FI72809B - Kapacitiv tryckgivare med isolerat kaenselorganmembran. - Google Patents

Description

72809

KAPASITIIVINEN PAINEANTURI, JOSSA ON ERISTETTY TUNTOELIN-KALVO

Esillä oleva keksintö liittyy kapasitiivisten paineen tunto-elinten erotinjärjestelyihin ja parannettuihin kalvon asennusrakenteisiin.

Hakijan US patentista 3 618 390 on tunnettua käyttää tunto-elinkalvoa, joka asettuu erotinkalvojen suojaamiseksi pohjaa vastaan ylipaineen esiintyessä. Tämä keksintö edisti huomattavasti kapasitiivisia paineenmittausmenetelmiä, mitä osoittavat huomattava kaupallinen hyödyntäminen ja menestys. Tässä esitettyä keksintöä voidaan käyttää US patentin 3 618 390 kohteena olevan rakenteen yhteydessä.

Esillä olevaan keksintöön sisältyy kapasitanssityyppisen paineen tuntoelimen käyttö, jossa on keskikammioon sijoitettu kalvo ja erottimet, niin että prosessiväliaine tai muu paine kohdistetaan erottimeen ja paine siirretään tuntoelimelle keskikammioon oleellisesti kokoonpuristumattomalla väliaineella kanavaelimen välityksellä. Kokoonpuristumaton väliaine painaa tällöin kalvon asentoon, joka yhdessä keskikammi-on osan sisäpinnalle sijoitetun sähköäjohtavan pinnan kanssa muodostaa muuttuvan kondensaattorin, joka sopivalla piirillä ohjattuna muodostaa paineesta riippuvan sähköisen signaalin.

Keksintö sisältää etäälle sijoitetut erottimet, tuntoelimen sähköisen eristämisen erottimista ja parannetun tuntoelimen asennuksen, materiaalivalinnan ja järjestelyn linjan staattisen paineen ja lämpötilan vaikutusten pienentämiseksi. Nämä haitalliset vaikutukset pienenevät oleellisesti, minkä tuloksena saadaan parempi painetta edustava kapasitiivinen signaali. Keksinnön mukainen ratkaisu on määritelty patenttivaatimuksen 1 : 'tunnusmerkki .osassä,

Kuva 1 on leikkauskuva esillä olevan keksinnön mukaisesti tehdystä paineanturista.

Kuva 2 on paineanturin tuntoelinkotelon toisen suoritusmuodon leikkauskuva.

2 72809

Kuva 3 on graafinen esitys, joka esittää esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen anturin koetuloksia, jotka esittävät virheprosenttia (prosentin kymmenesosina (1/10 %)) paine-eron funktiona viidelle eri kalibroinnille, joissa anturin molemmille puolille syötetty staattinen linja-paine vaihtelee välillä 0 - 137,9 baaria (0 - 2000 PSIG (naulaa neliötuumaa kohti mittaripainetta)).

Kuva 4 on graafinen esitys keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen anturin koetuloksista, jotka esittävät lähdön virhettä prosentteina linjan paine-eron funktiona lämpötilan vaikutuksen (kompensoimaton) osoittamiseksi useille kalibroinneille.

Kuvat 5a ja 5b ovat kaavamaisia leikkauskuvia, joiden tarkoitus on liioitellusti kuvata vääntymistä kuvien 1 ja 2 mukaisissa sovellutusmuodoissa.

Anturi, jota edullisimmin voidaan käyttää paine-eron, paineen, virtauksen, pinnankorkeuden tms. paineen mittaukseen, on esitetty yleisesti viitenumerolla 10. Anturi sisältää anturin kotelon tai rungon 12, johon on tuettu tuntoelinkotelo 14 ja kaksi erotinkoteloa 16a ja 16b. Tarkoituksena on, että kotelot 14, 16a ja 16b voivat sisältyä koteloon 12 tai olla siitä välimatkan päässä. Havaittavia paineita edustavat nuolet 18 ja 20 anturin tuloaukoissa. Paineet 18 ja 20 vaikuttavat erotinkalvoihin 22 ja 24· Kalvot 22 ja 24 ovat edullisimmin erittäin taipuisia ja ne on muotoiltu tavanomaisella tavalla. Kalvojen 22 ja 24 aallotukset 26 edustavat parhaana pidettyä erotinkalvojen rakennetta, jossa on halutun mukaisesti useita poimuja. Kalvot 22 ja 24 rajoittavat yhdessä vastaavien koteloiden 16a tai 16b kanssa kammiot 27 ja 29· Kammiot 27 ja 29 on kytketty kanaviin 28 ja 30, jotka on edullisimmin muodostettu ruostumattomasta teräsputkesta mutta jotka voidaan muodostaa myös muista sopivista materiaaleista.

Tuntoelinkotelo 14 on edullisimmin koneistettu ja 3 72809 muodostettu metallista esiin, ruostumattomasta teräksestä, edullisimmin käytetään austeniittistä ruostumatonta terästä 304 tai vastaavaa. Kotelo 14 on yleisesti muodostettu kahdesta osasta 32 ja 34, jotka edullisimmin ovat oleellisesti samankokoisia ja joita koottuna erottaa yleisesti tuntoelin-kalvo 36, joka on kiinnitetty reunoiltaan ja joka taipuu kiramoisasti paine-erojen vaikutuksesta ja johon tyypillisesti on kohdistettu haluttu säteensuuntainen jännitys. Osaan 32 on muodostettu kartiomainen keskiontelo 38, jossa on reiät 42 ja 44, ja samalla tavoin osaan 34 on muodostettu kartiomainen keskiontelo 46, jossa on reiät 48 ja 50. Osiin 32 ja 34 on muodostettu käytävät 52 ja 54 aikaansaamaan yhteys kanaviin 28 ja vastaavasti 30. Käytävien 52 ja 54 sisäpuoliset aukot toimivat kanavien 28 ja 30 jatkeina yhteyden muodostamisksi kammioon 53, jonka kalvo 36 ja osan 32 materiaalin 60a keskiosa rajoittavat osaan 32, sekä toiseen kammioon 55, jonka kalvo 36 ja osan 34 materiaalin 60b keskiosa rajoittavat osaan 34. Kammioon 38 on tuotu sähköjohdon 56 reiän 42 kautta ja vastaavasti kammioon 46 on tuotu johdin 58 reiän 48 kautta. Johtimet 56 ja 58 voivat olla metalliputkia ja ne voivat olla apuna täytettäessä tuntoelin-kammioita kokoonpuristumattomalla väliaineella.

Kotelon 14 sähköäjohtavat osat on eristetty sähköisesti kanavat 28 ja 30 muodostavista metalliputkista ja johtimista 56 ja 58. Kammiot 38 ja 46 ja reiät 42 ja 48 on täytetty eristävällä huokosettomalla materiaalilla, joka on liitetty kotelon osiin 32 ja 34 pitkin pintaa, joka muodostaa kulman G osien 32 ja 34 liitoksen muodostamaan pintaan nähden. Materiaalin 60a ja 60b ja kotelon osien 32 ja 34 keskialuetta 'samoin kuin johtimien 56 ja 58 sisäpäitä on edullisimmin muotoiltu tai koverrettu hiomalla tai koneistamalla sopivan vas-tepinnan aikaansaamiseksi tuntoelinkalvoile 36 sen taipuessa erotinkalvoihin kohdistetun mittausalueen ylittävän paineen alaisena. Käytävät 52, 54 voivat muodostua esitetyllä tavalla yhdestä sylinteristä tai useista pienistä sylintereistä 4 72809 US patentin 3 618 390 esityksen mukaisesti kalvon tukemiseksi ylipainetilanteessa.

Materiaalin 60a ja 606 sisäpinnalle sijoitetaan tämän jälkeen sopivaa sähköäjohtavaa materiaalia kerrokseksi kumpaankin kotelon osaan kohtiin 61 ja 63· Kerrokset ovat vastapäätä tuntoelinkalvon 36 vastakkaisia puolia ja ne on kytketty sähköisesti johtimeen 56 ja vastaavasti 58. Tuntoelinkalvo 36 on edullisimmin muodostettu sopivasta sähköä johtavasta materiaalista ja se on kiinnitetty paikalleen kotelon osien 32 ja 34 ja kerrosten 61 ja 63 väliin jatkuvalla yksi-palkohitsillä 62 muodostamaan siten yhteisen kondensaattori-lev;yn materiaalille 61 ja 63,Tninkä seurauksena saadaan kaksi kondensaattoria C-| ja C2· Tuntoelinkoteloon 14, joka on samassa sähköisessä potentiaalissa kuin kalvo 36, kytketään tämän jälkeen sopiva johdin 64. Tuntoelinkalvo 36 voi olla myös muodostettu ei johtavasta materiaalista ja kalvon sisälle tai pinnalle voi olla sijoitettu johtava osa muodostamaan kyseinen yhteinen kondensaattorilevy muuttuvalle tuntoelin-kondensaattorille. Tähän johtavaan osaan voidaan tämän jälkeen kytkeä sopiva sähköjohdin 64· Tuntoelinkoteloon 14 kohdistuvien painevoiraien vastaanottamiseksi voidaan lisätä pultit 70.

Anturijärjestelyn kummallekin puolelle täytetään tämän jälkeen sopivaa oleellisesti kokoonpuristumatonta väliainetta, kuten silikoniöljyä, johtimien 56 ja 58 kautta kalvon 36 kotelon osaan 32 muodostamaan tuntoelinkalvon kammioon ja ero-tuskammioon 27 ja vastaavasti kotelon osan 34 tuntoelinkam-mioon ja erotinkammioon 29· Kun nämä tilat on täytetty, johtimien 56 ja 58 ulommat päät puristetaan kiinni ja niihin kiinnitetään sopivat johdinlangat.

Paineen vaikutus erotinkalvoihin 22 ja 24, oleellisesti ko- koonpuristumattomaan väliaineeseen kammioissa 27 ja 29 ja ka navissa 28 ja 30 sekä tuntoelinkalvoon 36 on esitetty 5 72809 täydellisesti esimerkiksi US patentissa 3 618 390. US patentissa 3 618 390 esitettyä keksintöä, jonka mukaan tuntoelin-kalvo 36 tai erotinkalvo 22 tai 24 painuu pohjaan ylipaine-tilanteessa, voidaan haluttaessa käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä.

Tuntoelinkalvosta 36 välimatkan päässä olevien erotinkalvo-jen 22 ja 24 fysikaalinen sijainti on esitetty jossain määrin kaaviollisesti, koska erotinkalvojen 22 ja 24 sijainti ei ole kriittinen kunhan kalvot sijoitetaan siten, etteivät ne kohdista kokoonpuristumattoman väliaineen välittämän paineen lisäksi epäsuotavia mekaanisia kuormituksia tuntoelin-koteloon 14· Vaikkakin tuntoelinkotelo 14 on edullisimmin asennettu kiinteästi koteloon 12, sen asentaminen jäykästi esim. hitsaamalla ei ole välttämätöntä. Kuten piirustuksissa on esitetty, se on kiinnitetty joustavilla kiinnitysliuskoil-la 71, jotka on muodostettu sähköisesti eristävästä materiaalista eristämään tuntoelinkotelo 14 sähköisesti anturin kotelosta 12 ja kannattamaan tuntoelinkoteloa 14·

Kun kammiot 27, 29, kanavat 28 ja 30 (käytävien 52 ja 54 aukot mukaanluettuina) sekä kerrosten 61 ja 63 ja kalvon 36 väliset kammiot on täytetty kokoonpuristumattomalla väliaineella, erot nuolien 18 ja 20 edustamien paineiden välillä saattavat kalvon 36 taipumaan paine-eroon verrannollisena ja kalvon 36 kapasitanssi kerrosten 61 ja 63 suhteen muuttuu.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toinen toteutusmuoto. Tässä toteutusmuodossa tuntoelinkotelo 14A on jonkin verran leveämpi kuin kuvion 1 toteutusmuodossa. Viitenumeroiden vastatessa kuviota 1 (ison kirjaimen muodostaessa aakkosnumeerisen viitemerkin osan) voidaan havaita, että tuntoelinkotelon 14A leveyden ollessa suuremman reiät 44A ja 50A ovat kuviossa 2 jonkin verran syvempiä kuin reiät 44 ja 50 ja materiaalia 60A ja 60B on täytetty sisältämään osa näistä rei'istä. Kulma Θ on terävä kulma kalvon 36A lepoasennon tasosta 6 72809 kartiopintaan, joka muodostaa asianomaisen kotelon osan syvennyksen, johon on täytetty materiaalia 60A ja 60B. Tämä kulma määrää kondensaattorilevyjä 61A ja 65A (tai 61 ja 65 keksinnön ensimmäisessä muodossa) tukevan materiaalin 60A, 60B (tai 60a, 60b) tehollisen syvyyden. Vaikka kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuodoissa kulma Θ on edullisimmin noin 45°, on havaittu, että välillä 25° - 70° olevat kulmat ovat johtaneet stabiilisuuden ja siten toiminnan parantumisen tunnettuihin rakenteisiin verrattuna, joissa eristemateriaalin ja metallin välillä on esimerkiksi ei-puristuksenalainen sidos. Kulma voidaan myös mitata tuntoelinkotelon keskiakselin suhteen, joka on kohtisuorassa kalvoa 56A (tai 56) tasoa vastaan kalvon ollessa lepotilassa.

Esillä olevan keksinnön eräänä merkittävänä etuna on edullisempi staattisen paineen vaikutus anturin paineasteikkoon. Tunnetuissa toteutuksissa staattisen paineen vaikutuksen as-teikkovirheeseen on havaittu vastaavan likimain yhden prosentin (1#) muutosta lähdössä laitteen mitta-alueen yli 68,9 baarin (neliötuumaa kohti 1000 PSI) suuruista staattisen paineen muutosta kohti. Tällaisissa tunnetuissa antureissa tuntoelinkotelon ulkopuolelle vaikuttavasta paineesta, jonka saa aikaan erotinkalvoihin vaikuttava havaittava paine, ja tuntoelinkotelon sisäpuolelta vaikuttavasta paineesta, jonka havaittava paine aiheuttaa kokoonpuristumattomaan väliaineeseen, on ollut tuloksena tuntoelinkotelon ulospäin suuntautuva muodonmuutos tunnetulla tavalla Poissonin suhteen mukaisesti.

Lisäksi tämän tyyppisten kapasitiivisten antureiden tunnetuissa valmistusmenetelmissä eristemateriaali, joka on päällystetty johtavalla materiaalilla kummankin muuttuvan kondensaattorin toisen levyn muodostamiseksi, on ollut suhteellisen ohut verrattuna eristemateriaalin paksuuteen tässä selitetyn mukaisen tuntoelinkotelon keskiontelossa. Kun eristemateriaali on ohut tai kun eristemateriaalin ia metallin 7 72809 rajakohta on likimain kalvon lepoakselin suuntainen (kalvon tasoa vastaan kohtisuorassa), eristemateriaalin ja metallin rajakohtiin (sidokseen) '65a, 65b, 65A, 65B kohdistuu tällöin leikkausvoima, joka voi aiheuttaa sidoksen heikentymisen tai murtumisen. Kun tuntoelimeen, jossa sidos on murtunut, syötetään painetta, se siirtää eristemateriaalia kalvosta poispäin. Eristemateriaalin siirtyminen aiheuttaa kapasitanssin ei-toivotun muutoksen, joka ei edusta mitattavaa painetta, mikä lisää linjan staattisen paineen aiheuttamaa virhettä.

Kun tuntoelin muodostetaan esillä olevan esityksen mukaisesti, sidokset 65a, 65b, 65A, 65B ovat oleellisesti puristuksen alaisia ja siten huomattavasti vähemmän alttiita murtumiselle.

Seurauksena erottimien poistamisesta tuntoelinkotelon sivusta kondensaattorilevyjen välimatka kalvon 36 molemmilla puolilla kasvaa kohtiin 18, 20 syötetyn linjan staattisen paineen kasvaessa johtuen tuntoelimen osien pienestä ulospäin suuntautuvasta liikkestä tuntoelinkalvon suhteen. Tästä linjan staattisen paineen kasvusta aiheutuu myös osien 32 ja 34 pientä vääntymistä neutraaliakseleidensa (esitetty kuvioissa 2 ja 5 viitemerkeillä X - X) ympäri molempien kotelon osien pyrkiessä painumaan kokoon kalvon kohdalla (kuten on esitetty nuolilla 70A kuvioissa 2 ja 5B). Tämä vääntyminen lienee parhaiten selitettävissä kuvion 5A avulla, joka esittää osia 32 ja 34 levossa, ja kuvion 5B avulla, joka esittää (ilmiön korostamiseksi) liioiteltua vääntymätilaa, jonka linjan staattisen paineen kasvu aiheuttaa. Linjan staattisen paineen kasvaessa kuvion 5A kapasitanssiväli (d) kalvon 36 ja kondensaattorilevyjen 61 ja 63 välillä kasvaa arvoon d' (kuten kuviossa 5B on esitetty) ja tämä välimatkan muutos ei edusta syötettyä paine-eroa. Esillä olevan keksinnön mukaan tämän vääntymän aiheuttaman kapasitanssinmuutoksen kompensoi oleellisesti kalvon kohdalla tapahtuvan kokoonpuristumisen aiheuttama kalvon säteittäisen jännityksen pieneneminen. Kalvoon valmistusajankohtana muodostettu säteensuuntainen s 72809 jännitys tai esikuormitus yhdessä sopivan mitoituksen ja sopivien materiaalien kanssa saa aikaan kalvon kimmoisen jäykkyyden pienenemisen staattisen paineen kasvaessa. Kalvon materiaalina on edullisimmin erikoisluja teräs, jolla on hyvät kimmo-ominaisuudet. Kompensointietu vaikuttaa kaikilla linjan staattisilla paineilla, mutta täydellisimmin se toteutuu 34,5 baaria (500 PSI) ylittävillä staattisilla linjapaineil-la.

Seuraavat yhtälöt selittävät edelleen staattisen linjapai-neen kompensointia esillä olevan keksinnön parhaana pidetyn suoritusmuodon mukaisesti, jossa on ensimmäinen kondensaattori ja toinen kondensaattori C2 kuten edellä on selitetty: 0 " VR +""CL Xo x ζ* missä 0 = kapasitiivisen paine-erokennon lähtösignaali CH = suurempi kapasitansseista ja C2 CL = pienempi kapasitansseista C-| ja C2

Xp = kalvon taipuma paine-eron vaikutuksesta

Xo = kapasitanssiväli linjan staattisen mittaripaineen arvolla nolla (0)

Xo* = kapasitanssiväli kohonneella linjan staattisella paineella = kalvon venymä valmistusajan-kohtana (alkuperäinen esivenymä) δ ' = kalvon venymä kohonneella o linjan staattisella paineella.

9 72809

Yksinkertaistettuna:

Xp O OC - Χοδο

Kun anturi muodostetaan esillä olevan keksinnön mukaisesti, linjan staattisen paineen kasvaessa kapasitanssiväli Xo kasvaa arvoon Xo' ja kalvon venymä (6Q) pienenee arvoon & 'Q . Pitämällä tulo Xo*6ooleellisesti yhtä suurena kuin Χο'δ^ ja siten oleellisesti vakiosuuruisena kalvon taipuma (Xp) riippuu siihen kohdistetusta paine-erosta ja lähtö (0) on siten riippumaton linjan staattisesta paineesta.

Anturia, joka oli tehty kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuotojen mukaisesti mutta jossa kulma 9 ei ollut välillä 25° - 70°, vaan jossa oli sylinterimäinen metalli-eristemateriaaliraja-pintasidos, ts. sidosrajapinta oli aluksi oleellisesti kohtisuorassa kalvoon 36 nähden (9 = 90°) ja sitten oleellisesti kalvon 36 suuntainen (9 = 0°) kuten US patentissa 3 618 390 on esitetty, testattiin todellisissa kuormitusolosuhteissa. Tämä keksinnön aikaisempi muoto ei siten sisältänyt tässä esitettyä puristuksenalaista sidosta, vaan siinä oli tunnetun tekniikan mukainen leikkauskuormitettu sidos. Parannettu sidos auttaa esitetyllä tavalla sidoksen murtumisen välttämisessä ja analysoinnin ja arvioinnin perusteella voidaan uskoa, että tällaista murtumista ei tapahtunut ja siten sidoksen luonne ei vaikuttanut kokeilutuloksiin. Testatussa suoritusmuodossa seurattiin keksinnön muita periaatteita kuten erotin 16a, 16b erotettiin tuntoelinkotelosta 14 ja tunto-elinkotelon 14 vääntymä kompensoitiin sopivalla tuntoelinkal-von 36 esijännityksellä. Tuntoelinkalvo 36 oli 0,046 mm (0,0018 tuumaa) paksu ja noin 28,45 mm (1,12 tuumaa) halkaisijaltaan ja siihen oli kohdistettu noin 7239*4 baarin (105 000 PSI) esijännitys, joskin alueella 3447,4 - 13789,4 baaria (50 000 - 200 000 PSI) oleva esijännitys on hyväksyttävissä, ja kalvo oli muodostettu materiaalista NiSpan C, 10 72809 eristemateriaalina 60a, 60b, 60A, 60B oli Owens 0120 lasi ja tuntoelinkotelo 14 oli NiSpan C materiaalia halkaisijaltaan likimain 31*75 mm (1,250 tuumaa). Kapasitanssiväli (Xo) keskellä oli likimain 0,191 mm (0,0075 tuumaa). Erottimet 16a, 16b olivat ruostumatonta terästä (304SST) ja halkaisijaltaan noin 76,2 mm (3 tuumaa) ja ne oli kytketty kammioihin 53, 55 ulkohalkaisijaltaan 1,59 mm (1/16 tuuma) ruostumattomasta teräsputkesta muodostettujen kanavien 28, 30 avulla. Tämän testauksen tulokset on esitetty kuviossa 3· Kuten kuviosta ilmenee, kaikkien testipisteiden virheet, jotka johtuvat linjan staattisen paineen vaikutuksesta välillä 0 - 137,9 baaria (0 - 2000 PSIG), ovat alle 0,2 % paine-eroalueella 0 - 0,596 baaria (O - 240 tuumaa vesipatsasta). Kuvion 3 käyristä ilmenevä mekaaninen hystereesi on erittäin pieni. Tällainen mekaaninen hystereesi on tavallista ja se riippuu paitsi paine-eron ja linjan staattisen paineen aiheuttaman kuormituksen hetkellisarvo3ta myös tämän kuormituksen aikaisemmista arvoista.

Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan vielä eräs parannus, koska anturin nollastabiilisuus, joka tunnetuissa antureissa vaihtelee sekä lämpötilan että staattisen paineen vaikutuksesta, paranee, koska erotinkotelot eivät ole suorassa fysikaalisessa kosketuksessa tuntoelinkotelon kanssa. Vain kanavat 28 ja 30 muodostavat putket ovat suorassa kosketuksessa tuntoelinkoteloon 14 ja nämä putket antavat perään erotti-miin lämpötilan vaikutuksesta kohdistuvien kuormitusten tai muutosten vastaanottamiseksi tuntoelinkoteloa 14 kuormittamatta.

Lisäksi suoritettiin koe parannetun kompensoimattoman lämpö-tilavaikutuksen osoittamiseksi esillä olevan keksinnön edellä selitetyn suoritusmuodon kapasitanssilähtösignaalin sta-biilisuuden suhteen ja nämä tulokset on esitetty kuviossa 4. "Kompensoimaton'' vaikutus on esiintyvä virhe ennen kompensoinnin kohdistamista sähköiseen signaaliin. Sähköisen 11 72809 signaalin kompensointia käytetään tavallisesti pienentämään virheitä edelleen, mutta erittäin edullista on saada aikaan rakenne, jolla on alhainen kompensoimaton virhe. Jokainen kuvion 4 käyrä edustaa eri kalibrointia. Useista suoritetuista kalibroinneista kuviossa 4 on esitetty seitsemän, yksi arvolla 37,8°C (100°P), jälleen arvolla 37,8°C (100°F), sitten arvolla 93,3°C (200°P), sitten arvolla 37,8°C (100°P), sitten arvolla -17,8°C (0°P), sitten arvolla 37,8°C (100°P), jälleen arvolla 93,3°C (200°P) ja lopuksi arvolla 37,8°C (100°F). Käyrät osoittavat, että järjestelyllä saadaan erinomainen stabiilisuus ja erittäin pieni terminen hystereesi kapasitanssipoikkeamien ollessa arvolla 100°P kolmella kalibroinnilla tässä lämpötilassa alle ±0, 18 Terminen hystereesi tarkoittaa kalibrointitulosten eroa tietyn lämpötilan kohdalla, kun tähän kalibrointilämpötilaan on tultu korkeammista ja alhaisemmista lämpötiloista.

Onnistuneita kokeita on suoritettu monille toteutusmuodoille, jotka on muodostettu eri materiaaleista ja joilla on erilaiset mitat. Onnistuneissa kokeissa tuntoelinkalvo 36 oli muodostettu Havar ^ teräksestä, joka on yhtiön Hamilton Industries teräs (tai Elgiloy Corn Elgiloy R seoksesta), eristemateriaali 60 oli alkali-lyijylasia, erikoisesti Corning 1990 lasia ja tuntoelinkotelo 14 oli austeniittistä ruostumatonta terästä.

Esillä olevan keksinnön eräänä lisäetuna on, että koska ero-tinkalvot eivät enää ole tuntoelinkoteloon 14 yhdistettyjä osia, erotinkalvojen kokoa voidaan suurentaa tuntoelinkoteloon verrattuna. Tämä koon suurentuminen on joissakin tapauksissa tärkeää lämpötilan ja muiden tekijöiden vaikutusten pienentämiseksi koko anturin suoritusominaisuuksiin.

Lisäksi tuntoelinkotelo 14 on edullisimmin sähköisesti eristetty anturin kotelosta 12, mistä on seurauksena anturin 12 72809 piirien yksinkertaistuminen, kun halutaan sähköistä erotusta, mikä usein pitää paikkansa teollisuuden paineenmittaukeissa.

Vaikka keksintöä on selitetty muuttuvaan kapasitanssiin perustuvaa tuntoelintä käyttämällä, alan ammattimiehelle on selvää, että muuttuvaa impedanssia, ts. muuttuvan impedanssin muuttuvaan reaktanssiin perustuvaa tuntoelintä, voidaan käyttää tässä selitetyn keksinnön yhteydessä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että esillä olevan keksinnön parannuksien ansiosta saadaan monia lueteltuja etuja sekä alan ammattimiehelle ilmeisiä muita etuja.

Claims (16)

1. Kapasitiivinen paineanturi (10), johon kuuluu anturikotelo (12), anturikoteloon (12) sovitettu tuntoelinkotelo (14), jossa on keskiontelo (38, 46); kalvoelin (36) käsittäen ohuen, reunaa pitkin mainittuun tuntoelinkoteloon (14) tuetun taipuisan kalvon, joka ulottuu pitkin keskionteloa (38, 46) jakaen täten keskiontelon (38, 46) kahteen keskikaramioon (53, 55), kalvoelimen (36) ollessa esijännitetty asennettaessa koteloon ja ollessa kykenevä taipumaan paineen alaisena ja vähintään osan siitä ollessa kykenevä johtamaan sähköä, jolloin saadaan aikaan ensimmäinen kondensaattorilevy; jolloin kullakin keskikammiolla (53, 55) on sähköä johtavat pintaosat (61, 63), jotka on sovitettu etäisyyden päähän kalvoelimestä (36) toisten levyjen aikaansaamiseksi, jotka yhdessä kalvoelinten sisältämien ensimmäisten levyjen kanssa muodostavat muuttuvat tuntoelinkondensaattorit; erotinpari (16a, 16b), jolloin kumpaankin erottimeen kuuluu erotinkammio (27, 29); erilliset kanavaosat (28, 30) yhdistämään kummankin erotin-kammion erilliseen keskikammioon (53, 55); välineet (18, 20) sallimaan erillisten paineiden tuomisen kuhunkin erotinkalvoon (22, 24) linjan staattisessa paineessa, kunkin erotinkaramion (27, 29), siihen liittyneen kanava-osan (28, 30) ja yhdistetyn keskikammion (53, 55) sisältäessä : oleellisesti kokoonpuristumatonta nestettä siten, että kalvo- elin (36) on pakotettu taipumaan ja muuttamaan eri tunto- h 72809 kondensaattorien kapasitanssia vastaamaan erotinkalvoihin (22, 24) tuotujen linjan staattisen paineen eroja, t u n -n e t t u silta, että tuntoelinkotelo (14) on muodostettu taipumaan keskuskaramioon (53, 55) tuodun nestepaineen vaikutuksesta siten, että se laajenee kalvoa vastaan kohtisuorasti ja lisää välimatkaa vastaavien tuntoelinkondensaattorien kondensaattorilevyjen välillä linjan staattisen paineen kasvaessa ja samanaikaisesti puristuu kokoon kalvon ympärille, jolloin kalvon jännitys pienenee ja aiheuttaa kalvon lisääntyneen taipumisen vastineena samaan paine-eroon linjan staattisten paineiden välillä kompensoiden mainittua välimatkan kasvua linjan keskimääräisen staattisen paineen kasvaessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että siihen kuuluu erottimet (16a, 16b), jotka eristyksen vuoksi on sijoitettu siten, että ne eivät kosketa tuntoelinkoteloa (14).

3· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että kalvoelin (36) on konstruoitu materiaalista, jonka jännitys muuttuu siten, että se oleellisesti kompensoi tuntoelinkotelon (14) vääntyraisen linjan staattisen paineen muuttuessa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että tuntoelinkotelolla (14) ja kalvolla (36) on sellaiset kimraomodulit ja ne ovat toisiinsa verrattuna kooltaan sellaisia, että kalvoon (36) vaikuttava jännitys muuttuu siten, että se saa aikaan ulostulon maksimi-virheeksi tuntoelimen mitta-alueella alle 1 % kutakin 6,895 x 102 kPa:n (1000 PSI) suuruista kalvoon (36) vaikuttavan staattisen paineen muutosta kohti samassa paine-erossa. 15 72809

5· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että tuntoelinkotelon (14) ja kalvon (36) materiaali on valittu siten, että sen elastinen kerroin on sellainen, että raaksimivirhe ulostulossa anturin reaktiovälillä on alle 0,25 % 6,895 x 1θ3 kPa:n (1000 PSI) suuruista kalvoon (36) vaikuttavan staattisen paineen muutosta kohti.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että tuntoelinkotelo (14) on muodostettu metallista ja siinä olevan keskusontelon (38, 46) ontelot (38, 46) on osittain täytetty huokosettoraalla eriste-materiaalilla (60a, 60b), joka muodostaa rajapinnan tuntoelinkotelon (14) metallin kanssa, ja keskuskammiot (53, 55) on kukin muodostettu eristemateriaaliin (60a, 60b), keskus-karanioiden (53, 55) johtavien pintaosien (61, 63) ollessa sovitetut eristemateriaaliin (60a, 60b) eristemateriaalin (60a, 60b) päälle, eristemateriaalin ja metallin rajapinnan (65a, 65b) ollessa sijoitettu anturin keskusanturiin nähden siten, että siihen kohdistuu pääasiassa puristusvoimia linjan staattisessa paineessa.

7· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että tuntoelinkotelo (14) on sähköisesti eristetty anturin kotelosta (12) ja erottimesta (16a, 16b).

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että kalvossa (36) on esijännitys, joka on välillä 3,447 x 105 - 1,379 x 106 kPa (50,000 - 200,000 PSI).

9· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että siinä on anturikotelo (12), johon on liitetty tukirunko sekä mainitut erottimet (16a, 16b), jotka on asennettu mainittuun tukirunkoon siten, että ne eivät kosketa anturin koteloa (12). 16 72809

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että erilliset kanava-elimet (28, 30) käsittävät putken, joka taipuu ulkoisten kuormitusten vaikutuksesta.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että mainitussa tunto-elinkotelossa (14) on keskiakseli, joka on oleellisesti kohtisuorassa kalvoon (36) nähden, jolloin mainittu tuntoelin-kotelo (14) käsittää ulkokuoren (32, 34) ja määrittelee onte-loparin (38, 46) kalvon (36) vastakkaisille puolille, jolloin kumpaakin mainittua onteloa (38, 46) rajoittavat ontelon pinnat (65a, 65b), jotka suppenevat kalvon (36) reunasta lähtien sisäänpäin keskiakselia kohti kalvosta (36) poispäin mentäessä, eristemateriaalitäyte (60a, 60b) kummassakin mainitussa ontelon (38, 46) osassa, jolloin mainitussa eriste-materiaalissa (60a, 60b) on syvennyksellä varustetut pinnat kalvon (36) vieressä sen vastakkaisilla puolilla muodostamaan mainitun keskikammion (53, 55) ja mahdollistamaan mainitun kalvon (36) taipumisen kuormitusten alaisena asianomaista syvennyksellä varustettua pintaa kohti.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että mainittu eristemateriaali (60a, 60b) on lasia tai keraamista materiaalia, joka on liitetty ontelon pintoihin (65a, 65b).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että mainitut ontelon pinnat (65a, 65b) ovat oleellisesti kartiomaisia ja muodostettu keskiakselin ympärille muodostamaan keski akselin suhteen terävän kulman , jonka suuruus on 25*- 70ö.

13 72809

14· Patenttivaatimuksen 13 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10), tunnettu siitä, että lasin tai keraamisen materiaalin (60a, 60b) ja kotelon pintojen välinen sidos on oleellisesti vain puristuksen alaisena. 17 72809

15· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paineanturi (10) tunnettu siitä, että kalvoelimillä (36) esijännityksen alaisena on kalvon venymä, että kotelon (14) rakenne vääntyy kun paine kasvaa nollasta molemmissa keskus-kammioissa (53,55) niin, että kotelo taipuu elastisesti lisäten kapasitiivista etäisyyttä kalvoelimen (36) ja johtavien pintaosien (61 ,65) välillä ja että kalvovenytys alenee pitämään kalvovenytyksen tuote kapasitanssiero kalvoelinten ja johtavien pintaosien (61,63) välissä oleellisesti samana vakiona.

16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen paine-anturi (10) tunnettu siitä, että kukin erotin (16,16b) käsittää erotinkotelon, mainittuun koteloon muodostuneen kammion ja taipuisan kalvon (22,24) sisältäen mainitun kammion muodostamaan taipuisan seinän. 18 72809 PATEIMTKRAV