FI70326B - Lufttryckgivare - Google Patents

Description

ΓΒ1 (11) KUULUTUSJULKA.SU 7Q326 4lg|A LbJ 'ίί' UTLÄGG Nl NGSSKRIFT / U O Z. U

C Patentti työnne tty

{ } Patent ne^elnt 15 03 133G

(51) Kv.lk.7int.CI.4 G 01 L 9/10, 9/12 S U O M I —· FI N L A N D (21) Patenttihakemus — Patentansäknlng 800215 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag 24 01 80 (F·) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 24.01.80 (41) Tullut Julkiseksi — Bllvit offentlig gg gg

Patentti- ja rekisterihallitus /44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.— -o n/

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad Zö. UZ.oo (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 02.02.79

Saksan li ittotasavalta-Förbundsrepub1iken Tyskland(DE) P 2903994.9 Toteennäytetty-Styrkt (71) Albin Sprenger K.G. GmbH £ Co., MCihlenstrasse 47, 3424 St. Andreas-berg/Harz, Saksan 1iittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Christian Bachem, Göttingen, Saksan !iittotasavaIta-Förbundsrepub-1iken Tyskland(DE) (74) Leitzinger Oy (54) I1manpaineanturi - Lufttryekgiväre

Esillä olevan keksinnön kohteena on ilmanpaineanturi, jossa on mit-takammioon järjestetty tasomainen elementti, joka sähköisesti on saatettavissa mekaanisiin värähtelyihin resonanssitaajuudellaan ja jotka mekaaniset värähtelyt on muunnettavissa sähköisiksi signaaleiksi, jolloin tasomaisen elementin molemmilla puolilla on välimatkan päässä toisistaan mittauskammion jäykät seinämät jolloin mitattavan paineenalaista ilmaa on tasomaisen elementin kummallakin puolella tämän ja jäykkien seinämien välissä, joka ilmanpaine vaikuttaa tasomaisen elementin resonanssitaajuuteen.

Tällaisia ilmanpaineantureita on esimerkiksi kuvattu teoksessa "Archiv Technisches Messen ATM, Blatt V, S. 1342-6, 1972". Tällöin tasomainen elementti on muodostettu membraaniksi. Kuten teoksesta "Handbuch fur elektrisches Messen mechanischer Grössen", C.rohrbach, VDI-Verlag GmbH, Diisseldorf, 1967 s. 532 ilmenee, membraanit ovat kalvoja, jotka ovat niin ohuita, että niissä käytännössä ei lainkaan esiinny taivutusjännitystä vaan ainoastaan vetojännitystä.

70326

Tunnetuissa ilmanpaineantureissa mittakammio on muodostettu kaksois-kondensaattoriksi, jossa maadotetun membraanin aktivointi ja mem-braanin värähtelymittaus suoritetaan elektrostaattisesti. Jännitetyssä membraanissa on membraanikohtainen palautusvoima riippuvainen elastisista säteensuuntaisista jännityksistä ja suhteellisen pieni verrattuna ilmakerrosten aiheuttamiin jännityksiin. Näillä edellytyksillä membraanin oma taajuus seuraa ilmanpaineen neliöjuurta usealla kymmenpotenssilla. On kuitenkin osoittautunut, että tasapaino saavutetaan ainoastaan muutaman %:n suuruusluokkaa olevalla alueella, koska membraanijännityksen muodostaman osuus omataa-juudesta on riippuvainen lämpötilasta ja värähtelymuutoksista (edellä mainittu ATM).

Saksalaisessa kuulutusjulkaisussa 2 164 896 on kuvattu paineanturi, jossa paineen tai paine-eron mittaus suoritetaan seuraamalla staattisen paineesta riippuvaisen olotilan muutoksia, eli membraanin pullistumista paineen funktiona. Menetelmän tarkkuus on riippuvainen paineen suuruudesta eikä tällaista anturia ilman muuta voida soveltaa erilaisten paineiden mittaukseen. Esimerkiksi alhaisten paineiden mittaus on vaikeaa ja tyhjiön mittaaminen lähes mahdotonta. Vastaavanlainen anturi on esitetty US-patenttijulkaisussa 3,000,312, jossa membraanin aseman muutos mitataan sähköisesti.

Brittiläisen patenttijulkaisun 982 930 mukaisessa laitteessa käytetään paineen mittaukseen membraanin omataajuutta. Vaihtelevat paineet vaikuttavat kuitenkin membraanin jännitykseen joten paineen muutos saadaan taajuuden funktiona.

US-patenttijulkaisussa 3,425,281 ei paineen mittaukseen käytetä membraanin omataajuutta vaan kalvon värähtelyn paineesta riippuvaa amplitudia. Laitteen mittatarkkuun huononee mitä pienempi paine on eikä tyhjiöä tällä laitteella voida mitata.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää jo mainitunlaista ilmanpaineanturia edelleen niin, että mittatarkkuus paranee ja että etenkin vakausepästabiliteetti poistetaan.

3 70326

Tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti siten, että tasomainen elementti on muodostettu levyksi jousikovasta aineesta jota levyä pidetään sen reunoihin järjestettyjen välirenkaiden avulla välimatkan päässä jäykistä seinämistä, jotka välirenkaat ovat siten mitoitettuja, että molemmin puolin levyn ja vastaavan seinämän välillä olevan ilman palautusvoima atmosfääripaineessa on noin 3 - 10-ker-tainen levyn palautusvoimaan nähden. Levymäisen kalvon oma jäykkyys tosin pienentää sen omataajuusmuutosta, esimerkiksi l:2:een ilmanpaineen muuttuessa 10 - 1000 mb (mikä on mielenkiintoista radiosääsondien kannalta), mutta kuitenkin omataajuuden riippuvuus ilmanpaineesta on tarkempi kuin 1 mb, ts. voidaan mitata 1 mb:n paineenmuutoksia.

Keksinnön mukaisesti tulee kalvon olla induktiivisesti herkkä, jotta voitaisiin toimia tarkasti matalilla syöttöjännitteillä. Edullisesti ainakin toinen jäykistä seinämistä muodostuu eristeaineesta, ja siihen kuuluu sen kalvon puoleisella sivulla sähköisesti johtava kerros, johon voidaan liittää oskillaattorikytkentä. Eräässä muussa suoritusmuodossa on keksinnölle ominaista, että kalvo sisältää ferromagneettista ainetta, että siihen jäykkään seinämään, johon ei kuulu sähköisesti johtavaa kerrosta, on järjestetty tia kytketty sähkömagneetti, joka on levyn omataajudelle herkän oskillaattori-kytkennän ulostulolla. Keksinnön mukaisen ilmanpaineanturin rakennetta vastaavasti vastaavat kalvo ja sähköisesti johtava kerros kondensaattorimikrofonin elektrodeja, jotka johtavat aikaansaadun vaihtojännitteen magneetille vahvistimen kautta.

Paineentasaus kalvon ja jäykkien seinämien väliin suljetun ilman ja mitattavan ulkoilman välillä tapahtuu edullisesti kalvon ja väliren-kaiden väliin järjestetyin hienoin urin, jotka jatkuvat esimerkiksi kalvon kanssa samansuuntaisesti mittakammion seinämään järjestettyyn reikään.

Keksinnön muita yksityiskohtia, etuja ja tunnusmerkkejä selitetään esittämällä keksinnön mukainen ilmanpaineanturi esimerkinomaisesti ainoassa kuviossa, jossa: 4 70326

Ilmanpaineanturi on esitetty leikkauskuvana.

Mittauskammioon on järjestetty jousikovaksi levyksi muodostettu kalvo 10, joka on kiristetty metallisen seinämän 12 ja eristeaineesta muodostetun seinämän 14 väliin ja järjestetty reunoistaan välirenkaiden 16 väliin, jotka vastaavat kalvon 10 molemmilla puolilla olevan ilmakerroksen paksuutta. Metallisesta aineesta muodostettu seinämä 12 on silloin muodostettu osaksi litteätä lieriömäistä metallikapselia, joka tarttuu eristeaineesta muodostetun seinämän 14 ympäri. Seinämään 14 rajoittuvassa pohja-alueessa on sitä paitsi edullisesti pyöreä reikä. Eristeaineesta muodostetussa seinämässä 14 on sitä paitsi ohut sähköä johtava kerros 18, joka on johdettu sähköisesti ulos eristeaineella täytetystä reiästä 20. Metalliseinämässä 12 on sähkömagneetti 22, joka on liitetty ilmatiiviisti ja yhdistyy eriste-kappaleella 24 seinämän 12 kalvoa 10 kohden olevaan sisäpintaan.

Luonnollisestikin voi elementtien 10, 12, 14, 16 rakenne olla myös toisenlainen, kuten esimerkiksi muodostettu tasaisista levyistä ja renkaista, jotka kiinnitetään toisiinsa, sekä puristetaan elementiksi taivuttamalla kapselin 12 reunat suoritusesimerkkiä vastaavasti.

Jotta mahdollistettaisiin paineentasaus kalvon 10 ja seinämien 12 ja 14 välissä olevien ilmakerrosten ja mitattavan ulkoilman välillä, on lieriömäisen metallikapselin ulkopinnalla välirenkaiden 16 alueella poraus 26, joka jatkuu hienoihin uriin 28 yhdistyäkseen mittauskammion sisäalueisiin.

Kalvon ominaisvärähtelyn aikaansaamiseksi käytetään vahvistinta, jonka ulostulo vaikuttaa magneettiin 22, jolloin sen sisääntuloa syötetään omataajuuksisella vaihtojännitteellä. Tämä saadaan kalvon 10 muotoilulla ja eristeaineesta muodostuvaan seinämään 14 järjestetyllä sähköisesti johtavalla kerroksella 18, joka toimii konden-saattorimikrofonin elektrodien tapaan. Tätä varten käytetään edullisesti kalvon kiinnitystä sähkökontaktina ja eristeaineella täytetyn porauksen 20 kautta johdettua sähköistä liitäntää toisena sähköisenä kontaktina.

5 70326

Jousikovaksi levyksi muodostetun kalvon 10 magneettinen herkkyys osoittautuu matalammille, jännitteille käytettäväksi paremmin kuin sen kapasitiivinen herkkyys, jolloin sitä paitsi on lisäksi metallisen seinämän 12 oltava muodostettu metallipintaiseksi eriste-kerrokseks i.

Mittaustarkkuudessa voidaan aikaansaada parannuksia, jos kalvon 10 molemmin puolin olevat ilmakerrokset ohenevat keskeltä reunoja kohden, jolloin niiden paksuus on suunnilleen verrannollinen reunoihin jännitetyn kalvon taipumaan. Tätä varten voidaan seinämiin 12 ja 14 hioa syvennykset Besselfunktion I0 mukaisesti.

Claims (6)

6 Patenttivaatimukset 70326

1. Ilmanpaineanturi, jossa on mittakammioon järjestetty tasomainen elementti (10), joka sähköisesti on saatettavissa mekaanisiin värähtelyihin resonanssitaajuudellaan ja jotka mekaaniset värähtelyt on muunnettavissa sähköisiksi signaaleiksi, jolloin tasomaisen elementin (10) molemmilla puolilla on välimatkan päässä toisistaan mittauskammion jäykät seinämät (12) jolloin mitattavan paineen-alaista ilmaa on tasomaisen elementin kummallakin puolella tämän ja jäykkien seinämien (12) välissä, joka ilmanpaine vaikuttaa tasomaisen elementin resonanssitaajuuteen, tunnettu siitä, että tasomainen elementti on muodostettu levyksi (10) jousikovasta aineesta jota levyä (10) pidetään sen reunoihin järjestettyjen välirenkaiden (16) avulla välimatkan päässä jäykistä seinämistä (12, 14), jotka välirenkaat ovat siten mitoitettuja, että molemmin puolin levyn (10) ja vastaavan seinämän (12, 14) välillä olevan ilman palautusvoima atmosfääripaineessa on noin 3 - 10-kertainen levyn (10) palautusvoimaan nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ilmanpaineanturi, tunnettu siitä, että kalvo (10) on induktiivisesti saatettavissa mekaanisesti värähtelemään.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen ilmanpaineanturi, tunnettu siitä, että levy (10) sisältää ferromagneettista ainetta ja että ferromagneetti (22) on sisällytetty jäykkään seinämään (12) tai asennettu siihen.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen ilmanpaineanturi, tunnettu siitä, että toinen jäykkä seinämä (14) muodostuu eristävästä aineesta jonka levyn (10) puoleinen sivu on varustettu sähköä johtavalla kerroksella.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ilmanpaine-anturi, tunnettu siitä, että levyn (10) ja välirenkaiden (16) väliin on muodostettu urat (28) mitattavan paineenalaisen ilman ja ulkoilman paineen tasausta varten. 7 70326

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ilmanpaine-anturi, tunnettu siitä, että seinämiin (12, 14) on järjestetty sellaiset kuppimaiset syvennykset, että levyn (10) ja seinämien (12, 14) välinen etäisyys levyn (10) keskikohdasta reunoihin päin pienenee. 8 , 70326