FI93993C - Menetelmä ja anturi matalien ilmanpaineiden mittaamiseen - Google Patents

Description

93993

MENETELMÄ JA ANTURI MATALIEN ILMANPAINEIDEN MITTAAMISEEN 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.

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.

i 93993 2

MATALAPAINEANTURIN TARVE

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.

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.

Ohuen kalvon taipuman määritteleminen tarkasti on kuitenkin 15 hankalaa.

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.

• ·

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.

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.

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.

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.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla on mahdollista mitata ·' matalia paineita uudella tavalla, jolloin mittaustulokset 25 saadaan tarkemmiksi entistä matalammista paineista.

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.

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.

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.

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.

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.

Tällainen anturi on tarkka, koska se ei ole riippuvainen kalvon taipumasta. Anturin herkkyyteen vaikuttaa vain ilman ,,, dielektrisyysvakio ja ilmaraon suuruus.

• r

Mittaus voidaan suorittaa siten, että anturin rinnalle 30 sijoitetaan kiinteä vertailukapasitanssi. Tällöin mitataan jännitettä, jolla anturin kapasitanssi saadaan samaksi.

ELEKTROSTAATTISEN ANTURIN TOIMINTAPERIAATE

KONDENSAATTORIIN VAIKUTTAVAT SÄHKÖSTAATTISET VOIMAT

II

I · 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/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.

Esimerkki:

Kondensaattori, jossa A = 10 cm2 ja d = 0,1 mm.

15 Kapasitanssi C = 88 pF, jos levyjen välinen eriste on ilmaa.

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.

SÄHKÖSTAATTINEN TASAPAINO

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.

Tämän aikaansaamiseksi anturin toisen levyn muodostaa kalvo, johon mitattava paine vaikuttaa toiselta puolelta.

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 * 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.

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.

YHTEENVETO PERUSPERIAATTEISTA

Sähköstaattisella periaatteella toimiva paineanturi voidaan .. 30 toteuttaa monella eri tavalla. Jokaisessa toteutuksessa seuraavat pääperiaatteet kuitenkin ovat voimassa.

Il 7 93993 1) Aikaansaatu sähköstaattinen kenttä muodostaa paineen kalvoon, johon mitattava paine vaikuttaa. Sähköstaattisen kentän aikaansaama paine on vastakkaissuuntainen ilman paineen vaikutussuuntaan nähden.

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.

10 3) Ilmanpaine saadaan niistä sähköisistä arvoista, joilla sähköstaattinen kenttä aikaansaadaan.

KALVON VALINTAAN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT

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.

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: «

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

Anturin nollapisteen stabiilisuus riippuu ainoastaan anturin painosta ja se voidaan helposti kompensoida ellei • vaadita sitä, että sensorin tulee toimia kaikissa asennois- 30 sa.

93993 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)2

Siten dielektrisyysvakion vaihtelut ja kalvon eristemateriaalin paksuus ovat kriittisiä stabiilisuudelle. Eristeen tulee olla materiaalia, jolla on vakaa dielektrisyysvakio.

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.

KALVOON VAIKUTTAVAT TEKIJÄT

15 Perusanturi mittaa ainoastaan ylipainetta kalvon ja kupari-levyn välisessä ontelossa.

Jos anturi halutaan tehdä mittaamaan sekä positiivisia että negatiivisia paineita, niin se voidaan aikaansaada esimerkiksi rakentamalla anturi identtiseksi molemmilta puolilta.

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.

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.

9 93993

KALIBROINTI

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.

Järjestely saattaa kuitenkin vaatia suurta huolellisuutta, 15 koska lämpötilagradientit ja ulkoisen paineen vaihtelut vaikuttavat mittaukseen.

VAIHTOEHTOINEN MITTAUSPIIRI

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.

ESIMERKKIEN SELOSTUS

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti anturin erään sovellutus-30 muodon poikkileikkausta.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 anturia toisesta suunnasta nähtynä.

k 93993 10

Kuvio 3 vastaa kuviota 1 ja esittää anturin toisen sovel-lutusmuodon poikkileikkausta.

Kuvio 4 esittää aksonometrisesti anturin kolmannen sovel-lutusmuodon osat kokoonpanojärjestyksessä.

5 Kuvio 5 esittää keksinnön mukaista mittauslaitetta, johon kuuluu piirilevylle sijoitettu anturi ja siihen liittyvät komponentit.

Kuvio 6 vastaa kuviota 5 ja esittää toista sovellutusmuo-toa.

10 Kuvio 7 esittää anturiin liittyvän säätölaitteiston lohko-kaaviota.

Kuvio 8 esittää anturin kytkentäkaaviota.

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.

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.

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.

.. Kalvon 14 yläpinta 15 on päällystetty ohuella alumiiniker- roksella.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Kuvion 3 anturissa myös kalvo 14 on rakennettu kaksitoimi-seksi niin, että sen sähköä johtava alue on keskellä.

Mitattavat ilmanpaineet johdetaan anturiin 10 kalvon 14 vastakkaisille puolille pohjaan 22 ja kanteen 11 liitetty-15 jen putkien 24 ja 26 kautta.

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.

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.

• · 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Paine on verrannollinen ilmanpaineeseen.

· Kuvio 8 esittää esimerkkinä kuvion 7 lohkokaaviota vastaa vasta anturin 10 kytkentäkaaviosta 50, jossa on esitetty

II

93993 15 vastaavat komponentit, kuten oskillaattori, vertailuelin jne.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien 5 patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (13)

1. 93993
2. 1. Menetelmä ilmanpaineen, erityisesti matalien ilmanpaineiden mittaamiseksi anturiin (10) kahden levyn (11, 17) väliin sijoitetun ohuen mittausanturikalvon (14) avulla, joka on sovitettu anturiin siten, että kalvon (14) molemmin 5 puolin muodostuu kalvon ja levyjen (11, 17) rajaama rako (13, 18), jolloin - ilmaa, jonka paine on tarkoitus mitata, johdetaan kalvon toisella puolella olevaan ilmarakoon (18), jolloin paine-ero kalvon eri puolten välillä pyrkii liikuttamaan kalvoa, 10. ilmaraon (18) puolelle kalvoa muodostetaan sähköstaatti sella kentällä sähköstaattinen paine, joka on yhtä suuri kuin mitattava ilmanpaine, kalvon pitämiseksi alkuperäisessä asennossa, - kalvon asento mitataan, 15. kalvon asennon mittauksesta järjestetään takaisinkytkentä sähköstaattisen paineen kontrolloimiseksi, ja - tarvittavan sähköstaattisen kentän voimakkuutta käytetään indikoimaan kalvon eri puolten välillä vallitsevaa paine-eroa, 20 tunnettu siitä, että - mittauksessa käytetään mittausanturikalvoa (14), joka on muodostettu ohuesta kovamuovikalvosta, jolla on korkea ... dielektrisyysvakio ja jonka toinen ilmaraosta poispäin • · oleva puoli on päällystetty sähköä johtavalla ohuella 25 metallilla, kuten alumiinikerroksella, ja että - sähköstaattinen kenttä sähköstaattisen paineen muodostamiseksi aikaansaadaan johtamalla kalvon (14) metalliker-rokseen (15) pieni sähköjännite. • « *‘30 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvon (14) asennon mittauksesta johdetaan takaisinkytkentä sähköstaattisella paineella kalvoa paikallaan pitävän sähkökentän säätöön siten, että sähkökenttä on joka hetki niin suuri, että kalvo juuri 35 ja juuri saadaan pysymään paikoillaan. 93993
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvoon (14) johdetaan sellainen minimijännite, jolla kalvo juuri ja juuri saadaan pidetyksi kiinni anturiin (10) liitetyssä, toisessa pin- 5 nassa (17).
4. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvon (14) pysyminen paikallaan staattisen paineen avulla todetaan kalvon ja anturiin (10) liitetyn, toisen pinnan (17) välisen kapasitanssin 10 muutoksesta.
5. 5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvon (14) pysyminen paikallaan staattisen paineen avulla todetaan kalvon ja anturiin (10) liitetyn, toisen pinnan (17) välisen sähkövirran 15 muutoksesta.
6. 6. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalvon (14) pysyminen paikallaan staattisen paineen avulla todetaan optisesti.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että mitataan milloin kalvo (14) . irtoaa anturiin (10) liitetystä toisesta pinnasta (17), ja r · samalla mitataan jännite, jolla kalvo liikahtaa.
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektronisella säätöpiirillä 25 (50) säädetään kalvon (14) ja toisen pinnan (17) välinen jännite sellaiseksi, että sen aiheuttama sähköstaattinen paine kumoaa kalvon ja pinnan välisen ilmanpaineen, jolloin kalvon ja pinnan välinen etäisyys pysyy vakiona paine-erovaihteluista huolimatta.
9. 9. Anturi (10) ilmanpaineen, erityisesti matalien ilmanpai- ” neiden mittaamiseksi, johon anturiin kuuluu - kahden levyn (11, 17) väliin sijoitettu ohut mittausan- 93993 turikalvo (14), joka on sovitettu anturiin siten, että kalvon (14) molemmin puolin muodostuu kalvon ja levyjen (11, 17) rajaama rako (13, 18), joista toinen rako, ns. ilmarako (18), on yhdistetty mitattavan ilman syöttöputkeen 5 (24), jolloin kalvon eri puolten välillä syntyvä paine-ero pyrkii liikuttamaan kalvoa, - elimet sähköstaattisen kentän aikaansaamiseksi ilmarakoon (18), mitattavaa ilmanpainetta vastaavan sähköstaattisen paineen muodostamiseksi ilmarakoon, 10. elimet kalvon (14) asennon mittaamiseksi, - elimet takaisinkytkennän järjestämiseksi kalvon asennon mittauksesta sähköstaattisen kentän muodostaviin elimiin, sähköstaattisen paineen kontrolloimiseksi, - elimet sähköstaattisen kentän voimakkuuden mittaamiseksi, 15 kalvon eri puolten välillä vallitsevan paine-eron indikoi- miseksi, tunnettu siitä, että - mittausanturikalvo (14) on muodostettu ohuesta kovamuovi-kalvosta, jolla on korkea dielektrisyysvakio ja jonka 20 toinen, ilmaraosta poispäin oleva puoli, on päällystetty sähköä johtavalla ohuella metallilla, kuten alumiinikerrok-sella, ja että - kalvoon on yhdistetty elimet sähköjännitteen johtamiseksi kalvon metallikerrokseen, sähköstaattisen paineen muodosta- 25 miseksi ilmarakoon (18). #
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen anturi (10), tunnettu siitä, että anturin (10) sähköä johtava kalvo (14) muodostaa yhdessä anturiin liitetyn toisen sähköä johtavan pinnan (17) kanssa kondensaattorin, jolloin . 30 kalvon pysyminen paikallaan on todettavissa mittaamalla kalvon ja toisen pinnan välistä kapasitanssia.
11. 11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen anturi (10), tunnettu siitä, että anturiin (10) kuuluu laite, joka ilmoittaa milloin kalvo (14) irtoaa anturiin liitetys- 35 tä toisesta pinnasta (17). 93993
12. 12. Patenttivaatimuksen 9, 10 tai 11 mukainen anturi (10), tunnettu siitä, että kalvo (14) on metallilla päällystetty muovikalvo, kuten esimerkiksi alumiinipinnoitteella höyrystetty muovikalvo.
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksista 9-12 mukainen anturi (10), tunnettu siitä, että kaksi anturia (10 ja 40) on kytketty yhteen niin, että niiden ilmaputket (31 ja 32) on yhdistetty toisiinsa, ja että anturit on liitetty sähköisen piirilevyn (19) osaksi. « 93993