FI100274B - Paine-eromittari - Google Patents

Description

100274

Paine-eromittari

Keksintö koskee paine-eromittaria, jossa on yksikammioi-nen paine-eroanturi, johon kuuluu kaksi mittakondensaat-toria, joiden kapasitanssit muuttuvat vastakkaisesti havait-5 tuun paine-eroon nähden ja samansuuntaisesti lämpötilaan nähden ja jotka muunnetaan kapasitanssin mittauskytkentöjen avulla mittaussignaaleiksi, jotka johdetaan lämpötilan ja paine-eron laskemista varten laskurikytkentään.

Tällainen paine-eromittari on tunnettu patenttihakemuk-10 sesta DE-PS 35 04 329. Yksikammioinen paine-eroanturi muodostuu lieriön mallisesta rungosta, jonka kummallakin otsapuolella on kalvo, niin että muodostuu ontto tila. Mittakondensaattorit on tehty kerroselektrodeista, jotka on sijoitettu rungon ja kalvojen toisiinsa päin oleville 15 pinnoille. Kumpikin ontto tila on yhdistetty toisiinsa rungossa olevalla kanavalla, ja koko näin muodostuneen kammion tilavuus on täytetty kokoon puristumattomalla nesteellä. Kun kumpaankin kalvoon vaikuttava paine on eri : suuruinen, kumpikin kalvo taipuu nesteen vaikutuksesta • 20 samaan suuntaa, niin että toinen kalvo lähenee runkoa ja toinen kalvo loittonee rungosta. Sen johdosta mittakon-densaattoreiden kapasitanssit muuttuvat paine-eroon nähden vastakkaisesti, jolloin paine-ero on lähes verrannollinen .·.·. kapasitanssiarvojen käänte is lukujen erotuksen kanssa. Kun 25 sitävastoin nesteen tilavuus muuttuu lämpötilan muuttuessa, kalvot taipuvat vastakkaisiin suuntiin, niin että ne keskenään samanaikaisesti lähenevät runkoa tai loittonevat siitä. Sen johdosta mittakondensaattorien kapasitanssit muuttuvat lämpötilasta riippuen samansuuntaisesti, jolloin *.· 30 lämpötila on lähes verrannollinen kapasitanssiarvojen kään- teislukujen summan kanssa. Laskurikytkentä laskee lämpöti-.··· lan kapasitanssiarvojen käänteislukujen summasta ja käyttää tulosta kapasitanssiarvojen käänteislukujen erotuksen perusteella lasketun paine-eron lämpötilariippuvuuden korjaami-: 35 seen.

2 100274 Tämän tunnetun paine-eromittarin avulla saadaan lämpötilan vaihteluista riippumaton paine-eron mittaustulos, mutta sillä ei pystytä tunnistamaan häiriöitä ja muita virheiden syitä, jotka johtavat väärään mittaustulokseen. Syitä 5 tunnistamattomiin mittausvirheisiin ovat esimerkiksi nesteen väheneminen huonon tiiviyden vuoksi, kalvon ominaisuuksien muutokset vaurioiden ja kulumisen seurauksena jne.

Keksinnön tarkoituksena on luoda aiemmin tunnetun tyyppinen paine-eromittari, jossa häiriöt ja muut virheiden 10 syyt, jotka johtavat väärään mittaustulokseen, saadaan automaattisen valvonnan ansiosta tunnistettua ja osoitettua suurella varmuudella.

Tämä tehtävä on ratkaistu siten, että keksinnön mukaisessa paine-eromittarissa on lämpötilanmittauslaite yksikam-15 mioisen paine-eroanturin lämpötilan välittömäksi mittaami seksi ja vertailulaite, joka vertaa mittakondensaattorien kapasitanssien perusteella laskettua lämpötilaa mitattuun lämpötilaan ja antaa virheen esiintymisen osoittavan signaalin, kun vertailulämpötilan ja etukäteen määrätyn raja-20 arvon välinen poikkeama ylittyy.

Keksinnön mukaisessa paine-eromittarissa jokainen häiriö ja virheen syy, joka johtaa väärään kapasitanssiinittaukseen, '...· aiheuttaa myös kapasitanssiarvojen perusteella lasketun * lämpötilan poikkeamisen välittömästi mitatusta lämpötilasta.

25 Siten saadaan mittausvirheen esiintyminen varmuudella tun nistettua ja osoitettua jopa silloin, kun lasketun paine-eron ja lasketun lämpötilan arvot ovat vielä täysin uskot- ..... tavat. Luonnollisesti saadaan myös häiriöt, jotka johtavat .·.· mittauksen täydelliseen keskeytymiseen, kuten kaapelirikot, 30 kapasitanssin mittauskytkennän viat tai vastaavat, välit tömästi tunnistettua ja osoitettua. Sen lisäksi valvotaan myös lisättyä lämpötilanmittauslaitetta, sillä kaikki häi-. .· riöt lämpötilanmittaustaitteessa johtavat samoin mitatun lämpötilan poikkeamiseen kapasitanssiarvojen perusteella 100274 lasketusta lämpötilasta. Näin syntyy siis täydellinen ja erittäin luotettava paine-eromittarin automaattivalvonta.

Parhaiten lämpötilanmittauslaitteena on paine-eroanturiin kiinnitetty lämpötila-anturi ja lämpötila-anturin kanssa 5 yhdistetty lämpötilanmittauskytkentä.

Muita keksinnön tunnusmerkkejä ja etuja käy ilmi seuraa-vasta yhden suoritusmuodon kuvauksesta, joka on esitetty kaaviona piirustuksen kuviossa.

Piirustuksessa esitetty paine-eromittari koostuu yksikam-10 mioisesta paine-eroanturista 10 ja mittauskytkennästä.

Yksikammioisessa paine-eroanturissa 10 on lieriön muotoinen runko 11, jonka kummallakin otsapuolella on kaksi elastista kalvoa 12 ja 13, jotka on kiinnitetty kehällä olevien väli-renkaiden 14 ja 15 avulla painetiiviisti. Runko 11 ja 15 kalvot 12, 13 on tehty sähköisesti eristävästä materiaalis ta, parhaiten metallioksidikeramiikasta. Samoin välirenkaat 14 ja 15 on parhaiten tehty sähköisesti eristävästä materiaalista, jolla saadaan aikaan painetiivis liitos rungon 11 ja kalvojen 12 ja 13 välillä, esimerkiksi lasisulatteesta.

· 20 Välirenkaiden 14 ja 15 avulla kalvot 12, 13 ovat jonkin matkan päässä rungosta 11, niin että kunkin kalvon 12, 13 ja sen puoleisen rungon 11 otsapinnan väliin muodostuu litteä ontto tila 16 ja 17. Molemman ontot tilat 16 ja 17 ·*.: on yhdistetty toisiinsa runkoon 11 muodostetun pitkittäis- 25 kanavan 18 välityksellä, niin että ne muodostavat yhteisen kammion, joka on ulospäin painetiivis. Kammion koko tilavuus on täytetty kokoonpuristumattomalla, eristävällä nesteellä 20, esimerkiksi silikoniöljyllä.

Kalvon 12 runkoon 11 päin oleva sisäpinta on päällystetty • · 30 kerroselektrodilla 21, joka on vastapäätä rungon sen puo leisella otsapinnalla olevaa renkaanmuotoista kerroselektro-dia 22. Samoin on kalvon 13 sisäpinta päällystetty kerroselektrodilla 23, joka on vastapäätä rungon 11 sen puoleisella otsapinnalla olevaa renkaanmuotoista kerroselektro-35 dia 24. Kerroselektrodit 21, 22, 23, 24 on yhdistetty 4 100274 liitosjohtimilla 25, 26, 27, 28 liitäntäkohtiin 31, 32, 33, 34, joihin on pääsy ulkoapäin. Kuvatussa esimerkissä lii-tosjohtimet 25 - 28 ovat kerrosjohdinnauhoja, jotka on liitetty yhteen niihin kuuluvien kerroselektrodien 21-24 5 kanssa ja kulkevat välirenkaiden 14, 15 ja rungon 11 tai kalvojen 12, 13 välistä ulkokehälle. Kerroselektrodit 21 -24 voivat olla paksukerrostekniikalla yhteenliitettyjä kerrosjohdinnauhojen 25 - 28 kanssa.

Kerroselektodi 21 muodostaa yhdessä sitä vastapäätä 10 olevan kerroselektrodin 22 kanssa ensimmäisen mittakonden- saattorin 35 kapasitanssilla C^, joka voidaan mitata lii-täntäkohtien 31 ja 32 väliltä ja kerroselektrodi 23 muodostaa sitä vastapäätä olevat kerroselektrodin 24 kanssa toisen mittakondensaattorin 36 kapasitanssilla C2, joka voidaan 15 mitata liitäntäkohtien 33 ja 34 väliltä.

Kalvoon 12 vaikuttavaa paine merkitään ja kalvoon 13 vaikuttava paine P2. Kun paineet ja P2 ovat yhtä suuret, niin että paine-ero : Δρ = Pi - P2 j'.‘ 20 on nolla, on paine-eroanturi 10 esitetyssä tasapainotilassa, jolloin kummankin mittakondensaattorin 35, 36 kapasitans-; sit Ci ja C2 ovat yhtä suuret, edellyttäen, että rakenne on Y! täysin symmetrinen ilman valmistustoleransseja. Kokoon- puristumattoman nesteen 20 ansiosta, joka täyttää koko 25 kalvojen 12 ja 13 välisen tilavuuden, eivät kalvot voi taipua niihin vaikuttavan paineen P^ ja P2 voimasta, kun nämä paineet ovat yhtä suuret. Kun esimerkiksi paine P^ kasvaa suuremmaksi kuin paine P2/ voi kalvo 12 taipua run-*:·* koon 11 päin, jolloin osa kokoonpuristumatonta nestettä 20 :Y 30 pakottuu ontosta tilasta 16 kanavan 18 kautta ontoon tilaan 17, niin että kalvo 13 taipuu painetta P2 vastaan ulospäin, rungosta 11 poispäin. Kummankin kalvon 12 ja 13 taipumisen johdosta kerroselektrodien 21 ja 22 välinen etäisyys piene-:t:’ nee ja kerroselektrodien 23 ja 24 välinen etäisyys suurenee.

5 100274

Vastaavasti kapasitanssi kasvaa ja kapasitanssi C2 pienenee. Mittaamalla molemmat kapasitanssit ja C2 voidaan sen vuoksi määrittää paine-ero Δρ. Kun jätetään huomioimatta epälineaarisuudet ja häiriöiden vaikutukset, on paine-5 ero Δρ likimain verrannollinen kapasitanssiarvojen kään- teislukujen erotuksen kanssa: Δρ = kp · ( 1 _ 1 ) (1)

Ci C2

Merkittävä häiriösuure, joka vaikuttaa paine-eron mit-10 taukseen, on lämpötila, sillä mittakondensaattorien kapasi tanssit Ci ja C2 ovat riippuvaisia paitsi paine-erosta Δρ, myös lämpötilasta. Lämpötilan muuttuessa muuttuu nimittäin myös kalvojen 12 ja 13 väliin suljetun nesteen 20 tilavuus. Kun lämpötilan noustessa nesteen 20 tilavuus suurenee, 15 painuvat molemmat kalvot 12 ja 13 ulospäin, niin, että toisaalla kerroselektrodien 21 ja 22 välinen etäisyys ja toisaalla kerroselektrodien 23 ja 24 välinen etäisyys kas-. . vavat samanaikaisesti. Vastaavasti pienenevät samanaikai- sesti kapasitanssit C^ ja C2. Päinvastaisessa tapauksessa '· · 20 lämpötilan alenemisesta johtuva nestetilavuuden pieneneminen : ' aiheuttaa kapasitanssiarvojen C^ ja C2 samanaikaisen suure- ...l nemisen. Lämpötilan muutos on likimain verrannollinen kapa- sitanssiarvojen käänte is lukujen summan kanssa: Δτ = kT · { 1 + _1_) (2) 25 CX C2 Tämän tosiasian perusteella on mahdollista määrittää mitatuista kapasitansseista C^ ja C2 yksikammioisen paine-eroanturin 10 lämpötila ja käyttää sitä anturin paine-eron . . Δρ lämpötilariippuvuuden korjaukseen. Näin tapahtuu pii- 30 rustuksessa esitetyn paine-eromittarin mittauskytkennässä, joka kuvataan seuraavassa.

Mittauskytkentään kuuluu ensimmäinen kapasitanssin mit-tauskytkentä 41, joka on yhdistetty kapasitanssin C^ mittaamiseksi liitäntäkohtiin 31, 32, ja toinen kapasitanssin 35 mittauskytkentä 42, joka on yhdistetty kapasitanssin C2 6 100274 mittaamiseksi liitäntäkohtiin 33, 34. Kukin kapasitanssin mittauskytkentä on toteutettu niin, että se antaa ulostulossa mittaussignaalin, joka on verrannollinen mitatun kapasitanssin käänteisarvon kanssa. Siten kapasitanssin mittaus-5 kytkentä 41 antaa mittaussignaalin, joka on verrannollinen arvon 1/C^ kanssa ja kapasitanssin mittauskytkentä 42 antaa mittaussignaalin, joka on verrannollinen arvon I/C2 kanssa.

Kummankin kapasitanssin mittauskytkennän 41 ja 42 antama mittaussignaali johdetaan anturin paine-erolaskuriin 45, 10 joka laskee niiden perusteella paine-eron Δρ. Havainnol lisuuden vuoksi on piirustuksessa osoitettu, että laskurin kytkennässä 43 on vähennyskytkentä 44, joka saa mittaussignaalin kummastakin kapasitanssin mittauskytkennästä 41 ja 42 ja antaa ulostulossa signaalin, joka on verrannollinen 15 kapasitanssiarvojen käänteislukujen erotuksen 1/C^ - I/C2 kanssa. Tämä signaali johdetaan paine-erolaskuriin 45. Edelleen on osoitettu, että laskurin kytkennässä 43 on yhteenlaskukytkentä 46, joka saa myös mittaussignaalin *.·; kummastakin kapasitanssin mittauskytkennästä 41 ja 42 ja 20 antaa ulostulossa signaalin, joka on verrannollinen kapasi- tanssiarvojen käänteislukujen summan l/C^ + 1/C2 kanssa.

Tämä signaali johdetaan anturin lämpötilalaskuriin 47, joka ,··· laskee sen perusteella yksikammioisen paine-eroanturin 10 Γ! lämpötilan T]_. Tämä lämpötila T^ välitetään samoin anturin • « * 25 paine-erolaskuriin 45, joka ottaa sen huomioon laskiessaan korjattua paine-eroa Δρ. Edelleen paine-erolaskuri 45 ottaa huomioon paine-eroa Δρ laskiessaan vakiokorjausker-toimet, jotka on saatu yksikammioisen paine-eroanturin 10 kalibroinnista ja tallennettu laskurikytkentään 43. Nämä • · 30 korjauskertoimet koskevat esimerkiksi valmistustoleransseis- . ta johtuvaa mittausarvojen nollapisteen siirtymää, yksikam mioisen paine-eroanturin herkkyyttä jne.

7 100274

Paine-erolaskurin 45 laskema paine-ero Δρ voidaan näyttää paine-eronäytössä 48.

Laskurikytkentä 43 voi olla millainen tahansa, sinänsä tunnettu kytkentä, varustettuna esimerkiksi tunnetuilla 5 analogia- tai digitaalikytkennöillä. Parhaiten laskurikyt kentä on sopivalla tavalla ohjelmoitu mikroprosessori. Jos kapasitanssin mittauskytkentöjen 41 ja 42 antamat mittaussignaalit eivät ole siinä muodossa, että niitä voitaisiin työstää suoraan mikroprosessorin avulla, on siihen liitet-10 tävä luonnollisesti tarvittavat analogiadigitaalimuuntajat tai leikkauskohdat yleisesti tunnetulla tavalla.

Tähän asti kuvattu paine-eromittarin osa vastaa tunnettua tekniikan tasoa. Tähän asti tunnetusta tekniikasta kuvattu paine-eromittari poikkeaa seuraavassa kuvattujen toimen-15 piteiden osalta.

Yksikammioiseen paine-eroanturiin 10 on liitetty lämpötila-anturi 50 siten, että se mittaa olennaisesti saman lämpötilan, jonka lämpötilalaskuri 47 laskee kummankin mittakondensaattorin kapasitanssien ja C2 perusteella.

20 Piirustuksessa osoitetaan, että lämpötila-anturi 50 on : ’· asennettu lieriömäisen rungon 11 kehäpinnalle. Lämpötila- ..'j anturi 50 voi olla mikä tahansa sinänsä tunnettu lämpötila- anturi, esimerkiksi lämpötilasta riippuvainen vastus tyyppiä :Y PT 100. Lämpötila-anturiin 50 on yhdistetty lämpötilanmit- « 25 tauskytkentä 51, joka antaa lähdössä mittaussignaalin, joka vastaa lämpötila-anturin 50 havaitsemaa lämpötilaa T2.

Tämä lähtösignaali johdetaan vertauskytkentään 52, joka saa toisaalta lämpötilalaskurin 47 antaman lähtösignaalin, joka • · · € 1 2 3 . ilmoittaa kapasitanssiarvojen ja C2 laskeman lämpötilan 2 • · 3 .30 T^. Vertauskytkentä 52 vertaa laskettua lämpötilaa T^ mitattuun lämpötilaan T2. Kun näiden kahden lämpötilan välillä on ero, joka ylittää etukäteen määrätyn raja-arvon, antaa vertauskytkentä 52 signaalin, joka osoittaa, että paine-eromittarissa on vika, joka johtaa väärään mittaus- 8 100274 tulokseen. Tämä signaali voi laukaista esimerkiksi vir-hehälytyksen 53 tai sitä voidaan käyttää muuten virheen osoittamiseksi ja/tai lasketun paine-eron käyttämisen estämiseksi.

5 Tällä tavoin voidaan valvoa käytännöllisesti katsoen kaikkien paine-eromittarin osien moitteetonta toimintaa, sillä kaikki häiriöt tai muut virheen syyt, jotka johtavat väärään kapasitanssin mittaukseen, paljastuvat heti lasketun lämpötilan T^ ja mitatun lämpötilan T2 poikkeavuudella.

10 Tämä koskee erityisesti seuraavia virheitä: 1. öljyhävikki yksikammioisessa paine-eroanturissa 10; 2. Vika kapasitanssin mittauskytkennöissä 41, 42; 3. Kaapelirikko; 4. Vika lämpötila-anturissa 50 tai lämpötilan mittaus- 15 kytkennässä 51.

< • > I 4 • · i

I 4 I

• · • · • ·

MM

• · » « ♦ I 1 ♦

Claims (2)

9 100274

1. Paine-eromittari, jossa on nesteellä täytetty yksikammioi-nen paine-eroanturi (10) jossa on kaksi mittakondensaattoria (35,36), joiden kapasitanssit muuttuvat havaittuun paine- 5 eroon nähden vastakkaisesti ja lämpötilaan nähden samansuuntaisesti ja ne muutetaan kapasitanssin mittauskytkennässä (41,42) mittaussignaaleiksi, jotka johdetaan laskurikytken-tään (43) lämpötilan ja paine-eron mittaamiseksi, tunnettu siitä että siinä on lämpötilan mittauslaite (50,51) yksikam-10 mioisen paine-eroanturin lämpötilan välittömäksi mittaamiseksi, ja että siinä on vertauslaite, joka vertaa mittakonden-saattoreiden kapasitanssien perusteella laskettua lämpötilaa mitattuun lämpötilaan ja antaa virheen osoittavan signaalin, jos verrattujen lämpötilojen välinen ero ylittää etukäteen 15 määrätyn raja-arvon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paine-eromittari, tunnettu siitä että lämpötilanmittauslaitteessa on paine-eroanturiin (10) kiinnitetty lämpötila-anturi (50) ja lämpötila-anturiin yhdistetty lämpötilan mittauskytkentä (51). 20 . Patentkrav