ES2118298T5 - Dispositivo de medida de un fluido. - Google Patents
Dispositivo de medida de un fluido.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE MEDICION DE UN FLUIDO, PARTICULARMENTE PARA EL CONTROL DE LAS BOMBAS, QUE COMPRENDE UN DETECTOR DE PRESION DOTADO DE LOS ELEMENTOS DE DETECCION QUE PERMITEN UNA MEDICION DE PRESION Y UN DETECTOR DE CAUDAL DOTADO DE LOS ELEMENTOS DE DETECCION QUE PERMITEN UNA MEDICION DE CAUDAL. ESTOS DIFERENTES DETECTORES CONOCIDOS, DE PRESION Y DE CAUDAL, NECESITAN EN CADA UNA DE SUS UTILIZACIONES UNA COLOCACION PARTICULAR CON ESTANQUEIDADES MAS O MENOS COMPLEJAS. LA INTEGRACION DE LOS DETECTORES EN DISPOSITIVOS DE MEDICION REALIZADOS EN SERIE GRANDE NECESITA UNA GRAN CUALIFICACION. EL DISPOSITIVO DE MEDICION SEGUN LA INVENCION SE CARACTERIZA EN QUE EL DETECTOR DE PRESION Y EL DETECTOR DE CAUDAL COMPRENDEN UN MISMO CUERPO MECANICO 1, ALREDEDOR DEL CUAL ESTAN DISPUESTOS.
Description
Dispositivo de medida de un fluido.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de medida de la presión y del caudal de un líquido.
Un dispositivo, conocido por el documento IEEE
TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES, vol. 39, n°. 6, junio de 1992,
Nueva York, US. páginas 1376-1386, XP000271785
F.YOON: ``An Integrated Mass Flow Sensor with
on-chip CMOS Interface Circuitry, comprende un
captador de presión, provisto de los elementos de detección que
permiten una medida de la presión y un captador de caudal provisto
de los elementos de detección que permiten una medida del caudal,
particularmente para el servocontrol de las bombas, el captador de
presión y el de caudal tienen un mismo cuerpo mecánico, los
elementos de detección que permiten medir la presión están
constituidos por una parte en forma de membrana que sufre un
desplazamiento sometido a la presión del fluido y por un medio para
medir dicho desplazamiento, los elementos de detección que permiten
una medida del caudal consisten en uno o varios pares de
termistancias, estando una de las dos caldeadas temporalmente y
manteniéndose la otra a la temperatura del fluido.
Se suele utilizar habitualmente la combinación de
información procedente de distintos captadores de medida. Se conoce
ya un dispositivo de mando de una instalación de alimentación de
agua por la EP 0 219 360, que posee un controlador de presión para
indicar la presión en un sistema de tubos y un controlador de paso
de fluido para indicar el caudal en este sistema. Los controladores
de este dispositivo funcionan de forma binaria: o el valor está por
encima de un límite predefinido o se encuentra por debajo. Además,
estos controladores están constituidos por elementos de detección
separados inmóviles. Todo el dispositivo tiene grandes dimensiones
y requiere una gran fiabilidad mecánica.
Para simplificar y mejorar este dispositivo de
detección de presión y de caudal, se podrían utilizar captadores de
presión estándar como, a título de ejemplo, el que se describe en
DE 2 549 001 Al, y captadores de caudal, de tipo estático o
dinámico, que suelen utilizar habitualmente.
Estos diversos captadores conocidos, de presión y
de caudal, requieren en cada una de sus utilizaciones una
implantación particular con estanqueidades más o menos complejas.
La integración de los captadores en dispositivos de medida
realizados en gran serie requiere una gran cualificación.
El objeto de la invención es simplificar la
medida de presión y de caudal de un líquido así como la
implantación y la hermetización de los medios utilizados.
El dispositivo de medida según la invención se
define en la reivindicación 1, y unos perfeccionamientos en las
reivindicaciones dependientes.
El dispositivo según la invención permite a la
vez medir la presión y el caudal, creando una cápsula de medida
mano-volumétrica. Gracias a la reagrupación del
captador de presión y del captador de caudal alrededor de un solo
cuerpo, la implantación y la hermetización se limitan a una sola
pieza de dimensiones relativamente reducidas. Aunque garantiza la
estanqueidad entre el cuerpo y su entorno, la contera transfiere
íntegramente la presión del líquido al captador de presión. Las
termistancias de sondas desplazadas están situadas en cajas cuya
contera presenta aberturas para permitir su penetración en el
líquido.
El dispositivo según la invención resulta
particularmente cualificado para utilizarse en un dispositivo de
mando de una instalación de alimentación de agua. El montaje de un
dispositivo de este tipo queda considerablemente simplificado, al
limitar el número de las operaciones de montaje. La fiabilidad
aumenta debido a la disminución del número de componentes y de
estanqueidades. Al mismo tiempo, la parte de alimentación eléctrica
queda simplificada así como las conexiones y la gestión de los
parámetros medidos.
La estanqueidad queda garantizada por un
sobreespesor local en forma de manguito alrededor de las cajas y
por el apriete inicial de la contera de elastómero sobre las
cajas.
La utilización de un soporte que se deforma bajo
la presión y de un puente de calibres
piezo-resistivos que mide este desplazamiento
variando su resistencia eléctrica, ofrece con poco coste, unos
resultados satisfactorios.
Las figuras adjuntas ilustran la invención:
La figura 1 representa en corte axial el
dispositivo según la invención.
La figura 2 representa una sección según la línea
AA de la figura 1.
La figura 3 representa una vista en planta de un
soporte con un circuito impreso.
La figura 4 representa una vista en planta del
dispositivo según la invención.
La figura 5 representa en corte axial el
dispositivo según la invención montado en un tubo.
Con referencia a la figura 1, el dispositivo
comprende un cuerpo 1 de material compuesto que soporta una contera
de elastómero. La contera 2 cubre un soporte 3 comparable a una
lámina de flexión, situado entre la contera 2 y el cuerpo 1. Dos
termistancias 4 de sondas desplazadas situadas en unas cajas 5
penetran en la contera 2 y están en contacto con el fluido que se
va a medir.
El soporte 3 forma parte de un captador de
presión, las dos termistancias 4 forman parte de un captador de
caudal. El dispositivo de medida está integrado según las
necesidades en el cuerpo de una bomba, de una tubería o de otro
dispositivo.
Las estanqueidades quedan aseguradas por una sola
pieza moldeada de elastómero: la contera 2. La estanqueidad del
dispositivo con el entorno se obtiene mediante compresión de un
saliente 6 de la contera 2 entre paredes de un orificio y el cuerpo
1. El aplastamiento inicial garantiza una estanqueidad con poca
presión. El efecto hidrostático del fluido bajo presión aumenta
esta estanqueidad con la presión. El saliente 6 puede tener
asimismo forma de junta toroidal.
La contera 2 encaja sobre el cuerpo sin encolado
ni otra fijación rígida. Para asegurar la contera 2, se puede
prever un labio circunferencial 7, que se engancha en una ranura 8
correspondiente del cuerpo 1. Una impronta en la contera 2 recibe y
posiciona el soporte 3.
Las cajas 5, por ejemplo de vidrio, de las
termistancias 4 están insertadas en dos manguitos 9 que forman
parte integrante de la contera 2. Los manguitos 9 dejan libre una
longitud de las cajas 5 de las termistancias 4 en contacto con el
fluido, las mantienen y proporcionan su estanqueidad. El apriete
inicial de los manguitos 9 sobre las cajas 5 de las termistancias 4
garantiza la estanqueidad con poca presión, el efecto hidrostático
incrementa esta estanqueidad con la presión del fluido. La parte
trasera de las cajas 5 puede apoyarse sobre el cuerpo 1. La
penetración del cuerpo 1 en el orificio permite regular la posición
de las termistancias 4 respecto del flujo del fluido.
Las termistancias 4 son por ejemplo de tipo
coeficiente de temperatura negativo (CTN) y están puestas en
contacto con el fluido. Este contacto puede ser directo en el caso
del captador de sondas desplazadas o indirecto en el caso de que
las termistancias estén depositadas química o mecánicamente en el
soporte cerámico 3 del captador de presión.
La medida del caudal se realiza imponiendo un
caldeo temporal a una de las termistancias 4, manteniéndose la otra
a la temperatura del fluido medido. El valor del caudal se calcula
midiendo el tiempo necesario para que la termistancia caldeada
vuelva a su estado inicial. Toda modificación del caudal produce
una variación proporcional de los parámetros de la sonda
(temperatura, resistencia, tensión, corriente).
Dentro de una zona determinada, la frecuencia de
los impulsos es proporcional al caudal.
Toda la parte inferior del dispositivo está
sometida a la presión del fluido transmitida íntegramente por una
membrana elástica 10 de la contera 2 sobre el soporte 3 (figura 2).
El soporte 3 recibe en toda su superficie la fuerza uniformemente
repartida, generada por la presión. El soporte 3 se apoya sobre el
cuerpo 1, con excepción de una zona central, donde posee un
desenganche 11. La fuerza de la presión del fluido crea una
deformación positiva en el centro del desenganche 11 y negativa
donde el soporte 3 vuelve a apoyarse sobre el cuerpo 1. El soporte
3 es de preferencia de material cerámico, por ejemplo de alúmina,
con una deformación proporcional a la presión.
La figura 3 muestra un puente de calibres
piezo-resistivos 12-14 de capa
espesa, que comprenden conductores 12 y resistencias 13
serigrafiadas sobre el soporte 3, para medir su deformación y
transformarla en una señal eléctrica analógica proporcional a la
presión. El ajuste de las resistencias 14 situadas fuera de la zona
central de deformación garantiza el equilibrio del puente
12-14 en estado libre. Sobre este soporte 3 pueden
colocarse termistancias 4 fuera de la zona central 15. En este
caso, el circuito impreso se orienta hacia el cuerpo 1 del
dispositivo de medida y el reverso del soporte se somete
directamente o a través de una membrana elástica, al fluido.
Con una presión nula del fluido, el soporte 3
está libre y las dilataciones diferenciales debidas a las
variaciones de temperatura no generan efectos parásitos
significativos. Al aumentar la presión, la fuerza generada aplica
el soporte 3 sobre el cuerpo 1 y sobre la zona de encastre 15.
Este montaje no requiere tolerancias
particulares.
La contera 2 puede llevar unas patas de
posicionamiento 16 para mantener el soporte 3 y unas excrecencias
17 para los hilos de conexión con el puente de calibres
12-14 (figura 4).
Las termistancias 4 están unidas por hilos 18
conducidos en canales 19 del cuerpo 1 y los hilos 18 pueden estar
conectados a un conector de husillos múltiples 20 (figura 1).
El puente de calibres de tensiones
12-14 está unido al exterior por mediación de hilos
21 guiados en canales 22 del cuerpo 1 terminados por un conector
20. La puesta en presión de referencia (atmosférica) del soporte 3
se hace mediante el paso libre de los canales 22 (figura 2).
Los conductores 18-21 procedentes
de los elementos de medida están soldados sobre husillos 20
insertados en el cuerpo 1, de donde pueden volver a salir los
hilos.
En otra forma de realización (figura 5), la parte
superior del cuerpo 1 es más gruesa y viene a montarse en un
refrendado del tubo 23. La contera 24 sale del orificio y la
estanqueidad queda garantizada entonces por la compresión axial de
un collarín 25 que forma parte integrante de la contera 24. El
montaje resulta así muy sencillo.
Para los elementos de detección que permiten una
medida de caudal, el principio térmico de medida ofrece una ventaja
de coste respecto de los principios estáticos de ultrasonido o
electromagnéticos. Respecto de los principios dinámicos con piezas
móviles en el flujo, ofrece la ventaja de pequeñas dimensiones y
una gran fiabilidad mecánica. No obstante, es posible utilizar
estos principios de medida para realizar la invención.
La realización con un par de termistancias
aumenta la precisión de medida gracias a una referencia a la
temperatura del fluido.
El dispositivo según la invención se destina
particularmente al control de los motores de bomba de un sistema de
servocontrol, que permite la puesta en marcha y la parada
automática del grupo al abrirse o cerrarse un grifo que se encarga
además de la protección de la bomba en caso de falta de agua.
Claims (4)
1. Dispositivo de medida de la presión y del
caudal de un líquido, que comprende un captador de presión provisto
de elementos de detección, que permiten una medida de la presión y
un captador de caudal provisto de elementos de detección, que
permiten una medida del caudal, el captador de presión y el
captador de caudal tienen un mismo cuerpo mecánico, los elementos
de detección que permiten una medida del caudal consisten en un par
de termistancias (4), una de las cuales está caldeada temporalmente
y la otra se mantiene a la temperatura del líquido,
en el que,
los elementos de detección que permiten medir la
presión están constituidos por un soporte (3), al que se transmite
la presión del líquido por una membrana (10) elástica, de
elastómero, que sufre un desplazamiento cuando está sometida a la
presión del líquido, y por un medio para medir el desplazamiento,
el cuerpo (1) soporta en su parte orientado hacia el líquido, una
contera (2) de elastómero que incluye la mencionada membrana (10),
mediante la cual se transfiere íntegramente la presión del líquido
al soporte (3), y la contera (2) es penetrada por las termistancias
(4) de sondas desplazadas, situadas en cajas (5) en el líquido que
se va a medir.
2. Dispositivo de medida, según la reivindicación
1, en el que la contera (2) presenta dos sobreespesores locales en
forma de manguitos (6) que garantizan la estanqueidad alrededor de
las cajas (5) mediante apriete inicial.
3. Dispositivo de medida según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de detección
que permiten una medida de presión consisten en un soporte (3) y en
un puente de calibres piezo-resistivos
(12-14).
4. Dispositivo de medida según la reivindicación
1, que se utiliza en un dispositivo de mando de una instalación de
alimentación de agua.
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