Устройство для измерения давления веществ в трубопроводе и способ его изготовления

 

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 сационного 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 евые 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

СОКОВ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (5!)5 G 01 1 9/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4878643/10 (22) 30.10.90 (46) 30.01.93. Бюл. ¹ 4 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) Е,А.Мокров и Е.M,Áåëîçóáîâ (56) Патент Франции ¹ 2616543, кл. G 01 L

9/12, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1334050; кл. G 01 1. 9/12, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ В ТРУБОПРОВОДЕ И

СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в трубопроводах, Цель: повышение точности, -,ехнологичности и надежности. Сущность изобретения: устройство 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

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 располо„„5U„„1791736 А1 три кольцевых утолщения, на которых жестко MKpel1fleH3 диэлектрическая пленка с расположенными в областях кольцевых утолщений электродами, коаксиально которым с зазором относительно них закреп лена на кольцевьа прокладках втулка.

Экран герметично соединей с трубопроводом и гермоколодкой. Электрод рабочего конденсатора размещен в области центрального утолщения, а электроды комйейса= ционного конденсатора — в областях периферийных утолщений. Способ изготовления устройства заключается в закреплении с зазором относйтельно трубопровода электродов рабочего и компенсационного конденсаторов. Электроды рабочего и компенсационного конденсаторов формируют на гибком диэлектрике, который закрепляют на трубопроводе, устанавливают кольцевые 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 них, 2 с.п. ф-лы, 2 ил. женную на плоском срезе электрически изолированную от нее металлическую пластину, служащую вторым электродом емкостного преобразователя.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения, обьясняемая значительной нелинейной зависимостью измерения емкости от измеряемого давления вследствие неплоскопараллельной деформации трубопровода в

1791736 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- 5 лемiéõ 1иетрологических характеристик нео ходийб обрабатывать срез и пластину до минимал ь но воз м ожной шероховатости, для чего йсйол ьзуется доводка и полированиЬ. = ".::=-::- -"-".: 10

Недостатком известного устройства является также сравнительно низкая йадежность, связанная с тем, что один из электродов емкостного преобразователя, а именно плоский срез, является непосредственным элементом трубопровода, а следовательно, один из электродов емкостного преобразователя электрически связан с трубопроводом. Для трубопроводов с взрыво- и огнеопасными веществами подача напряжения, необходимого для осуществления преобразования емкости в электрический сигнал; приводит к появлению пожаровзрывоопасйой ситуации. Кроме того, непосредственная подача напряжения, необходимого для преобразования емкости в электрйческий сигнал, приводит к дополнительному ухудшению точности преобразования вследствие влияния электрических наводок в трубопроводе, возникающих в процессе выполнения им своих функций в составе изделия.

Известен способ изготовления устройства для измерения давления в трубопроводе, заключающийся в формировании плоского среза на боковой поверхности трубопровода и закреплении на срезе металлической пластины, электрически изолированной от трубопровода, Недостатком известного способа изготовления является невозможность изготовления устройства с требуемыми точностью, технологичностью и надежйостью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является устройства для измерения давления веществ в трубопроводе, содер>кащее рабочий и компенсационнй конденсаторы, образован н ые кол ьцеобраз ными 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 измеряемого давления вследствие некоаксиального перемещения от измеряемого давления части трубопровода, являющегося одним из электродов емкостных преобраэо15

55 вателей. 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 точйости и снижению надежности измерений вследствие влияния электрических наводок в трубопроводе, возникающих в процессе выполнения ими cBQих фуйкций в составе изделия;

Сра внйтел ьная низкая точность измерения и надежность известной конструкции объясняется также сравнительно большими величинами межэлектродных зазоров, Вследствие этого начальнь1е 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 значител ьн ые деформации трубоп ровода под воздействием измеряемого давления, что дополнительно снижает надежность.

Кроме того, сравнительно низкая точность и надежность известного устройства объясняется 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.

1791736

30

50

Изобретение направлено на повышение точности, технологичности и надежности.

Согласно изобретению в устройстве для измерения давления веществ в трубопроводе, содержащем 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 введенных в устройство кольцевых прокладках, установленных на периферийных утолщениях, электрически изолированная от электродов и трубопровода введенная в устройство втулка из токопроводящего материала, а экран герметично соединен с трубопроводом и введенной в устройство гермоколодкой, герметично сое- 25 диненной с трубопроводом, причем электрод рабочего конденсатора размещен в области центрального утолщения, а электрод 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 кольцеобразных 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 диэлектрической пленки с расположенными в областях кольцевых утолщений электродами повышает надежность и точность вследствие отсутствия непосредственного электрического контакта электродов с трбопроводом и исключения пожаровзрывоопасности и влияния наводок трубопровода на измерительные цепи. Закрепление на кольцевых прокладках втулки из токопрбводящего материала коаксиально электродам с зазором относительно них повыйает точность вследствие возможности создания минимальных межэлектродных зазоров и увеличения за счет этого величин емкостей рабочего и компенсационнго конденсаторов, а также повышает надежность вследствие уменьшения требуемой . еличины необходимых деформаций трубопровода для обеспечения необходимой модуляции межэлектродного зазора рабочего конден. сато ра.

Кроме того, закрепление втулки на коль цевых прокладках повышает технологичность вследствие упрощения процесса сборк и и ростого обеспечения необходимой величины мсжэлектродных зазоров.

Действительно, в предлагаемой конструкции, меняя толщину прокладки, можно обеспечить практически любую необходимую величк.ну межэлектродных ззоров.

КГоме того, закрепление втулки на кольцевых прокладках, установленных на периферийн ых кольцевых. утолщениях, повышает точность измерения вследствие по в ь ш ен ия ра вн омер ности межэлектродных зазоров рабочего и компенсациоййого конденсаторов. Герметичное соединение экр :на с трубопроводом и гермоколодкой повышает точность и надежность.вследствие исключения влияния параметров окружающей среды на емкость электродов за счет герметизации внутренней полости уст- . ройства, Размещение электрода рабочег.> конденсатора в области центрального утолщения, а электродов компенсационного конденсатора — в областях периферийн :х утолщений позволяет повысить, точнос:.ь вследствие большей идентичности и ctrl хронности изменений емкости рабочего и компенсационного конденсаторов, связ. нной с тем, что компенсационный конден.;атор как бы окружает рабочий конденсато, .i u в связи с этим усредняются возможные -Ieодинаковые изменения отдельных участков конденсатора. Формирование электродов на гибком диэлектрике, закрепление д1электрика на трубопроводе повышает те> нологичность, точность и надежнссть вследствие упрощения процесса сборки, возможности электрической изоляции электродов от трубопровода и исклю чения вследствие этого влияния наводок на измерительные цепи, а также исключения возникновения пожаровзрывоопасной ситуации. Установка кольцевых прокладок, 1791736 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- межэлектродного зазора. талщин гибкого диэлектрика и электродов и размерами других элементов конструкции для наглядности несколько изменены,.

Устройство дпя йзмерения давления веществ в трубопроводе содержит рабочий коьгденсатор 1, компенсационный кондейсатор 2, образованные . кольцеобразными электродами, охватывающими с зазором трубопровод 3 и размещенный коаксиально 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 располо>кенйыми в областях кольцевых утолщений электродами 10-12. Коаксиально электродам с зазоp0ì относительно них закреплена на копьЦевыМ прокладках 13, установленных на йериферийных утолщениях 6 и 8, электрически изолированная от электродов и трубопровода втулка 14 из токопроводящего материала, например, из металла. Экран 4 герметично соедййен, например, при помощи сварки с трубопроводом и гермоколодкой 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 компенсационного конденсатора 2,— в областях периферийных утолщений 6 и 8. Электроды при помощи тонких выводных проводников 16 соединены с выводами 17 гермоколодки, Диэлектрик выполнен из фольгированной полиимидной 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 с внутренним диаметром, например, 10.мм

25 Надевают втулку на кольцевые прокладки, " предварительно обмазав, например, клеем

В С-350 места соприкосновения прокладок и втулки. За счет упругих свойств втулКи и вследствие того, что диаметр разрезной

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

35 закрепление втулки на прокладках

Устройство для измерения давления работает следующим образом, При отсутствии давления в трубопроводе (т.е. когда давление внутри трубопровода равно давлению вне трубопровода) зазор между электродами 10, 12 и втулкой, образующими компенсационный конденсатор, равен зазору между электродом 11 и втулкой, образующими рабочий конденсатор. Значения емко40

45 стей рабочего, компенсационного конденсаторов передаются на нормирующее устройство (на фиг. не показано), которое формирует выходной сигнал, зависящий от отношения емкостей компенсационного конденсатора к рабочему. При. появлении измеряемого давления в трубопроводе вследствие одинаковости кольцевых пазов

50 центральное утолщение, а, следовательно, и закрепленный на нем электрод рабочего 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 любыми известными методами механической обработки, например, при помощи токарной обработки. Формируют электроды рабочего и компенсационного конденсато5 ров на гибком диэлектрике (фольгированной никелем полиимидной пленке), например, при помощи фотолитографии, как показано на фиг.2. Закрепляют полиимидную пленку со сформированными элек10 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 спла15 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

20 разрезной втулки меньше наружного диаметра кольцевых прокладок. Например, наружный диаметр кольцевых прокладок 12,2 мм. Тогда изготавливают разрезную втулку

1791736

10 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 (нэ 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 компенсационного 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 электрической 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.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения давления веществ в трубопроводе, содержащее рабочий и компенсационный конденсаторы, образованные кольцеобразными электродами, охватывающими с зазором трубопровод, и размещенный коаксиально электродам общий экран, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений и технологичности и надежности устройства,.на внешней поверхности трубопровода выполнены два одинаковых

5 кольцевых паза и три кольцевых утолщения, на которых жестко закреплена диэлектрическая пленка с расположенными s областях кольцевых утолщений электродами, коаксиально которым с зазором относительно них

10 закреплена на введенных в устройство кольцевых прокладках, установленных на периферийных уто лщейиях", "электрически изолированная от электродов и трубопровода втулка из токопроводящего материала, а

15 экран герметйчно соединен с трубопроводом и введенной в устройство гермоколодкой; герметично соединенной с трубопроводом, причем электрод рабочего конденсатора размещен в области цент20 рального утолщения, а электрод компенсационного конденсатора — в областях периферийных утолщений.

2. Способ изготовления устройства для измерения давления веществ в трубопрово25 де, заключающийся в закреплении с зазо ром от носитель но трубопровода кол ьцеобразных электродов рабочего и компейсационного конденсаторов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

30 точности измерений, технологичности и надежности, формируют электроды рабочего и компенсационного конденсаторов на гибком диэлектрике, закрепляют диэлектрик с электродами на трубопроводе, устанавлива35 ют кольцевые прокладки на диэлектрик, выполняют втулку из упругого материала с разрезом по образующей и внутренним диаметром, меньшим наружного диаметра кольцевых прокладок, надевают втулку нэ

40 кольцевые прокладки и закрепляют ее на них, 1791736

1Э б

Ф а. 2

Составитель И.Сумцов

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор Т.Иванова т

Корректор M.TKà÷

Заказ 148 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

16

7 б