Устройство для измерения давления веществ в трубопроводе и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к измеритель- ной технике и может быть использовано в устройствах для измерения давления жидких и газообразных веществ в трубопроводах.

Известно устройство для измерения давления веществ в трубопроводе, содержащее плоский срез боковой стенки трубопровода, служащий одним из электродов емкостного преобразователя, и расположенную на плоском срезе электрически изолированную от нее металлическую пластину, служащую вторым электродом емкостного преобразователя.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения, обь- ясняемая значительной нелинейной зависимостью измерения емкости от измеряемого давления вследствие неплоскопа- раллельной деформации трубопровода в

области среза. Технологичность известного устройства также весьма невысока вследствие очень жестких требований к качеству обработки среза и металлической пластины, т.к. для получения более или менее прием- л м-Ш Гётрологических характеристик не- обходим рбрабатывать срез и пластину до мйн;й йа М н оьвШзмбжн ой шероховатости, для Йс гТЙл й у ё Гся доводка и полирова- ни|г W-.. ;

Недостатком известного устройства является также сравнительно низкая надежность, связанная с тем; что один из электродов емкостного преобразователя, а именно плоский срез, является непосредственным элементом трубопровода, а следо- вательно, один из электродов емкостного преобразователя электрически связан с трубопроводом. Для трубопроводов с взры- во- и огнеопасными веществами подача на- п ряжен и я, необходимого для

осуществления преобразования ёмкости в электрический сигнал, приводит к появлению |1ЬжаровзрыврЬпасной Ситуаций. Кро- тб г о, непосредственная подача напряжения, необходимого для преобразованмя ем кб сти е электрический сигнал, приводит к дополнительному ухудшению

о.ч н ости п рео б раз о в а ния веледствие вл ия - нйя электрических наводок в трубопроводе, возникающих в процессе выполнения им своих фун кц ий в составе изделия .

Известен способ.изготовления устройства для измерения давления в трубопроводе, заключающийся в формировании плоского среза на боковой поверхности тру- бопрбвЪда и закреплений на срезе металлической .пластины, электрически изолированной от трубопровода.

Недостатком известного способа изготовления является невозможность изготовления устройства с требуемыми точностью, ехнологичностью и надежностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является устройство для измерения давления веществ в трубопроводе, содержащее рабочий и компенсационно конденсаторы, образованные кольцеобразными электродами, охватывающими с зазором трубопровод и размещенный коаксиально электродам общий экран.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения,объясняемая значительной нелинейной зависимостью изменения емкости от изме- ряемого-давления вследствие некоаксиального перемещения от измеряемого давления части трубопровода, являющегося одним из электродов емкостных преобразователей. Технологичность известного устройства также весьма невысока вследствие сложности сборки и обеспечения требуемых межэлектродных зазоров. Недостатком известного устройства является также сравнительно низкая надежность, связанная с тем, что в качестве одного из электродов емкостных преобразователей используется непосредственно трубопровод. Для

трубопроводов с взрыво- и огнеопасными

веществами подача напряжения, необходимого для осуществления преобразования емкости в электрический сигнал, приводит к появлению пожаровзрывоопасной ситуации, что снижает надежность. Кроме того, непосредственная подача напряжения, необходимого для преобразования емкости в Электрический сигнал, приводит к дополнительному ухудшению точности и снижению

надежности измерений вследствие влияния электрических наводок в трубопроводе, возникающих в процессе выполнения ими своих функций в составе изделия.

Сравнительная Низкая точность измерения и надежнрсть известной конструкций объясняется также сравнительно большими величинами межэлектродных зазоров. Вследствие этого начальные емкости электродов весьма малы, а погрешность измерения в связи с этим довольно велика. Для

обеспечения более или менее приемлемого значения модуляции емкости (для повышения точности измерения) в известной конструкции необходимо обеспечить довольно

значительные деформации трубопровода под воздействием измеряемого давления, что дополнительно снижает надежность. Кроме того, сравнительно низкая точность и надежность известного устройства объясня- ется воздействием окружающей среды на емкость электродов вследствие зависимости диэлектрической проницаемости межэлектродного зазора, от параметров окружающей среды: давления, температуры

и влажности, а также вследствие различной степени коррозии отдельных электродов, которая не компенсируется в известном устройстве.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу изготовления является способ изготовления устройства для измерения давления веществ в трубопроводе, заключающийся в закреплении с зазором относительно трубопровода кольцеобразных электродов рабочего и компенсационного конденсаторов. Недостатком известного способа изготовления является невозможность изготовления устройства с требуемой точностью, технологичностью и надежностью.

Изобретение направлено на повышение точности, технологичности и надежности.

Согласно изобретению в устройстве для измерения давления веществ в трубопрово- де, содержащем рабочий и компенсацион- ный. ..-конденсаторы, образованные кольцеобразными электродами, охватывающими с зазором трубопровод и размещенный коаксиально электродам .общий экран, на внешней поверхности трубопровода в.ы- полнены два одинаковых кольцевых паза и три кольцевых утолщения, на которых жесткой закреплена диэлектрическая пленка с расположенными в областях кольцевых утолщений электродами, коаксиально кото- рым с зазором относительно.них закреплена на введенных в устройство кольцевых прокладках, установленных на периферийных утолщениях., электрически изолированная от электродов и трубопровода введенная в устройство втулка из токопро- врдящего материала, а экран герметично соединен с трубопроводом и введенной в устройство гермоколодкой, герметично соединенной с трубопроводом, причем электрод рабочего конденсатора р азмещен в : области центрального утолщения, а элект- род компенсационного конденсатора - в областях периферийных утолщений-. . /

.Кроме того, согласно изобретению, в способе изготовления устройства для измерения давления веществ в трубопроводе, заключающемся в закреплении с зазором относительно трубопровода кольцеобраз-; ных электродов рабочего и компенсационного конденсаторов, формируют электроды рабочего и компенсационного конденсаторов на гибком диэлектрике, закрепляют диэлектрик с электродами на трубопроводе, устанавливают кольцевые прокладки, выполняют втулку из упругого материала с разрезом по образующей и внутренним диаметром, меньшим наружного диаметра кольцевых прокладок, надевают втулку на кольцевые прокладки и закрепляют ее на них.

Выполнение на внешней поверхности трубопровода двух одинаковых пазов и трех кольцевых утолщений позволяет повысить точность за счет обеспечения коаксиального перемещения электрода рабочего конденсатора, установленного в области центрального утолщения. Жесткое закрепление на кольцевых утолщениях диэлектри- ческой пленки с расположенными в областях кольцевых утолщений электродами повышает надежность и точность вследствие отсутствия непосредственного электрического контакта электродов с трубопроводом и исключения пожаровзрывоо- пасности и влияния наводок трубопровода на измерительные цепи. Закрепление на кольцевых прокладках втулки из токопрбво- 5 дящего материала коаксиально электродам с зазором относительно них повыфает точность вследствие возможности создания минимальных межэлектродных зазоров и увеличения за счет этого величин емкостей

0 рабочего и компенсационнго конденсаторов, а также повышает надежно сть вследствие уменьшения требуемой величины необходимых деформаций трубопровода для обеспечения необходимой модуляции

5 межэлектродного зазора рабочего конден- с атора. ....../;- - ; - - ..: -; Кроме того, закрепление втулки на кольцевых прокладках повышает технологичность вследствие упрощения процесса

0 сборка и простого обеспечения необходимой Ееличинь межэлектродных зазоров. Действительно, в предлагаемой конструкции, меня я толщину прокладки, можно рбес- ; печить практически любую необходимую

5 величину межэлектродних зазоров. .. .. .. ..:.: Кроме того, закрепление зту лкм на кольцевых прокладках, установленны ;на пери- фёрийных кольцевых: утолщениях/

повышает точность измерения вследствие

0 повышения равномерности межэлектродных зазоров рабочего и компенсационного конденсаторов. Герметичное соединение экрана с трубопроводом и гермоколодкой повышает точность и надежность.вследст5 вне исключения влияния параметров окружающей среды на емкость электродов за счет герметизации внутренней полости устройства. Размещение электрода рабочег j конденсатора в области центрального утол0 щенйя, а электродов компенсационного конденсатора - в областях периферийных утолщений позволяет повысить, очиос ъ вследствие большей идентичности и синхронности изменений емкости рабочего и

5 компенсационного конденсаторов, связ; н- ной с тем, что компенсационный конденсатор как бы окружает рабочий конденсатор и в связи с этим усредняются возможные неодинаковые изменения отдельных участков

0 конденсатора. Формирование электродов на гибком диэлектрике, закрепление дчэ- лектрика на трубопроводе повышает технологичность, точность и надежность вследствие упрощения процесса сборки,

5 возможности электрической изоляции электродов от трубопровода и исключения вследствие этого влияния наводок на измерительные цепи, а также исключения возникновения пожэровзрывоопасной ситуации. Установка кольцевых прокладок,

выполнение втулки из упругого материала с разрезом по образующей и внутренним диаметром меньшим наружного диаметра кольцевых прокладок и закрепление втулки на кольцевых прокладках позволяет повысить технологичность вследствие упрощения процесса сборки и гарантированного выставления необходимых межэлектродных зазоров.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для измерения давления; на фиг.2 развертка электродов на гибком диэлектрике/ - .. .. :. - - ; .

Соотношения между размерами мёж- электродного зазора, толщин гибкого диэлектрика и электродов и размерами других элементов конструкции для наглядности несколько изменены.

Устройство для измерения давления веществ в трубопроводе содержит рабочий конденсатор 1, компенсационный конденсатор 2, образованные кольцеобразными электродами, охватывающими с зазором трубопровод 3 и размещёйный краксиально электродам общий экран 4. На внешней поверхности трубопровода выполнены два кольцевых паза 5 и три кольцевых утолщения 6, 7,8. На кольцевых утолщениях жестко закреплена, например, при помощи клея диэлектрическая пленка 9 с расположенными в областях кольцевых утолщений электродами 10-12. Коаксиально электродам с зазо- poiw Относительно них закреплена на кожцёОДХ прокладках 13, установленных на ТгГёр иферийных утолщениях 6 и 8, электрически изолированная от электродов и трубопровода втулка 14 из токопроводящего материала, например, из металла. Экран 4 герметично соединён, например, при помощи сварки с трубопроводом и гермоколод- кой 15, также в свою очередь герметично соединенной с трубопроводом. Электрод 11 рабочего конденсатора 1 размещен в области центрального утолщения 7, а электрод, состоящий из электродов 10 и 12 компенса- цирннбго конденсатора 2,- в областях периферийных утолщений 6 и 8. Электроды при помощи тонких выводных проводников 16 соединены с выводами 17 гермоколодки.

Диэлектрик выполнен из фольгирован- ной полиймидной пленки толщиной 20 мкм. Электроды 10, 11, 12 выполнены из фольги толщиной 10 мкм. Втулка выполнена из ленты, выполненной из сплава 29НК. Экран и гермоколодка также выполнены из сплава 29НК.

Заявляемый способ изготовления реализуется следующим образом. Формируют на трубопроводе кольцевые пазы и кольцевые утолщения. Формирование проводят

любыми известными методами механической обработки, например, при помощи токарной обработки. Формируют электроды рабочего и компенсационного кондёнеаторов на гибком диэлектрике (фольгирован ной никелем полиймидной пленке),

например, при помощи фотолитографии,

как показано на фиг.2. Закрепляют полиимидную пленку со сформированными элек0 тродами на трубопроводе, например, при помощи клея ВС-350. Устанавливают кольцевые прокладки. В качестве кольцевых прокладок может быть использован намотанный виток к витку ряд проволоки из спла5 ва 29НК толщиной, например, 100 мкм, закрепленный клеем ВС-350. Выполняют втулку из упругого материала с разрезом вдоль образующей (т.е. параллельно продольной оси втулки). Внутренний диаметр

0 разрезной втулки меньше наружного диаметра кольцевых прокладок. Например, наружный диаметр кольцевых прокладок 12,2 мм. Тогда изготавливают разрезную втулку с внутренним диаметром, например, Ю.мм.

5 Надевают втулку на кольцевые прокладки, предварительно обмазав, например, клеем ВС-350 места соприкосновения прокладок и втулки. За счет упругих свойств втулки и вследствие того, что диаметр разрезной

0 втулки меньше диаметра прокладки, втулка плотно прилегает к прокладке, обеспечивая тем самым минимальный зазор между втулкой и электродами. После термообработки клеевого соединений получается жесткое

5 закрепление втулки на прокладках.

Устройство для измерения давления работает следующим образом. При отсутствии давления в трубопроводе (т.е. когда давление внутри трубопровода рав но давлению

0 вне трубопровода) зазор между электродами 10, 12 и втулкой, образующими компенсационный конденсатор, равен зазору между электродом 11 и втулкой, образующими рабочий конденсатор. Значения емко5 стей рабочего, компенсационного конденсаторов передаются на нормирую щее устройство (на фиг. не показано), которое формирует выходной сигнал, зависящий от отношения емкостей компенсационного

0 конденсатора к рабочему. При появлении измеряемого давления в трубопроводе вследствие одинаковости кольцевых пазов центральное утолщение, а, следовательно, и закрепленный на нем электрод рабочего

5 конденсатора будет перемещаться в сторону втулки, Вследствие значительной толщины цилиндрических утолщений электроды компенсационного конденсатора, установленные на утолщениях, практически не перемещаются в сторону втулки. В результате

этого емкость рабочего конденсатора увеличится, а емкость компенсационного конденсатора остается без изменений и на выходе нормирующего устройства выходной сигнал возрастает в соответствии с величиной измеряемого давления. Для увеличения прогиба на торцах кольцевого утолщения 7 выполнены дополнительные кольцевые пазы (на фиг.1 не показаны),

При воздействии на датчик.реальной температуры эксплуатации емкости рабочего и компенсационного конденсаторов изменятся примерно в одной степени. Формирование выходного сигнала, зависящего от отношения емкостей компенсаци- онного и рабочего конденсаторов, в

значительной степени уменьшает температурную погрешность.

Таким образом, преимуществом заявляемого решения является повышение точности, технологичности и надежности за счет обеспечения коаксиального перемещения электрода рабочего конденсатора от измеряемого давления, упрощения сборки и обеспечения выставления требуемых межэлектродных зазоров, исключения электри- ческой связи электродов емкостных преобразователей с трубопроводом за счет увеличения начальной емкости электродов и уменьшения требуемых деформаций от воздействия измеряемого давления и за счет уменьшения влияния окружающей среды на емкость электродов.

Фор мул а изобретения 1. Устройство для измерения давления веществ в трубопроводе, содержащее рабочий и компенсационный конденсаторы, образованныекольцеобразными

электродами, охватывающими с зазором трубопровод, и размещенный коаксиально электродам общий экран, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерений и технологичности и надежности устройства, на внешней поверхности трубопровода выполнены два одинаковых кольцевых паза и три кольцевых утолщения, на которых жестко закреплена диэлектрическая пленка с расположенными в областях кольцевых утолщений электродами, коаксиально которым с зазором относительно них

закреплена на введенных в устройство кольцевых прокладках, установленных на периферий н ы х у тол щ ё н эле к т р и ч ё с к и йзолировайная от элё ктродов м трубопровода втулка из токопроводящего материала, а

экран герметично соединён с трубопроводом и введенной в устройство гермоколод- кой/ герметично соединенной .с трубопроводом, причём электрод рабочего конденсатора размещен в области центрального утолщения, а электрод компенсационного конденсатора - в областях периферийных утолщений.

2. Способ изготовления устройства для измерения да в л ё н ия веществ в тру бол роводе, заключающийся/.V закреплений с зазором относительно трубопровода кольцеобразных электродов рабочего и компенсационного конденсаторов, от л и ч а ю- щи и с я тем, что, с целью повышения

точности измерений, технологичности и надежности, формируют электроды рабочего и компенсационного конденсаторов на гибком диэлектрике, закрепляют диэлектрик с электродами на трубопроводе, уста.навливают кольцевые прокладки на диэлектрик, выполняют втулку из упругого материала с разрезом по образующей и внутренним диаметром, меньшим наружного диаметра кольцевых прокладок, надевают втулку на

кольцевые прокладки и закрепляют ее на них.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в трубопроводах. Цель: повышение точности, технологичности и надежности. Сущность изобретения: устрой-. ство для измерения давления веществ в трубопроводе содержит рабочий и компенсационный конденсаторы, образованные кольцеобразными электродами, охватывающими с зазором трубопровод, и размещенный коаксиально электродам общий экран. На внешней поверхности трубопровода выполнены два одинаковых кольцевых паза и три кольцевых утолщения, на которых жестко закреплена диэлектрическая пленка с расположенными в областях кольцевых утолщений электродами, коаксиально которым с зазором относительно них закреплена на кольцевых прокладках втулка. Экран герметично соединен с трубопроводом и гермоколодкой. Электрод рабочего конденсатора размещен в области центрального утолще ния, а элёк рЬдй КбмгТёН са- ционного конденсатора - в областях периферийных утолщений. Способ изготовления устройства заключается в закреплении с зазором относительно трубопровода электродов рабочего и компенсационного конденсаторов. Электроды рабочего и компенсационного конденсаторов формируют на гибком диэлектрике, который закрепляют на трубопроводе, устанавливают кольц е- вые прокладки, выполняют втулку из упругого материала с разрезом по образующей и внутренним диаметром, меньшим наружного диаметра кольцевых прокладок, после чего надевают втулку на кольцевые прокладки и закрепляют ее на ни°х. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. (Л С х| ю