Пленочно-пузырьковый расходомер Советский патент 1991 года по МПК G01F1/42 

1

(6) 1539535

(21)4627415/10

(22)28.12.88

(46) 28,02.91. Бюл„ № 8

(71)Московский институт электронной техники

(72)Н„Д,Дубовой, В.Ф.Илясов и АоЮ. Лукичев

(53)681.121(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1539535, кло G 01 F 1/42, 1986.

(54)ПЛЕНОЧНО-ПУЗЫРЬКОВЫЙ РАСХОДОМЕР

(57)Изобретение относится к измерениям малых расходов. Целью изобретения является повышение точности измерения расхода газа и повышение надежности расходомера. Измеряемый газ по трубке 7 поступает в резервуар 1. Расход газа измеряется циклически по скорости движения пленки по бюретке 3. В процессе движения пленок по бюретке 3 на ее внутренней поверхности осаждается слой поверхностно-активного вещества. Если этот слой достаточно равномерен и не имеет разрывов, то результаты измерения расхода можно считать достоверными, при этом слой поверхностно-активного вещества обладает проводящими свойствами и замыкает цепь между кольцевыми электродами 9 и 10. Наличие компенсационного электрода 16, измерителя 11 тока, масштабного блока 13 позволяет повысить точность измерения в случае разрыва пленки или уменьшения ее площади из-за осаждения на стенках бюретки поверхностно- активного вещества. 1 ил.

(Л

ла

05

со

с оо

СЛ

Изобретение относится к измерению малых расходов газа в технологических процессах микроэлектронной промышленности при калибровке и поверке тепловых расходомеров и является дополнительным к авт.св. № 1539535. Целью изобретения является повышение точности измерения расхода газа и повышение надежности работы расходомера.

На чертеже представлена блок-схема пленочно-пузырькового расходомера.

Пленочно-пузырьковый расходомер содержит резервуар 1 и емкость 2, сообщающиеся между собой, частично заполненные раствором поверхностно-активного вещества. В резервуаре 1 вертикально установлена бюретка 3 со шкалой 4, а в емкости 2 расположен поршень 5, взаимодействующий с приводом 6 возвратно-поступательного движения.

Поршень 5 выполнен в виде стакана и заполнен жидкостью. К воздушной полости резервуара I подсоединены газоподводящая трубка 7 и один конец обводной трубки 8, другой конец которой расположен в полости поршня

Первый кольцевой электрод 9 размещен во внутренней полости измерительной бюретки 3 у ее нижнего торца, закреплен по ее внутреннему периметру и соединен с общей шиной расходомера, второй кольцевой электрод 10 размещен во внутренней прлос ти измерительной бюретки 3 у ее верхнего торца и закреплен по ее внутреннему периметру и соединен с пер- вым входом измерителя II тока. Второй вход измерителя 11 тока подключен к выходу первого источника 12 постоянного напряжения, связанного с общей шиной расходомера. Выход изме- рителя II тока через последовательно соединенные масштабный блок 13 и управляемый генератор 14 тока подключен к первому входу индикатора 15, компенсационному электроду 16, вве- денному в полость резервуара 1, заполненную раствором поверхностно- активного вещества через проходной изолятор 17, и к первому входу компаратора 18, второй вход которого подключен к выходу второго источника 19 тока постоянного напряжения. Выход компаратора 18 подключен к второму входу индикатора 45.

- 5

5

Пленочно-пузырьковый расходомер работает следующим образом.

Измеряемый газ по газоподводящей трубке 7 поступает в резервуар 1. Расход газа измеряется циклически по скорости движения пленки по бюрет ке Зо

В начале цикла поршень 5 находится в верхнем положении. При этом уровень раствора поверхностно-активного вещества в резервуаре 1 находится ниже нижнего торца бюретки 3. Затем при включении привода 6 поршень 5 опускается в нижнее положение, вытесняя часть раствора из емкости 2 в резервуар 1„ При этом уровень раствора в резервуаре 1 становится выше нижнего торца бюретки 3. При опускании поршня 5 вместе с ним опускается налитая в нем жидкость. Количество этой жидкости выбирается таким, чтобы при переходе поршня 5 из верхнего положения в нижнее торец обводной трубки 8 открывался. Газ, поступающий в резервуар 1 по газоподводящей трубке 7, свободно выходит в атмосферу через обводную трубку 8.

В дальнейшем поршень 5 возвращается в верхнее положение, уровень раствора понижается, а на нижнем торце бюретки 3 задерживается часть раствора в виде пленки за счет сил nor верхностного натяжения. При этом масса раствора, содержащегося в пленке, зависит только от диаметра бюретки 3 и свойств раствора

После перехода поршня 5 в верхнее положение конец свободной трубки 8 оказывается погруженным в жидкость. Газ по обводной трубке 8 не течет. Под действием потока газа начинает перемещаться пленка в бюретке 3, которая имеет постоянное по длине сечение, поэтому скорость перемещения пленки пропорциональна расходу газа,, Отсчет скорости перемещения пленки производится визуально по шкале 4 или с помощью электронно- оптических датчиков, которые могут располагаться по длине бюретки.

В процессе движения пленок по бюретке 3 на внутренней поверхности последней осаждается слой поверхностно-активного вещества. Если этот слой достаточно равномерен и не имеет разрывов, то результаты измерения расхода можно считать достоверными. При этом слой поверхностно-активного

, 51631285

вещества на внутренней поверхности

обладает проводящими свойстмежду первым 9 и вторым 10 ыми электродами возникает элек-, ая цепь, В данной цепи под ем напряжения I первого ис12 постоянного напряжения возток, регистрируемый измеритетока, равныйЮ

У 17Uj4

R г

(1)

П Н Lnp So + Г

- сопротивление пленки поверхностно-активного вещества между первым 9 и вторым 10 кольцевыми электродами; внутреннее сопротивление измерителя тока 1I; удельное сопротивление раствора поверхностно-активного вещества;

расстояние между первым и вторым кольцевыми электродами;

площадь сечения пленки поверхностно-активного вещества, покрывающей внутреннюю

15

20

25

25 15, где индицируется (например, стрелочным или цифровым вольтметром и т.п. как значение площади сечения слоя поверхностно-активного вещества, покрывающего внутреннюю поверхность

поверхность бюретки. Выходной сигнал измерителя II тока через масштабный блок 13 с коэффициен-30 бюретки, Расход измеренного газа том передачи поступает на вход управ- определяется как произведение скоросляемого генератора 4 тока. Таким образом, выходной ток управляемого генератора 14

П1

(2)

Данный ток протекает по компенсационному электроду 16 и через раствор поверхностно-активного вещества, замыкаясь через электропроводной резервуар на общую шину расходомера. Падение напряжения, вызванное данным током, равно

UD- ljx R-о- /i

Р

Р

44 р Х/Н Р де Rn - сопротивление поверхьистноактивного вещества между компенсационным электродом и резервуаром;

удельное сопротивление раствора поверхностно-активного вещества; - коэффициент, определяемый

формой и площадью поверхности компенсационного электро- да 16.

Подставив значение тока i из равнения (1) и (2)и значение тока из (2) и (3), получим тт - .

Urt -7 л ,-i- i

Р W р s

и

(4)

, Ю

Условием технической реализации является выбор измерителя тока с малым внутренним сопротивлением, чтобы выполнялось условие Lr, P

S

П

и выбор коэффициента К в соответствии с уравнением с

При построении пленочно-пузырько- вого расходомера в соответствии с данными условиями технической реализации уравнение (4) преобразуется к виду

UP П

(5)

из чего следует, что падение напряжения на компенсационном электроде пропорционально площади поперечного сечения слоя поверхностно-активного

вещества на внутренней поверхности бюретки. Сигнал Up, пропорциональный площади поперечного сечения слоя поверхностно-активного вещества, поступает на первый вход индикатора

15, где индицируется (например, стрелочным или цифровым вольтметром и т.п.) как значение площади сечения слоя поверхностно-активного вещества, покрывающего внутреннюю поверхность

бюретки, Расход измеренного газа определяется как произведение скорос5

0

ти V перемещения пленки в бюретке на площадь внутреннего поперечного сечения бюретки Sj- за вычетом площади S поперечного сечения слоя поверхностно-активного вещества на внутренней поверхности бюретки, т.е. Q V (SЈ- Sn).(6)

Величина скорости перемещения пленки V определяется в процессе измерения расхода, таким образом,значение расхода, определенное по формуле (6), не содержит погрешности измерения, связанной с уменьшением внут5 реннего сечения бюретки 3, за счет образования на ее внутренней поверхности пленки поверхностно-активного вещества, поэтому при работе пленоч- но-пузырькового расходомера вследст0 вие получения информации о значении величины S возрастает точность измерения за счет компенсации влияния уменьшения площади поперечного сечения бюретки в результате осаждения на ее внутренней поверхности слоя поверхностно-активного вещества.

Кроме того, падение напряжения на компенсационном электроде 16

равнивается в компараторе 18 с выходным-сигналом второго источника 19) UАд постоянного напряжения. Как слеует из формулы (5), падение напря- j жения пропорционально площади поперечного сечения пленки 8И При уменьшении значения площади S м за счет испарения пленки или в начале работы расходомера величина Up tO уменьшается. Поэтому при разрыве

пленки или при снижении площади ее поперечного сечения ниже допустимого значения падение -напряжения становится меньше задаваемого значения выход- 15 ного напряжения второго источника 19 постоянного напряжения. При этом выходной сигнал компаратора 18 принимает значение логической 1. Уровень 1 с компаратора 18 поступает на второй вход индикатора 15 и дает информацию (через лампочку, светодиод, звуковой сигнал и т.п.) о недостаточной смоченности или разрыве пленки, покрывающей внутреннюю поверхность бюретки 3. Обладая такой информацией, пользователь может в любой момент принять меры к восстановлению требуемой толщины слоя смачивания, т.е. произвести дополнительное увлаж- 30 нение (смачивание) внутренней поверхности бюретки 3, а следовательно, исключить разрыв (лопание) движущейся

20

25

0

0

5

пленки и тем самым повысить надежность работы расходомера. Формула изобретения

Пленочно-пузырьковый расходомер по авт.св. № 1539535, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы расходомера, во внутреннюю полость бюретки у ее нижнего и верхнего торцов введены соответственно первый и второй кольцевые электроды, размещенные по ее периметру, причем первый кольцевой электрод соединен с общей шиной расходомера, а второй с первым входом измерителя тока, второй вход которого соединен с выходом первого источника постоянного напряжения, вход которого подключен к общей шине расходомера, выход измерителя тока через последовательно включенные масштабный блок и управляемый генератор тока подключен к первому входу индикатора, компенсационному электроду, введенному через проходной изолятор в полость резервуара, заполненную раствором поверхностно-активного вещества, и к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к второму входу индикатора, причем бюретка выполнена из электроизоляционного, а резервуар из электропроводного материала.