KR820001268B1 - Pressure measuring aparatus using vibratable wire - Google Patents

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KR820001268B1
KR820001268B1 KR7802830A KR780002830A KR820001268B1 KR 820001268 B1 KR820001268 B1 KR 820001268B1 KR 7802830 A KR7802830 A KR 7802830A KR 780002830 A KR780002830 A KR 780002830A KR 820001268 B1 KR820001268 B1 KR 820001268B1
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diaphragms
instrument
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KR7802830A
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Korean (ko)
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오. 올슨 이.
아르. 라크로익스 제임스
엘. 보우디취 호엘
Original Assignee
지.에이.로시카
더 폭스보로 캄파니
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements

Abstract

The appts. comprises a main body(20) with a pair of diaphragms(22,24) each subject to a respective fluid press. The diaphragms are mounted on support plates(42,44) on an intermediate member(94) which holds the diaphragms so that they are normal to the direction of fluid flow. Between the support plates is stretched an oscillating wire(50) surrounded by a tube(52). The right-hand end of the wire is clamped in the closed end of the tube, whilst the other end is directly coupled to the left hand diaphragm. The elastic characteristics of the diaphragms are different and thus, under pressure changes, the wire tension and hence its oscillating frequency varies.

Description

진동선 이용 압력 측정 장치Pressure measuring device using vibration line

제1도는 본 발명에 따른 계기의 부분절개 사시도.1 is a partial cutaway perspective view of an instrument according to the present invention.

제2도는 제1도에 도시한 계기의 중심 몸체의 수직 단면도.2 is a vertical sectional view of the central body of the instrument shown in FIG.

제3도는 제1도에 도시한 계기의 2개의 진동판 부조립품의 내부 소자를 나타내기 위한 부분 절개한 사시도.3 is a partially cut away perspective view illustrating the internal elements of the two diaphragm subassemblies of the instrument shown in FIG.

제4도는 진동선에 장력을 전달하는데 사용되는 소자의 사시도.4 is a perspective view of a device used to transmit tension to a vibrating line.

제5도는 진동선을 둘러싼 튜우브가 없는 자기 부품의 사시도.5 is a perspective view of a tubeless magnetic component surrounding a vibrating line.

제6도는 진동선과 이를 둘러싼 튜우브 밀폐실을 단면으로 도시한 자기 부품의 정면도.6 is a front view of a magnetic component showing, in cross section, a vibrating line and a tubing enclosure surrounding it.

제7도는 레인지(range) 진동판에 의해 운반되는 힘-전달 부재의 배열을 도시한 부분 상세도.7 is a partial detail view showing the arrangement of the force-transmitting member carried by the range diaphragm.

제8도는 진동선을 둘러싼 튜우브의 폐쇄 단부용 굴곡지지체의 단면도.8 is a cross-sectional view of the bent support for the closed end of the tube surrounding the vibration line.

제9도는 진동선 및 튜우브 부품의 확대 종단면도.9 is an enlarged longitudinal sectional view of a vibrating wire and tubing components.

제10도는 본 발명의 제2실시예의 수직 단면도.10 is a vertical sectional view of a second embodiment of the present invention.

본 발명은 유체 압력에 응답하는 측정계기에 관한 것이다. 더욱 상세하게 말하자면, 본 발명은 기본 힘-감지 소자로서 진동선을 이용하는 형태의 측정계기에 관한 것이다.The present invention relates to a measuring instrument responsive to fluid pressure. More specifically, the present invention relates to a measuring instrument in the form of using vibration lines as basic force-sensing elements.

공업 공정에 사용하기 위한 계기 시스템은 다년간 유체압력, 특히 유체 유속신호를 나타내도록 유동 파이프의 오리피이스(orifice)판 양단에서 생성되는 차동압력을 측정하기 위해 여러가지 형태의 장치를 사용했다. 통상적으로, 이와 같은 장치는 미합중국 특허 제3,564,923호에 나타낸 바와 같이 힘-균형 형태의 차동-압력 셀로 구성된다. 이러한 계기는 수년간 사용되어 왔지만, 종래의 장치는 근대 공업 공정계기시스템을 충족시키지 못했다. 예를들면, 근대의 시스템은 온도와 같은 것을 종래의 장치에서 보다도 더욱더 안정하고 정확하게 해야 한다.Instrument systems for use in industrial processes have used various types of devices to measure the differential pressure generated across the orifice plate of a flow pipe for many years to represent fluid pressure, especially fluid flow signals. Typically, such a device consists of a differential-pressure cell in force-balanced form as shown in US Pat. No. 3,564,923. These instruments have been in use for many years, but conventional devices have not met modern industrial process instrumentation systems. For example, modern systems must make things like temperature more stable and accurate than in conventional devices.

압력-응답계기용 기본 감지소자로서 전동선을 사용하는 것은 당업자에 의해 오래전부터 제안되어 왔었다. 이와 같은 제안들은 와이어 진동의 주파수가 와이어 중의 장력에 밀접하게 관련되고, 와이어 장력은 측정될 차동 압력에 의해 차례로 제어된다는 것에 기초한 것이다. 그러므로 와이어 진동의 주파수는 차동 압력에 응답하는 측정 신호로서 나타내질 수 있다. 또한, 이론적으로 이와 같은 계기는 고도로 정확하게 실시될 수 있다.The use of electric wires as basic sensing elements for pressure-response instruments has long been proposed by those skilled in the art. Such proposals are based on the fact that the frequency of wire vibration is closely related to the tension in the wire, which in turn is controlled by the differential pressure to be measured. Therefore, the frequency of wire vibration can be represented as a measurement signal in response to differential pressure. In addition, in theory such an instrument can be implemented with high accuracy.

종래의 진동성 장치에 관한 특허가 여러개 있는데, 이중 몇 가지 예로서 미합중국 특허 제2,447,817호, 2,455,021호, 및 3,047,789호를 들 수가 있다. 미합중국 특허 제3,393,565호에는 차동 압력을 측정하려고 하는 여러개의 진동선 계기가 기재되어 있으며, 제2도에 액체를 충전한 콘테이너 중의 와이어를 형성한 장치를 나타냈다. 제2도의 구조는 와이어에 입력을 연결하기 위한 피봇트 레버(26)을 포함하며, 이 특허 명세서 제3컬럼의 15행 이하에 레버를 제거하고 와이어를 진동판의 한쪽에 직접 고착한 변형예를 제시했다.There are several patents relating to conventional vibratory devices, some of which include US Pat. Nos. 2,447,817, 2,455,021, and 3,047,789. U. S. Patent No. 3,393, 565 describes a number of vibrating line instruments that attempt to measure differential pressures, and shows a device in which wires are formed in a container filled with liquid in FIG. The structure of FIG. 2 includes a pivoting lever 26 for connecting an input to a wire, suggesting a variant in which the lever is removed below 15 rows of the third column of this patent specification and the wire is directly attached to one side of the diaphragm. did.

진동선 감지기를 사용하는 공정에서 제안된 계기들은 공정계기 기술에 허용될 수 없는데, 그 이유는 주로 필요한 작동 조건하에서 정확하게 작동될 수 없기 때문이다. 그러므로, 이와 같은 초기의 제안들은 실제적으로 문제를 해결하지 못했으며, 성취된 결과를 공정 공업에 이용할 수 있는 단계까지 진전되지 못했다.The instruments proposed in the process using vibrating line detectors are not acceptable for process instrumentation technology, mainly because they cannot be operated correctly under the required operating conditions. Therefore, these early proposals did not actually solve the problem and did not progress to the stage where the results achieved were available to the process industry.

압력-응답 기구 기술분야에서는 최근에 차동 가스 압력을 측정하기 위한 정확하고도 실제적인 전동-선계기를 개발했다. 이 계기의 설명은 이.오.올슨(E.O. Olsen)등이 1976. 10.13자로 출원한 미합중국 특허원 제732,130호에 기재되어 있다. 이 진동선 계기에 사용하기에 적합한 전자 송신기는 이.오.올슨 등이 1976.10.13자로 출원한 미합중국 특허원 제732,129호에 기재되어 있다.The pressure-response mechanisms have recently developed accurate and practical electric-line gauges for measuring differential gas pressures. A description of this instrument is described in US Patent Application No. 732,130, filed October 13, 1976 by E.O. Olsen et al. Electronic transmitters suitable for use in this vibrating line instrument are described in US Patent Application No. 732,129 filed on October 13, 1976 by E.O.Olson et al.

비록 상기한 차동-가스-압력 계기가 그의 의도에 적합한 실행력을 갖는다해도, 다용도 공업적 공정용 차동 압력계기로서 사용할 수 없다. 특히, 이 장치는 오늘날 대부분의 상업적 공정에서 측정해야 되는 여러가지의 차동 액체 압력을 측정할 수 없다.Although the differential-gas-pressure gauge described above has an execution force suitable for its intention, it cannot be used as a differential pressure gauge for a versatile industrial process. In particular, the device cannot measure the various differential liquid pressures that must be measured in most commercial processes today.

이후에 기술하는 본 발명의 양호한 실시예에서, 다용도 차동-압력 측정 계기는 각각 유체 압력에 응답하는 한쌍의 진동판을 갖는 주요 몸체 부품으로 구성된다. 이 전동판은 인가된 차동 압력에 따라 인장되는 비-자성 진동선을 둘러싸는 충전-액체가 들은 밀폐실을 포함한다. 자장은 와이어를 통해 횡방향으로 통과하고, 전류와 자장 사이의 상호작용의 결과로서 와이어에 진동력을 형성하도록 전류는 전자회로 장치에 의해 와이어에 공급된다.In a preferred embodiment of the invention described hereinafter, the multipurpose differential-pressure measuring instrument consists of a main body part having a pair of diaphragms, each responding to fluid pressure. The power plate includes a sealed chamber filled with liquid-liquid surrounding a non-magnetic vibration line that is tensioned according to an applied differential pressure. The magnetic field passes transversely through the wire and current is supplied to the wire by the electronic circuit arrangement to create a vibratory force on the wire as a result of the interaction between the current and the magnetic field.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 진동선은 내부 액체 용적을 적게하고, 자석과 밀접하게 작용하게 하며, 벽 또는 경계효과로부터 간섭을 받지 않고 와이어를 진동시킬 수 있도록 극히 작은 횡단면을 갖는 밀폐된 관상 통로내에 효과적으로 포함되어 있다. 자극편은 이 통로의 대향측부에 배치되어 있고, 와이어를 강력하게 진동시키고 고출력 신호를 발생시키도록 고강도의 자장을 만든다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 튜우브를 둘러싸는 와이어는 일단부가 폐쇄되어 있고, 이 와이어는 폐쇄된 단부에 고착되어 이후에 기술하는 바와 같이 여러개의 중요한 이점을 제공해 준다.According to one embodiment of the present invention, the vibrating line is a closed tubular passage having an extremely small cross section to reduce the internal liquid volume, to work closely with the magnet, and to vibrate the wire without interference from walls or boundary effects. It is effectively contained within. The pole pieces are arranged on opposite sides of this passage, creating a high intensity magnetic field to vibrate the wires strongly and generate a high power signal. According to another embodiment of the present invention, the wire surrounding the tubing is closed at one end, and the wire is stuck to the closed end, providing several important advantages as described later.

본 발명의 또 다른 실시예에는, 온도 및 정압(static pressure)등의 외부 조건의 변화에 대해 계기의 작동에 관한 효과를 실질적으로 최소로 하기 위해 특정 수단이 설치되어 있다. 본 발명의 다른 중요한 형태는 적당한 진폭을 갖는 안정한 진동을 하도록 자장에 대하여 진동 선을 선택적으로 배향시키는 것에 관련되어 있다. 이 계기는 또한 압력-초과 상태의 경우에 와이어 또는 장치의 그외의 다른 소자의 손상을 방지해 주는 독특한 장치를 포함한다.In another embodiment of the present invention, specific means are provided to substantially minimize the effect on the operation of the instrument with respect to changes in external conditions such as temperature and static pressure. Another important aspect of the present invention involves the selective orientation of vibration lines with respect to the magnetic field to allow stable vibrations with appropriate amplitudes. The instrument also includes a unique device that prevents damage to wires or other elements of the device in the case of pressure-excess conditions.

그러므로, 본 발명의 주목적은 진동선형의 상업적으로 실행할 수 있는 압력 측정 계기를 제공하는 것이다. 본 발명의 그외의 다른 중요한 목적, 형태 및 잇점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술한 다음의 설명으로 부터 명백하게 알 수 있다.Therefore, the main object of the present invention is to provide a vibrating linear commercially viable pressure measuring instrument. Other important objects, forms and advantages of the present invention will become apparent from the following description in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도 및 제2도를 참조하며, 차동-압력 측정 계기는 저부몸체(20)과 대향 측부에 있는 진동판(22, 24)로 구성된 것으로 도시되어 있다. 좌측 진동판(22)는 예정된 탄성율, 예를 들면 약 40파운드/인치(7.2kg/cm)를 갖는 레인지(range)진동판이며, 다른 진동판(24)는 극히 낮은 탄성율을 갖는 이완(slack) 진동판이다.Referring to FIGS. 1 and 2, the differential-pressure measuring instrument is shown as consisting of a bottom body 20 and diaphragms 22, 24 on opposite sides. The left diaphragm 22 is a range vibration plate having a predetermined modulus of elasticity, for example about 40 pounds / inch (7.2 kg / cm), while the other diaphragm 24 is a loose diaphragm having an extremely low elastic modulus.

측정될 두 개의 유체 압력은 차동-압력 계기에 통상적으로 사용되는 장치(도시하지 않음)에 의해 각각의 진동판에 분리해서 전달된다.The two fluid pressures to be measured are transmitted separately to each diaphragm by a device (not shown) commonly used in differential-pressure gauges.

몸체 부품(20)의 윗쪽에는 전자식 폐쇄부(28)로 안내되는 전기접속기 와이어용 보호 도관으로서 작용하는 스템(26)이 형성되어 있는데, 이것은 장방향의 중심부재(30)과 두개의 원통형 측단부(32,34)를 포함한다. 이 폐쇄부는 계기를 동작시키는데 필요한 다수의 전기 부품과 접속부를 포함한다. 주로, 이 부품들은 상기한 미합중국 특허원 제732,129호에 기재된 바와 같은 고상 송신기를 포함하므로 여기에서는 상세하게 기술하지 않겠다. 간단히 말하자면, 이 송신기는 와이어 장력에 대응하는 주파수에서 팽팽한 와이어의 진동을 유도하기 위한 장치와 크기가 진동주파수를 나타내는 d-c 측정 출력신호를 만드는 장치를 포함한다.On top of the body part 20 is formed a stem 26 which acts as a protective conduit for the electrical connector wire which is led to the electronic closure 28, which is the longitudinal center member 30 and the two cylindrical side ends. (32,34). This closure includes a number of electrical components and connections needed to operate the instrument. Primarily, these parts include a solid-state transmitter as described in US Patent Application No. 732,129, which will not be described in detail herein. In short, the transmitter includes a device for inducing a vibration of a taut wire at a frequency corresponding to the wire tension and a device for generating a d-c measurement output signal whose magnitude represents the vibration frequency.

제1도의 절개 부분은 송신회로로 안내되는 두개의 접속자 중의 한 접속자를 이완 진동판(24)뒤에 (36)으로 나타낸 것이다.The cutout in FIG. 1 shows one of the two connectors guided to the transmitting circuit by 36 behind the diaphragm 24.

제2도에 도시한 바와 같이 몸체 부품(20)은 진동판(22,24)용 고상 지원판(42 및 44)가 고착된 중심몸체 부재(40)를 포함한다. 예정된 작은 직경(본 발명의 실시예에서는 0.020인치(약 0.051cm) 이하가 좋고, 0.010인치(약 0.025cm)가 바람직하다)를 갖는 둥근 단면으로 된 진동선(50)은 몸체부재 내의 내부 공간과 지원판을 통해 중심부로 연장된다. 그의 길이 만큼 와이어를 둘러싼 것은 직경이 작은 기다란 튜우브(52)(제3도 참조)이다. 이 튜우브의 우측 단부는 폐쇄되었으며, 와이어의 대응하는 단부는 이 폐쇄된 단부에 고착된다. 이 튜우브의 좌측단부는 예를들면 세라믹제로 된 원통형 절연체 슬리이브(54)에 의해 지지되며, 이것은 차례로 결합된 부분을 통해서 좌측 지원판(42)에 고착된다.As shown in FIG. 2, the body part 20 includes a central body member 40 to which solid support plates 42 and 44 for the diaphragms 22 and 24 are fixed. A vibrating line 50 of round cross-section having a predetermined small diameter (0.020 inches (about 0.051 cm) or less in an embodiment of the present invention, preferably 0.010 inches (about 0.025 cm)) is provided with an internal space and support within the body member. It extends through the plate to the center. Surrounding the wire by its length is an elongated tubing 52 of small diameter (see also FIG. 3). The right end of this tubing is closed and the corresponding end of the wire is fixed to this closed end. The left end of the tube is supported by a cylindrical insulator sleeve 54, for example made of ceramic, which in turn is fixed to the left support plate 42 through the joined portion.

와이어(50)의 좌측단부는 주변 플랜지(62)와 와이어를 땜질 등으로 부착시키는 중심허브(64)를 갖고 있는 단추형(제4도 참조)으로 된 이동식 단부편(60)에 고정되어 있다. 안정하게 배치하기 위해 세개의 방사형 리브를 갖고 있는 스페이서(spacer) 링(66)은 와이어에 장력을 좌측으로 인가하도록 단추형 플랜지(62)의 우측 표면을 누른다. 이 힘은 두 셋트의 서로 연결된 벨리 빌리형 워샤(Belleville type washer) 소자(또는 흔히 원추형 디스크 스프링이라고도 함)를 포함하고 있는 오우버-레인지(over range) 스프링(68)을 통해 스페이서링(66)으로 전달된다.The left end of the wire 50 is fixed to a movable end piece 60 of button type (see FIG. 4) having a peripheral flange 62 and a center hub 64 for attaching the wire by soldering or the like. A spacer ring 66 with three radial ribs for stable placement presses on the right surface of the buttoned flange 62 to apply tension to the wire to the left. This force is applied to the spacer ring 66 via an over-range spring 68 that includes two sets of interconnected Belleville type washer elements (or sometimes referred to as conical disc springs). Is passed to.

오우버-레인지 스프링(68)은 (70)으로 표시한 진동판 허브 부품의 소자에 의해 약 11파운드의 힘으로 미리 응력을 받는다(제8도 참조). 이 부품은 스프링(68)의 우측 단부를 누르는 원형판(72)와 스페이서 링(66)의 좌측 운동을 제지하는 단추형 플랜지(62)와 동심축을 갖고 이것의 일부에 일체적으로 형성된 링형소자(74)를 포함한다. 그러므로, 통상의 기기 조작시에 허브 부품은 스프링(68)을 예정된 압압상태로 유지해 준다.The over-range spring 68 is prestressed with a force of about 11 pounds by the element of the diaphragm hub component indicated by 70 (see FIG. 8). This part has a circular plate 72 pressing the right end of the spring 68 and a button-shaped flange 62 which restrains the left movement of the spacer ring 66 and a ring-shaped element 74 formed integrally with a part thereof. ). Therefore, the hub part keeps the spring 68 in a predetermined pressing state during normal machine operation.

허브 부품(70)은 측정될 차동 압력에 따라 레인지 진동판에 의해 나타난 힘을 받도록 이 레인지 진동판(22)의 안쪽 단부에 고착되어 있다. 계기의 정상조작, 예를 들면 약 9파운드(약 4.08kg)까지의 선택된 와이어 힘 조정 범위내의 조작중에 예부하된 오우버-레인지 스프링(68)은 허브부품(70)을 와이어(50)의 단부에 기능적으로 연결하도록 고상(무한히 단단함) 힘-전달 소자로서 효과적으로 작용하므로 레인지 진동판(22)에 의해 나타난 힘은 와이어에 직접 인가된다.The hub component 70 is secured to the inner end of the range diaphragm 22 to receive the force exhibited by the range diaphragm according to the differential pressure to be measured. During normal operation of the instrument, e.g., within a selected wire force adjustment range of up to about 9 pounds (about 4.08 kg), the over-range spring 68 causes the hub part 70 to end up at the end of the wire 50. The force exhibited by the range diaphragm 22 is applied directly to the wire because it effectively acts as a solid (infinitely rigid) force-transmitting element to functionally connect it to.

허브 부품(70)은 또한 레인지 진동판(22)로부터의 힘 외에, 초기 와이어-장력 또는 제로 스프링(80)으로부터 "제로-셋트"힘을 받게 된다. 이 스프링은 거의 평평하며 와이어를 둘러싸고 있는 상호연결된 한쌍의 워샤형 소자를 포함하며, 예를 들면 그들의 유연성을 증대시키기 위해 나선식으로 절삭(도시하지 않음)하여 형성될 수 있다. 상술한 실시예에서, 이들 스프링 소자는 레인지 진동판(22)로부터 아무런 힘이 없는 상태에서 와이어장력을 측정하는 약 2파운드의 힘을 생성한다.The hub component 70 is also subjected to "zero-set" forces from the initial wire-tension or zero spring 80 in addition to the forces from the range diaphragm 22. The spring includes a pair of interconnected washers that are nearly flat and surround the wire and can be formed, for example, by spiral cutting (not shown) to increase their flexibility. In the above-described embodiment, these spring elements generate about two pounds of force to measure the wire tension without any force from the range diaphragm 22.

와이어의 길이가 변할 때에, 스프링 소자(80)의 내연부에 함께 고착되는 상호 연결된 스프링 소자(80)은 평행 사변형의 형태로 이동하여, 스프링 힘이 와이어 축과 동심적으로 작용하게 한다. 와이어 길이의 전체 변화량은 약 0.0015인치(0.0038cm)이므로, 진동판(22)가 계기 스팬(span)의 전범위를 통해 스트로크(stroke)할 때에 스프링 힘이 크게 변하지 않게 된다.When the length of the wire changes, the interconnected spring elements 80 that are secured together to the inner edge of the spring element 80 move in the form of a parallelogram, causing the spring force to act concentrically with the wire axis. Since the total amount of change in wire length is about 0.0015 inches, the spring force does not change significantly when the diaphragm 22 strokes through the full range of instrument spans.

지위판(42) 및 (44)는 결합된 진동판의 형태를 정확하게 정합하는 진동 지지 표면을 갖도록 조심스럽게 형성되어 있으므로, 진동판이 그의 지원판을 누르는 오우버-레인지 압력조건의 경우에 진동판에 대해 안정한 지지력을 제공해 준다. 계기가 정상 작동 범위내에 있을때, 이 판들은 각각의 진동판에 인접한 작은 용적의 폐쇄 지역을 정하며, 이 지역은 몸체 부품[튜우브(52)의 내부 포함]내의 다른 내부 공동(cavity)지역과 함께 충전-액체(84)로 채워진 내부 밀패실을 형성한다.The support plates 42 and 44 are carefully formed to have a vibrating support surface that accurately matches the shape of the combined diaphragm, so that the diaphragm is stable against the diaphragm in the case of an over-range pressure condition in which the diaphragm presses its support plate. Provide support. When the meter is within the normal operating range, these plates define a closed area of small volume adjacent to each diaphragm, which is filled with other internal cavity areas within the body part (including the interior of the tub 52). Forming an internal hermetic chamber filled with liquid 84.

각각의 진동판(22 및 24)뒤에 있는 두개의 폐쇄지역은 제1지원판(42)에 고착된 제1관상부재(90)(제3도 참조)과 다른 지원판(44)에 고착된 제2관상부재(92)로 구성된 통로를 통해서 서로 액상 접촉한다. 진동판은 보통 구조의 각각의 용접 링(94), (96)에 의해 대응하는 지원판상에 배치되어 있다.The two closed zones behind each of the diaphragms 22 and 24 are a first tubular member 90 (see FIG. 3) fixed to the first support plate 42 and a second fixed to the other support plate 44. Liquid contact with each other through the passage consisting of the tubular member (92). The diaphragms are usually arranged on corresponding support plates by respective welding rings 94 and 96 of the structure.

두개의 유체 압력 사이의 차이를 측정하기 위해 기구를 사용할 경우, 예를 들면 약 40파운드/인치(약 7.2kg/cm)의 예정된 탄성율을 가진 레인지 진동판(22)에 저압이 인가된다. 보다 큰 유체 압력은 레인지 진동판의 것보다 훨씬 낮은 탄성율을 가진 이완 진동판인 우측 진동판(24)에 인가된다. 와이어(50)의 탄성은 레인지 진동판(22)의 것보다 상당히 높으며, 예를들면 약 4000파운드/인치(약 720kg/cm)이다.When using the instrument to measure the difference between two fluid pressures, a low pressure is applied to the range diaphragm 22 having a predetermined modulus of elasticity of, for example, about 40 pounds / inch (about 7.2 kg / cm). Higher fluid pressure is applied to the right diaphragm 24, which is a loose diaphragm with a much lower modulus than that of the range diaphragm. The elasticity of the wire 50 is considerably higher than that of the range diaphragm 22, for example about 4000 pounds / inch (about 720 kg / cm).

첨부 도면에 도시한 바와 같이 진동판(22 및 24)는 중요한 특징을 결합한 것이다. 이 특징중의 한 특징에 따르면, 이완진동판(24)의 탄성율은 정상적인 기구의 조작중 거의 제로로 된다. 이와 같은 조건하에서, 밀폐실내의 충전-액체(84)중의 압력은 인가된 두개의 압력중 높은 것, 즉 이완 진동판(24)에 인가된 압력과 본질적으로 같게 된다.As shown in the accompanying drawings, the diaphragms 22 and 24 combine important features. According to one of these features, the elastic modulus of the relaxed vibration plate 24 becomes almost zero during normal instrument operation. Under these conditions, the pressure in the fill-liquid 84 in the sealed chamber is essentially equal to the higher of the two applied pressures, ie the pressure applied to the relaxation diaphragm 24.

따라서, 레인지 진동판(22)는 측정될 차등 압력에 비례하는 순수한(net) 힘을 나타내게 되는데, 이 순수한 힘은 와이어(50)에 장력으로서[물론, 상술한 바와 같이 제로 스프링(80)으로 부터의 초기에 고정된 힘에 더해서]인가된다. 이 순수한 힘은 정립된 물리 법칙에 따라서 와이어(50)의 진동주파수를 제어하므로, 진동 주파수는 측정될 차동 압력의 크기로 된다.Thus, the range diaphragm 22 exhibits a net force proportional to the differential pressure to be measured, which is the tension on the wire 50 [of course, from the zero spring 80 as described above. In addition to the initial fixed force. This pure force controls the oscillation frequency of the wire 50 in accordance with established physical laws, so that the oscillation frequency is the magnitude of the differential pressure to be measured.

와이어(50)이 진동을 일으키기 위해, 그의 단부는 정귀환 특성을 갖는 진동성 회로(전술한 미합중국 특허원 제732, 129호 참조)에 접속되고 와이어 중에서 교류 전류를 발생시키도록 배열된다. 와이어 축에 수직방향으로 와이어를 통해 안정한 자장을 생성시킴으로써, 진동선 전류와 자속 사이의 상호작용으로 인해 와이어상에 횡력(lateral force)이 생긴다. 와이어(50)과 튜우브(52)는 측면 진동력을 적당하게 나타내도록 비자성 물질로 만들어져 있다.In order to cause the wire 50 to vibrate, its end is connected to a vibratory circuit having positive feedback characteristics (see US Patent Application No. 732,129 described above) and arranged to generate an alternating current in the wire. By creating a stable magnetic field through the wire in a direction perpendicular to the wire axis, the interaction between the oscillating line current and the magnetic flux creates a lateral force on the wire. Wire 50 and tubing 52 are made of a nonmagnetic material to adequately exhibit lateral vibration forces.

이 실시예에서, 매우 강력한 자장이 자기 구조물(100)(특히 제5도 및 제6도 참조)에 의해 와이어(50)을 통해 생성되는데, 이 자기 구조물은 두개의 나란히 배열된 영구자석(102, 104)를 포함하고, 이 영구자석은 근접 배치된 튜우브의 반대 측부상에 배치된 서로 대향하는 V자형 극편(106, 108)에 연결된다. 이 자석들은 가장 강력한 자장을 제공하는 물질로 만들어야 한다. 자기 물질은 와이어 중에서 약 18,000가우스의 자속밀도를 생성하는 사마리움-코발트자석(samarium-cobalt magnet)과 같은 회토류/코발트(rate-earth/cobalt) 결합물이 적합하다. 자기 구조물(100)은 자석 보유 스프링(110)에 의해 적당한 장소로 배치된다.In this embodiment, a very strong magnetic field is generated through the wire 50 by the magnetic structure 100 (see in particular FIGS. 5 and 6), which is a two-sided permanent magnet 102, 104, which is connected to opposite V-shaped pole pieces 106, 108 disposed on opposite sides of the closely spaced tubing. These magnets must be made of materials that provide the strongest magnetic field. Magnetic materials are suitable for rare-earth / cobalt combinations, such as samarium-cobalt magnets, which produce a magnetic flux density of about 18,000 Gauss in the wire. The magnetic structure 100 is placed in a suitable place by the magnet retaining spring 110.

튜우브(50)에 의해 제공된 바와 같이, 와이어(50)용의 소량의 액체 통로를 사용하므로서 생기는 중요한 잇점은 자기 극편(106, 108)을 와이어에 매우 근접하게 장착시킬 수 있으므로, 자장 강도를 양호하게 하고 와이어의 진동을 강력하게 해준다는 것이다. 양호한 실시예에서, 극편 사이의 캡은 약 0.045인치(약 0.11cm)이다. 튜우브(52)는 외경이 0.041인치(약 0.10cm)이고 내경이 0.026인치(약 0.07cm)이며, 와이어 직경은 0.010인치(약 0.025cm)이다.An important advantage of using a small amount of liquid passages for wire 50, as provided by tubing 50, is that the magnetic pole pieces 106, 108 can be mounted very close to the wire, leading to good magnetic field strength. To make the wire vibrate powerful. In a preferred embodiment, the cap between the pole pieces is about 0.045 inches (about 0.11 cm). The tub 52 has an outer diameter of 0.041 inches (about 0.10 cm), an inner diameter of 0.026 inches (about 0.07 cm), and a wire diameter of 0.010 inches (about 0.025 cm).

와이어용 전류는 전자 폐쇄부(28)로 안내되는 접속부(36)(제1도 및 제2도 참조)에 의해 진동선(50)의 우측단부에 공급된다. 이 진동선 전류용 귀환통로는 좌측 와이어단부로 부터 단추형 이동식 단부편(60), 스페이서링(66), 허브 부품(70) 및 레인지 진동판(22)를 통해 기구샤시(즉, 전기 접지)로 연결되어, 와이어 도시하지 않음)을 통해 전자 폐쇄부로 연결된다.The current for the wire is supplied to the right end of the vibration line 50 by the connecting portion 36 (see FIGS. 1 and 2) guided to the electron closure portion 28. The return line for the vibrating wire current is connected from the left wire end to the mechanism chassis (ie, electrical ground) through the button-type movable end piece 60, the spacer ring 66, the hub part 70, and the range diaphragm 22. And an electronic closure through a wire (not shown).

저한계의 와이어 장력[제로 스프링(80)으로 측정해서 약 2파운드 정도]에서, 양호한 실시예에서의 진동 주파수는 약 1750Hz이었다. 약 9파운드(약 4.08kg)의 와이어 장력을 갖는 고작동 범위에서 진동주파수는 약 3100Hz이었다.At low wire tension (about 2 pounds measured by zero spring 80), the vibration frequency in the preferred embodiment was about 1750 Hz. In the high operating range with a wire tension of about 9 pounds (about 4.08 kg), the oscillation frequency was about 3100 Hz.

상술한 형태의 계기가 갖는 더 중요한 문제중의 하나는 주위 온도의 변화로 인해 생기는 오차이다. 즉, 와이어 진동의 주파수는 계기의 온도 함수이다. 이 온도 오차에 기여하는 여러개의 요인이 있다. 이 중에서 특히 중요한 요인은 밀폐실 내부에 있는 충전-액체(84)의 점도 변화에 의해 생긴다.One of the more important problems with instruments of the type described above is the error caused by changes in ambient temperature. In other words, the frequency of wire vibration is a function of the temperature of the instrument. There are several factors that contribute to this temperature error. A particularly important factor among these is caused by the change in viscosity of the fill-liquid 84 inside the enclosure.

충전-액체의 점도는 통상적으로 온도에 좌우되는데, 즉, 온도가 감소함에 따라 증가하게 된다. 점도가 증가하면 와이어 진동 주파수가 감소하게 되어, 액체 분자의 경우처럼 이들이 더 점조하게 될때 와이어에 더 강력히 부착되어 와이어의 유효 중량을 증가시킨다. 진동 주파수는 와이어의 중량에 역비례하므로, 점도가 증가하면 와이어 진동의 주파수가 감소하게 된다(그외의 다른 것은 같게 된다).The viscosity of the fill-liquid is typically temperature dependent, i.e. increases with decreasing temperature. Increasing the viscosity decreases the wire oscillation frequency, and as they become more viscous, as in the case of liquid molecules, they attach more strongly to the wire, increasing the effective weight of the wire. Since the oscillation frequency is inversely proportional to the weight of the wire, increasing the viscosity results in a decrease in the frequency of the wire oscillation (others become equal).

점도에 있어서, 온도가 일으키는 변화를 최소로 해주기 위해, 비교적 저점도를 갖는 충전-액체를 사용하는 것이 적합하다. 약 1센티스토크(centistoke) 정도의 실온점도를 갖는 충전-액체를 사용하는 것이 유익한 것으로 발견되었다.In terms of viscosity, it is suitable to use a fill-liquid having a relatively low viscosity in order to minimize the change caused by temperature. It has been found to be beneficial to use fill-liquids having room temperature viscosities on the order of about 1 centistoke.

또 중요한 것은 저점도 온도계수를 갖는 충전-액체를 사용하는 것이다. 점도 변화에서 가장 중요한 효과는 상업적을 중요한 온도 범위인 -40F 내지 180℉의 저온부에서 발견되었다. 예를들면, 액체 점도는 온도가 실온에서 -40℉로 떨어질 때에 200% 내지 300% 변화할 수 있다. 그러므로 충전-액체는 저온대에서 최소 점도 온도 계수를 갖는 것으로 선택되어야 한다. 특히, 0℉에서 액 0.05센티 스토크 1℉이하의 계수를 갖는 액체를 사용하는 것이 좋다. 이와 같은 특성과 액 1센티스토크 정도의 실온점도를 갖는 충전-액체는 DC 200으로 표시된 실리콘유로서 다우 코오닝(Dow Corning) 회사에 의해 판매된다.Also important is the use of fill-liquids with low viscosity temperature coefficients. The most significant effect on viscosity change was found commercially in the low temperature region of -40F to 180 ° F, which is an important temperature range. For example, the liquid viscosity can vary from 200% to 300% when the temperature drops from room temperature to -40 ° F. The fill-liquid should therefore be chosen to have a minimum viscosity temperature coefficient in the cold zone. In particular, it is preferable to use a liquid having a coefficient of less than or equal to 0.05 cm stoke of 1 ° F at 0 ° F. Filled-liquids having this property and room temperature viscosity on the order of one centistoke are sold by Dow Corning as a silicone oil designated as DC 200.

상기 기준에 따른 충전 액체(84)를 선택함으로써, 온도-유발점도 변화에 의해 생기는 문제들이 감소될 수 있다. 그러나, 대부분의 응용시에, 점도 변화의 효과를 더 최소화시키는 것이 좋다. 본 발명의 다른형태에 따르면, 이것은 점도의 변화를 없게 하기 위해서 온도의 변화로 와이어(50) 상의 장력을 변경시키는 보상 수단에 의해 취해진다.By selecting the fill liquid 84 according to the above criteria, problems caused by the temperature-induced viscosity change can be reduced. However, in most applications it is desirable to further minimize the effect of viscosity change. According to another aspect of the invention, this is taken by compensating means for changing the tension on the wire 50 with a change in temperature in order to avoid a change in viscosity.

특히, 상술한 양호한 실시예에서 보상은 네가티브(negative) 열효과를 갖는 제로 스프링(80)을 이용하여 성취된다. 즉, 스프링(80)의 힘은 온도가 증가함에 따라 감소한다. 그러므로, 온도를 저하시킬 경우에 와이어 진동시의 대응하는 온도-유발 점도 변화의 효과를 보상하기 위하여 스프링 력은 증가하게 되어, 진동 주파수를 증가시키게 된다.In particular, compensation in the preferred embodiment described above is achieved using a zero spring 80 having a negative thermal effect. That is, the force of the spring 80 decreases with increasing temperature. Therefore, the spring force is increased in order to compensate for the effect of the corresponding temperature-induced viscosity change in wire vibration when the temperature is lowered, thereby increasing the vibration frequency.

이 네가티브 열 스프프링 특성은 온도가 감소하여 스프링력이 증가할 때에 증가하는 탄성율을 갖는 물질을 제로 스프링(80)용으로 선택하므로서 이루어진다. 양호한 실시예에서, 스프링 물질은 카아펜터 스틸회사(Carpenter Steel Co.)에서 제조한 스테인레스 스틸의 형태인 "Carpenter Custom 445"로 칭하는 제품이었다.This negative heat springing property is achieved by selecting for the zero spring 80 a material with increasing modulus of elasticity as the temperature decreases and the spring force increases. In a preferred embodiment, the spring material was a product called "Carpenter Custom 445" in the form of stainless steel manufactured by Carpenter Steel Co.

진동선 계기의 우수한 실행성은 와이어(50)과 충전-액체(84) 사이에 큰 밀도차를 제공함으로써 얻어짐을 또한 발견했다. 이 비율은, 전체 조작을 양호하게 운행시키는데 20을 초과하는 것이 적합하지만 적어도 10 이상이어야 한다. 양호한 실시예에서, 와이어(이리듐제)의 밀도는 액 21g/㎤ 이었고, 실리콘유 충전-액체의 밀도는 77℉에서 약 0.818g/㎤이었으므로, 약 25의 우수한 비율을 제공해준다. 이리듐 와이어 때문에, 튜우브(52)는 탄탈륨으로 만드는 것이 적합한데, 그 이유는 이것이 이리듐과 거의 같은 온도 팽창계수를 갖기 때문이다.It has also been found that good viability of the vibratory line instrument is obtained by providing a large density difference between the wire 50 and the fill-liquid 84. This ratio is suitably in excess of 20 for running the entire operation well but should be at least 10. In a preferred embodiment, the density of the wire (made of iridium) was 21 g / cm 3 of liquid, and the density of the silicone oil fill-liquid was about 0.818 g / cm 3 at 77 ° F., giving a good ratio of about 25. Because of the iridium wire, it is suitable to make the tube 52 made of tantalum, because it has a coefficient of temperature expansion that is approximately equal to iridium.

이리듐은 또한 진동선으로서 우수한데, 그 이유는 이것이 높은 탄성율을 갖게 되어, 와이어의 신장(stretching)을 극히 작게 해주고, 또한 전기 저항이 낮기 때문이다. 또한, 이것은 용접이나 땜질 등의 방법에 의해 결합된 부품에 용이하게 고착될 수 있다.Iridium is also excellent as a vibrating line because it has a high modulus of elasticity, which makes the stretching of the wire extremely small and also the electrical resistance low. Also, it can be easily fixed to the joined parts by a method such as welding or soldering.

와이어-대-액체 밀도의 비에 관계없이, 와이어의 밀도는 어느 경우에서나 충분히 높아야 하는데 최소한 10g/㎤이 적합하고, 20g/㎤ 이상이 양호하다.Regardless of the ratio of wire-to-liquid density, the density of the wire must be sufficiently high in either case, at least 10 g / cm 3 being suitable, and at least 20 g / cm 3 preferred.

상기한 바와같이, 이리듐은 이점에서 유수하며, 21g/㎤의 밀도를 갖는다. 텅스텐 선도 적당히 높은 밀도를 가지며, 계기내에서 양호한 실행성을 갖는다.As mentioned above, iridium is advantageous in this respect and has a density of 21 g / cm 3. Tungsten wire is of moderately high density and has good performance in the instrument.

온도 오차에 기인하는 다른 중요한 요인은 온도 변화에 따라 생기는 액체 용적의 변화이다.Another important factor due to temperature error is the change in liquid volume caused by temperature changes.

상기한 형태의 실리콘유는 약 6%/100℉의 팽창계수를 갖는다. 이 액체 팽창은 진동판을 외부로 밀어내는 힘을 생성하여, 충전-액체내의 압력을 증가시키므로 와이어 장력과 측정 출력신호를 대응하게 변경시키게 된다.Silicone oils of the type described above have an expansion coefficient of about 6% / 100 ° F. This liquid expansion creates a force that pushes the diaphragm outwards, increasing the pressure in the fill-liquid, thus correspondingly changing the wire tension and the measured output signal.

온도 변화에 따른 액체 용적 변화의 효과를 최소로 해주기 위해 첫째로 충전-액체의 용적이 아주 작도록 계기를 설계하는 것이 중요하다. 그러므로, 진동판(22, 24)와 이들의 지원판(42, 44) 사이의 공간은 그 사이의 접속통로와 충전-액체를 함유하는 계기의 다른 부분과 같이 작아야 한다. 와이어(50)용으로 작은 단면적을 갖는 관상 통로를 사용하는 것의 중요한 잇점은 극소량의 액체만이 이 통로[이 실시예에서는 근본적으로 튜우브(52)를 포함한다]에 채워진다는 점이다. 이와 같은 관상 통로와 상술한 계기를 사용함으로써, 계기의 내부 밀폐실 내의 전체 액체용적은 상술한 양호한 유니트에서 약 0.06입방 인치로 유지되었다.In order to minimize the effects of liquid volume changes with temperature changes, it is first important to design the instrument so that the volume of fill-liquid is very small. Therefore, the space between the diaphragms 22 and 24 and their supporting plates 42 and 44 should be as small as the other parts of the instrument containing the connecting passage therebetween and the filling-liquid. An important advantage of using a tubular passage having a small cross-sectional area for the wire 50 is that only a very small amount of liquid is filled in this passage (essentially comprising the tube 52 in this embodiment). By using this tubular passageway and the instrument described above, the total liquid volume in the interior hermetic chamber of the instrument was maintained at about 0.06 cubic inches in the preferred unit described above.

최소량의 충전-액체양으로도, 액체 팽창에 약간의 효과를 미치게 된다.Even with the minimum amount of fill-liquid amount, there is a slight effect on the liquid expansion.

이와 같은 팽창은 진동판(22, 24)를 팽창시켜 조절할 수 있으나 진동판이 전형적인 탄성율을 갖는 종래 형태의 것이라면, 진동판 운동은 충전-액체에 추가-압력이 인가되게 하므로, 와이어 장력을 변화시키고 이와 대응해서 측정의 오차가 생기게 한다. 따라서, 이 오차를 감소시키어 소위 이완진동판으로서 우측진동판(24)를 형성하여 진동판의 탄성율을 레인지 진동판(22)의 탄성율보다 훨씬 낮게 하는 것이 좋다.This expansion can be controlled by inflating the diaphragms 22, 24, but if the diaphragm is of the conventional type with typical modulus of elasticity, the diaphragm motion causes additional-pressure to be applied to the fill-liquid, thus changing the wire tension and correspondingly This causes a measurement error. Therefore, it is preferable to reduce this error to form the right vibration plate 24 as a so-called relaxation vibration plate so that the elastic modulus of the diaphragm is much lower than the elastic modulus of the range diaphragm 22.

비록 이완 진동판이 액체가 팽창함에 따라 팽창될지라도 충전-액체의 압력변화는 낮게 유지되고 이와 대응해서 와이어 진동의 주파수에 작은 효과를 미치게 된다.Although the relaxation diaphragm expands as the liquid expands, the pressure change of the fill-liquid remains low and correspondingly has a small effect on the frequency of wire vibration.

상기한 형태의 계기가 갖는 다른 중요한 문제는 정압내의 변화가 측정신호를 대응하게 변화시킨다는 것이다. 두개의 진동판(22, 24)상의 외부 압력이 증가할 경우, 예를 들어, 진동판은 충전-액체의 압축성에 최소한 부분적으로 기인하여 안쪽으로 작은 거리만큼 이동하게 된다. 레인지 진동판(22)가 안쪽(오른쪽)으로 움직이면, 와이어(50)을 이완시키는 경향이 있으므로, 그의 진동 주파수를 저하시켜 측정시에 오차로 나타난다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이 정압오차는 이후에 기술하게 될 보상 배열에 의해 상당히 감소될 수 있다.Another important problem with this type of instrument is that a change in the static pressure correspondingly changes the measurement signal. When the external pressure on the two diaphragms 22, 24 increases, for example, the diaphragm moves inwardly by a small distance due at least in part to the compressibility of the fill-liquid. When the range diaphragm 22 moves inward (right), since there exists a tendency to loosen the wire 50, the vibration frequency is reduced and it appears as an error at the time of a measurement. However, according to another embodiment of the present invention, this static pressure error can be significantly reduced by the compensation arrangement described later.

정압 보상은, 상술한 계기에서 와이어를 둘러싼 튜우브(52)에 폐쇄단부를 형성하고, 이 단부에 와이어(50)을 부착하므로서 성취된다. 그러므로, 액체 압력이 정압의 증가(예를 들면 2000psi에서 3000psi로)에 따라 증가하면, 튜우브의 폐쇄 단부를 누르는 힘도 대응하게 증가하게 된다. 이 힘의 증가는 튜우브의 폐쇄단부를 누르는 힘도 대응하게 증가하게 된다. 이 힘의 증가는 튜우브를 효과적으로 소량 신장시키게 되므로, 와이어의 우측 단부를 지원판(42)로부터 분리시키게 된다. 따라서, 증압된 정압이 와이어를 이와시키는 경향이 있는 오른쪽으로 레인지 진동판(22)를 이동시키면, 동일한 압력증가는 와이어 장력을 증가시키는 경향이 있는 오른쪽으로 와이어의 원단부를 이동시킨다. 포함된 부품들의 상대적 크기를 적당히 균형시키므로서, 이 두개의 반대되는 효과가 서로 거의 상쇄되므로, 정압 변화에서 생기는 출력신호의 변화가 극히 작게 된다.Static pressure compensation is achieved by forming a closed end in the tubing 52 surrounding the wire in the aforementioned instrument and attaching the wire 50 to this end. Therefore, as the liquid pressure increases with increasing static pressure (eg from 2000 psi to 3000 psi), the force for pressing the closed end of the tubing also increases correspondingly. This increase in force will correspondingly increase the force on the closed end of the tube. This increase in force effectively extends the tubule in small amounts, thus separating the right end of the wire from the support plate 42. Thus, moving the range diaphragm 22 to the right, where the boosted static pressure tends to pull the wire, the same pressure increase moves the distal end of the wire to the right, which tends to increase the wire tension. By properly balancing the relative sizes of the components involved, these two opposing effects almost cancel each other out, resulting in extremely small variations in the output signal resulting from changes in the static pressure.

튜우브(52)의 우측 단부는 이 보상을 성취하기 위해 종방향으로만 이동한다. 구조적으로 안정하게 이 이동을 하게 하고, 또한 와이어 진동이 튜우브를 동요시키지 않게 하기 위해, 굴곡 지지체(120)(제9도 참조)이 튜우브의 단부에 고착되어 축운동을 하게 하고 축방향 이동을 제지시킨다. 이 지지체는 그의 상단부 및 저단부에서 중심몸체 부재(40)에 볼트로 조인 일정한 간격으로 평행하는 두개의 굴곡부(122, 124)를 포함한다. 이들의 중심지역에서, 이 굴곡부들은 이 두개의 굴곡부를 균일한 간격으로 분리시키는 금속 링(126)에 고착된다.The right end of tubing 52 moves only in the longitudinal direction to achieve this compensation. The flexural support 120 (see FIG. 9) is fixed to the end of the tube for axial movement and axial movement in order to make this movement structurally stable and also to prevent the wire vibration from shaking the tube. Restrain. The support comprises two bends 122, 124 parallel at regular intervals, bolted to the central body member 40 at its upper and lower ends. In their central area, these bends are fixed to a metal ring 126 that separates these two bends at even intervals.

링(126)은 절연링(128)과 내부 금속 슬리이브(130)을 포함한 금속-대-유리 밀폐구조(제7도 참조)의 일부를 형성한다. 상술한 금속 슬리이브는 층을 이룬 내부표면을 갖는 인바(Invar)의 다른 슬리이브(132)에 끼워져서 고정된다. 이 층을 이룬 슬리이브의 우측 단부는 와이어(50)의 단부가 고착된 모넬(Monel) 핀(134)에 고착된다. 층을 이룬 슬리이브의 좌측 단부는 탄탈륨 튜우브(52)에 고착된다. 그러므로, 굴곡 지지체(120)은 튜우브의 이 단부에서 축방향 이동을 제지하고, 한편 이것을 충전-액체의 압력변화에 따라서 또는 튜우브 물질의 온도 변화에 따라서 축방향으로 이동하게 한다.Ring 126 forms part of a metal-to-glass sealing structure (see FIG. 7), including insulating ring 128 and inner metal sleeve 130. The metal sleeve described above is fitted into and secured to another sleeve 132 of Invar having a layered inner surface. The right end of this layered sleeve is fixed to a Monel pin 134 to which the end of the wire 50 is fixed. The left end of the layered sleeve is fixed to tantalum tubing 52. Therefore, the flex support 120 restrains axial movement at this end of the tube, while causing it to move axially in response to a pressure change of the fill-liquid or to a temperature change of the tubing material.

내부 슬리이브(130)은 전자식 송신기 회로(28)로부터 전기 접속기(36)을 수납한다. 이 슬리이브는 층을 이룬 슬리이브(132)를 통해 와이어(50)과 튜우브(52)의 단부에 전기적으로 접속된다. 이 와이어와 튜우브는 모두 접지(즉, 계기샤시)와 다른 전압을 갖는다.The inner sleeve 130 receives the electrical connector 36 from the electronic transmitter circuit 28. This sleeve is electrically connected to the ends of the wire 50 and the tubing 52 via the layered sleeve 132. These wires and tubing both have different voltages than ground (ie instrument chassis).

상술한 바와 같이, 튜우브의 좌측 단부는 세라믹 절연체 슬리이브(54)에 의해 접지로부터 전기적으로 절연된다. 튜우브의 외부 표면은 마일러(Mylar)절연층으로 양호하게 피복되어 있다.As mentioned above, the left end of the tube is electrically insulated from ground by the ceramic insulator sleeve 54. The outer surface of the tube is well covered with a Mylar insulating layer.

상기한 형태의 계기로 시험한 결과, 와이어의 공진 진동 주파수에 약간의 변칙이 있었음을 알았다. 특히, 몇몇 계기의 경우에, 고정된 장력상태하의 와이어는 두 개의 상이한 주파수, 예를 들면 2000Hz와 2002Hz에서 교대로 공진한다. 이와 같은 이중-공진 특성은 물론 상업용으로 전혀 신뢰할 수 없는 계기를 만든다.As a result of testing with the above-described instrument, it was found that there was a slight anomaly in the resonant vibration frequency of the wire. In particular, for some instruments, the wires under fixed tension alternately resonate at two different frequencies, for example 2000 Hz and 2002 Hz. This double-resonance characteristic makes for a commercially unreliable instrument of course.

그러나, 이 문제는 이중 공진 현상이 다음과 같은 사실, 즉 와이어(50)이 균일하지 못하고, 와이어 축 주변이 불규칙하거나 불균일하다는 사실로부터 생긴다는 발견에 기초해서 해결되었다. 그러므로, 축을 통하는 한 평면에서의 공진 주파수는 와이어 축을 통하는 다른 평면의 공진 주파수와 상당히 달라질 수 있다. 더욱 상세하게 말하자면, 와이어는 상이한 공진 주파수를 갖는 두개의 적합한 진동평면을 갖게 된다.However, this problem has been solved based on the finding that the double resonance phenomenon arises from the following fact: the wire 50 is not uniform, and the irregularity or unevenness around the wire axis. Therefore, the resonant frequency in one plane through the axis can vary considerably from the resonant frequency of the other plane through the wire axis. More specifically, the wire will have two suitable vibration planes with different resonant frequencies.

이 두개의 평면은 통상적으로 서로 직각을 이루게 되며, 한 평면에서의 진동폭은 다른 평면에서의 진동폭보다 커지게 된다.These two planes are usually perpendicular to each other, and the vibration width in one plane becomes larger than the vibration width in the other plane.

이 발견을 기초로 해서, 진동 평면이 최대 진동폭을 만드는 것을 결정하고, 계기내의 와이어를 자장의 방향에 따라 배치하여 와이어가 최대 진폭 평면에서 진동을 일으키도록 하는 방법이 개발되었다. 이 방법에 따르면, 와이어(50)은 공기중에서 장력상태하에 배치되고, 상술한 전기 회로에 의해 통상의 방법으로 진동하게 된다. 와이어를 통하는 자장은 와이어축 주위에서 회전하도록 장착된 자석에 의해 생기므로, 이 자장이 크기를 변경시키지 않고도 와이어를 통하는 자장의 방향을 변경시킬 수 있다. 자장이 와이어 주위에서 회전하면 진동의 평면도 와이어의 축 주위에서 회전한다.Based on this finding, a method was developed to determine the vibration plane to create the maximum amplitude and to position the wire in the instrument along the direction of the magnetic field so that the wire would cause vibration in the maximum amplitude plane. According to this method, the wire 50 is placed under tension in air, and vibrates in a conventional manner by the above-described electric circuit. Since the magnetic field through the wire is generated by a magnet mounted to rotate around the wire axis, the magnetic field can change the direction of the magnetic field through the wire without changing its size. As the magnetic field rotates around the wire, it rotates around the axis of the top view of the vibration wire.

자석이 회전할 때에 와이어에 의해 발생되는 고류 전기 신호의 진폭을 관찰하므로서, 두개의 진폭이 큰 상호-수직 진동 평면이 발견되므로, 이 중에서 보다 큰 진동을 만드는 것이 선택될 수 있다. 그 다음에, 선택된 양호한 진동 평면은 와이어를 유지해주는 고정물 위에 표시되고, 이 와이어가 이것의 계기로서 조립될 때에, 이 와이어는 선택된 진동평면이 자장의 방향에 수직이 되게 배치된다.By observing the amplitude of the high current electrical signal generated by the wire as the magnet rotates, a two-amplitude inter-vertical vibration plane is found, so that one of the larger vibrations can be selected. Then, the selected good vibration plane is displayed on the fixture holding the wire, and when the wire is assembled as its gauge, the wire is placed so that the selected vibration plane is perpendicular to the direction of the magnetic field.

상기한 계기의 다른 문제점에 관해 기술하면, 만약 오우버-레인지 조건이 고압측에서 생길 경우, 레인지 진동판(22)는 허브부품(70)에서 11파운드 이상의 힘[제로 스프링(80)으로부터의 힘을 포함]을 나타내므로 오우버-레인지 스프링(68)은 그의 예하중 11파운드를 넘는 추가 힘을 흡수하도록 압압된다.Referring to the other problem of the instrument described above, if the over-range condition occurs on the high pressure side, the range diaphragm 22 will not exceed 11 pounds of force on the hub component 70 (the force from the zero spring 80). Includes the over-range spring 68 is pressed to absorb an additional force exceeding its preload of 11 pounds.

허브 부품은 오우버-레인지 스프링이 압압될 때에 좌측으로 대응하게 이동하지만, 단부편(60)의 대응하는 이동이 없게 된다. 만약 오우버-레인지 조건이 엄격하다면, 이완진동판(24)는 오우버-레인지 스프링(68)이 그의 압압한계에 도달하기 전에 그의 지원판(44) 밑에 오게 된다. 그러므로 와이어는 지나친 변형과 손상으로부터 보호된다.The hub component moves correspondingly to the left when the over-range spring is pressed, but there is no corresponding movement of the end piece 60. If the over-range condition is stringent, the loose vibration plate 24 comes under its support plate 44 before the over-range spring 68 reaches its pressing limit. Therefore, the wire is protected from excessive deformation and damage.

오우버-레인지 조건이 저압측에서 생길 때에, 레인지 진동판(22)는 오른쪽으로 이동하게 되어 지원판(42)의 밑에 오게 되며, 버튼(60)은 스페이서 링(66)으로부터 울려지게 된다. 이것은 와이어(50)이 이완되게 하지만, 와이어에 아무런 손상도 생기지 않게 한다. 허용되는 진동판 스트로크의 양은 약 0.055인치(0.2397cm)정도로 아주 작다.When the over-range condition occurs on the low pressure side, the range diaphragm 22 moves to the right and falls below the support plate 42, and the button 60 is ringed from the spacer ring 66. This causes the wire 50 to relax, but does not cause any damage to the wire. The amount of diaphragm stroke allowed is very small, about 0.055 inches (0.2397 cm).

지원판(42,44)는 E-Brite라고 불리우는 스테레스 스티일과 같은 자기 물질로 양호하게 형성되어 있다.The support plates 42 and 44 are preferably formed of a magnetic material such as a stainless steel seal called E-Brite.

그러므로, 지원판은 추가로 자석(102, 104)의 자기 쉬일드로 작용하여 진동판(22, 24)의 지역에서 자속을 감소시키고, 공정 유체로부터 입자들을 흡인하는 기회를 최소화시킨다.Therefore, the support plate additionally acts as a magnetic shield of the magnets 102 and 104 to reduce magnetic flux in the region of the diaphragm 22 and 24 and minimize the chance of sucking particles from the process fluid.

제10도에는 충전-액체 용적내의 온도-유발 변화를 보상시켜 주기 위한 다른 배열을 결합한 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 계기는 이전의 도면에 도시한 것과 같지만, 충전-액체를 함유하는 밀폐실을 시일링하는 레인지 및 이완진동판(150, 152)를 포함한다. 레인지 진동판은 진동선(156)의 일단부에 연결된 단부편(154)를 운반하고 여기에 장력을 인가한다. 다른 와이어 단부는 글라스 비이드(glass bead)(158) 형태로 세라믹 절연체에 고착되는데, 이것은 차례로 그의 상단부에 고정된 캔틸레버(cantillever) 오우버-레인지 스프링(160)에 의해 중앙 몸체 부재(162)에 유지된다.FIG. 10 shows another embodiment of the present invention incorporating other arrangements to compensate for temperature-induced changes in the fill-liquid volume. This instrument is as shown in the previous figures, but includes a range and relaxation oscillation plates 150 and 152 for sealing the sealed chamber containing the fill-liquid. The range diaphragm carries an end piece 154 connected to one end of the vibration line 156 and applies tension thereto. The other wire end is fixed to the ceramic insulator in the form of a glass bead 158, which in turn is attached to the central body member 162 by a cantillever over-range spring 160 fixed to its upper end. maintain.

캔틸레버 스프링(160)의 우측 방향 운동은 몸체 부재(162)와 결합한 볼트(166)의 정부(164)에 의해 억제된다. 정규의 계기 조작중, 스프링(160)은 볼트 정부(164)를 누르므로, 레인지 진동판(150)에 의해 와이어에 인가된 인장력에 대항해서 글라스 비이드(158)을 정위치에 고정시켜 준다.The rightward movement of the cantilever spring 160 is suppressed by the front portion 164 of the bolt 166 in engagement with the body member 162. During normal instrument operation, the spring 160 presses the bolt portion 164, thereby fixing the glass beads 158 in place against the tensile force applied to the wire by the range diaphragm 150.

직경이 작은 튜우브 (170)은 와이어 (156)을 둘러싸며, 그의 양단부는 중심몸체 부재(162)에 고착되어 있다. 이 튜우브는 내부 밀폐실의 일부를 형성하며, 이것은 또한 진동판(150, 152)와 이것들의 각각의 지원판(172, 174) 사이의 폐쇄 지역과, 큰 블록(178)을 통해 우측 진동판 지역으로부터 글라스 비이드(158)의 지역까지 안내되는 접속 통로(176)을 포함한다.The small diameter tubing 170 surrounds the wire 156, and both ends thereof are fixed to the central body member 162. This tubing forms part of an interior enclosure, which also includes a closed area between the diaphragms 150, 152 and their respective support plates 172, 174, and from the right diaphragm region through a large block 178. A connection passage 176 is guided to the area of the glass bead 158.

큰 블록(178)은 계기의 밀폐실 내부의 대응하는 공간내에 배치되어 있다. 이 공간은 크기가 거의 블록과 일치하며, 충전-액체는 블록 주위의 작은 공간을 차지하게 된다. 이 블록은 물리적으로 몸체 부재(162)에 고착되지 않으므로, 밀폐실 내부에 효과적으로 부유된다. 블록(178)은 거의 재료에 가까운 지극히 낮은 열팽창 계수를 갖고 있는 물질은 인바(Invar)로 만들어져 있다. 그러나, 충전-액체용 밀폐실을 포함하는 계기의 다른 부분은 통상(비교적 높음)의 팽창온도 계수르 갖는다. 계기의 온도가 상승할 경우에 계기의 다른 부분들이 팽창하게 되므로, 밀폐실의 크기를 증가시키게 된다. 그러나, 블록(178)은 본질적으로 크기가 변하지 않는다. 밀폐실의 전체용적에 관련해서 블록(178)의 용적을 적당히 선택함으로써, 챔버의 순수용적[블록(178)보다 작음] 내에서도 온도-유발 증가 현상은 충전 액체의 용량 팽창과 일치하도록 비례되므로, 그의 용량 팽창에 기인한 충전-액체의 압력에 대한 상당한 영향을 예방하게 된다.The large block 178 is disposed in the corresponding space inside the enclosure of the instrument. This space is almost identical in size to the block, and the fill-liquid takes up a small space around the block. Since the block is not physically fixed to the body member 162, it is effectively suspended inside the sealed chamber. Block 178 is made of Invar, which has an extremely low coefficient of thermal expansion close to the material. However, the other part of the instrument containing the sealed chamber for the fill-liquid has a coefficient of expansion temperature of normal (relatively high). As the temperature of the instrument rises, the other parts of the instrument expand, increasing the size of the enclosure. However, block 178 is essentially unchanged in size. By appropriately selecting the volume of block 178 in relation to the total volume of the sealed chamber, the temperature-induced increase in the pure volume of the chamber (less than block 178) is proportional to coincide with the capacity expansion of the filling liquid. Significant influence on the pressure of the fill-liquid due to capacity expansion will be prevented.

제10도의 실시예는 오우버-레인지 보호 기구의 변형에도 포함한다. 고압 오우버-레인지가 생기면, 레인지 진동판(150)은 전과 같이 좌측으로 움직이게 되며, 와이어(156)상에 과대한 힘을 나타낸다. 그러나, 정상의 와이어 힘을 초과할 경우에, 캔틸레버 스프링(160)은 굴곡되어 좌측으로 이동해서 볼트의 정부(164)로부터 승강되므로, 와이어의 지나친 변형을 예방해 준다. 엄격한 오우버-레인지 조건으로, 이완진동판(152)는 그의 지원판 밑으로 오게 되어 충전-액체내에 다른 압력이 발생하지 못하게 한다. 지원판상에서의 이 내림동작(bottoming)은 캔틸레버 스프링이 몸체 부재(162)와 결합하는 지점에 도달하기 전에 생기게 되므로, 와이어가 오우버-레인지 조건으로부터 아무런 손상을 받지 않게 된다.The embodiment of FIG. 10 also includes a modification of the over-range protection mechanism. When a high pressure over-range occurs, the range diaphragm 150 moves to the left as before, and exhibits excessive force on the wire 156. However, when the normal wire force is exceeded, the cantilever spring 160 is bent and moved to the left to lift from the top of the bolt 164, thereby preventing excessive deformation of the wire. Under stringent over-range conditions, the oscillating vibration plate 152 comes under its support plate to prevent other pressures from occurring in the fill-liquid. This bottoming on the support plate occurs before the cantilever spring reaches the point where the cantilever spring engages with the body member 162 so that the wire is not damaged from over-range conditions.

지금까지 본 발명의 양호한 구체적인 실시예에 대해서 상세하게 기술하였지만, 이것은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 이것에 한정시키는 것이 아니다.Although the specific preferred embodiment of this invention was described in detail so far, this is for demonstrating the principle of this invention, and does not limit this invention to this.

이 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명의 범위를 이탈하지 않고도 여러가지로 변형할 수 있다.Those skilled in the art can make various modifications without departing from the scope of the present invention.

Claims (1)

인가된 차동 압력에 대응하는 측정신호를 발생시키기 위한 진동선 계기에 있어서, 내부 공동을 제공하며 대응하는 진동판의 내부 표면을 근접 배치시킨 제1 및 제2진동판 지지부재를 포함하고 이 사이에 제1 및 제2밀폐 지역을 형성하는 몸체, 이 몸체에 고착되고 상기 공동을 밀폐시키며 상기 진동판의 외부 표면상에서 각각의 유체 압력을 받아 그 압력의 차이를 측정하도록 배열된 제1 및 제2공간 진동판, 제1진동판의 일단부에 연결된 진동선, 이 진동선의 타단부를 상기 몸체에 고정시키는 고정부재, 서로 인접 배치되고 제1진동판에 인접한 제1밀폐지역으로부터 인도되는 작은 횡단면을 갖는 기다란 통로를 제공하는 상기 진동선으로 둘러쌓인 관상(管狀)통로, 상기 관상통로의 내부와 상기 제1 및 제2 진동판에 인접한 상기 제1 및 제2 밀폐지역 사이의 전달부재, 상기 밀폐지역과 상기 기다란 관상 통로 및 상기 전달부재를 포함하는 밀폐실 구성부재, 상기 밀폐실 내의 충전-액체 및 상기 진동선을 그의 장력에 관련된 주파수로 진동시키도록 진동선에 에너지를 공급하는 에너지 공급부재로 구성된 것을 특징으로 하는 진동선 이용 압력 측정 장치.A vibrating line instrument for generating a measurement signal corresponding to an applied differential pressure, the vibrating line instrument comprising: first and second vibrating plate support members which provide an internal cavity and closely displace an inner surface of a corresponding diaphragm; A body forming a second hermetic zone, the first and second spatial diaphragms, the first and second spatial diaphragms, fixed to the body and arranged to seal the cavity and to receive respective fluid pressures on the outer surface of the diaphragm to measure the difference in pressure A vibrating line connected to one end of the vibrating plate, a fixing member for fixing the other end of the vibrating line to the body, and the vibrating line providing an elongated passage having a small cross section disposed adjacent to each other and guided from a first sealing region adjacent to the first vibrating plate. An enclosed tubular passage, between the interior of the tubular passage and the first and second sealed regions adjacent the first and second diaphragms Energy for supplying energy to the vibrating line to vibrate a delivery member, a hermetically sealed chamber constituent member comprising the enclosed area and the elongated tubular passage and the delivery member, the fill-liquid and the vibrating line in the hermetic chamber at a frequency related to its tension. Vibration line using pressure measuring device, characterized in that consisting of a supply member.
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