JPH11160182A - 加速度補償された圧力トランスデューサおよびその調節方法 - Google Patents

加速度補償された圧力トランスデューサおよびその調節方法

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JPH11160182A
JPH11160182A JP10260338A JP26033898A JPH11160182A JP H11160182 A JPH11160182 A JP H11160182A JP 10260338 A JP10260338 A JP 10260338A JP 26033898 A JP26033898 A JP 26033898A JP H11160182 A JPH11160182 A JP H11160182A
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    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/02—Arrangements for preventing, or for compensating for, effects of inclination or acceleration of the measuring device; Zero-setting means

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 付加的圧電要素を使用しないことによって、
圧力トランスデューサを技術的に簡単化するとともに接
続方法による影響を排除すること。 【解決手段】 外側ハウジング部分３１は内側部分４５
を囲み、内側部分４５は載置された補償質量３３、測定
結晶アレー３５およびダイヤフラムを介してフランジ４
２に結合されたダイヤフラム付き底部質量３６よりなっ
ている。個々のスラットによっても置換し得る内壁スリ
ーブ４０は、フランジ４２と同様に補償質量３３にも結
合している。内側部分４５は、加速度感度の粗または精
密補償の後ハウジング外側部分３１内に挿入され、溶接
部４１によりフランジ４２を介して外側部分３１に結合
されハウジングの壁３１のどこにも接触しないため、自
由に振動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１に定義さ
れた種類の加速度補償された圧力トランスデューサに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】とくにエンジンおよびタービン装置にお
いて、ガス状または液状媒体における動的圧力現象を測
定するため、かかる機械の振動するハウジング壁に、測
定される圧力信号に干渉するこれらの加速度力なしに取
付け得る、圧力トランスデューサが必要である。通常圧
電圧力トランスデューサがかかる測定に対して、とくに
２００℃以上の温度範囲における高度に動的なプロセス
または測定が含まれる場合に、使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】或る用途においては、
圧力トランスデューサを弾性的に支持されたアダプタに
よって取付けるだけで十分である。一層高い温度範囲に
おいては、これは大抵不可能で、圧電加速度要素が長
年、加速度力を別に検出するため圧力トランスデューサ
に一体化されてきた。このことは、大抵一つまたはそれ
以上の結晶板の形式の付加的圧電要素が圧力信号結晶ア
レーに対抗接続されなければならないため、多額の技術
的経費を必要とした。そこで最大値の少なくとも１／３
だけ有用な圧力信号が低下し、多くの場合数ミリバール
の振幅を測定しなければならないために、一層大きな欠
点になる。さらに、周知の対抗手段によって得られる加
速度補償は、ソケットまたは金属ケーブル接続により、
すなわちもし付加的質量が圧力トランスデューサハウジ
ングに連結されるならば、きわめて大きい影響をうける
ことが示された。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は公知の種
類の圧力トランスデューサを技術的に簡単化することお
よび種々の接続方法の影響を排除することである。この
目的は請求項１に記載された特徴によって達成された。
圧力トランスデューサを内側測定部分およびハウジング
状外側部分に分け、二部分をダイヤフラムフランジ部分
によってのみ一緒に結合することにより、下記に図４に
基づいて説明するように、そのハウジングの大きさにか
かわらず振動しかつ加速度および振動を補償する、自由
な振動測定装置が得られる。以下、典型的な実施例およ
び図面に基づいて本発明を説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１および２は、過去２０年の間
に数千個作られかつ依然として取付けられたままの、圧
電圧力トランスデューサを示す。図１は一層簡単な種類
の加速度補償された圧力トランスデューサを通る断面図
で、１はトランスデューサのハウジングである。補償結
晶アレー２は圧電板の形式で示されている。補償質量３
は電極の形式をなし、かつ接触ばね４を囲んでいる。測
定結晶５は、公知の市販のパターンに対応する、３枚の
圧電板の形式をなす。
【０００６】ダイヤフラム付き底部質量６は質量ｍ1 で
あり、一方符号３は質量ｍ2 である。これら二つの質量
は、最善の加速度補償が得られるような大きさにされて
いる。ダイヤフラム７は圧力トランスデューサハウジン
グ１をそのねじ８によって質量６に結合している。通常
ハウジング１はシールリング１０によって機械の壁９に
シールされている。ソケットねじ１１はケーブルコネク
タを有し、符号１２はコネクタ用の接触スリーブであ
る。
【０００７】図２は、中でもタービンに使用されるよう
な、一層複雑な形式の圧電トランスデューサを示す。補
償質量２３はダイヤフラム付き底部質量２６にねじ２８
によって結合され、底部質量２６はダイヤフラム２７を
介してハウジング２１に結合されている。測定結晶アレ
ー２５は数枚の圧電板よりなり、その信号は金属電極に
よって側方から取出される。対抗接続補償結晶アレー２
２は二枚の圧電板として示され、それらの間にコネクタ
に信号を伝達する電極を備えている。カバー２９の開放
後、補償質量２３を最終的組立て状態に適合させること
ができ、図１のトランスデューサ以上に有利なものであ
る。
【０００８】図３は、付加的結晶アレーが接続されな
い、動的補償装置を備えた、本発明による圧力トランス
デューサを略示している。外側ハウジング部分３１は内
側部分４５を囲み、内側部分４５は載置された補償質量
３３、測定結晶アレー３５およびダイヤフラム１７を介
してフランジ４２に結合されたダイヤフラム付き底部質
量３６よりなっている。個々のスラットによっても置換
し得る内壁スリーブ４０は、フランジ４２と同様に補償
質量３３にも結合している。これは閉鎖ユニットを形成
し、その中に囲まれた結晶アレー３５が機械的に負荷さ
れている。内側部分４５は、加速度感度の粗または精密
補償の後ハウジング外側部分３１内に挿入され、溶接部
４１によりフランジ４２を介して外側部分３１に結合さ
れる。それゆえダイヤフラム部分３７は、ハウジング外
側部分３１にまた組付けねじ３８を介して設置点におい
て機械の壁３９に強固に結合される。内側部分４５に適
合した測定装置は、ハウジングの壁３１のどこにも接触
しないため、自由に振動することができる。ここで測定
結晶アレー３５は横断カットの結晶要素よりなり、その
中央部において接触ばね３４が信号をコネクタに弾性的
に伝達する。図６に示されたように、縦断カットの結晶
要素または磁器圧電板よりなる結晶アレーも同様に使用
可能である。
【０００９】ダイヤフラム３７および内側壁スリーブ４
０は、質量３６（ｍ1 ）および３３（ｍ2 ）およびフラ
ンジ４２間のこわさが限定されたばね要素として作用す
る接続要素である。それらのこわさ（剛性）ｃ1 および
ｃ2 は、もし必要ならば、下記に記載するように、質量
ｍ1 およびｍ2 の適合に関連して加速度および振動力を
補償するため、材料を除去することによって適合させる
ことができる。しかしながら、ダイヤフラム３７のいか
なる変形も比較的困難であり、かつダイヤフラム３７が
最小のこわさも持たねばならないため、こわさに適合す
るため材料を内側壁スリーブ４０から除去することが望
ましい。
【００１０】図４は、本発明による新規な動的補償測定
部分の基本的概念を示している。内側部分はフランジ４
２が固定されるところから自由に懸垂し、そこに測定装
置が図示のようにシェーカ上に固定されている。加速度
ｂが下方からフランジ４２に作用するとき、これは単位
時間当たりある距離だけ上昇する。それらの慣性および
要素３７および４０の“ばね作用”のため、質量３６お
よび３３はそれぞれフランジ４２およびそれに結合され
たハウジング外側部分３１に対してそれぞれ下向き微小
変位Δ２1 およびΔ１2 を生ずる。さてもしｍ1 ，
ｍ2 ，ｃ1 ，ｃ2 の値が本発明に従って適合せしめられ
るならば、Δｌ1 ＝Δｌ2 （図４）となり、ついで加速
度ｂが結晶アレーに、これが負荷されないため、いかな
る測定信号も発生しない。一方、ダイヤフラム付き底部
質量３６およびダイヤフラム３７上の媒体圧力ｐは上向
き運動を誘起するが、しかしながらそれは実際には内壁
スリーブ４０を通って伝達されないでフランジ４２に蓄
積される。載置された補償質量３３が運動しないことに
より、測定信号が結晶アレー３５の圧縮から生ずる。
【００１１】こわさｃ1 ，ｃ2 および質量３３，３６の
いずれか一方または双方を適当に適合させることによ
り、選択された周波数範囲に亘って、加速度補償がこの
ようにしてさらに別の結晶アレーなしで得られる。選択
される周波数範囲は、それが圧力トランスデューサ３１
の測定範囲の大部分をカバーするように適当に選択され
る。これによって構造をいちじるしく簡単にすることが
可能となり、経済的な進歩が得られる。しかしながら、
とくにコネクタおよびハウジングに対する無関係な力に
よる影響は最小にされる。
【００１２】ダイヤフラム３７のこわさを最小にする理
由は、載置された補償質量３３の大きさが、図４に示さ
れたように、質量３６（ｍ1 ）とこわさｃ1 およびｃ2
に対してある関係になければならないという、制限をう
けることであることをさらに認識すべきである。また内
側壁スリーブ４０のこわさｃ2 は、測定されるべき質量
３３上に負荷される媒体圧力の伝達をできるだけ抑制す
るため、図４に示された関係に鑑みて、できるだけ大き
くすべきである、このようにして、本発明による圧力ト
ランスデューサの感度は、最善のものとされる。
【００１３】図５は、本発明による変形実施例を備えた
別の圧力トランスデューサを示している。コネクタの代
わりに、溶接フランジ５３を介して圧力トランスデュー
サ５１に一体化された金属ケーブル５２が設けられてい
る。図３の前方シールの代わりに、六角形部分の下にシ
ール１０が設けられ、それに固体のねじ付き部分４８が
続いている。フランジ４２を備えた内側部分４５は、溶
接部４４によってねじ付き部分４８の前方に結合されて
いる。この構造は低圧用に適している。
【００１４】図６は別の内側部分４５を示している。ス
ペースを節約するため、追加の質量６０は、材料がたと
えばタングステンベースの重金属のように溶接可能でな
い場合、たとえばねじ６１によって補償質量３３の上に
載置される。横断結晶アレー３５の代わりに、セラミッ
クまたは単結晶板よりなる、板結晶アレー６２が示され
ている。したがって、信号は最上端の板から取出され
る。
【００１５】図７は本発明による別の実施例を示す。ダ
イヤフラム７７は前方溶接部７８によってフランジ４２
に結合されている。高い横方向加速度が支持される装置
において、補償質量３３の横方向変形は、溶接部７４に
よって分離部７５に保持された、図の右側に示された横
断方向控えダイヤフラム７６によって困難にされてい
る。
【００１６】図８はうけ入れ得るテストに先立つ微調節
の方法を示す。このため圧力トランスデューサは補償イ
ンジケータ８６への導線と接続され、またねじ付きスリ
ーブ８２によってシェーカの保持スリーブ８３において
そのハウジング外側部分８１を取付けられている。材料
はフライスまたは研磨工具８５によって、ダイヤフラム
付き底部質量３６の微補償凹所８４から、装置８６がス
イッチオンされたシェーカに対して最善の値を示すまで
段階的に除去される。このようにして、一連のすべての
圧力トランスデューサは特殊な補償値まで調節可能であ
る。
【００１７】本発明は、それゆえ、実質的な構造の簡単
化、および補償の度合いが、自励振動を生ずるかも知れ
ない長さの異なったケーブルのような、圧力トランスデ
ューサハウジングに影響する外乱に対して完全に無関係
であることによって、いちじるしい改善を可能にするも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図１】二つの結晶アレーが対抗接続された従来技術の
圧電圧力トランスデューサの略断面図。
【図２】同様に二つの結晶アレーが対抗接続されかつ機
械加工し得る質量ｍ2 を備えた従来技術の圧電圧力トラ
ンスデューサの図。
【図３】本発明による圧電圧力トランスデューサの略断
面図。
【図４】本発明による圧電圧力トランスデューサ（図
３）の内部を通る略断面図。
【図５】金属ケーブルが接続されかつフランジが溶接さ
れた、本発明による圧電圧力トランスデューサを通る略
断面図。
【図６】重い金属質量が螺着された圧力トランスデュー
サ内側部分の断面図。
【図７】別のダイヤフラムが溶接されかつ内側部分が横
方向控えを備えた、本発明による圧電圧力トランスデュ
ーサの図。
【図８】微補償を直接表示する、シェーカ上に取付けら
れた、本発明による圧電圧力トランスデューサの図。
【符号の説明】
１ 圧力トランスデューサハウジング ２ 補償結晶アレー ３ 補償質量ｍ2 ４ 接触ばね ５ 測定結晶アレー ６ ダイヤフラム付き底部質量ｍ1 ７ ダイヤフラム ８ 組付けねじ ９ 機械の壁 １０ シール １１ コネクタねじ １２ 接触スリーブ ２１ 圧力トランスデューサハウジング ２２ 補償結晶アレー ２３ 補償質量ｍ2 ２５ 測定結晶アレー ２６ ダイヤフラム付き底部質量ｍ1 ２７ ダイヤフラム ２８ ねじ ２９ カバー ３１ 圧力トランスデューサの外側部分 ３３ 載置された補償質量ｍ2 ３４ 接触ばね ３５ 測定結晶アレー（横断型） ３６ ダイヤフラム付き底部質量ｍ1 ３７ ダイヤフラム（こわさｃ1 ） ３８ 組付けねじ ３９ 機械の壁 ４０ 内壁スリーブ（こわさｃ2 ） ４１ 半径方向溶接部 ４２ 内側および外側部分を結合するフランジ ４４ 前方溶接部 ４３ シールリング ４５ 圧力トランスデューサ内側部分 ４６ 除去質量ｍ2 ４７ こわさを変更するための内壁スリーブ除去点Ｃ2 ４８ ねじ付き部分 ５１ 圧力トランスデューサハウジングの外側部分 ５２ 金属ケーブル ５３ 溶接フランジ ６０ 追加質量 ６１ ねじ込みねじ ６２ 測定結晶アレー、縦方向板 ７４ 溶接部 ７５ カバー ７６ 横断方向控えダイヤフラム ７７ ダイヤフラム ７８ 前方溶接部 ７９ ダイヤフラムホルダ ８１ 圧力トランスデューサハウジングの外側部分 ８２ ねじ付きスリーブ ８３ シェーカの保持スリーブ ８４ ダイヤフラム付き底部微補償右折 ８５ フライスまたは研磨工具 ８６ 補償インジケータ ｂ 加速度ベクトル ｐ 媒体の圧力 Δｌ1 微小変位 Δｌ2 微小変位

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二つの質量（３３，３６）の間に予備負
    荷して取付けられた圧力測定要素（３５，６２）を有す
    る、たとえばガス状または液状媒体における動的プロセ
    スを測定するための、加速度補償された圧力トランスデ
    ューサにおいて、質量（３３，３６）および測定要素
    （３５，６２）がフランジ（４１）を介する取付端にお
    いてのみハウジング状外側部分（３１，５１）に結合さ
    れ、質量［３６（ｍ1 ），３３（ｍ2 ）］がフランジ
    （４２）において適合したこわさ（ｃ1 ，ｃ2 ）を備え
    た接続要素（４０，３７；７７）を介して無関係の機械
    的影響からしゃ断して内側部分（４５）にさらに結合さ
    れ、最後に予め組合わされた内側部分（４５）において
    質量（ｍ1 ，ｍ2 ）および／またはこわさ（ｃ1 ，
    ｃ 2 ）が加速度または振動の影響がせいぜい最小の見せ
    掛けの信号しか生じないように材料を除去または付加す
    ることによって適合せしめられることを特徴とする加速
    度補償された圧力トランスデューサ。
  2. 【請求項２】 フランジ（４２）は機械の壁（３９）に
    取付けられるとき同時にシールフランジとしても作用す
    ることを特徴とする請求項１に記載された圧力トランス
    デューサ。
  3. 【請求項３】 フランジ（４２）が外側部分（３１，５
    ４）のねじ付き部分（４８）の前方に、たとえば溶接さ
    れて、取付けられたことを特徴とする請求項１または２
    に記載された圧力トランスデューサ。
  4. 【請求項４】 接続要素（４０，３７；７７）の一方
    （４０）が閉鎖した管または鳥かご状に配置されたスラ
    ットよりなり、他方の要素（３７；７７）が所定の最小
    こわさ（ｃ1 ）を有するダイヤフラムであることを特徴
    とする請求項１から３のいずれか一項に記載された圧力
    トランスデューサ。
  5. 【請求項５】 ダイヤフラム（７７）がフランジ（４
    ２）に前方でダイヤフラム底部質量（３６）に、たとえ
    ば溶接されて、取付けられたことを特徴とする請求項４
    に記載された圧力トランスデューサ。
  6. 【請求項６】 圧力測定要素が予備負荷して取付けられ
    た圧電磁器または圧電単結晶の結晶アレー（３５）であ
    ることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記
    載された圧力トランスデューサ。
  7. 【請求項７】 ８００℃までの範囲において使用可能な
    環状（３５）または板状（６２）の結晶アレーを取付け
    られたことを特徴とする請求項６に記載された圧力トラ
    ンスデューサ。
  8. 【請求項８】 圧力測定要素が圧電抵抗、容量または光
    学的理論で作動することを特徴とする請求項１から５の
    いずれか一項に記載された圧力トランスデューサ。
  9. 【請求項９】 内側部分（４５）が横断方向安定ダイヤ
    フラム（７６）を介して外側部分（５１）にさらに結合
    されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか
    一項に記載された圧力トランスデューサ。
  10. 【請求項１０】 圧力測定要素をフランジ部分によって
    シェーカ上に保持し測定の結果に従って行列式パラメー
    タｍ1 ，ｍ2 ，ｃ1 またはｃ2 の少なくとも一つを変更
    することを特徴とする加速度補償の粗または微調節方
    法。
  11. 【請求項１１】 パラメータｍ1 ，またはｃ1 の一方
    が、補償指示器具が最善の値を示すように、材料を除去
    または付加することによって、最終的に組立てられた圧
    力トランスデューサにおいて変更されることを特徴とす
    る微調節方法。
JP26033898A 1997-09-15 1998-09-14 加速度補償された圧力トランスデューサおよびその調節方法 Expired - Lifetime JP3718063B2 (ja)

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