FI93993C - Method and detector for measuring low air pressure - Google Patents

Method and detector for measuring low air pressure Download PDF

Info

Publication number
FI93993C
FI93993C FI906057A FI906057A FI93993C FI 93993 C FI93993 C FI 93993C FI 906057 A FI906057 A FI 906057A FI 906057 A FI906057 A FI 906057A FI 93993 C FI93993 C FI 93993C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
pressure
detector
membrane
membranes
electrostatic
Prior art date
Application number
FI906057A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI906057A (en
FI93993B (en
FI906057A0 (en
Inventor
Urpo Pietilae
Original Assignee
Pietiko Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pietiko Oy filed Critical Pietiko Oy
Priority to FI906057A priority Critical patent/FI93993C/en
Publication of FI906057A0 publication Critical patent/FI906057A0/en
Priority to PCT/FI1991/000289 priority patent/WO1992010730A1/en
Priority to AU85043/91A priority patent/AU8504391A/en
Publication of FI906057A publication Critical patent/FI906057A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI93993B publication Critical patent/FI93993B/en
Publication of FI93993C publication Critical patent/FI93993C/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/004Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by the use of counterbalancing forces
    • G01L11/008Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by the use of counterbalancing forces electrostatic or electromagnetic counterbalancing forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

9399393993

MENETELMÄ JA ANTURI MATALIEN ILMANPAINEIDEN MITTAAMISEEN FÖRFARANDE OCH DETEKTOR FÖR MÄTNING AV LÄGA LUFTTRYCKMETHOD AND SENSOR FOR MEASURING LOW AIR PRESSURE FÖRFARANDE OCH DETEKTOR FÖR MÄTNING AV LÄGA LUFTTRYCK

Keksinnön kohteena on menetelmä ilmanpaineen, erityisesti matalien ilmanpaineiden mittaamiseksi anturiin kahden levyn väliin sijoitetun ohuen mittausanturikäIvon avulla, joka on sovitettu anturiin siten, että kalvon molemmin puolin 5 muodostuu kalvon ja levyjen rajaama rako. Ilmaa, jonka paine on tarkoitus mitata, johdetaan kalvon toisella puolella olevaan ilmarakoon, jolloin paine-ero kalvon eri puolten välillä pyrkii liikuttamaan kalvoa. Ilmaraon puolelle kalvoa muodostetaan sähköstaattisella kentällä sähkö-10 staattinen paine, joka on yhtä suuri kuin mitattava ilmanpaine, kalvon pitämiseksi alkuperäisessä asennossa, minkä jälkeen kalvon asento mitataan. Kalvon asennon mittauksesta järjestetään takaisinkytkentä sähköstaattisen paineen kontrolloimiseksi ja tarvittavan sähköstaattisen kentän 15 voimakkuutta käytetään indikoimaan kalvon eri puolten välillä vallitsevaa paine-eroa.The invention relates to a method for measuring atmospheric pressure, in particular low atmospheric pressures, in a sensor by means of a thin measuring sensor groove arranged between two plates, which is arranged in the sensor so that a gap defined by the membrane and the plates is formed on both sides of the membrane. The air whose pressure is to be measured is introduced into the air gap on the other side of the membrane, whereby the pressure difference between the different sides of the membrane tends to move the membrane. On the air gap side, the film is subjected to an electrostatic field with an electrostatic pressure equal to the air pressure to be measured to keep the film in its original position, after which the position of the film is measured. From the measurement of the position of the membrane, feedback is provided to control the electrostatic pressure, and the strength of the required electrostatic field 15 is used to indicate the pressure difference between the different sides of the membrane.

Keksintö kohdistuu myös anturiin ilmanpaineen, erityisesti matalien ilmanpaineiden mittaamiseksi, johon anturiin kuuluu kahden levyn väliin sijoitettu ohut mittausanturi-20 kalvo, joka on sovitettu anturiin siten, että kalvon molemmin puolin muodostuu kalvon ja levyjen rajaama rako, joista toinen rako, ns. ilmarako, on yhdistetty mitattavan ilman syöttöputkeen, jolloin kalvon eri puolten välillä syntyvä paine-ero pyrkii liikuttamaan kalvoa. Anaturiin kuuluu 25 lisäksi elimet sähköstaattisen kentän aikaansaamiseksi ilmarakoon, mitattavaa ilmanpainetta vastaavan sähköstaattisen paineen muodostamiseksi ilmarakoon, elimet kalvon asennon mittaamiseksi, elimet takaisinkytkennän järjestämiseksi kalvon asennon mittauksesta sähköstaattisen kentän 30 muodostaviin elimiin, sähköstaattisen paineen kontrolloimiseksi, ja elimet sähköstaattisen kentän voimakkuuden mittaamiseksi, kalvon eri puolten välillä vallitsevan paine-eron indikoimiseksi.The invention also relates to a sensor for measuring atmospheric pressure, in particular low atmospheric pressures, which sensor comprises a thin measuring sensor-20 membrane interposed between two plates, which is fitted to the sensor so that a gap delimited by the membrane and the plates is formed on both sides. air gap, is connected to the supply air of the air to be measured, whereby the pressure difference between the different sides of the membrane tends to move the membrane. The anaturator further includes means for generating an electrostatic field in the air gap, means for generating an electrostatic pressure corresponding to the measured air pressure in the air gap, means for measuring the membrane position, means for providing feedback on measuring the membrane position to the electrostatic field generating means. to indicate the prevailing pressure difference.

i 93993 2i 93993 2

MATALAPAINEANTURIN TARVENEED FOR LOW PRESSURE SENSOR

Lämmitys- ja ilmastointijärjestelmien tutkimisessa ja säätämisessä tarvitaan herkkiä ilmanpaineantureita, koska usein on tarpeen mitata hyvinkin alhaisia ilman nopeuksia 5 ja tilavuusvirtoja. Paine-erojen mittaustarvetta esiintyy erityisesti ilmastointilaitteissa, jolloin erityisesti matalia paineita mitattaessa paineanturilla on oltava hyvä suorituskyky. Anturia tulisi voida myös käyttää sekä kiinteissä että kannettavissa ilmavirran mittauslaitteissa.Sensitive air pressure sensors are needed to study and control heating and air conditioning systems, as it is often necessary to measure very low air velocities 5 and volume flows. The need to measure pressure differences occurs especially in air conditioners, in which case the pressure sensor must have good performance, especially when measuring low pressures. The sensor should also be able to be used in both fixed and portable airflow measuring devices.

10 Kovin herkkiä antureita ei kuitenkaan ole saatavissa. Tämä johtuu siitä, että tunnetut matalien ilmanpaineiden mittaamiseen käytetyt anturit perustuvat tavallisesti joustavaan kalvoon, jonka taipumasta saadaan mitatuksi ilmanpaine.10 However, very sensitive sensors are not available. This is because the known sensors used to measure low barometric pressures are usually based on a flexible membrane whose deflection can be used to measure barometric pressure.

Ohuen kalvon taipuman määritteleminen tarkasti on kuitenkin 15 hankalaa.However, it is difficult to accurately determine the deflection of a thin film.

Tunnetuilla kannettavilla mittalaitteilla anturien mittaus-paineen alaraja on käytännössä 1,2 Pa ilman kalliita erikoisjärjestelyjä. Sitä pienempiä paineita ei pystytä mittaamaan. Tämä paine vastaa ilman nopeutta l m/s. Jos sen 20 sijaan mittaukset voitaisiin tehdä 0,1 Pa paine-erolla, niin voitaisiin mitata ilmavirran nopeuksia niinkin pieniin nopeuksiin kuin 0,3 m/s asti.With known portable measuring devices, the lower limit of the measuring pressure of the sensors is practically 1.2 Pa without expensive special arrangements. Pressures lower than this cannot be measured. This pressure corresponds to an air speed of l m / s. If, instead, 20 measurements could be made with a pressure difference of 0.1 Pa, then air flow velocities could be measured up to speeds as low as 0.3 m / s.

• ·• ·

Koska tunnetut paineanturit perustuvat joustavan kalvon taipuman mittaukseen, niin kalvon painolla on myös merki-25 tystä mittaustulokseen. Kalvo ei myöskään voi olla kovin ohut. Kun tiedetään, että 1 Pa paine vastaa 0,1 mm vesi-patsaan painetta, niin 0,1 mm kalvon paino vastaa useiden Pascal'ien painetta.Since the known pressure sensors are based on the measurement of the deflection of a flexible membrane, the weight of the membrane also has a bearing on the measurement result. The film cannot be very thin either. When it is known that a pressure of 1 Pa corresponds to the pressure of a 0.1 mm water column, then the weight of a 0.1 mm film corresponds to the pressure of several Pascals.

Teknisesti on vaikeaa kontrolloida ohuen kalvon jousta-30 vuusominaisuuksia. Se merkitseekin sitä, että usein jokainen anturi on kalibroitava yksilöllisesti erikseen ja . anturin nollapiste on epästabiili. Kun vielä elastinen • · * anturi perustuu liikkeen mittaamiseen, niin matalien ilman- 3 93993 paineiden on kyettävä liikuttamaan kalvoa. Tämä merkitsee sitä, että mittaustilanteessa pieni määrä ilmaa on johdettava mittauskammioon. Koska kysymyksessä ovat hyvin matalat paineet, niin anturi vaatii aikaa toimiakseen. Siitä joh-5 tuen tällainen kalvoanturi on hidas.It is technically difficult to control the elastic properties of a thin film. This means that often each sensor has to be calibrated individually and. the zero point of the sensor is unstable. While the elastic • · * sensor is based on motion measurement, low air pressures must be able to move the membrane. This means that in a measuring situation, a small amount of air must be led into the measuring chamber. Because of the very low pressures involved, the sensor takes time to operate. From the joh-5 support such a membrane sensor is slow.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetty ongelma ja aikaansaada uusi mittausmenetelmä, jolla ei ole edellä esitettyjä epäkohtia. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että ilmanpaineen mittauksessa 10 käytetään mittausanturikalvoa, joka on muodostettu ohuesta kovamuovikaIvosta, jolla on korkea dielektrisyysvakio ja jonka toinen ilmaraosta poispäin oleva puoli on päällystetty sähköä johtavalla ohuella metallilla, kuten alumiiniker-roksella, ja että sähköstaattinen kenttä sähköstaattisen 15 paineen muodostamiseksi aikaansaadaan johtamalla kalvon metallikerrokseen pieni sähköjännite.The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problem and to provide a new measuring method which does not have the above-mentioned drawbacks. The method according to the invention is characterized in that the air pressure measurement 10 uses a measuring sensor film formed of a thin hard plastic film having a high dielectric constant and the other side away from the air gap coated with an electrically conductive thin metal such as an aluminum layer. is formed by applying a small electric voltage to the metal layer of the film.

Anturin sähköä johtavaa kalvoa pidetään paikallaan sähkökentän avulla aikaansaatavalla sähköstaattisella paineella, 20 joka on yhtä suuri kuin kalvoon vaikuttava ilmanpaine, jolloin tarvittavan sähkökentän voimakkuus ilmoittaa kalvon eri puolten välisen paine-eron.The electrically conductive membrane of the sensor is held in place by an electrostatic pressure generated by an electric field equal to the atmospheric pressure acting on the membrane, the strength of the required electric field indicating the pressure difference between the different sides of the membrane.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla on mahdollista mitata ·' matalia paineita uudella tavalla, jolloin mittaustulokset 25 saadaan tarkemmiksi entistä matalammista paineista.By means of the method according to the invention, it is possible to measure low pressures in a new way, whereby the measurement results 25 can be made more accurate from even lower pressures.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada uusi anturi ilmanpaineen, erityisesti matalien ilmanpaineiden mittaamiseksi, johon anturiin kuuluu ohut kalvo, jonka molemmille puolille on johdettu ilmaa, jolloin paine-ero kalvon eri 30 puolten välillä pyrkii liikuttamaan kalvoa, jonka sijainti mitataan.It is also an object of the invention to provide a new sensor for measuring atmospheric pressure, in particular low atmospheric pressures, which sensor comprises a thin membrane with air applied to both sides, the pressure difference between the different sides of the membrane tending to move the membrane.

Keksinnön mukaiselle anturille on tunnusomaista se, että mittausanturikalvo on muodostettu ohuesta kovamuovikalvos-35 ta, jolla on korkea dielektrisyysvakio ja jonka toinen, k 4 93993 ilmaraosta poispäin oleva puoli, on päällystetty sähköä johtavalla ohuella metallilla, kuten alumiinikerroksella, ja että kalvoon on yhdistetty elimet sähköjännitteen johtamiseksi kalvon metal1ikerrokseen, sähköstaattisen paineen 5 muodostamiseksi ilmarakoon.The sensor according to the invention is characterized in that the measuring sensor film is formed of a thin hard plastic film with a high dielectric constant and the other side of the air gap is coated with an electrically conductive thin metal, such as an aluminum layer, and electrically connected to the film to conduct to the metal layer of the film, to generate an electrostatic pressure 5 in the air gap.

Keksinnön mukaisen anturin kalvo on siis ainakin osittain sähköä johtava ja anturiin kuuluu laite, joka mittaa kalvon liikkeen ja säätää sähköstaattisen kentän sellaiseksi, että kalvo pysyy paikallaan sähkökentän aiheuttaman sähköstaat-10 tisen paineen avulla. Laiate ilmoittaa kalvon eri puolille vaikuttavan paine-eron tarvittavan sähkökentän voimakkuuden perusteella.The membrane of the sensor according to the invention is thus at least partially electrically conductive and the sensor comprises a device which measures the movement of the membrane and adjusts the electrostatic field so that the membrane remains stationary by the electrostatic pressure caused by the electric field. Laiate reports the pressure difference across the membrane based on the required electric field strength.

Keksinnön mukainen anturi on uuden tyyppinen paineanturi, jolla on hyvä suorituskyky mitattaessa matalia paineita. Se 15 soveltuu erityisesti laitteistoihin, joissa erittäin matalien paineiden mittaaminen on tarpeen. Anturin yhteydessä on mahdollista käyttää Pitot-putkia tai kuristuslaippoja olennaisesti pienempien ilmavirtauksien mittaamiseen kuin aikaisemmin. Anturin rakenne on yksinkertainen ja se on 20 helppo kalibroida. Lisäksi anturia voidaan käyttää sekä kiinteissä että kannettavissa ilmavirran mittauslaitteissa.The sensor according to the invention is a new type of pressure sensor with good performance when measuring low pressures. It 15 is particularly suitable for systems where it is necessary to measure very low pressures. In connection with the sensor, it is possible to use Pitot tubes or throttle flanges to measure substantially lower airflows than before. The structure of the sensor is simple and it is easy to calibrate. In addition, the sensor can be used in both fixed and portable airflow measuring devices.

Keksinnön mukainen anturi perustuu siihen, että anturin • * kalvo on pääasiallisesti taipumaton. Kalvoa pidetään paikallaan sähkökentän avulla. Ilmanpainearvo saadaan mittaa-25 maila jännite, jolla kalvo saadaan pidetyksi paikallaan.The sensor according to the invention is based on the fact that the membrane of the sensor is substantially rigid. The film is held in place by an electric field. The barometric pressure value is obtained by measuring the 25-racket voltage at which the membrane is held in place.

Tällainen anturi on tarkka, koska se ei ole riippuvainen kalvon taipumasta. Anturin herkkyyteen vaikuttaa vain ilman ,,, dielektrisyysvakio ja ilmaraon suuruus.Such a sensor is accurate because it is not dependent on the deflection of the film. The sensitivity of the sensor is only affected by the air ,,, dielectric constant and the size of the air gap.

• r• r

Mittaus voidaan suorittaa siten, että anturin rinnalle 30 sijoitetaan kiinteä vertailukapasitanssi. Tällöin mitataan jännitettä, jolla anturin kapasitanssi saadaan samaksi.The measurement can be performed by placing a fixed reference capacitance parallel to the sensor 30. In this case, the voltage at which the capacitance of the sensor is made equal is measured.

ELEKTROSTAATTISEN ANTURIN TOIMINTAPERIAATEOPERATING PRINCIPLE OF THE ELECTROSTATIC SENSOR

KONDENSAATTORIIN VAIKUTTAVAT SÄHKÖSTAATTISET VOIMATELECTROSTATIC FORCES ON THE CAPACITOR

IIII

I · 5 93993I · 5 93993

Levykondensaattorissa, jonka levyjen pinta-ala on A ja levyjen etäisyys toisistaan d, kapasitanssi saadaan kaavasta : C = e A/d 5 jossa e on dielektrisyysvakio eilma = 8'8 PF/raIn a plate capacitor whose plate area is A and the distance between the plates is d, the capacitance is given by the formula: C = e A / d 5 where e is the dielectric constant or = 8'8 PF / ra

Levyjen välille syntyy sähköstaattinen paine, jonka suuruus riippuu sähköstaattisen kentän voimakkuudesta: P = e E2 = e (U/d)2 10 jossa E on sähköstaattinen kenttä, U on kondensaattorin levyjen välinen jännite d on levyjen välinen etäisyys.An electrostatic pressure is created between the plates, the magnitude of which depends on the strength of the electrostatic field: P = e E2 = e (U / d) 2 10 where E is the electrostatic field, U is the voltage between the plates of the capacitor d is the distance between the plates.

Esimerkki:Example:

Kondensaattori, jossa A = 10 cm2 ja d = 0,1 mm.Capacitor with A = 10 cm2 and d = 0.1 mm.

15 Kapasitanssi C = 88 pF, jos levyjen välinen eriste on ilmaa.15 Capacitance C = 88 pF if the insulation between the plates is air.

Sähköstaattinen paine levyjen välillä on 1 Pa, kun sähköstaattisella kentällä on E = (P/e)1/2 = 337 kV/m = 337 V/mm, 20 joka vastaa 33,7 V jännitettä edellä esitetyn kondensaattorin levyjen välillä. Jos ilma toimii välisenä eristekerrok-sena, niin suurin mahdollinen kenttä on 3 kV/mm ja suurin sähköstaattinen paine on 80 Pa.The electrostatic pressure between the plates is 1 Pa when the electrostatic field has E = (P / e) 1/2 = 337 kV / m = 337 V / mm, which corresponds to a voltage of 33.7 V between the plates of the capacitor shown above. If the air acts as an intermediate insulating layer, then the maximum possible field is 3 kV / mm and the maximum electrostatic pressure is 80 Pa.

SÄHKÖSTAATTINEN TASAPAINOELECTROSTATIC BALANCE

25 Sähköstaattisesti aikaansaatuja mekaanisia voimia ja paineita voidaan käyttää hyväksi paineanturissa, jossa ilma johdetaan kalvon yhteyteen. Se tapahtuu siten, että kalvo pidetään alkuperäisessä asemassaan asettamalla laitteis- k 93993 6 tossa sähköstaattinen paine vastaamaan mitattavan ilman painetta.25 Electrostatic mechanical forces and pressures can be exploited in a pressure sensor where air is conducted to the membrane. This is done by holding the membrane in its original position by setting the electrostatic pressure in the device 93993 6 to correspond to the pressure of the air to be measured.

Tämän aikaansaamiseksi anturin toisen levyn muodostaa kalvo, johon mitattava paine vaikuttaa toiselta puolelta.To achieve this, the second plate of the sensor is formed by a membrane which is affected on the other side by the pressure to be measured.

5 Jos nyt johdetaan jännite kondensaattorin levyjen väliin, voidaan jännitettä säätää niin, että sähköstaattinen paine vastaa ilman painetta. Tämä voidaan tehdä automaattisesti mittaamalla esimerkiksi kondensaattorin kapasitanssi ja järjestämällä takaisinkytkentäpiiri siten, että kapasitans-10 si pidetään vakiona kaikilla ilman paineen arvoilla. Tällöin kondensaattorin jännitteen neliö on suoraan verrannollinen ilman paineeseen seuraavasti: P = k * U25 If a voltage is now applied between the plates of the capacitor, the voltage can be adjusted so that the electrostatic pressure corresponds to the air pressure. This can be done automatically, for example, by measuring the capacitance of the condenser and arranging the feedback circuit so that the capacitance-10 si is kept constant at all air pressure values. Then the square of the capacitor voltage is directly proportional to the air pressure as follows: P = k * U2

Anturi toimii kuin vaaka. Sen asemesta, että lisättäisiin 15 tunnettuja painoja vaa'an toiselle puolelle tasapainon aikaansaamiseksi, niin lisätäänkin kondensaattorin jännitettä kalvon pitämiseksi tasapainoasemassa.The sensor works like a scale. Instead of adding 15 known weights to the other side of the balance to achieve equilibrium, the capacitor voltage is increased to keep the film in equilibrium.

Tasapainon ilmoittava takaisinkytkentäjärjestelmä voidaan tehdä monin eri tavoin. Tärkeää on, että saadaan tieto , 20 kalvon tai sen osan asennosta. Jos jännite ei ole riittävän , * suuri, niin kalvo liikkuu ulommaiseen ääriasentoonsa. Jos taas jännite on liian suuri, niin se liikkuu sisempään ääriasentoonsa. Kapasitanssin mittauksen asemesta voidaan käyttää mekaanista kytkentää, optisia laitteita tai muita 25 vastaavia. Myös kapasitanssin muutoksia ja sen vaikutuksia . muihin sähköisiin mittauksiin voidaan käyttää ilmoittamaan jännitettä, jolla kalvon siirtyminen tapahtuu.The feedback system indicating the balance can be made in many different ways. It is important to obtain information on the position of the 20 films or part thereof. If the voltage is not high enough, * the film will move to its outer extreme position. If, on the other hand, the voltage is too high, then it moves to its inner extreme position. Instead of measuring the capacitance, mechanical coupling, optical devices or the like can be used. Also changes in capacitance and its effects. for other electrical measurements can be used to indicate the voltage at which the film transition occurs.

YHTEENVETO PERUSPERIAATTEISTASUMMARY OF BASIC PRINCIPLES

Sähköstaattisella periaatteella toimiva paineanturi voidaan .. 30 toteuttaa monella eri tavalla. Jokaisessa toteutuksessa seuraavat pääperiaatteet kuitenkin ovat voimassa.An electrostatic pressure sensor can be .. 30 implemented in many different ways. However, in each implementation, the following guiding principles apply.

Il 7 93993 1) Aikaansaatu sähköstaattinen kenttä muodostaa paineen kalvoon, johon mitattava paine vaikuttaa. Sähköstaattisen kentän aikaansaama paine on vastakkaissuuntainen ilman paineen vaikutussuuntaan nähden.Il 7 93993 1) The electrostatic field generated creates a pressure on the membrane which is affected by the pressure to be measured. The pressure produced by the electrostatic field is opposite to the direction of action of the air pressure.

5 2) Sähköstaattista kenttää säädetään käyttämällä takaisin- kytkentää niin, että sähköstaattinen paine on yhtä suuri kuin mitattava paine. Vaihtoehtoisesti sähköstaattista kenttää vaihdellaan ja tarkkaillaan, milloin sähköstaattinen paine ja ilmanpaine ovat yhtä suuret.5 2) The electrostatic field is adjusted using feedback so that the electrostatic pressure is equal to the pressure to be measured. Alternatively, the electrostatic field is varied and monitored when the electrostatic pressure and barometric pressure are equal.

10 3) Ilmanpaine saadaan niistä sähköisistä arvoista, joilla sähköstaattinen kenttä aikaansaadaan.10 3) The air pressure is obtained from the electrical values at which the electrostatic field is generated.

KALVON VALINTAAN VAIKUTTAVAT TEKIJÄTFACTORS AFFECTING FILM SELECTION

Paineen mittauksessa käytettävällä kalvolla on oma paino, joka voi vaikuttaa mittaukseen. On vaikeaa erottaa tämä 15 paino paineesta jos vaaditaan, että anturin täytyy toimia kaikissa asennoissa. Anturista saatava mittaustulos vaihte-lee sen mukaan, työntääkö mitattava paine kalvoa ylös, alas vai sivulle päin. Jotta suuntariippuvaisuus saataisiin minimoitua, niin kalvon painon tulee olla niin pieni kuin 20 mahdollista.The diaphragm used to measure the pressure has its own weight, which can affect the measurement. It is difficult to separate this 15 weight from the pressure if it is required that the sensor must operate in all positions. The measurement result from the sensor varies depending on whether the pressure to be measured pushes the membrane up, down or to the side. In order to minimize the directional dependence, the weight of the film should be as small as 20 possible.

Kalvolla tulisi olla korkea dielektrisyysvakio ja sen ylilyöntijännitteen tulisi olla korkea, jotta pystyttäisiin mittaamaan korkeampia paineita. Maksimipaine, joka voidaan mitata, on yhtä suuri kuin suurin sähköstaattinen paine, 25 joka voidaan aikaansaada eli: «The film should have a high dielectric constant and its overvoltage voltage should be high in order to be able to measure higher pressures. The maximum pressure that can be measured is equal to the maximum electrostatic pressure that can be generated, ie: «

Pmax - « * IW2 - er * 8.» * (Emä*/<*»/) )2Pmax - «* IW2 - er * 8.» * (Mother * / <* »/)) 2

Anturin nollapisteen stabiilisuus riippuu ainoastaan anturin painosta ja se voidaan helposti kompensoida ellei • vaadita sitä, että sensorin tulee toimia kaikissa asennois- 30 sa.The zero point stability of the sensor depends only on the weight of the sensor and can be easily compensated unless • the sensor is required to operate in all positions.

93993 893993 8

Jos sähköstaattinen paine saadaan kondensaattorin läpi johdetusta jännitteestä, kuten esimerkissä, niin lukeman stabiilisuuteen vaikuttavat tekijät voidaan nähdä seuraa-vasta kaavasta, joka antaa paineen jännitteen funktiona: 5 P = e * (U/d)2If the electrostatic pressure is obtained from the voltage passed through the capacitor, as in the example, then the factors affecting the stability of the reading can be seen from the following formula, which gives the pressure as a function of voltage: 5 P = e * (U / d) 2

Siten dielektrisyysvakion vaihtelut ja kalvon eristemateriaalin paksuus ovat kriittisiä stabiilisuudelle. Eristeen tulee olla materiaalia, jolla on vakaa dielektrisyysvakio.Thus, variations in dielectric constant and film insulating material thickness are critical to stability. The insulation must be of a material with a stable dielectric constant.

Jos halutaan aikaansaada tarkkuusinstrumentti, niin on 10 käytettävä myös lämpötilan kompensaatiota. Eristeen paksuus on tärkeä ja sen tulisi olla samanlainen kaikissa antureissa. Muussa tapauksessa anturit on kalibroitava yksilöllisesti.If a precision instrument is to be provided, temperature compensation must also be used. The thickness of the insulation is important and should be the same for all sensors. Otherwise, the sensors must be calibrated individually.

KALVOON VAIKUTTAVAT TEKIJÄTFACTORS AFFECTING THE Membrane

15 Perusanturi mittaa ainoastaan ylipainetta kalvon ja kupari-levyn välisessä ontelossa.15 The basic sensor only measures the overpressure in the cavity between the membrane and the copper plate.

Jos anturi halutaan tehdä mittaamaan sekä positiivisia että negatiivisia paineita, niin se voidaan aikaansaada esimerkiksi rakentamalla anturi identtiseksi molemmilta puolilta.If the sensor is to be made to measure both positive and negative pressures, then this can be achieved, for example, by constructing the sensor identical on both sides.

20 Toisin sanoen kalvon alapuolella ja yläpuolella olevat osat *- ovat samanlaisia. Tällöin myös itse kalvo on kaksitoiminen niin, että johtava alue on keskellä. Elektroniikkalaitteis-to käyttää tätä kaksoiskondensaattoria siten, että toinen puoli toimii kiinteänä kondensaattorina kytkentäkaaviossa.20 In other words, the parts below and above the film * - are similar. In this case, the film itself is double-acting, so that the conductive area is in the middle. The electronic equipment uses this dual capacitor so that the other side acts as a fixed capacitor in the circuit diagram.

25 Takaisinkytkentävahvistimella on kaksi ulostuloa, joista toinen on yläelektrodia varten ja toinen alaelektrodia varten. Kun on kysymyksessä ylipaine, niin yläelektrodi liitetään kalvoon ja sähköstaattinen paine vaikuttaa alempaan kuparilevyyn. Kun on kysymyksessä alipaine, niin 30 alaelektrodi kytketään kalvoon ja sähköstaattinen paine vaikuttaa ylempään kuparilevyyn.25 The feedback amplifier has two outputs, one for the upper electrode and one for the lower electrode. In the case of overpressure, the upper electrode is attached to the membrane and the electrostatic pressure acts on the lower copper plate. In the case of a vacuum, the lower electrode 30 is connected to the membrane and the electrostatic pressure acts on the upper copper plate.

9 939939 93993

KALIBROINTICALIBRATION

Anturin kalibroimiseen on hyvät mahdollisuudet kohtuullisella tarkkuudella 0,1 Pa alueelle. Tällöin kuitenkin vaaditaan hyvä kalibrointilaitteisto. Eräs tapa anturin 5 kalibroimiseksi on sulkea anturin toinen sisääntuloaukko venttiilillä, joka sulkee vaikuttamatta tilavuuteen. Kun nyt anturia liikutetaan ylös ja alas, niin anturi muodostaa elektronisen korkeusmittarin. 1 Pa vastaa suunnilleen 10 cm korkeuseroa. Suurempi tarkkuus voidaan saavuttaa laskemalla 10 ilmakehän paineesta ja lämpötilasta. Käyttämällä olemassa olevaa painetta standardina voidaan mitata esimerkiksi 1 m korkeus, joka vastaa noin 10 Pa, ja suorittaa kalibrointi sen avulla.There is a good chance of calibrating the sensor with a reasonable accuracy in the range of 0.1 Pa. In this case, however, good calibration equipment is required. One way to calibrate the sensor 5 is to close the second inlet of the sensor with a valve that closes without affecting the volume. Now that the sensor is moved up and down, the sensor forms an electronic altimeter. 1 Pa corresponds to a height difference of approximately 10 cm. Greater accuracy can be achieved by calculating 10 atmospheric pressures and temperatures. Using the existing pressure as a standard, a height of, for example, 1 m, corresponding to about 10 Pa, can be measured and calibrated.

Järjestely saattaa kuitenkin vaatia suurta huolellisuutta, 15 koska lämpötilagradientit ja ulkoisen paineen vaihtelut vaikuttavat mittaukseen.However, the arrangement may require great care, 15 as temperature gradients and variations in external pressure affect the measurement.

VAIHTOEHTOINEN MITTAUSPIIRIALTERNATIVE MEASURING CIRCUIT

Takaisinkytkentäjärjestelmän asemesta voidaan käyttää vaihtoehtoista tapaa, joka saattaa olla sopivampi mikro-20 prosessorilaitteistoa käytettäessä. Tällöin annetaan sähkö-. staattisen jännitteen vaihdella siten, että käytetään sakara-aaltoa. Kun sähköstaattinen paine on yhtä suuri kuin ilmanpaine, niin käytettävä jännite voidaan saada jännite-huipusta, joka ilmenee kun anturin kapasitanssi vaihtelee 25 voimakkaasti silloin, kun kalvo irtoaa kuparilevystä.Instead of a feedback system, an alternative method may be used, which may be more appropriate when using micro-20 processor hardware. In this case, an electric. the static voltage can be varied using a square wave. When the electrostatic pressure is equal to the atmospheric pressure, the applied voltage can be obtained from the voltage peak that occurs when the capacitance of the sensor varies greatly when the film detaches from the copper plate.

ESIMERKKIEN SELOSTUSDESCRIPTION OF THE EXAMPLES

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissaThe invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti anturin erään sovellutus-30 muodon poikkileikkausta.Figure 1 schematically shows a cross-section of an embodiment of the sensor.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 anturia toisesta suunnasta nähtynä.Figure 2 shows the sensor of Figure 1 seen from another direction.

k 93993 10k 93993 10

Kuvio 3 vastaa kuviota 1 ja esittää anturin toisen sovel-lutusmuodon poikkileikkausta.Fig. 3 corresponds to Fig. 1 and shows a cross section of a second embodiment of the sensor.

Kuvio 4 esittää aksonometrisesti anturin kolmannen sovel-lutusmuodon osat kokoonpanojärjestyksessä.Figure 4 shows axonometrically the parts of the third embodiment of the sensor in the assembly order.

5 Kuvio 5 esittää keksinnön mukaista mittauslaitetta, johon kuuluu piirilevylle sijoitettu anturi ja siihen liittyvät komponentit.Figure 5 shows a measuring device according to the invention, comprising a sensor placed on a circuit board and related components.

Kuvio 6 vastaa kuviota 5 ja esittää toista sovellutusmuo-toa.Fig. 6 corresponds to Fig. 5 and shows a second embodiment.

10 Kuvio 7 esittää anturiin liittyvän säätölaitteiston lohko-kaaviota.Figure 7 shows a block diagram of the control equipment associated with the sensor.

Kuvio 8 esittää anturin kytkentäkaaviota.Figure 8 shows a sensor connection diagram.

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti anturin erään sovel-lutusmuodon poikkileikkaus. Anturin 10 mekaaniseen osaan 15 kuuluu kansi 11, joka on tehty esimerkiksi epoksilaminaa-tista. Kansi 11 on kuviossa esitetty umpinaisena, mutta jos mitataan paine-eroa, niin kanteen 11 on muodostettava reikä, johon liitetään matalapainepuolelle johtava putki.Figure 1 schematically shows a cross-section of an embodiment of a sensor. The mechanical part 15 of the sensor 10 includes a cover 11 made of, for example, epoxy laminate. The lid 11 is shown closed in the figure, but if the pressure difference is measured, then a hole must be formed in the lid 11 to which a pipe leading to the low pressure side is connected.

Kannen 11 alapuolella on sähköä johtava rengas 12, joka on 20 esimerkiksi kuparilevyä. Rengas 12 toimii sähköisenä johteena kondensaattoritoiminnassa, joten renkaaseen on myös juotettu säätölaitteistoon menevä sähköjohdon, jota ei ole esitetty kuviossa.Below the cover 11 there is an electrically conductive ring 12, which is 20 copper plates, for example. The ring 12 acts as an electrical conductor in capacitor operation, so the ring is also soldered with an electrical wire going to the control equipment, which is not shown in the figure.

4 *4 *

Kannen 11 alle ja renkaan 12 sisään muodostuu anturin 25 matalapainepuolen ontelo 13. Ontelon 13 vastakkaisella puolella on varsinainen mittausanturin kalvo 14, joka tässä sovellutusesimerkissä on 0,01 mm paksuinen kovamuovikaIvo.The cover 11 under ring 12 and the sensor 25 is formed in the low-pressure side of the cavity opposite the side 13 of the cavity 13 is the actual measuring sensor membrane 14, which in this embodiment is 0.01 mm thick hard plastic wells.

.. Kalvon 14 yläpinta 15 on päällystetty ohuella alumiiniker- roksella... The upper surface 15 of the film 14 is coated with a thin layer of aluminum.

30 Kalvon 14 alapuolella, sen reunoilla on ohut eristerengas 16 tai liimakerros, jonka avulla kalvo 14 on liitetty kalvon alla olevaan kuparilevyyn 17. Eristerenkaan 16 tai ♦ vastaavan 1ilmakerroksen pitää olla hyvin ohut, jotta kalvon 14 ja kuparilevyn 17 väliin jää ainoastaan pieni 11 93993 ilmarako 18. Kuparilevyyn 17 on myös juotettu säätölait-teistoon menevä sähköjohdin, jota ei ole esitetty kuviossa.30 Below the film 14, at its edges there is a thin insulating ring 16 or adhesive layer by means of which the film 14 is connected to the copper plate 17 below the film. The air layer of the insulating ring 16 or ♦ must be very thin so that only a small air gap 11 18. A copper conductor, not shown, is also soldered to the copper plate 17 to the control equipment.

Kuparilevyn 17 alapuolella on tukilevy 19, joka on esimerkiksi epoksilaminaattilevyä. Kuparilevy 17 voi olla irral-5 linen tai kiinnitetty tukilevyyn 19. Levyt 17 ja 19 voidaan muodostaa myös siten, että käytetään kuparipäällysteistä piirikorttilevyä, jossa on tällöin molemmat tarvittavat kerrokset 17 ja 19 yhdessä. Molempiin levyihin 17 ja 19 on muodostettu reikiä 20, joiden kautta ilmanpaine pääsee 10 vaikuttamaan kalvon 14 alapintaan. Tukilevyn 19 alapuolella anturissa 10 on vielä eristerengas 21 ja pohja 22. Eriste-renkaan 21 sisään tukilevyn 19 ja pohjan 22 väliin jää ilmaväli 23.Below the copper plate 17 there is a support plate 19, which is, for example, an epoxy laminate plate. The copper plate 17 can be detached or attached to a support plate 19. The plates 17 and 19 can also be formed by using a copper-coated circuit board, which then has both necessary layers 17 and 19 together. Holes 20 are formed in both plates 17 and 19, through which air pressure 10 can act on the lower surface of the film 14. Below the support plate 19, the sensor 10 still has an insulating ring 21 and a base 22. Inside the insulating ring 21, an air gap 23 remains between the support plate 19 and the base 22.

Kuvion 1 anturi 10 toimii siten, että mitattavasta tilasta 15 johdetaan ilmaa anturin sisään pohjaan 22 liitetyn kor-keapainepuolen syöttöputken 24 kautta. Ilmavälistä 23 mitattava ilmanpaine pääsee reikien 20 kautta kalvon 14 alla olevaan ilmarakoon 18. Tällöin ilmanpaine nostaa kalvoa 14 ylöspäin ja anturiin aikaansaatu sähköstaattinen 20 paine taas painaa kalvoa 14 alaspäin. Kun kalvo 14 on tasapainotilassa, niin se nojaa osittain alapuolellaan olevaan kuparilevyyn 17. Toisin sanoen kuvion 1 anturilla mitataan ylipainetta kalvon 14 ja kuparilevyn 17 välisessä ilmaraossa 18.sensor 10 of Figure 1 operates so that the dimensions from the space 15 air is introduced into the sensor in the bottom 22 connected to je-pressure side through the supply pipe 24. The air pressure to be measured from the air gap 23 enters the air gap 18 under the membrane 14 through the holes 20. In this case, the air pressure lifts the membrane 14 upwards and the electrostatic pressure 20 applied to the sensor again pushes the membrane 14 downwards. When the membrane 14 is in equilibrium, it partially rests on the copper plate 17 below it. That is, the sensor of Fig. 1 measures the overpressure in the air gap 18 between the membrane 14 and the copper plate 17.

25 Kuvio 2 esittää kuvion 1 anturia 10 pohjan 22 suunnasta nähtynä. Kuviosta nähdään reiällä 25 varustettu ilmansyöt-töputki 24, jonka kautta mitattava ilmanpaine johdetaan anturin 10 sisään. Pohjan 22 yläpuolella olevan eristeren-* kaan 21 sisäreuna on kuviossa esitetty katkoviivalla.Fig. 2 shows the sensor 10 of Fig. 1 seen from the direction of the base 22. The figure shows an air supply pipe 24 provided with a hole 25, through which the air pressure to be measured is introduced into the sensor 10. The inner edge of the insulating ring 21 above the base 22 is shown in the figure by a broken line.

30 Kuviossa 3 on esitetty anturin 10 toisen sovellutusmuodon poikkileikkaus. Tämä anturi on rakennettu kaksikerroksiseksi tekemällä se identtiseksi molemmilta puolilta eli toisin sanoen kalvon alapuolella ja yläpuolella olevat osat ovat samanlaisia. Rakenteen tarkoituksena on aikaansaada anturi, 93993 12 t jolla voidaan mitata sekä positiivisia että negatiivisia paineita.Figure 3 shows a cross-section of a second embodiment of the sensor 10. This sensor is built in two layers by making it identical on both sides, i.e. the parts below and above the membrane are similar. The purpose of the structure is to provide a sensor, 93993 12 t, with which both positive and negative pressures can be measured.

Kuvion 3 anturiin 10 on muodostettu kaksoiskondensaattori siten, että kalvon 14 molemmille puolille on sijoitettu 5 kuparilevyillä 17 päällystetyt tukilevyt 19. Kuparilevyt 17 on sijoitettu siten, että ne sijaitsevat tukilevyistä 19 katsottuna kalvon 14 puolella ja aivan kalvon 14 läheisyydessä niin, että kuparilevyn 17 ja kalvon 14 väliin jää ainoastaan ohuen eristerenkaan 16 tai vastaavan liimaker-10 roksen määräämä ohut ilmarako 18.A dual capacitor is formed in the sensor 10 of Fig. 3 by placing support plates 19 coated with copper plates 17 on both sides of the film 14. Copper plates 17 are positioned so as to be on the film side 14 and in the vicinity of the film 14 as seen from the support plates 19 Only the thin air gap 18 defined by the thin insulating ring 16 or the corresponding adhesive layer 10 remains between the 14.

Kuvion 3 anturissa myös kalvo 14 on rakennettu kaksitoimi-seksi niin, että sen sähköä johtava alue on keskellä.In the sensor of Figure 3, the membrane 14 is also constructed as double-acting so that its electrically conductive area is in the middle.

Mitattavat ilmanpaineet johdetaan anturiin 10 kalvon 14 vastakkaisille puolille pohjaan 22 ja kanteen 11 liitetty-15 jen putkien 24 ja 26 kautta.The air pressures to be measured are conducted to the sensor 10 on opposite sides of the membrane 14 through pipes 24 and 26 connected to the base 22 and the cover 11.

Elektroniikkalaitteisto käyttää tätä kaksoiskondensaattoria siten, että toinen puoli toimii kiinteänä kondensaattorina kytkentäkaaviossa. Takaisinkytkentävahvistimella 48 on kaksi ulostuloa, joista toinen on yläelektrodia varten ja 20 toinen alaelektrodia varten. Kun on kysymyksessä ylipaine, niin yläelektrodi liitetään kalvoon 14 ja sähköstaattinen paine vaikuttaa alempaan kuparilevyyn. Kun on kysymyksessä • alipaine, niin alaelektrodi kytketään kalvoon 14 ja sähköstaattinen paine vaikuttaa ylempään kuparilevyyn.The electronic equipment uses this dual capacitor so that the other side acts as a fixed capacitor in the circuit diagram. The feedback amplifier 48 has two outputs, one for the upper electrode and one for the lower electrode. In the case of an overpressure, the upper electrode is connected to the membrane 14 and the electrostatic pressure acts on the lower copper plate. In the case of • negative pressure, the lower electrode is connected to the membrane 14 and the electrostatic pressure acts on the upper copper plate.

25 Kuvio 4 esittää aksonometrisesti anturin kolmannen sovel-lutusmuodon osat kokoonpanojärjestyksessä. Anturin 10 pääosat ovat ilmaputkella 26 varustettu kansi 11, toisella ilmaputkella 24 varustettu pohja 22 ja niiden välissä oleva kalvo 14. Ilmanpaineen johtamiseksi tasaisesti kalvon 14 30 molemmille pinnoille on sekä kansi 11 että pohja 22 varustettu säteittäisillä urilla 27.Fig. 4 is an axonometric view of the parts of the third embodiment of the sensor in the assembly order. The main parts of the sensor 10 are a cover 11 with an air tube 26, a base 22 with a second air tube 24 and a membrane 14 therebetween. In order to apply air pressure evenly to both surfaces of the membrane 14 30, both the cover 11 and the base 22 are provided with radial grooves 27.

• · Anturin 10 tarkoituksena on muodostaa kondensaattori, jossa sähköstaattinen paine pitää kalvon 14 paikallaan siitä 93993 13 huolimatta, että ilmanpaine pyrkii poikkeuttamaan kalvoa tasapainoasemastaan. Koska tällainen rakenne voidaan muodostaa usealla eri tavalla, on kuvion 4 esittämä kokoonpano järjestyskaavio periaatteellinen. Näin ollen anturin 5 rakenne voi vaihdella suuresti ja kuviossa esitetyt osat voivat olla hyvinkin erilaisia.• · The purpose of the sensor 10 is to form a capacitor in which the electrostatic pressure holds the membrane 14 in place despite the fact that the atmospheric pressure tends to deviate the membrane from its equilibrium position. Since such a structure can be formed in several different ways, the assembly diagram shown in Fig. 4 is in principle. Thus, the structure of the sensor 5 can vary greatly and the parts shown in the figure can be very different.

Olennaista on se, että kalvo 14 toimii kondensaattorin toisena levynä. Kuvion 4 esimerkkirakenteessa voi kalvo 14 olla päällystetty alumiinikerroksella 15, johon sähkövirta 10 johdetaan kalvon 14 päällä olevan kuparirenkaan 12 kautta. Renkaan 12 sisään kannen 11 ja kalvon 14 väliin jää tällöin matalapainepuolen ontelo.Essentially, the membrane 14 acts as the second plate of the capacitor. In the exemplary structure of Figure 4, the film 14 may be coated with an aluminum layer 15 into which an electric current 10 is conducted through a copper ring 12 on the film 14. In the tire 12 between the cover 11 and the film 14 remaining in the low-pressure side of the cavity.

Kondensaattorin toinen levy on edullisesti aikaansaatu siten, että anturin 10 pohjana 22 käytetään kuparipinnalla 15 17 päällystettyä piirilevyä 19. Kuparipintaan 17 on helppo kytkeä kondensaattorin tarvitsema sähköjohdin ja näin koko anturi voi olla piirilevyn yhteydessä. Välikerros 16 voi tässä tapauksessa olla ohut eristekerros, jotta kalvon 14 ja kuparipinnan 17 väliin jää kapea ilmarako.The second plate of the capacitor is preferably provided in such a way that a circuit board 19 coated with a copper surface 15 17 is used as the base 22 of the sensor 10. It is easy to connect the electrical conductor needed by the capacitor to the copper surface 17 and thus the entire sensor can be connected to the circuit board. The intermediate layer 16 may in this case be a thin insulating layer so that a narrow air gap is left between the film 14 and the copper surface 17.

20 Kuvio 5 esittää keksinnön mukaista mittauslaitetta, johon kuuluu piirilevylle 19 sijoitettu anturi 10 ja siihen : liittyvät komponentit. Anturin ilmaputket 26 ja 24 on sijoitettu piirilevyn eri puolille. Edullisimmin kor-keapainepuolen ilmaputki 24 on alapuolella ja matalapaine-25 puolen ilmaputki 26 piirilevyn 19 yläpuolella. Piirilevylle on sijoitettu myös muut anturin säätöpiirissä tarvittavat komponentit ja virransyöttöliitin.Figure 5 shows a measuring device according to the invention, comprising a sensor 10 placed on a circuit board 19 and associated components. The sensor air tubes 26 and 24 are located on different sides of the circuit board. Most preferably, the earring-pressure side air tube 24 is below the low-pressure-side air tube 25 above the 19 to 26 of the circuit board. Other components required in the sensor control circuit and the power supply connector are also placed on the circuit board.

Kuviossa 6 on esitetty kuviota 5 vastaava mittauslaite, jolla voidaan kuitenkin mitata ylipaineiden lisäksi myös 30 alipaineita. Tämä on aikaansaatu asentamalla piirilevylle 19 kaksi anturielementtiä 10 ja 30, joiden ilmaputket on kytketty toisiinsa niin, että anturit 10 ja 30 toimivat yhteistoiminnassa. Kytkentä on tehty siten, että kummankin anturin 10 ja 30 alapuolelta eli korkeapaineputkesta 24 on 93993 14 johdettu putket 31 ja 32 toisen anturin matalapaineputkeen 26.Fig. 6 shows a measuring device corresponding to Fig. 5, with which, however, in addition to overpressures, it is also possible to measure underpressures. This is achieved by mounting on the circuit board 19 two sensor elements 10 and 30, the air tubes of which are connected to each other so that the sensors 10 and 30 cooperate. The connection is made in such a way that pipes 31 and 32 are led from below the two sensors 10 and 30, i.e. from the high-pressure pipe 24, to the low-pressure pipe 26 of the second sensor 93993 14.

Kuvio 7 esittää anturiin liittyvän säätölaitteiston lohko-kaaviota 40, jossa oskillaattori 41 antaa stabiilia 20-50 5 kHz siniaaltoa. Oskillaattorin 41 taajuus riippuu anturi-tyypistä ja voi olla esimerkiksi 25 kHz. Oskillaattorilta 41 signaali johdetaan kaksoisalipäästösuodattimeen 42 ja 43, joista toinen suodatin 42 käyttää kiinteää vertailu-kondensaattoria 44 ja toinen suodatin 43 käyttää anturia 10 10 alipäästöelimenä. Kiinteä suodatin voidaan säätää erityyppisille antureille.Figure 7 shows a block diagram 40 of the control equipment associated with the sensor, in which the oscillator 41 provides a stable 20-50 5 kHz sine wave. The frequency of the oscillator 41 depends on the type of sensor and may be, for example, 25 kHz. The signal from the oscillator 41 is applied to a dual low pass filter 42 and 43, of which one filter 42 uses a fixed reference capacitor 44 and the other filter 43 uses a sensor 10 10 as a low pass element. The fixed filter can be adjusted for different types of sensors.

Alipäästösuodattimilta 42 ja 43 signaali johdetaan kaksois-tasasuuntaajalle, johon kuuluu tasasuuntaajat 45 ja 46 molemmille alipäästösuodattimille 42 ja 43. Signaali johde-15 taan edelleen vertailuelimelle 47, joka ilmaisee molempien suodattimien ulostulojen eron. Kaaviossa korkeajännitevir-talähde 49 antaa 200 V jännitteen takaisinkytkentävahvisti-melle 48, joka taas antaa mittauksessa tarvittavan jännitteen anturille 10.From the low-pass filters 42 and 43, the signal is applied to a dual rectifier, which includes rectifiers 45 and 46 for both low-pass filters 42 and 43. The signal is further routed to a comparator 47, which indicates the difference in the outputs of both filters. In the diagram, the high voltage power supply 49 supplies a voltage of 200 V to the feedback amplifier 48, which in turn supplies the voltage required for the measurement to the sensor 10.

20 Elektroniikkaosa mittaa anturin 10 kapasitanssia käyttäen alipäästösuodattimia 42 ja 43, tasasuuntaajia 45 ja 46 sekä . vertailuelintä 47. Jos anturin 10 kapasitanssi on pienempi kuin vertailukapasitanssi, niin takaisinkytkentävahvistin 48 lisää anturin 10 jännitettä lisäten siten sähköstaattis-25 ta kenttää ja painetta levyjen välillä. Tämä voima pienentää anturikalvon 14 ja kuparilevyn 17 välistä etäisyyttä, mikä vuorostaan lisää kapasitanssia. Tällä tavoin anturin 10 kapasitanssi pidetään samana kuin vertailukapasitanssi ilmanpaineesta riippumatta. Tämän toiminnan ylläpitämiseksi 30 takaisinkytkentäelektroniikkalaitteisto syöttää jännitettä ja sen seurauksena sähköstaattista painetta levyjen väliin.The electronics measure the capacitance of the sensor 10 using low pass filters 42 and 43, rectifiers 45 and 46 and. reference element 47. If the capacitance of the sensor 10 is smaller than the reference capacitance, then the feedback amplifier 48 increases the voltage of the sensor 10, thereby increasing the electrostatic field and pressure between the plates. This force reduces the distance between the sensor film 14 and the copper plate 17, which in turn increases the capacitance. In this way, the capacitance of the sensor 10 is kept the same as the reference capacitance regardless of the air pressure. To maintain this operation, the feedback electronic equipment supplies voltage and, as a result, electrostatic pressure between the plates.

Paine on verrannollinen ilmanpaineeseen.The pressure is proportional to the atmospheric pressure.

· Kuvio 8 esittää esimerkkinä kuvion 7 lohkokaaviota vastaa vasta anturin 10 kytkentäkaaviosta 50, jossa on esitetty· Fig. 8 shows by way of example the block diagram of Fig. 7 corresponds only to the circuit diagram 50 of the sensor 10, which shows

IIII

93993 15 vastaavat komponentit, kuten oskillaattori, vertailuelin jne.93993 15 corresponding components such as oscillator, reference element, etc.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien 5 patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to those skilled in the art that various embodiments of the invention may vary within the scope of the 5 claims below.

Claims (13)

1. Förfarande för mätning av lufttryck, speciellt läga lufttryck, medelst en i en detektor (10) mellan tvä skivor (11, 17) anordnad tunn mätdetektormembran (14), som anord- 5 nats i detektorn sä, att pä bäda sidor om membranen (14) bildas en av membranen och skivorna (11,17) begränsad spalt (13,18), varvid - luft, vars tryck skall mätäs, leds in i luftspalten (18) pä ena sidan av membranen, varvid tryckskillnaden mellan de 10 bäda sidorna av membranen strävar tili att förskjuta membranen, - pä luftspaltsidan (18) om membranen bildas medelst ett elektrostatiskt fält ett elektrostatiskt tryck, som är lika stort som det uppmätta lufttrycket, i avsikt att hälla 15 membranen i dess ursprungliga position, - membranens position mätes, - frän membranpositionsmätningen ordnas en äterkoppling för att kontrollera det elektrostatiska trycket, och - det behövliga elektrostatiska fältets styrka används för 20 att indikera tryckskillnaden mellan de bäda sidorna av membranen, kännetecknat därav, att - vid mätningen utnyttjas en mätdetektormembran (14), : tillverkad av tunn härdplastmembran, som har en hög di- * 25 elektricitetskonstant och vars frän luftspalten bortvända sida har belagts med ett tunnt el-ledande metallskikt, t.ex. med ett aluminiumskikt, och att - man för att ästadkomma ett elektrostatiskt tryck ästad-kommer ett elektrostatiskt fält genom att ästadkomma en 30 svag elektrisk spänning genom metallskiktet (15) i membranen (14) .A method for measuring air pressure, in particular low air pressure, by means of a thin measuring detector membrane (14) arranged in a detector (10) between two disks (11, 17) arranged in the detector, so that on both sides of the membranes (14), a gap (13,18) confined by the diaphragms and the discs (11,17) is formed, whereby - air whose pressure is to be measured is conducted into the air gap (18) on one side of the diaphragms, the pressure difference between the two the sides of the membranes strive to displace the membranes, - on the air gap side (18) if the membranes are formed by an electrostatic field, an electrostatic pressure equal to the measured air pressure, in order to keep the membranes in its original position, - the position of the membranes is measured. - from the diaphragm position measurement an feedback is arranged to control the electrostatic pressure, and - the strength of the necessary electrostatic field is used to indicate the pressure difference between the two sides a v the diaphragm, characterized in that - in the measurement, a measuring detector membrane (14) is used: made of thin thermosetting plastic membrane which has a high dielectric constant and whose facing away from the air gap is coated with a thin electrically conductive metal layer, t. ex. with an aluminum layer, and - to obtain an electrostatic pressure, an electrostatic field is obtained by applying a weak electrical voltage through the metal layer (15) of the diaphragms (14). 2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att man frän membranens (14) positionsmätning leder en äterkoppling tili regleringen av elfältet, som medelst • · 35 elektrostatiskt tryck häller membranen pä plats, sä att elfältet fär en styrka medelst vilken membranen just och 93993 just behäller sin position.2. A method according to claim 1, characterized in that from the position measurement of the diaphragms (14), a feedback is applied to the regulation of the electric field, which, by means of electrostatic pressure, places the diaphragms in place, so that the electric field obtains a strength by means of which the diaphragms are just 93993. just maintains its position. 3. Förfarande enligt patentkravet l eller 2, kännetecknat därav, att man till membranen (14) leder en minimispänning, medelst vilken membranen just och just hälls fast vid en 5 tili detektorn (10) kopplad andra yta (17).Method according to claim 1 or 2, characterized in that a minimum voltage is applied to the diaphragms (14), by which the diaphragm is precisely and precisely attached to a second surface (17) connected to the detector (10). 4. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat därav, att man ur en förändring i kapacitansen mellan membranen och en tili detektorn (10) kopplad andra yta (17) avläser om membranen (14) under utnyttjande av statiskt 10 tryck behällit sin position.4. A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that, from a change in capacitance between the membranes and a second surface (17) coupled to the detector (10), it is read if the diaphragm (14), using static pressure, retains its position. 5. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat därav, att man ur en förändring i elströmmen mellan membranen och en tili detektorn (10) kopplad andra yta (17) avläser om membranen (14) under utnyttjande av statiskt 15 tryck behällit sin position.5. A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that, from a change in the electric current between the diaphragms and a second surface (17) coupled to the detector (10), it is read if the diaphragm (14), using static pressure, retains its position. 6. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, kännetecknat därav, att man optiskt avläser om membranen (14) under utnyttjande av statiskt tryck behällit sin position.6. A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it is optically read if the diaphragm (14) has retained its position using static pressure. 7. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-6, känne- ; 20 tecknat därav, att man mäter tidpunkten vid vilken membra nen (14) lossnar fr&n en tili detektorn (10) kopplad andra yta (17) och samtidigt mäter spänningen som fär membranen att röra sig.Process according to any one of claims 1-6, characterized in; 20, which measures the time at which the membrane (14) is released from a second surface (17) coupled to the detector (10) and simultaneously measures the voltage which causes the membranes to move. 8. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-7, känne-25 tecknat därav, att man medelst en elektronisk reglerkrets (50) reglerar spänningen mellan membranen (14) och en andra yta (17) sä, att det elektrostatiska tryck som spänningen ästadkommer upphäver lufttrycket mellan membranen och ytan, varvid avständet mellan membranen och ytan bibehälls kons-30 tant trots variationer i tryckskillnaden. i 93993Method according to any one of claims 1-7, characterized in that the voltage between the diaphragms (14) and a second surface (17) is controlled by means of an electronic control circuit (50), so that the electrostatic pressure which the voltage causes the air pressure between the membranes and the surface, the distance between the membranes and the surface being kept constant despite variations in the pressure difference. in 93993 9. Detektor (10) för mätning av lufttryck, speciellt mät-ning av läga lufttryck, vilken detektor har - en tunn mätdetektormembran (14) anordnad mellan tvä skivor (11, 17), vilken membran anordnats i detektorn sä, 5 att pä bäda sidor om membranen (14) bildas en av membranen och skivorna (11, 17) begränsad spalt (13, 18), av vilka den ena spalten, den sk. luftspalten (18), kopplats tili ett inloppsrör (24) för den luft som skall mätäs, varvid tryckskillnaden, som uppstär mellan de bäda sidorna av mem-10 branen strävar tili att förskjuta membranen. - organ för ästadkommande av ett elektrostatiskt fält i luftspalten (18), för ästadkommande av ett elektrostatiskt tryck, som motsvarar det lufttryck, som skall mätäs, - organ för mätning av membranens (14) läge, 15. organ för ästadkommande av en äterkoppling frän membra nens lägesmätning tili organen för ästadkommande av det elektrostatiska fältet, för kontrollering av det elektros-tatiska trycket, - organ för mätning av styrkan pä det elektrostatiska 20 fältet, för indikering av den tryckskillnad, som räder mellan de bäda sidorna av membranen, kännetecknad därav, att - mätdetektormembranen (14) bildats av en tunn härdplast-membran, som har hög dielektricitetskonstant och vars ena ; 25 frän luftspalten bortvända sida belagts med ett el-ledande tunnt metallskikt, säsom med ett aluminiumskikt, och att - tili membranen kopplats organ för ästadkommande av elekt-risk spänning i membranens metallskikt, för ästadkommande av ett elektrostatiskt tryck i luftspalten (18).9. Detector (10) for measuring air pressure, in particular measurement of low air pressure, which detector has - a thin measuring detector membrane (14) arranged between two disks (11, 17), which diaphragm is arranged in the detector so as to sides of the diaphragms (14) form a gap (13, 18) bounded by the diaphragms and the discs (11, 17), of which one gap, the so-called. the air gap (18), connected to an inlet pipe (24) for the air to be measured, the pressure difference rising between the two sides of the membrane striving to displace the membranes. - means for providing an electrostatic field in the air gap (18), for providing an electrostatic pressure corresponding to the air pressure to be measured, - means for measuring the position of the diaphragm (14), 15. means for providing an feedback connection from the position measurement of the membrane to the means for providing the electrostatic field, for controlling the electrostatic pressure, - means for measuring the strength of the electrostatic field, for indicating the pressure difference occurring between the two sides of the membrane, characterized therefrom , - the measuring detector membranes (14) are formed by a thin thermosetting membrane having a high dielectric constant and one of which; The side facing away from the air gap is coated with an electrically conductive thin metal layer, such as with an aluminum layer, and - connected to the diaphragm means for providing electrical voltage in the metal layer of the diaphragm, to provide an electrostatic pressure in the air gap (18). 10. Detektor (10) enligt patentkravet 9, kännetecknad « därav, att detektorns (10) el-ledande membran (14) bildar tillsammans med den tili detektorn kopplade andra el-ledande ytan (17) en kondensator, varvid man kan konstatera om membranen bibehäller sin position genom att mätä kapacitan-35 sen mellan membranen och den andra ytan.10. A detector (10) according to claim 9, characterized in that the electrical conductive membrane (14) of the detector (10) together with the second conductive surface (17) connected to the detector forms a capacitor, whereby the membranes can be ascertained. maintains its position by measuring the capacitance between the membranes and the second surface. 11. Detektor (10) enligt patentkraven 9 eller 10, känne- 93993 tecknad därav, att i detektorn (10) ingär ett organ, som anger när membranen (14) lossnar frän den till detektorn kopplade andra ytan (17).The detector (10) according to claims 9 or 10, characterized in that the detector (10) includes a means which indicates when the diaphragm (14) is released from the second surface (17) connected to the detector. 12. Detektor (10) enligt patentkraven 9, 10 eller 11, 5 kännetecknad därav, att membranen (14) är en metallbelagd plastmembran, säsom t.ex. en medelst förängning med aluminium belagd plastmembran.12. A detector (10) according to claims 9, 10 or 11, 5, characterized in that the diaphragm (14) is a metal-coated plastic membrane, such as e.g. an aluminum-coated plastic membrane extension. 13. Detektor (10) enligt nägot av patentkraven 9-12, kännetecknad därav, att tvä detektorer (10 och 40) kopplats 10 samman sä, att deras luftrör (31 och 32) sammankopplats, och att detektorerna har anordnats som en del i ett elekt-riskt mönsterkort (19).Detector (10) according to any one of claims 9-12, characterized in that two detectors (10 and 40) are connected together, that their trachea (31 and 32) are interconnected, and that the detectors are arranged as part of a detector. electrical circuit board (19).
FI906057A 1990-12-10 1990-12-10 Method and detector for measuring low air pressure FI93993C (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI906057A FI93993C (en) 1990-12-10 1990-12-10 Method and detector for measuring low air pressure
PCT/FI1991/000289 WO1992010730A1 (en) 1990-12-10 1991-09-23 Method and sensor for measuring low air pressures
AU85043/91A AU8504391A (en) 1990-12-10 1991-09-23 Method and sensor for measuring low air pressures

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI906057 1990-12-10
FI906057A FI93993C (en) 1990-12-10 1990-12-10 Method and detector for measuring low air pressure

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI906057A0 FI906057A0 (en) 1990-12-10
FI906057A FI906057A (en) 1992-06-11
FI93993B FI93993B (en) 1995-03-15
FI93993C true FI93993C (en) 1995-06-26

Family

ID=8531544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI906057A FI93993C (en) 1990-12-10 1990-12-10 Method and detector for measuring low air pressure

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU8504391A (en)
FI (1) FI93993C (en)
WO (1) WO1992010730A1 (en)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2829520A (en) * 1955-02-14 1958-04-08 Austin N Stanton Pressure responsive transducers
US3066535A (en) * 1957-05-28 1962-12-04 Philips Corp Device for measuring low pressures
US3066536A (en) * 1958-02-21 1962-12-04 Philips Corp Apparatus for measuring low pressures
US3191440A (en) * 1963-02-11 1965-06-29 Electro Optical Systems Inc Pressure gauge instrument
US3354721A (en) * 1965-10-23 1967-11-28 Augustus H Fiske Pressure gaging systems of apparatus
US3459045A (en) * 1967-11-09 1969-08-05 Foxboro Co Instrument system rangeability device
US3880009A (en) * 1973-05-24 1975-04-29 Bunker Ramo Pressure transducer
US3908460A (en) * 1974-02-28 1975-09-30 Ambitex Corp And Cendev Corp A Pressure transducer
FR2331009A1 (en) * 1975-11-04 1977-06-03 Texas Instruments France SLACED PRESSURE SENSOR
US4009607A (en) * 1975-12-24 1977-03-01 The Bendix Corporation Force measuring system including combined electrostatic sensing and torquing means
DE3735516C2 (en) * 1987-10-20 1998-04-23 Fischer & Porter Gmbh Device for measuring the pressure of a flowable medium

Also Published As

Publication number Publication date
FI906057A (en) 1992-06-11
FI93993B (en) 1995-03-15
AU8504391A (en) 1992-07-08
FI906057A0 (en) 1990-12-10
WO1992010730A1 (en) 1992-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4322775A (en) Capacitive pressure sensor
KR100278052B1 (en) Gravity directing diaphragm Deflection type pressure measuring device
US9562796B2 (en) Absolute and differential pressure transducer
US4943889A (en) Electrostatic capacitor type sensing device
US6418793B1 (en) Differential pressure sensor
US7216048B2 (en) Calibrated pressure sensor
US2999386A (en) High precision diaphragm type instruments
US20100154552A1 (en) Capacitance diaphragm gauge and vaccum apparatus
US3269184A (en) Apparatus for measuring fluid characteristics
US4433580A (en) Pressure transducer
US10260977B2 (en) Differential pressure transducer
US4691574A (en) Capacitance transducer
US2800796A (en) Pressure measuring device
US4023413A (en) Device for measuring accelerations, particularly accelerations due to gravity
FI93993C (en) Method and detector for measuring low air pressure
US11428596B2 (en) Vacuum gauge with an extended dynamic measurement range
Hyland et al. Recommended practices for the calibration and use of capacitance diaphragm gages as transfer standards
CN115060414B (en) Device and method for providing high-precision pressure standard
Opstelten et al. A double-sided micromanometer
JPH0278926A (en) Pressure detector
RU174922U1 (en) PRIMARY CONVERTER OF PRESSURE, MOISTURE AND MOLECULAR GAS MASS
Kazaryan et al. A thin-film capacitance pressure sensor
JP2002263072A (en) Moisture transpiration determining device
US3364749A (en) Pressure measuring systems
RU2568962C1 (en) Device to measure flow parameters

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
MM Patent lapsed

Owner name: PIETIKO OY