RU2621475C1 - Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure - Google Patents

Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure Download PDF

Info

Publication number
RU2621475C1
RU2621475C1 RU2016113012A RU2016113012A RU2621475C1 RU 2621475 C1 RU2621475 C1 RU 2621475C1 RU 2016113012 A RU2016113012 A RU 2016113012A RU 2016113012 A RU2016113012 A RU 2016113012A RU 2621475 C1 RU2621475 C1 RU 2621475C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membranes
membrane
pressure
measuring module
elastic
Prior art date
Application number
RU2016113012A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Александрович Петухов
Original Assignee
Акционерное общество "Промышленная группа "Метран"
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 Акционерное общество "Промышленная группа "Метран" filed Critical Акционерное общество "Промышленная группа "Метран"
Priority to RU2016113012A priority Critical patent/RU2621475C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621475C1 publication Critical patent/RU2621475C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device contains a two-piece cylindrical body, on the opposing end surfaces of which there are separation membranes. Inside the body there is a three-piece cylindrical body. In the first part of the body there is a strain-resistive sensor, and in the cavity at the boundary of the middle and the third parts of the body there is a membrane block fixed by a rigid center to the middle part of the body and comprising two elastic compensating membranes. Herewith the membrane of the block is located one above the other with a gap between them, formed by an annular insert welded with membranes along the outside diameter. Both elastic membranes of the block are made corrugated with corresponding corrugations. The piezoresistive sensor is connected to the separation membranes and elastic compensating membranes by the pressure feed channels.
EFFECT: reducing the dimensions of the pressure measuring module while maintaining good performance.
2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам измерения давления и может использоваться в нефтегазовой, химической и т.п. отраслях промышленности.The invention relates to pressure measuring instruments and can be used in oil and gas, chemical, etc. industries.

Известен преобразователь дифференциального давления FMD-78 разработки Endress+Hauser, представленный в технической информации TI 382P/00/ru Endress+Hauser, стр. 6 (см. Приложение 1 к заявке) и выбранный в качестве прототипа, наиболее близкого конструктивно к заявляемому техническому решению.The known differential pressure transmitter FMD-78 developed by Endress + Hauser, presented in the technical information TI 382P / 00 / en Endress + Hauser, page 6 (see Appendix 1 to the application) and selected as a prototype closest structurally to the claimed technical solution .

Известный измерительный модуль включает в себя цилиндрический корпус, выполненный из трех частей, на двух наружных поверхностях первой и третьей частей которого размещены разделительные гофрированные мембраны, на границе первой и средней частей расположен тензорезистивный сенсор, а на границе третьей и средней частей в заполненной маслом полости размещена плоская упругая компенсационная мембрана, при этом указанная полость соединена каналами с тензорезистивным сенсором и с разделительными мембранами, которые имеют несколько меньшие размеры, чем упругая мембрана.The well-known measuring module includes a cylindrical body made of three parts, on the two outer surfaces of the first and third parts of which dividing corrugated membranes are placed, a strain gauge sensor is located at the boundary of the first and middle parts, and is placed at the border of the third and middle parts in an oil-filled cavity a flat elastic compensation membrane, while the specified cavity is connected by channels with a strain gauge sensor and with separation membranes, which are slightly smaller e dimensions than an elastic membrane.

Известная конструкция (см. Приложение 1 к заявке) работает следующим образом.The known design (see Appendix 1 to the application) works as follows.

При воздействии с двух сторон на разделительные мембраны 9 равного давления перемещения деталей модуля не происходит и сигнал чувствительного элемента остается постоянным.When acting on both sides of the separation membranes 9 of equal pressure, the movement of the module parts does not occur and the signal of the sensor remains constant.

При воздействии перепада давления на разделительную мембрану 9 со стороны Pi эта мембрана перемещается и, воздействуя через масло, прогибает упругую мембрану 7, что создает перепад давления на тензорезистивном сенсоре 6. По мере дальнейшего повышения перепада давления объем масла из зазора между разделительной мембраной 9 и корпусом перетекает в зазор между прогибающейся компенсационной мембраной 7 и корпусом до тех пор, пока перемещение разделительной мембраны 9 не ограничится профильной поверхностью корпуса, при этом прекратится перемещение компенсационной мембраны 7 и повышение перепада давления на сенсоре 6.When the pressure drop acts on the separation membrane 9 from the Pi side, this membrane moves and, acting through the oil, bends the elastic membrane 7, which creates a pressure drop on the strain gauge sensor 6. As the pressure drop increases further, the oil volume from the gap between the separation membrane 9 and the housing flows into the gap between the deflection compensation membrane 7 and the housing until the movement of the separation membrane 9 is limited to the profile surface of the housing, while the transfer stops the expansion of the compensation membrane 7 and the increase in pressure drop across the sensor 6.

При воздействии перепада давления на разделительную мембрану 9 со стороны Р2 имеет место прогиб компенсационной мембраны 7 в противоположном направлении до момента ограничения перемещения разделительной мембраны 9 профильной поверхностью корпуса со стороны Р2.When a differential pressure is applied to the separation membrane 9 from the P 2 side, the compensation membrane 7 deflects in the opposite direction until the movement of the separation membrane 9 is limited by the profile surface of the housing from the P 2 side.

Известный модуль обеспечивает защиту тензорезистивного сенсора от воздействия перегрузки в обе стороны и хорошие рабочие характеристики.The known module provides protection of the strain gauge sensor from the effects of overload in both directions and good performance.

Недостатком известного измерительного модуля являются его значительные габариты, обусловленные тем, что для обеспечения достаточно малого перемещения упругой мембраны в процессе работы с целью исключения явления гистерезиса она должна иметь большие размеры, что приводит к значительным габаритам модуля и увеличивает его стоимость. При этом большой диаметр упругой мембраны ведет к большому объему жидкости в ее полости, что не лучшим образом влияет на метрологические характеристики датчика и надежность работы при низких (-40°С) и высоких температурах.A disadvantage of the known measuring module is its significant dimensions, due to the fact that in order to ensure a sufficiently small movement of the elastic membrane during operation, in order to eliminate the hysteresis phenomenon, it must be large, which leads to significant dimensions of the module and increases its cost. Moreover, the large diameter of the elastic membrane leads to a large volume of liquid in its cavity, which does not affect the metrological characteristics of the sensor and the reliability at low (-40 ° C) and high temperatures in the best way.

Задачей является уменьшение габаритов измерительного модуля давления при сохранении хороших рабочих характеристик.The objective is to reduce the dimensions of the pressure measuring module while maintaining good performance.

Поставленная задача решается тем, что в измерительном модуле перепада давления с тензорезистивным сенсором, защищенным от перегрузки давлением, снабженном двумя разделительными гофрированными мембранами и включающем в себя корпус, выполненный трехчастевым относительно его поперечной оси, на границе первой и средней частей которого расположен тензорезистивный сенсор, а на границе третьей и средней частей которого в заполненной маслом полости размещена упругая компенсационная мембрана, при этом указанная полость соединена проточными каналами с разделительными мембранами и с тензорезистивным сенсором, согласно изобретению упомянутый трехчастевой корпус размещен внутри цилиндрического корпуса в его центральной части, а разделительные мембраны размещены на двух наружных торцевых поверхностях цилиндрического корпуса, при этом в качестве упругой компенсационной мембраны использован мембранный блок, прикрепленный жестким центром к средней части корпуса и включающий две упругие компенсационные мембраны, расположенные одна над другой с зазором между мембранами, образованным кольцевой вставкой, сваренной по наружному диаметру с обеими мембранами, которые выполнены гофрированными с соответствующими друг другу гофрами.The problem is solved in that in the measuring module of the differential pressure with a strain gauge sensor, protected from pressure overload, equipped with two dividing corrugated membranes and including a housing made of three-part relative to its transverse axis, on the border of the first and middle parts of which there is a strain gauge sensor, and on the border of the third and middle parts of which an elastic compensation membrane is placed in the cavity filled with oil, while the specified cavity is connected by flow channels with dividing membranes and with a strain gauge sensor, according to the invention, the said three-part housing is located inside the cylindrical body in its central part, and the separation membranes are placed on the two outer end surfaces of the cylindrical body, while the membrane unit attached by a rigid center to the middle part of the body and including two elastic compensation membranes located one above the other with a gap between the membranes, about azovannym annular insert welded in outer diameter with the two membranes, which are corrugated with corrugations corresponding to each other.

Размещение трехчастевого корпуса внутри цилиндрического корпуса в его центральной части, а разделительных мембран на двух наружных торцевых поверхностях цилиндрического корпуса, использование в качестве упругой компенсационной мембраны мембранного блока, прикрепленного жестким центром к средней части корпуса и включающего две упругие компенсационные мембраны, расположенные одна над другой с зазором между мембранами, образованным кольцевой вставкой, сваренной по наружному диаметру с обеими мембранами, которые выполнены гофрированными с соответствующими друг другу гофрами (что обеспечивает при их меньших диаметрах большую компенсационную способность), дает возможность существенно уменьшить размеры измерительного модуля, обеспечивая надежную защиту чувствительного элемента при перегрузках давлением и хорошие рабочие характеристики.Placing a three-part case inside a cylindrical case in its central part, and dividing membranes on two outer end surfaces of the cylindrical case, using a membrane block as an elastic compensation membrane attached by a rigid center to the middle part of the case and including two elastic compensation membranes located one above the other the gap between the membranes formed by an annular insert welded along the outer diameter with both membranes that are corrugated They are connected with corrugations corresponding to each other (which provides a larger compensating ability with their smaller diameters) and makes it possible to significantly reduce the size of the measuring module, providing reliable protection of the sensitive element during pressure overloads and good performance.

Технический результат - уменьшение габаритов при обеспечении высокой надежности защиты сенсора от перегрузок давлением.EFFECT: reduced dimensions while ensuring high reliability of protection of the sensor against pressure overloads.

Заявляемый измерительный модуль обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как размещение трехчастевого корпуса внутри цилиндрического корпуса, а разделительных мембран на двух наружных торцевых поверхностях цилиндрического корпуса, использование в качестве упругой компенсационной мембраны мембранного блока, прикрепленного жестким центром к средней части корпуса и включающего две упругие компенсационные мембраны, расположенные одна над другой с зазором между мембранами, образованным кольцевой вставкой, сваренной по наружному диаметру с обеими мембранами, которые выполнены гофрированными с соответствующими друг другу гофрами, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.The inventive measuring module has a novelty in comparison with the prototype, differing from it by such significant features as the placement of a three-part case inside the cylindrical body, and the separation membranes on the two outer end surfaces of the cylindrical body, the use of a membrane unit attached as a flexible compensation membrane with a rigid center to the middle parts of the housing and including two elastic compensation membranes located one above the other with a gap between the membranes, images an annular insert welded along the outer diameter with both membranes, which are made corrugated with corrugations corresponding to each other, which together ensure the achievement of a given result.

Заявителю не известны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает заявляемую конструкцию соответствующей критерию «изобретательский уровень».The applicant is not aware of technical solutions possessing the indicated distinguishing features that would ensure in the aggregate the achievement of a given result, therefore he considers the claimed design to meet the criterion of "inventive step".

Заявляемый измерительный модуль может найти широкое применение в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности для измерения перепада давления и потому соответствует критерию «промышленная применимость».The inventive measuring module can be widely used in the oil and gas, chemical and other industries for measuring pressure drops and therefore meets the criterion of "industrial applicability".

Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны:The invention is illustrated by drawings, which show:

фиг. 1 - измерительный модуль с защищенным от перегрузки высоким давлением тензорезистивным сенсором в разрезе;FIG. 1 - measuring module with a high pressure strain gauge sensor protected against overload in the context;

фиг. 2 - мембранный блок в разрезе.FIG. 2 - sectional membrane block.

Измерительный модуль содержит двухчастевой цилиндрический корпус 1, на противолежащих торцевых поверхностях которого расположены разделительные мембраны 2 и 3. Внутри корпуса 1 расположен трехчастевой цилиндрический корпус 4. В первой части корпуса 4 размещен тензорезистивный сенсор 5, а в полости на границе средней и третьей частей корпуса 4 расположен мембранный блок 6, прикрепленный жестким центром 7 к средней части корпуса 4 и включающий две упругие компенсационные мембраны 8 и 9. При этом мембраны блока 6 (см. фиг. 2) расположены одна над другой с зазором 10 между ними, образованным кольцевой вставкой 11, сваренной с мембранами по наружному диаметру. Обе упругие мембраны 8 и 9 блока 6 выполнены гофрированными с соответствующими друг другу гофрами. Тензорезистивный сенсор 5 соединен с разделительными мембранами 2 и 3 и компенсационными мембранами блока 6 каналами подвода давления 12 и 13.The measuring module contains a two-part cylindrical housing 1, on the opposite end surfaces of which there are dividing membranes 2 and 3. Inside the housing 1 there is a three-part cylindrical housing 4. In the first part of the housing 4 there is a strain gauge sensor 5, and in the cavity at the border of the middle and third parts of the housing 4 the membrane unit 6 is located, attached by a rigid center 7 to the middle part of the housing 4 and including two elastic compensation membranes 8 and 9. In this case, the membranes of the unit 6 (see Fig. 2) are located one above the other coal with a gap 10 between them, formed by an annular insert 11, welded with membranes along the outer diameter. Both elastic membranes 8 and 9 of block 6 are corrugated with corrugations corresponding to each other. The strain gauge sensor 5 is connected to the separation membranes 2 and 3 and the compensation membranes of the block 6 pressure supply channels 12 and 13.

Измерительный модуль работает следующим образом. При воздействии с двух сторон на разделительные мембраны 2 и 3 равного давления перемещения деталей модуля не происходит и сигнал тензорезистивного сенсора 5 остается постоянным.The measuring module operates as follows. When acting on two sides on the separation membranes 2 and 3 of equal pressure, the movement of the module parts does not occur and the signal of the strain gauge sensor 5 remains constant.

При повышении перепада давления на разделительной мембране 2 со стороны Pi мембрана 2 перемещается и, воздействуя через масло в каналах 12, прогибает в противоположных направлениях (друг от друга) упругие мембраны 8 и 9 блока 6, что создает перепад давления на тензорезистивном сенсоре 5. По мере дальнейшего повышения перепада давления объем масла из зазора между разделительной мембраной 2 и профильной поверхностью корпуса 1 перетекает в зазор между прогибающимися компенсационными мембранами 8 и 9 блока 6 до тех пор, пока перемещение разделительной мембраны 2 не ограничится профильной поверхностью корпуса 1 со стороны P1, при этом прекратится перемещение мембран блока 6 и повышение перепада давления на сенсоре 5.With an increase in the pressure drop across the separation membrane 2 from the Pi side, the membrane 2 moves and, acting through the oil in the channels 12, bends the elastic membranes 8 and 9 of block 6 in opposite directions (from each other), which creates a pressure drop across the strain gauge sensor 5. as the pressure drop increases further, the volume of oil from the gap between the separation membrane 2 and the profile surface of the housing 1 flows into the gap between the deflection compensation membranes 8 and 9 of block 6 until the separator moves oh the membrane 2 is not limited to the profile surface of the housing 1 by P 1, the movement of the stop block 6 and increase the membrane pressure drop on the sensor 5.

При воздействии перепада давления на разделительную мембрану 3 со стороны Р2 мембрана 3 перемещается и, воздействуя через масло в каналах 13, прогибает в противоположных направлениях (друг к другу) упругие мембраны 8 и 9 блока 6 до момента ограничения перемещения разделительной мембраны 3 профильной поверхностью корпуса 1 со стороны Р2, при этом прекратится перемещение мембран блока 6 и повышение перепада давления на сенсоре 5.When a differential pressure is applied to the separation membrane 3 from the P 2 side, the membrane 3 moves and, acting through the oil in the channels 13, bends the elastic membranes 8 and 9 of the block 6 in opposite directions (to each other) until the movement of the separation membrane 3 is limited by the profile surface of the housing 1 from the P 2 side, while this stops the movement of the membranes of block 6 and the increase in pressure drop across the sensor 5.

В сравнении с прототипом заявляемая конструкция модуля с защищенным от перегрузки высоким давлением тензорезистивным сенсором имеет меньшие габариты при сохранении хороших рабочих характеристик.Compared with the prototype, the claimed design of the module with high pressure protected against overload, the strain gauge sensor has smaller dimensions while maintaining good performance.

Claims (1)

Измерительный модуль перепада давления с тензорезистивным сенсором, защищенным от перегрузки давлением, снабженный двумя разделительными гофрированными мембранами и включающий в себя корпус, выполненный трехчастевым относительно его поперечной оси, на границе первой и средней частей которого расположен тензорезистивный сенсор, а на границе третьей и средней частей которого в заполненной маслом полости размещена упругая компенсационная мембрана, при этом указанная полость соединена проточными каналами с разделительными мембранами и с тензорезистивным сенсором, отличающийся тем, что упомянутый трехчастевой корпус размещен внутри цилиндрического корпуса в его центральной части, а разделительные мембраны размещены на двух наружных торцевых поверхностях цилиндрического корпуса, при этом в качестве упругой компенсационной мембраны использован мембранный блок, прикрепленный жестким центром к средней части корпуса и включающий две упругие компенсационные мембраны, расположенные одна над другой с зазором между мембранами, образованным кольцевой вставкой, сваренной по наружному диаметру с обеими мембранами, которые выполнены гофрированными с соответствующими друг другу гофрами.The differential pressure measuring module with a strain gauge sensor, protected against pressure overload, equipped with two dividing corrugated membranes and including a housing made of a three-part relative to its transverse axis, on the border of the first and middle parts of which there is a strain-resistant sensor, and on the border of the third and middle parts of which an elastic compensation membrane is placed in the oil-filled cavity, while the specified cavity is connected by flow channels to the separation membranes and with a strain gauge sensor, characterized in that the three-body case is located inside the cylindrical body in its central part, and the separation membranes are placed on the two outer end surfaces of the cylindrical body, while a membrane block attached by a rigid center to the middle part is used as an elastic compensation membrane housing and comprising two elastic compensation membranes located one above the other with a gap between the membranes formed by the annular insert, welded d along the outer diameter with both membranes, which are made corrugated with corrugations corresponding to each other.
RU2016113012A 2016-04-05 2016-04-05 Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure RU2621475C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113012A RU2621475C1 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113012A RU2621475C1 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2621475C1 true RU2621475C1 (en) 2017-06-06

Family

ID=59032526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016113012A RU2621475C1 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621475C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087884C1 (en) * 1994-10-06 1997-08-20 Фирма "Метран" Товарищество с ограниченной ответственностью Instrument converter of pressure difference
RU2172477C1 (en) * 1999-11-22 2001-08-20 Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики Pressure transducer with frequency output

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087884C1 (en) * 1994-10-06 1997-08-20 Фирма "Метран" Товарищество с ограниченной ответственностью Instrument converter of pressure difference
RU2172477C1 (en) * 1999-11-22 2001-08-20 Государственный научный центр России Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики Pressure transducer with frequency output

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Преобразователь дифференциального давления FMD 78, Техническая информация TI 382P/00/ru, найдено в сети Интернет 23.01.2017 по адресу http://www.ru.endress.com/ru/Tailor-made-field-instrumentation/pressure/Deltabar-FMD78 . *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105934661B (en) Miniature reinforcing wafer-level MEMS force snesor
CN101981425B (en) Industrial pressure sensor having enhanced dielectric fill fluid
US20170038272A1 (en) Hermetic pressure sensor
CN106546377B (en) Differential pressure transducer assembly with overload protection
EP2088414A3 (en) Differential fluid pressure measurement apparatus
JP2015111084A (en) Load sensor
JP2013185873A (en) Differential pressure sensor
CN104949777A (en) Drucksensor
CN103308241A (en) Pressure sensor chip
CN107209076A (en) Pressure transmitter with overpressure protection
EP3619512A1 (en) Overpressure protection system
JP6034818B2 (en) Pressure sensor chip
RU2621475C1 (en) Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure
JP7105492B2 (en) Differential pressure detector
US20170167935A1 (en) System and method for reducing thermal offset in a pressure gauge
EP2818841A1 (en) Pressure sensor
US12025526B2 (en) Differential pressure detection device
CN109441787B (en) Elastic pressurizing device
RU2623683C1 (en) Pressure drop measuring module with piezoresistive sensor protected from overload pressure
CN104215385A (en) Dual-diaphragm underwater pressure sensor for water pressure change measurement
KR101016495B1 (en) Diaphragm pressure sensor
JP6852893B2 (en) Liquid pressure detector
WO2013055377A1 (en) Pressure sensor using gas/liquid interface
JP6238824B2 (en) Liquid pressure detector
CN110243532A (en) A kind of fiber bragg grating pressure sensor of pipe oil gas pressure monitoring