2, R3 расположены попарно симметрично относительно оси симметрии мембраны С-С' на расстоянии 0,5 мм от нее. Тензорезисторы, чередуясь, с помощью межсоединений и четырех контактных площадок объединены между собой в мост Уитстона. Технический результат - возможность измерения расхода любых сред, реализация ремонтопригодной и легкозаменимой конструкции и минимизация налипания продукта среды на пробнике. 5 ил.

Расходомер, содержащий корпус с резьбой и шестигранную гайку, мембранный упругий элемент с монолитным мостом тензорезисторов R1, R2, R3, R4, рычаг, соединенный с мембраной и оканчивающийся пробником в форме круга из фторопласта, отличающийся тем, что пары тензорезисторов R1, R3 и R2, R4 расположены попарно симметрично, перпендикулярно оси симметрии мембраны О-O' на расстоянии на 0,5 мм больше проекции d/2, где d - диаметр рычага; а пары R1, R4 и R2, R3 расположены попарно симметрично относительно оси симметрии мембраны С-С' на расстоянии 0,5 мм от нее, при этом тензорезисторы, чередуясь, с помощью межсоединений и четырех контактных площадок объединены между собой в мост Уитстона.