DK151080B - Trykfoeler - Google Patents

Description

151080

Opfindelsen angår, en trykføler af den i krav l's indledning angivne art.

Man kender trykfølere, hvori der indgår isoleringsmembraner, hvormed den egentlige målemembran kan isoleres 5 fra korroderende fluider, hvis tryk eller trykforskel skal måles, således at målemembranen herved korrosions-beskyttes .

Fra beskrivelsen til USA patentskrift nr. 3 618 390 kendes en trykføler af den indledningsvis angivne art.

10 I den herfra kendte trykføler, som i den viste udførel sesform er udformet som en differentialtrykføler, består den på hver side af målemembranen beliggende halvdel af målekammeret af to flade kamre, som er beliggende på hver sin side af trykfølerens respektive huspart, 15 og som er indbyrdes forbundet ved hjælp af et antal huller i et keramisk rør i midten af huset.

Med denne opbygning vil trykføleren have en væsentlig "oliestand", og når trykføleren udsættes for accelerationskræfter, specielt vinkelret på membranerne, vil 20 denne oliestand påvirke målemembranen gennem inerti- kræfter, hvilket påvirker målenøjagtigheden i en meget ugunstig retning. Den nødvendigvis ret store oliemængde, som ved trykregistreringen skal gå igennem hullerne i det keramiske rør, har også den ulempe, at den nedsæt-25 ter trykfølerens reaktionshastighed.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en trykføler af den indledningsvis angivne art, som ikke er behæftet med de nævnte ulemper.

Dette formål opnås ved, at trykføleren ifølge opfindel-30 sen er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

151080 2

Med den deri angivne opbygning af trykføleren opnås en væsentlig nedsættelse af mængden af væske, f.eks. olie således, at accelerationsvirkningerne i retningen af følerens akse, d.v.s. vinkelret på membranerne, 5 reduceres. Trykføleren ifølge opfindelsen har i forhold til den kendte trykføler endvidere en reduceret tidskonstant, d.v.s. den reagerer hurtigt, eftersom der er ringe begrænsning i oliens bevægelse med ændret tryk.

Ved en foretrukket udførelsesform ifølge opfindelsen 10 består trykføleren som angivet i krav 2 af to symme triske sammenbyggede trykfølere, som derved udgør en differentialtrykføler.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvor: 15 fig. 1 er et lodret snit gennem et differentialtryk- transducermodul ifølge opfindelsen, fig. 2 viser et udsnit i fig. 1 i større målestok, idet det mere detaljeret viser konstruktionen og forholdet mellem isolationsmembranerne og målemembranen, 20 fig. 3 er et lodret snit gennem halvdelen af følermo dulet under et første trin af fremstillingen, og fig. 4 er et lodret billede af følermodulet i fig. 3 og viser udformningen af den ringformede isolationsmembran .

25 I en foretrukken udførelsesform er det trykfølende mo dul 10 indrettet til at registrere differentialtryk. Følermodulet er vist på tegningen, og der benyttes normalt et passende yderhus, som klemmer modulet i stilling og understøtter det efter ønske. F.eks. kan et hus af 151080 3 den i USA patent nr. 3 618 390 angivne type anbringes over dette følermodul. Den eneste nødvendige ændring er en rigtig anbringelse af stillingen af elektriske forbindelser og trykforbindelser. Dette er velkendt.

5 Trykmodulet 10 omfatter et stort hus 11, som under de første trin af fremstillingen er fremstillet i to halv-sektioner eller husparter 12 og 13, som er delt langs en delelinie i midten. En udstrakt målemembran 14 er anbragt langs denne delelinie i den viste form og er 10 således beliggende på modulets delingslinie. De to hus sektioner 12 og 13 kan være sammensvejset med den tynde målemembran 14 på plads på velkendt måde.

Hver af husparterne 12 og 13, som består af metal, har en midteråbning og et stift isolerende materiale 15 15 og 16, som respektivt fylder denne åbning. F.eks. kan et glas eller keramisk materiale smeltes på plads i midterdelen af husets metalsektioner 12 og 13 til dannelse af en stiv støtte. De overflader af midterdelene 15 og 16, som vender mod målemembranen 14, er givet 20 en ønsket form, f.eks. plan eller konkav form, og kon- densatorpladedele af elektrisk ledende materiale 17 og 18 er aflejret eller på en eller anden passende måde monteret på disse overflader. Disse elektrisk ledende dele 17 og 18, som danner stationære kondensatorpla-25 der, er isoleret fra det respektive hus af de respektive materialer 15 og 16.

Når det keramiske materiale eller glasmaterialet 15 og 16 bliver smeltet på plads, bliver respektive metalrør 21 og 22, som strækker sig aksialt langs mid-30 teraksen af huset og gennem glasmaterialet, ligeledes smeltet på plads. Rørenes indre ender, d.v.s. nær ved delelinien i midten, er udformet, så de er i plan med de indvendige overflader af det keramiske materiale 151080 4 15 og 16, således at kondensatorpladerne 17 og 18, når disse er bragt på plads, danner en elektrisk forbindelse med rørene 21 og 22.

Husparterne 12 og 13 har desuden forsænkede overflader 5 henholdsvis 23 og 24. De forsænkede overflader 23 og 24 omgiver de isolerende materialer eller glasblokke 15 og 16. De forsænkede overflader er generelt korrugeret som vist (overfladen ville være plan, hvis der blev benyttet en plan isolationsmembran) i fig. 1 og 2 og 10 begrænser ringformede kamre 23A og 24A. Passende tryk tilførselskanaler respektivt 25 og 26 går igennem respektive dele af husparterne 12 og 13 til de forsænkede overflader 23 og 24.

De ringformede kamre 23A og 24A er lukket af ringforme-15 de, korrugerede, bøjelige isolationsmembraner, respek tivt 27 og 28. Isolationsmembranerne 27 og 28 er i nærheden af deres indre kanter 27A og 28A tætnet imod de respektive husparter 12 og 13. Denne forbindelse findes nær ved periferien af glasblokkene 15 og 16 og derfor 20 i nærheden af og omkring de respektive kondensatorpla der 17 og 18 og er næsten i plan dermed. Denne tætning kan være en passende lodning, sømsvejsning eller en hvilken som helst anden samling, som tætner de respektive membrandele 27 og 28 til deres respektive huspar-25 ter, således at der ikke opstår tryktab fra de dannede kamre 23A og 24A.

De ydre rundtgående kantdele af isoleringsmembranen bliver fortrinsvis tætnet til den respektive periferi af huset og til kanten af membranen 14, når denne mem-30 bran 14 er bragt på plads.

På fig. 3 er halvdelen af følermodulet, f.eks. den ved 12 viste sektion vist i et mellemtrin under fremstillin- 151080 5 gen. Røret 21 er som vist åbent, og der er ligeledes vist en åbning gennem pladen 17.

I fig. 4 ses huset 12 i lodret billede. Den ringformede kant 27B ved yderkanten af huset strækker sig hele ve-5 jen omkring periferien af halvsektionen i hvert cellemo dul, og den ringformede indre tætning for isolationsmembranen 27 er vist ved 27A. Efter de to cellehalvdele således er fremstillet på denne måde, bringes de sammen med målemembranen 14 imellem sig. Membranen 14 er nor-10 malt spændt stramt og kantdelene 27B og 28B af isolationsmembranerne er klemt stramt i kontakt med målemembranen 14. Forbindelsen er så svejst ved periferien ved denne overgang som vist ved 30 i fig. 2. Svejsningen 30 tætner yderkanterne af isolationsmembranen til 15 husparterne. Membranen 14 er svejst til metalhusparter ne og desuden til isolationsmembranerne 27 og 28. Svejsningen 30 holder desuden de to husparter sammen.

Efter at de to følermodulhalvdele er blevet samlet, er rørene 21 endnu åbne og den indre kanal i disse rør 20 benyttes til at fylde olie eller en anden usammentryk- kelig væske ind i hulrummene på begge sider af målemembranen, som respektivt angivet ved 31 og 32. Hulrummene 31, 32 er dannet imellem målemembranen 14 og de respektive isolationsmembraner 27 og 28.

25 Når hulrummene eller kamrene 31 og 32 er helt fyldt med olie, og fyldningsrørene 21 og 22 ligeledes er helt fyldt, bliver rørene klemt sammen og lukket som ved 21A og 22A, således at husets indre er en helt lukket enhed. Rørene selv kan benyttes til at tilslutte elek-30 triske tilledninger, som fører til de respektive faste kondensatorplader 17 og 18. Ledningsforbindelserne er ikke vist, men kan udføres på enhver passende måde.

151080 6

Ligeledes er det nu klart, at enhver trykforskel i kamrene 23A og 24A, som gennem kanalerne 25 og 26 vil være forbundet til trykkilder, som skal måles, vil virke på de respektive bøjelige isolationsmembraner 27 eller 5 28. Trykket i hvert af kamrene 23A og 24A overføres gennem oliemassen (eller en anden usammentrykkelig væske) i kamrene 31 og 32 til den stive målemembran. Enhver trykforskel vil få membranen 14 til at bøje imod det kammer, som har det mindste tryk. Dette vil igen 10 få olien i kammeret på membranen 14's lavtryksside til at skubbe den ene isolationsmembran, f.eks. membranen 27, hvis kanalen 26 er udsat for det største tryk, op til den tilstødende forsænkede overflade, f.eks. overfladen 23. Membranen 14's bevægelse ændrer dens afstand 15 i forhold til de faste kondensatorplader 17 og 18. Og denne afstandsændring kan registreres som en kapacitets-ændring. Det bør bemærkes, at rumfanget af kamrene 31 og 32, og membranernes 27 og 28 afstand fra de tilstødende husoverflader i dette tilfælde er således valgt, 20 at isolationsmembranerne vil støde imod deres respekti ve huse i begge bevægelsesretninger, før membranen 14 når en yderstilling, således at der opnås et overtryk-stop ved mekanisk understøtning af isolationsmembranerne. Derved forhindres overspænding af membranen 14.

25 De korrugerede bøjelige membraner 27 og 28, som danner isoleringsmembranerne, er tilstrækkelig fleksible til at tillade termisk frembragte rumfangsændringer i olien uden at indvirke på funktionen.

Væsken (olien) i rørene 21 og 22 påvirker ikke accele-30 rationsfølsomheden langs husets midterakse ugunstigt, idet olien i rørene ikke kan bevæge sig under accelerationen, før kraften på føleren er større end trykforskellene imellem kamrene 23A og 24A og damptrykkene i de respektive væskefyldningsrør. Ved normal anven- 151080 7 delse har kamrene 23A og 24A atmosfæretryk selv i store højder, og oliebevægelse fra rørene 21 og 22 finder ikke sted. De øvrige accelerationsfejl forårsages hovedsagelig af den ringe vægt af de tynde membraner og 5 i mindre grad af den tilbageværende meget kraftigt reducerede oliesøjle imellem målemembranen og de bøjelige isolationsmembraner. De bøjelige isolationsmembraner tillader, at olien kan bevæge sig under accelerationen og søge at afbøje målemembranen. Denne virkning er sær-10 lig udtalt i det normale arbejdsområde for de angivne følere, hvor lave trykforskelle, generelt i området under to atmosfærer, bliver registreret.

Det målte trykfluidum er kun ført igennem de ringformede kamre 23A og 24A og ikke over hele arealet af føler-15 modulet. Som følge heraf kan de kapacitive elektroder være anbragt inden i midteråbningen af en ringformet isolationsmembran, som er anbragt tæt ved den målende membran og "højden" af væsken, som fylder kamrene 31 og 32, er reduceret til et niveau, hvor de af olien 20 frembragte accelerationsfejl har samme størrelsesorden som accelerationsfejlene for membranen alene.

Sagt på en anden måde begrænser isolationsmembra.nerne to separate kamre, som hver er åbne mod det aktivt følende element, der som vist er den afbøjende målemem-25 bran 14, som strækker sig på tværs af husets midterakse. De adskilte kamre er fyldt med en i det væsentlige usammentrykkelig væske. Isolationsmembranerne er begge ringformede membraner i afstand fra målemembranen og hver isolationsmembran strækker sig et minimalt stykke 30 i retning langs midteraksen for at opnå, at ændringer i det følende elements (som er den afbøjende målemembran 14) udgangssignal som følge af accelerationsvirkninger fra den usammentrykkelige væske, når trykføleren bliver accelereret i retning af sin midterakse, 151080 8 ikke er væsentligt større end ændringerne i udgangssignalet fra det følende element som følge af massen af isolationsmembranerne og det følende element under samme acceleration.

5 Hvis membranerne 14, 27 og 28 f.eks. er af stål med en vægtfylde på 10,8 og tykkelse på 0,025 mm for membranerne 27 og 28's vedkommende og 0,076 mm for membranen 14's vedkommende, og olien 31, 32 har en vægtfylde på 0,9, så vil en oliesøjle på hver side af mem-10 branen 14 på 0,76 mm medføre omtrent samme accelera tionsfejl for oliesøjlerne og for membranerne.

Tegningen er vist i stor målestok og højden af oliesøjlen fra den udspændte membran kan omtrent være 0,5 mm. Alligevel kan husets højde være tilstrækkeligt stort 15 til at opnå dimensionsmæssig stivhed af følermodulet.

Isolationsmembranerne er ikke udefra udsat for kræfter eller genstande, som kunne bule eller beskadige membranerne, idet de er indesluttet i hussektionerne. Føleren ifølge opfindelsen er bestemt til at fungere i fjendt-20 lige omgivelser.

Andre typer transducerelementer såsom en reluktanstransducer kan benyttes, hvis det ønskes. Induktive følere eller sensorer kan også benyttes med den foreliggende forbindelse med en stationær del monteret på huset og 25 en bevægelig del på membranen 14. Fordelene ved en lav accelerationsfølsomhed ved anvendelse af et ringformet isolationskammer, som tillader nedsættelse af oliemassen, er en ønsket egenskab.

Afstanden mellem isolationsmembranen og målemembranen 30 holdes fortrinsvis på et minimum. Det er vigtigt, at målemembranen ikke berører isolationsmembranen under anvendelse i det normale trykområde, og olien således 151080 9 danner et lag, som er tilstrækkeligt tykt til at afstanden mellem isolationsmembranen og målemembranen ikke nedbringes til nul, når trykføleren har sin mindste arbejdstemperatur. Den usammentrykkelige væske el-5 ler olien trækker sig sammen, når temperaturen falder, og der må hele tiden være en tynd oliefilm mellem isolationsmembranen og målemembranen ved alle arbejdstempe-. raturer. De samlede overflader af de aktive (bevægelige) dele af hver af isolationsmembranerne vender direkte 10 mod og er ud for dele af målemembranen, og den usammen trykkelige væske skal ikke passere gennem åbninger eller kanaler fra et separat kammer, som vender imod den respektive isolationsmembran, til et kammer, som vender mod målemembranen.

15 Denne undgåelse af strømningsbegrænsning i oliekamrene medfører en langt hurtigere reaktionstid ved hurtigt ændrede tryk end transducere, som har begrænsninger.

Hvis man ønsker en stærkt dæmpet reaktion, kan man benytte en olie med høj viskositet.

Claims (4)

151080

1. Trykføler omfattende en huspart (12), som danner basis for et med en usammentrykkelig væske fyldt måle-kammer (31), som er afgrænset af en isolationsmembran (27) og en målemembran (14), en kanal (25) i husparten 5 (12) til tilførsel af det fluidum, hvis tryk skal af føles, til den modsat den usammentrykkelige væske beliggende side af isolationsmembranen (27), og midler (17, 21. til at måle afbøjning af målemembranen (27) som følge af det tilførte fluidumtryk, kendetegnet 10 ved, at isolationsmembranen (27) er anbragt umiddelbart i nærheden af målemembranen (14) og kun adskilt fra den af et lag af den usammentrykkelige væske.

2. Trykføler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en anden isolationsmembran (28), som er tilsvarende 15 isolationsmembranen (27), og en huspart (13), som er tilsvarende husparten (12), afgrænser et andet målekammer (32), der er symmetrisk med det første målekammer (31) omkring målemembranen (14), hvilket andet målekammer (32) er fyldt med usammentrykkelig væske, og at 20 en anden kanal (26) for fluidum, hvis tryk også påvir ker målemembranen (14), udmunder i husparten (13) til tilførsel af sidstnævnte fluidum til den modsat den usammentrykkelige væske beliggende side af isolations-membranen (28).

3. Trykføler ifølge krav 1 eller 2, kendeteg net ved, at isolationsmembranen (27) eller isolationsmembranerne (27, 28) er ringformede og sammen med deres respektive husparter (12, 13) afgrænser ringformede kamre (henholdsvis 23A og 24A) for det fluidum, hvis 30 tryk skal afføles. 151080

4. Trykføler ifølge krav 3, og hvor isolationsmembranen (27) eller isolationsmembranerne (27, 28) er kor-rugerede, kendetegnet ved, at en huspart (12, 13), som sammen med en tilhørende isolationsmem-5 bran (27, 28) afgrænser nævnte ringformede kammer (hen holdsvis 23A og 24A), har en med den respektive isolationsmembran (27, 28) komplementært korrugeret overflade (henholdsvis 23 og 24).