SENSOR Y PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA PRESIÓN EN UN FLUIDO.

Sensor (2) para determinar la presión ( pPr obe ) en un fluido ( FPr obe ),

que consta de: a) una caja soldada herméticamente al vacío (10,12); b) una caja (10,12) que aloja una primera membrana (16) que encierra una parte de un primer volumen interior; dicha primera membrana (16) tiene una primera área de contacto (18) asociada con un primer sensor de temperatura (20) y un calentador (22); c) la caja (10, 12) aloja, además, una segunda membrana (14) que encierra también una parte del primer volumen interior; dicha segunda membrana (14) tiene una segunda zona de contacto (24) asociada con un segundo sensor de temperatura (26) y está dispuesta enfrente de dicha primera zona de contacto (18), en el cual por lo menos una de dicha primera membrana (16) y de dicha segunda membrana (14) es elástica por lo menos en una parte de su zona de contacto respectiva (18, 24) y/o alrededor de su zona de contacto respectiva (18, 24); d) dicho primer volumen interior tiene un acceso (6) al fluido ( FPr obe ); e) en el que la primera y segunda membranas (14, 16) se diseñan de tal manera que sellan herméticamente un segundo volumen interno ( VRe f ) que se mantiene a una presión de referencia, siendo preferentemente mantenido al vacío; f) en el que la primera y la segunda zonas de contacto (18, 24) se rozan mutuamente en sus posiciones predefinidas respectivas y en el que las primeras y segundas zonas de contacto (18, 24) determinan el contacto mecánico y térmico debido a la elasticidad de una de dicha primera y segunda membranas (14,16), cuando el primer volumen interno ( VPr obe ) se conecta al fluido ( FPr obe ) permite una transferencia de calor más fuerte de la primera zona de contacto (18) a la segunda zona de contacto (24) debido a la presión ( pPr obe ) del fluido ( FPr obe )

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/067897.

Solicitante: PAUL SCHERRER INSTITUT.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: 5232 Villigen Psi SUIZA.

Inventor/es: KNUD,Thomsen.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 18 de Diciembre de 2008.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01L11/00D

Clasificación PCT:

  • G01L11/00 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01L MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA MECANICA, RENDIMIENTO MECANICO O DE LA PRESION DE LOS FLUIDOS (pesado G01G). › Medida de la presión permanente, o cuasi-permanente de un fluido o de un material sólido fluyente por medios no previstos en los grupos G01L 7/00 ó G01L 9/00.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2374034_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sensor y procedimiento para determinar la presión en un fluido La presente invención se refiere a un sensor y a un procedimiento para determinar la presión en un fluido.

La medición de presión (de gas) en ambientes hostiles, especialmente en los campos de fuerte radiación, es un requisito común en diversas instalaciones experimentales y en instalaciones industriales nucleares. No hay muchas opciones entre los sensores disponibles en el mercado y sus precios son altos.

En muchas aplicaciones industriales y científicas, el conocimiento exacto de la presión de gas del fluido asociado con dicha aplicación es crucial para el buen funcionamiento de las aplicaciones y/o para el entendimiento de los procesos que se realizan dentro de las aplicaciones. En algunos experimentos científicos, como durante la irradiación del metal líquido objeto del Megapie, en el PSI se ha observado la presión de la fuente de espalación SINQ. Durante la operación Megapie los sensores de presión empleados mostraron una degradación severa, mientras que los sensores de temperatura, es decir, termopares y sensores PT100, exhibieron un buen rendimiento y estabilidad.

Una versión son los extensímetros característicos de los sensores de presión resistentes a la radiación disponibles en el mercado, es decir, que se emplean para medir la deformación mecánica de un recipiente al vacío y herméticamente cerrado. Una de las desventajas principales de este diseño está ligada al requisito intrínseco de transferir la deformación mecánica y el esfuerzo cortante a través de algún aislamiento no metálico o capa soldante. Al final, esta disposición probablemente también determina los límites del ámbito permitido de temperatura para estos manómetros.

Otra variante se basa en la detección de capacidad; para esto, es inevitable una compensación entre la resistencia a la sensibilidad y a la radiación cuando la localización de la medida electrónica sensible requerida además de reducir la radio exposición lleva a un aumento de la longitud del cable y de las capacidades parásitas asociadas.

Es por lo tanto el objeto de la presente invención proporcionar un sensor y un procedimiento para determinar la presión de un fluido de una manera rentable y fiable, incluso en un ambiente hostil, como el ambiente duro de la radiación.

Estos objetivos se alcanzan según la presente invención por un sensor para determinar una presión de un fluido, que consta de:

a) una caja soldada herméticamente al vacío;

b) una caja que aloja una primera membrana que encierra una parte de un primer volumen interno; dicha primera membrana tiene una primera área de contacto asociada con un primer sensor de temperatura y un calentador;

c) la caja aloja, además, una segunda membrana que encierra también una parte del primer volumen interior; dicha segunda membrana tiene una segunda zona de contacto asociada con un segundo sensor de temperatura y está dispuesta enfrente de dicha primera zona de contacto, en el cual por lo menos una de dicha primera membrana y de dicha segunda membrana es elástica por lo menos en una parte de su zona de contacto respectiva y/o alrededor de su zona de contacto respectiva;

d) dicho primer volumen interior tiene un acceso al fluido;

e) en el que la primera y segunda membranas se diseñan de tal manera que sellen herméticamente un segundo volumen interno que se mantiene a una presión de referencia, siendo preferentemente mantenido al vacío;

f) en el que la primera y la segunda zonas de contacto se rozan mutuamente en sus posiciones predefinidas respectivas y en el que las primeras y segundas zonas de contacto determinan el contacto mecánico y térmico debido a la elasticidad de una de dicha primera y segunda membranas, cuando el primer volumen interno se conecta al fluido permite una transferencia de calor más fuerte de la primera zona de contacto a la segunda zona de contacto debido a la presión del fluido.

Con respecto al procedimiento, los objetivos antes mencionados se consiguen de acuerdo con la presente invención por un procedimiento para determinar la presión de un fluido, que comprende las etapas de: a) proporcionar una caja soldada herméticamente al vacío;

b) proporcionar dentro de una caja una primera membrana que encierra una parte de un primer volumen interior; dicha primera membrana tiene una primera área de contacto asociada con un primer sensor de temperatura y un calentador;

c) además proporcionar dentro de la caja una segunda membrana que encierra también una parte del primer volumen interior; dicha segunda membrana tiene una segunda zona de contacto asociada con un segundo sensor de temperatura y está dispuesta enfrente de dicha primera zona de contacto, en el cual por lo menos una de dicha primera membrana y de dicha segunda membrana es elástica por lo menos en una parte de su zona de contacto respectiva y/o alrededor de su zona de contacto respectiva;

d) proporcionar un acceso de dicho primer volumen interior al fluido;

e) diseñar la primera y segunda membranas de tal manera que sellen herméticamente un segundo volumen interno que se mantiene a una presión de referencia, siendo preferentemente mantenido al vacío;

f) en el que la primera y la segunda zonas de contacto se rozan mutuamente en sus posiciones predefinidas respectivas y en el que las primeras y segundas zonas de contacto determinan el contacto mecánico y térmico debido a la elasticidad de una de dicha primera y segunda membranas, cuando el primer volumen interno se conecta al fluido permite una transferencia de calor más fuerte de la primera zona de contacto a la segunda zona de contacto debido a la presión del fluido;

g) conectar dicho primer volumen interno al fluido, de tal modo que permita una transferencia térmica de la primera área de contacto a la segunda área de contacto dependiendo de la presión del fluido; y h) medición de la intensidad y/o del gradiente de tiempo de la transferencia térmica de la primera área de contacto a la segunda área de contacto.

Cuando se considera que el efecto físico de la transferencia de calor que forma la base del manómetro de presión inventado es bien conocido, sorprende que no haya sido usado antes en este contexto. La resistencia / conductancia térmica de contacto sobre una junta mecánica depende en gran medida de la presión aplicada sobre el interfaz. En resumen, dependiendo de parámetros materiales como la dureza, la forma geométrica en una macro y micro escala, y otras condiciones de contorno, se puede establecer un área de contacto de fuerte radiación y eficaz y depende de la carga de presión que da lugar a una conductancia de contacto de una junta mecánica. Mientras que la conductancia térmica aumenta con la presión aplicada a las relaciones entre la presión de contacto y la conductancia resultante incluso extensible sobre varias órdenes de magnitud que pueden ahora ser arregladas fácilmente.

En una realización preferente de la presente invención el gradiente de temperaturas se mide sobre el primer sensor de temperatura y el segundo sensor de temperatura; dicho gradiente de temperatura es representativo para la presión en el fluido. Como se mencionó anteriormente el grado del gradiente se puede escoger en una amplia gama para cubrir la exactitud de medida deseada. Se puede conseguir otro aumento de la precisión de acuerdo con otra realización preferente que utiliza el gradiente de temperatura medido sobre el primer sensor de temperatura y sobre el segundo sensor de temperatura y utiliza el gradiente de tiempo del gradiente de temperatura que ambos están en la combinación correcta representativa de la presión en el fluido.

Además, es decir para permitir una comprobación adicional de la presión determinada resuelta, en otra realización preferente de la presente invención, que un tercer sensor de temperatura asociado con la segunda membrana se puede disponer a una distancia predeterminada del segundo sensor de temperatura, preferentemente en la proximidad a la caja o sobre la caja. Esta medición entonces también permite comprobar la distribución de la temperatura observada en el dispositivo por consistencia, es decir permitiendo una validación de las señales.

Otra realización preferente de la presente invención proporciona la primera y segunda membrana que están hechas de un material metálico que tiene una mala conductividad térmica. Esta mala conductividad térmica permite... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sensor (2) para determinar la presión ( pProbe ) en un fluido ( FProbe ) , que consta de:

a) una caja soldada herméticamente al vacío (10, 12) ; b) una caja (10, 12) que aloja una primera membrana (16) que encierra una parte de un primer volumen interior; dicha primera membrana (16) tiene una primera área de contacto (18) asociada con un primer sensor de temperatura (20) y un calentador (22) ; c) la caja (10, 12) aloja, además, una segunda membrana (14) que encierra también una parte del primer volumen interior; dicha segunda membrana (14) tiene una segunda zona de contacto (24) asociada con un segundo sensor de temperatura (26) y está dispuesta enfrente de dicha primera zona de contacto (18) , en el cual por lo menos una de dicha primera membrana (16) y de dicha segunda membrana (14) es elástica por lo menos en una parte de su zona de contacto respectiva (18, 24) y/o alrededor de su zona de contacto respectiva (18, 24) ;

d) dicho primer volumen interior tiene un acceso (6) al fluido ( FProbe ) ;

e) en el que la primera y segunda membranas (14, 16) se diseñan de tal manera que sellan herméticamente un segundo volumen interno ( VRe f ) que se mantiene a una presión de referencia, siendo preferentemente mantenido al vacío; f) en el que la primera y la segunda zonas de contacto (18, 24) se rozan mutuamente en sus posiciones predefinidas respectivas y en el que las primeras y segundas zonas de contacto (18, 24) determinan el contacto mecánico y térmico debido a la elasticidad de una de dicha primera y segunda membranas (14, 16) , cuando el primer volumen interno ( VProbe ) se conecta al fluido ( FProbe ) permite una transferencia de calor más fuerte de la primera zona de contacto (18) a la segunda zona de contacto (24) debido a la presión ( pProbe ) del fluido ( FProbe ) .

2. Sensor (2) según la reivindicación 1, en el que se mide un gradiente de temperatura sobre el primer sensor de temperatura (20) y sobre el segundo sensor de temperatura (26) ; este gradiente de temperatura es representativo de la presión

( pProbe ) del fluido ( FProbe ) .

3. Sensor (2) según la reivindicación 1 o 2, en el que el gradiente de temperatura medido sobre el primer sensor de temperatura (20) y sobre el segundo sensor de temperatura (26) y el gradiente de tiempo del gradiente de temperatura son

representativos de la presión ( pProbe ) en el fluido ( FProbe ) .

4. Sensor (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un tercer sensor de temperatura (28) asociado con la segunda membrana (14) está dispuesto a una distancia predeterminada del segundo sensor de temperatura (26) , preferentemente en la proximidad a la caja (10, 12) o sobre la caja (10, 12) .

5. Sensor (2) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera y segunda membrana (14, 16) están hechas de un material metálico que tiene una mala conductividad térmica.

6. Sensor (2) según la reivindicación 5, en el que la primera y segunda membranas (14, 16) comprenden una superficie por lo menos parcialmente pulida para reducir la absorción de radiación térmica.

7. Procedimiento para determinar una presión ( pProbe ) de un fluido ( FProbe ) , que comprende los pasos

de: a) proporcionar una caja soldada herméticamente al vacío (10, 12) ; b) proporcionar dentro de una caja (10, 12) una primera membrana (16) que encierra una parte de un primer volumen interior; dicha primera membrana (16) tiene una primera área de contacto (18) asociada con un primer sensor de temperatura (20) y un calentador (22) ; c) además proporcionar dentro de la caja (10, 12) una segunda membrana (14) que encierra también una parte del primer volumen interior; dicha segunda membrana (14) tiene una segunda zona de contacto (24) asociada con un segundo sensor de temperatura (26) y está dispuesta enfrente de dicha primera zona de contacto (18) , en el cual por lo menos una de dicha primera membrana (16) y de dicha segunda membrana (14) es elástica por lo menos en una parte de su zona de contacto respectiva (18, 24) y/o alrededor de su zona de contacto respectiva;

d) proporcionar un acceso (6) de dicho primer volumen interior al fluido ( FProbe ) ;

e) diseñar la primera y segunda membranas (14, 16) de tal manera que sellen herméticamente un segundo volumen interno ( VRe f ) que se mantiene a una presión de referencia, siendo preferentemente mantenido al vacío; f) en el que la primera y la segunda zonas de contacto (18, 24) se rozan mutuamente en sus posiciones predefinidas respectivas y en el que las primeras y segundas zonas de contacto (18, 24) determinan el contacto mecánico y térmico debido a la elasticidad de una de dicha primera y segunda membranas (14, 16) cuando el primer volumen interno ( VProbe ) se conecta al fluido ( FProbe ) permite una transferencia de calor más fuerte de la primera zona de contacto (18) a la segunda zona de contacto (24) debido a la presión ( pProbe ) del fluido ( FProbe ) ;

g) conectar dicho primer volumen interno ( VProbe ) al fluido ( VProbe ) , de tal modo que permita una transferencia térmica de la primera área de contacto (18) a la segunda área de contacto (24)

dependiendo de la presión del fluido ( FProbe ) ; y h) medición de la intensidad y/o del gradiente de tiempo de la transferencia térmica de la primera área de contacto (18) a la segunda área de contacto (24) .

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que se mide el gradiente de temperatura sobre el primer sensor de temperatura (20) y sobre el segundo sensor de temperatura (26) ; este gradiente de temperatura es representativo de la presión

( pProbe ) del fluido ( FProbe ) .

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en el que el gradiente de temperatura medido sobre el primer sensor de temperatura (20) y sobre el segundo sensor de temperatura (26) y el gradiente de tiempo del gradiente de temperatura son

representativos de la presión ( pProbe ) en el fluido ( FProbe ) .

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 7 a 9, en el que se pone al menos un tercer sensor de temperatura (28) asociado con la segunda membrana

(14) a una distancia predeterminada desde el segundo sensor de temperatura (26) , preferiblemente en la proximidad de la caja (10, 12) o sobre la caja (10, 12) .

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera y la segunda membranas (14, 16) están hechas de un material metálico que tiene una conductibilidad térmica pobre.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que, la primera y la segunda membrana (14, 16) comprenden una superficie por lo menos parcialmente pulida para reducir la absorción de radiación térmica.

 

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