KR970000033B1 - 압력 변환기 - Google Patents

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KR970000033B1 KR1019880006188A KR880006188A KR970000033B1 KR 970000033 B1 KR970000033 B1 KR 970000033B1 KR 1019880006188 A KR1019880006188 A KR 1019880006188A KR 880006188 A KR880006188 A KR 880006188A KR 970000033 B1 KR970000033 B1 KR 970000033B1
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내용 없음.

Description

압력 변환기
제1도는 본 발명에 따라 제조된 유체가 충전된 압력 변환기(fluid filled pressu re transducer)의 바람직한 실시예의 단면도.
제1a도는 선단 충전부품(snout filler piece)이 상세를 도시하는 본 발명에 따라 제조된 압력 변환기의 부분 확대 단면도.
제2도는 감지부재(sensing member)의 상세를 도시하는 제1도의 2-2선 단면도.
제2a도는 스트레인 게이지가 직선으로 배치된 택일적인 배치를 도시하는 제2도에 도시된 것과 유사한 부분 단면도.
제3도는 제2도의 3-3선 단면도.
제4도는 감지부재의 상세를 도시하는 제2도의 4-4선 단면도.
제5도는 압력하의 다이어프램을 도시하는 제4도의 일부 확대 단면도.
제5a도는 충전부재가 단일 부품 구조인 택일적인 실시예를 도시하는 제5도와 유사한 단면도.
제5b도는 본 발명의 압력 변환기와 연관되어 허용된 스트레인 게이지 회로의 개략도.
제6도는 모세관(capillary tube)이 감지챔버내로 신장하는 본 발명의 감지부재의 택일적인 1실시예의 단면도.
제7도는 제6도의 7-7선 단면도.
제8도는 모세관이 감지챔버내로 신장하여 2개의 통로를 채용하는 감지부재의 또다른 실시예의 단면도.
제9도는 제8도의 9-9선 단면도.
제10도는 모세관과 충전관(filler tube)이 감지챔버의 같은 측부로부터 신장하며 충전봉이 감지부재의 막힌 단부내에 배치되는 본 발명의 감지부재의 또다른 실시예의 단면도.
제11도는 제10도의 11-11선 단면도.
제12도는 모세관이 감지부재를 통해 신장하는 본 발명의 감지부재의 또다른 실시예의 단면도.
제13도는 제12도의 13-13선 단면도.
제14도는 감지챔버가 감지부재의 또다른 실시예의 외면에 인접하여 배치된 본 발명의 감지부재의 부분 파단 단면도.
제15도는 제14도의 15-15선 단면도.
제16도는 감지부재 본체가 그 외면상에 평탄부를 갖는 제15도와 유사한 단면도.
제17도는 단일 충전봉을 채용하는 본 발명의 탈일적인 실시예의 단면도.
제18도는 감지부재를 통한 단면도.
제19도는 감지부재의 상세를 도시하는 제18도와 관련되는 부분 확대 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 프레임 12 : 감지부재
14 : 모세관 15 : 충전관
16 : 다이어프램 커플러 18 : 통로
20 : 챔버 23 : 본체
24,25 : 단부부재 26 : 요부
본 발명은 압력 변환기, 특히 신규하고 개량된 유체가 충전된 직접 감지식 압력 변환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 특히 중간 압력 범위에 적합한 압력 변환기에 관한 것이다. 본 발명이 그것으로 제한되지는 않지만, 여기에 서술된 변환기는 특히 약 35내지 527kg/cm2(500 내지 7,500psi)의 압력 범위에서 사용하기에 적합하다.
압력 변환기에 관한 종래의 미합중국 특허에는 제3,349,623호, 제4,369,619호, 제3,678,753호, 제3,349,623호, 제3,940,313호, 제2,627,749호, 제2,326,047호, 제3,336,555호, 제2,738,677호 등이 있다. 이들 몇 개는 본 출원인에 의해 소유되는 것이며 유체가 충전된 압력 변환기에 관한 것이다.
미합중국 특허 제2,949,313호 및 제2,627,749호는 그 위에서 압력이 스트레인 게이지에 의해 감지되는 다이어프램에 압력을 전달하기 위해 스트레인관 등을 채용하는 압력 지시기를 설명한다.
미합중국 특허 제3,326,647호와 제3,336,555호는 압력 변환기를 게재한다. 미합중국 특허 제3,336,555호는 스트레인을 감지하는 충전되지 않은 압력 변환기를 게재한다. 미합중국 특허 제3,326,247호는 한편, 내측 및 외측 변형성 원통형 벽을 갖는 압력 감지 캡슐을 채용하는 유체가 충전된 압력 변환기를 게재하고 있다. 이 형식의 변환기의 액체 충전은 비교적 큰 용적을 필요로 하여서 압력 측정의 범위상에 제한을 초래한다.
미합중국 특허 제2,738,677호는 내연 기관에서와 같은 연소챔버에 특히 적합한 압력 변환기에 관한 것이다.
본 출원인에 의해 소유된 액체가 충전된 입력 변환기는 미합중국 특허 제3,349,623호, 제3,678,753호 및 제4,369,659호에 포함되어 있다. 제3,349,623호는 연관된 스트레인 게이지를 구비한 환상 감지챔버를 채용하는 장치를 게재한다. 미합중국 특허 제3,678,753호는 정부 캡부재 및 캡부재와 기구의 본체 사이에 한정된 연관된 원판형 구획을 채용하는 선행예의 개량된 형태다. 미합중국 특허 제3,678,753호에 게재된 변환기는 증가된 작동 압력범위를 제공한다. 미합중국 특허 제4,369,659호는 신규한 온도보상 충전봉을 채용하며 사출 성형기와 연관된 압력측정에 사용하는 것이 바람직한 용융 압력 변환기를 게재한다.
다른 종래 기술의 특허는 레보우에게 허여된 미합중국 특허 제3,128,628호다. 이 특허는 모세관을 채용하지 않는 압력 변환기를 게재한다.
본 발명의 1목적은 중간범위의 압력에서 작동하는 액체가 충전된 압력 변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유체가 충전되며 유체의 용적이 감소되는 개량된 압력 변환기를 제공하는 것이다. 이 유체의 감소된 용적은 압력상의 온도의 효과를 최소화하며 또한 다이어프램 구조를 개량한다.
따라서, 본 발명의 또다른 목적은 다이어프램 응력이 감소되는 개량된 유체가 충전된 압력 변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 압력이 가해지며 상승된 온도에 노출될 때 선단(snout) 다이어프램 응력이 감소되는 개량된 액체가 충전된 압력 변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 온도를 보상하며 전체 성능을 개량하기 위해 상이한 재료의 선단부품을 구비하는 개량된 유체가 충전된 압력 변환기를 제공하는 것이다. 선단부품은 온도 변환중 액체 자체와 같은 비율로 액체가 충전된 공극이 팽창할 수 있게 한다.
본 발명의 또다른 목적은 액체가 충전된 압력 변환기의 개량된 제조방법, 특히 압력 변환기의 모세관과 감지 요소를 서로 연결하기 위한 개량된 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 전술한 목적과 이점 및 다른 목적과 이점을 달성하기 위해 그것을 관통하는 가늘고 긴 통로와 프레임 통로를 신장하며 프레임의 1단부에 인접한 1단부에서 종료하는 가늘고 긴 프레임을 포함하는 압력 변환기가 마련된다. 커플러가 프레임의 1단부를 폐쇄하며 프레임으로 모세관과 연통하는 챔버를 한정한다. 본 발명에 따라 감지부재가 프레임의 타단부에서 모세관 근처에 배치되며 모세관과 유체 연통하는 감지챔버를 한정하는 수단을 포함한다. 감지챔저는 각기 충전봉을 수용하는 서로 연결된 여러개의 통로들에 의해 형성된다. 감지부재는 또한 여러개의 통로 감지챔버로 비교적 얇은 다이어프램을 형성하는 요부를 그 속에 한정하는 수단을 포함한다. 이 벽은 충전봉 길이와 실질적으로 평행하게 신장하는 압력 반응 감지 표면을 갖는다. 압력의 감지는 압력 반응 감지 표면상에 배치된 스트레인 게이지 장치에 의해 달성된다. 스트레인 게이지 감지 수단은 브리지 배치로 연결되기도 한다. 본 발명의 1특징에 따라서 온도 보상을 위해 비교적 낮은 팽창 계수를 갖는 변환기의 프레임의 재료와 다른 재료로된 선단 부품이 변환기의 다이어프램 단부에 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예들도 설명된다. 1실시예에서, 서로 연결된 여러개의 통로들과 여러개의 충전봉들이 단일의 신장된 통로 및 관련된 단일의 충전 부품에 의해 대체되기도 한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 1개 또는 그 이상의 충전봉이 감지챔버내로 신장하는 모세관 자체에 의해 대체되기도 한다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 모세관 자체가 감지챔버를 통해 신장하여 1개 또는 그 이상의 인접하여 배치된 충전봉과 연관되어 사용되기도 한다. 본 발명의 택일적인 실시예에서, 모세관과 충전관이 감지챔버의 같은 단부 또는 그 반대 단부에 배치되기도 한다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 감지챔버가 감지요소의 외주에 인접하여 배치되기도 하며 스트레인 게이지가 그 외면 또는 그 평탄한 표면상에 마련되기도 한다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 감지챔버는 원통형 구조가 바람직한, 단일 부품의 충전봉을 수용하기 위한 단일의 원통형 보어를 갖는다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들이 첨부도면을 참고로 한 하기의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
제1 내지 5도는 본 발명의 원리에 따라 제조된 압력 변환기의 1실시예의 상세를 도시한다. 제5a도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 제5b도는 스트레인 게이지 내부 접속의 개략을 도시한다. 제6 내지 16도의 추가적인 단면도는 후술된 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸다.
제1 내지 5도에서, 압력 변환기는 주 프레임(10), 프레임(10)의 정부에 마련된 감지부재(12), 프레임을 통해 신장하는 모세관(14), 및 프레임의 저단부에 고정되어 그것을 둘러싸는 다이어프램 커플러(16)을 포함한다.
프레임(10)의 하부는 미합중국 특허 제3,678,753호에서 설명된 구조와 유사하게 제조된다. 기본적으로, 주 프레임을 통해 신장하며 모세관(14)를 장착하기 위한 가늘고 긴 통로(18)이 있다. 그 저단부에서 모세관(14)는 다이어프램(16)에 의해 폐쇄되는 비교적 작은 챔버(20)에서 종료한다.
프레임(10)의 정부 단부에서 그것을 통해 모세관(14)가 신장하는 정부부품(22)가 프레임의 일부로서 포함된다. 정부부품(22)는 도시한 위치로 감지부재(12)를 지지하기 위한 것이다. 감지부재(12)는 정부부품에 용접됨으로써 정부부품(22)내의 제위치에 고정되기도 한다.
감지부재(12)의 상세를 설명하기 전에 제1a도를 설명한다. 제1a도는 주로 온도 보정을 위해 사용된 선단 충전 부품(70)을 나타내는 장치의 선단부를 위한 바람직한 1실시예를 도시하는 부분 확대도이다. 이 부품은 코바아 또는 인바아로 제조되기도 한다. 택일적으로, 이것은 아주 낮은 팽창 계수를 갖는 재료로 제조되기도 한다. 이것은 스텐레스강 프레임보다 훨씬 낮은 팽창계수를 갖는 것이 바람직하다. 이 충전부품(70)은 챔버(20)내 공극이 온도 변화중의 액체와 같은 비율로 팽창할 수 있게 한다. 제6도에 도시한 충전 부품(70)은 선단부가 압력 작용없이 가열될 때 내부 충전 압력을 감소시킨다.
본 발명의 장치에서 사용된 액체 충전물과 관련하여, 2개 이상의 액체 충전물이 채용되기도 한다. 전형적인 액체 충전물의 하나는 수은이며 다른 것은 예를 들어 나트륨 칼륨(NaK)이다. Nak가 충전된 변환기는 일반적으로 저압용 변환기이고 수은 변환기는 보통 비교적 고압용 변환기다. 이들 충전물은 본 발명에 따라 채용되는 압력범위에서 사용된다.
따라서, 제1a도에 도시한 챔버(20)과 조합하여 충전부품은 원하는 열적으로 보상된 내부 용적을 제공한다. 또한, 전술한 바와 같이 충전부품은 보통 스텐레스강인 변환기의 본체와 수은이 바람직한 내부 유체 사이의 열팽창 계수 차에 대해 온도가 변환기를 보상하는 열적 성질을 갖도록 선택된다. 전술한 바와 같이, 특히 프레임 재료의 것과 비교하여 낮은 팽창계수를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 개량된 감지 기술로 실현된 이점의 하나는 그 응력을 감소시키면서 다이어프램(16)의 두께를 증가시킬 수 있다는 것이다. 또한, 전체 열적 특성을 최소화 하는 것이 이 구조에 따라 가능하다. 압력하의 환원 충전제 배치는 다이어프램의 변형을 감소시키며 결과적으로 그 응력은 두께를 어떤 제한내에서 증가시킬 수 있어 내구성을 개량한다.
상기한 것과 관련하여, 최대 다이어프램 두께는 가압하의 내부 유체 배출 및 함유된 유체 충전물의 열팽창에 의해 발생된 2차 내부 압력을 포함하는 2개의 독립적인 효과에 관계된다.
본 발명에 따라서, 감지기의 작은 내부 용적은 충전물의 양과 그 압축을 감소시킨다. 그리고, 압력하의 감지기의 작은 배출 또는 변형은 또한 전체 유체 배출 및 응력을 감소시킨다. 그리고, 충전부품은 역시 응력을 감소시키는 열적으로 유도된 내부 압력을 제어하기 위한 것이다. 상술한 조합된 개량은 응력을 증가시키지 않으며 다이어프램 두께가 증가될 수 있게 하며 내부 압력 효과 대 온도를 제어한다. 선단 충전 부품(70)은 주로 기구의 선단에서 스텐레스강의 일부를 낮은 팽창 계수의 재료로 대체함으로써 공극(20)을 온도 보상하기 위해 사용된다. 이 바람직한 재료는 전술한 바와 같이 코바아 또는 인바아다.
용적의 감소에 있어, 제2 내지 5도의 감지부재의 설명과 연관하여 후술되는 충전봉의 사용 때문에 감지부재(12)의 내부 용적은 아주 작다. 모세관을 포함하는 전체 변환기내의 전체 용적은 1.64×10-2내지 3.28×10-2입방센티미터(1.0×10-3내지 2.0×10-3입방인치)의 범위내이다. 이 아주 작은 용적은 미합중국 특허 제3,678,753호에 게재된 형식의 변환기의 5.25×10-2입방센티미터(3.2×10-3입방인치)의 변환기 용적과 비교된다. 종래의 변환기 용적과 본 발명 구조의 변환기 용적 사이에 적어도 2 내지 1의 충전 용적 감소가 이루어진 개량이 있음을 알 수 있다. 모세관에 대해서는, 그 내경이 0.013 내지 0.025센티미터(0.005 내지 0.010인치)의 범위내이고 그 외경이 0.152 내지 0.635센티미터(0.060 내지 0.25인치)의 범위내에 있다.
변환기의 충전은 충전관(15)에서 달성된다.제1도에서 충전관은 마개로 막혀 있는 것으로 도시되지만 그전에 모든 공극지역이 수은으로 충적되도록 모세관과 장치내의 그것과 연통하는 공극의 나머지는 진공하에 그리고 충전후 강제 압력하에 수은으로 충전된다. 그후 충전관은 변환기내에 수은을 보유하기 위해 시일된다.
제2내지 6도는 시일부재(12)의 구조를 도시한다. 감지부재(12)는 본체(23) 및 연관된 단부부재(24,25)를 포함한다. 본체(23)은 후술되는 바와 같이 2면(48)상에 스트레인 게이지를 수납하기 위한 요부(26)를 구비한다.
본체(23)내에 같은 넓이로 신장된 통로(30A,30B,30C)가 마련된다. 이들 통로의 각각은 각 충전봉(31A,31B,31C)를 수납한다. 각 통로 및 연관된 충전봉은 각 봉이 각 통로내에 근소한 공차의 간격으로 끼워지게 종방향으로 신장한다. 근소한 공차의 끼워맞춤은 용적 충전액을 쇠소화 하기 위해 채용된다. 전형적으로, 통로와 충전봉 사이의 직경 차이는 0.0064센티미터(0.0025인치) 정도이다.
예를 들어 제4도 및 5도에 도시된 바와 같이, 통로(30A,30B,30C)의 각각은 같은 면적으로 신장되며 서로 연결되어 얇은 미소감지(다이어프램) 벽(28)을 한정하는 단일의 감지챔버를 형성한다. 스트레인 게이지들은 벽(28)의 표면(48)상에 적당히 배치된다. 제2도는 스트레인 게이지(51 내지 54)의 위치를 명백하게 도시한다. 스트레인 게이지(51,53)은 통로(30B)와 연관되며, 게이지(51,53)은 인장 스트레인을 감지한다.
스트레인 게이지(51,54)는 각기 통로(30A,30C)에 더욱 가깝게 배치되며, 제4 및 5도가 이것을 도시한다. 스트레인 게이지(52,54)는 압축 스트레인을 감지하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 감지 구조에서 4개의 스트레인 게이지는 모두 유효 게이지다.
제1 내지 5도에 도시한 변환기에 각 단부부재(24,25)는 각 모세관(14) 및 충전관(15)을 수용하기 위해 그 속의 중앙에 배치된 통로를 갖는다. 모세관(14) 및 충전관(15)는 제3도의 (29)로 표시된 것과 같이 그 각단부부재 내에서 용접된다.
다음 단계는 본체(23)내 그 장착 통로내에 충전봉을 마련하는 것이다. 다음, 단부부재(24,25)가 제3도에 (33)으로 표시된 바와 같이 본체(23)에 용접된다.
제3도에 단면으로 도시된 바와 같이 유닛이 함께 용접되고 열처리된 후, 스트레인 게이지들이 제2도와 같은 식으로 부착된다. 제2도는 또한 스트레인 게이지(51 내지 54)와 연관된 전도성 런(55)를 도시한다. 제3도에는 또한 저압을 위한 감지(다이어프램) 벽(28)이 실선으로 도시된다. 제3도에는 또한 보다 고압을 위해 사용되는 보다 두꺼운 벽(28)이 가상선으로 도시된다. 다시, 본 발명에 따라서, 이 중간 압력 변환기에 대한 예상되는 압력 범위는 약 35 내지 527kg/cm2(500 내지 7500psi)이다. 이 압력 범위에는 중분이 있으며 각 증분은 벽(28)에 대해 상이한 벽 두께를 사용함으로써 제조된다.
제2도는 또한 스트레인 게이지(51 내지 54)와 연관된 전기 접속 태브를 도시한다. 이것들은 제2도의 우측의 태브(58,59)와 제2도의 좌측의 태브(60,61,62)를 포함한다. 이들 연결 태브들은 제5b도에 도시한 것과 같은 방식으로 스트레인 게이지들을 연결하기 위해 스트레인 게이지들에 연결된다. 제5b도에서 동일한 도면 부호는 제2도에 표시한 것과 동일한 게이지를 나타내기 위해 채용된다. 따라서 제5b도의 회로 접속은 가해지는 압력에 따라 변화하는 가변 저항으로 개략 표시된 스트레인 게이지(51 내지 54)를 나타낸다. 이들 저항은 단자(64,65)에서 여자 입력과 단자(66,67)에서 신호 출력을 갖는 제5b도에 도시된 것과 같은 브리지 장치내에서 서로 접속된다.
전기 입력 신호는 보통 입력 단자(64,65)를 가로질러 가해지며 압력 응답 전압은 출력단자(66,67)을 가로질러 측정된다. 다시 한 번, 압축 게이즈들은 게이지(52,54)이며 인장 게이지들은 게이지(51,53)이다.
제2 내지 5도에 도시한 본 발명의 실시예에서, 통로(30A,30B,30C)들은 본체(23)내에 형성된다. 이들은 충전봉(31A,31B,31C)를 수용한다. 이들 충전봉은 변환기에 대한 약간의 온도 보상을 제공하기 위해 인바아, 코바아 또는 스텐레스강으로 제조되기도 한다. 이것은 제1a도와 관련하여 전술한 충전 부품과 같은 식으로 온도를 보장한다. 통로(30A,30B,30C)의 형성은 다음과 같이 이루어진다.보다 작은 통로들이 최초에 드릴링 되며 그들 사이는 횡방향으로 연결되지 않는다. 이어서, 각 통로들이 제5도에 도시한 것과 같은 완성된 구조를 마련하기 위해 리이밍된다. 통로들이 리이밍되면 이 통로들은 직경이 확대되고 제5도와 같이 면적으로 신장하게 된다.
지금부터 제2a도가 주로 제2 내지 5도의 기계적인 변환기 구조에 관한 본 발명의 택일적인 예의 부분을 설명하기 위해 참고된다. 제2도에서 스트레인 게이지(51 내지 54)는 약간 엇갈리게 배치된다. 대신 제2a도는 직선으로 배치된 스트레인 게이지(51A 내지54A)를 도시한다. 압축 게이지(52A,52A)는 제5도에 도시한 게이지(52,54)와 유사한 위치에 배치된다. 인장 게이지(51A,53A)는 중심 통로(30B)의 종방향 중심선의 양측에 대칭되게 배치된다. 제2a도의 실시예에서 게이지(51 내지 54)는 제2 및 5b도에 도시된 것과 같은 식으로 브리지 회로내에서 서로 접속된다.
또한 제2 내지 5도의 다른 택일적인 실시예가 참고된다. 이것은 제5a도에 부분 단면도로 도시된다. 제5a도는 제5도에 도시한 것과 유사하게 배치된 스트레인 게이지를 도시한다. 그러나, 제5a도의 실시예에서, 3개의 별개의 서로 연결된 통로(30A 내지30C)를 채용하기 보다는 단일 충전부품(31D)를 수용하기 위한 단일의 가늘고 긴 통로(30D)가 마련된다. 충전봉(31A 내지31C)에서와 같이, 충전부품(31D)는 가늘고 긴 통로(30D)내에 근소한 공차로 끼워진다. 제5a도의 예에서, 통로(30D) 및 충전부품(31D)의 길이는 예를 들어 제2 및 3도에 도시된 통로와 충전봉의 상응하는 길이와 같다.
그리고, 제5a도에서, 통로 및 연관된 충전부품의 가늘고 긴 형상은 제5도의 감지벽(28)의 길이와 비교할 수 있는 제5a도의 길이인 스트레인 감지벽(28A)를 제공한다.
제6 내지 16도에 도시한 본 발명의 추가적인 실시예들이 설명된다. 본 발명의 이들 실시예에서, 같은 도면 부호가 제2내지 5도에서 표시된 것과 유사한 변환기의 부품들을 표시하기 위해 사용된다.
본 발명의 또 하나의 실시예가 제6 및 7도에 도시된다. 이것은 본체(23) 및 단부부재(24,25)를 포함한다. 단부부재(24)는 모세관(14)를 수용하며, 유사하게 단부부재(25)는 충전 모세관(15)를 수용한다. 이 특정한 실시예에서, 모세관은(14A)에서 단부부재(24)에 용접된다. 또한, 충전 모세관(15)는 (15A)에서 단부부재(25)에 용접된다. 제6도에 본체 및 단부부재를 고정하기 위한 용접부(33)이 도시된다.
제6 및 7도의 실시예에서, 본체(23)은 스트레인 게이지 수납 표면(48)을 갖는 요부(26)를 구비한다. 스트레인 게이지들은 전술한 실시예에서와 같이 표면(48)에 설치된다.
본체(23)은 서로 같은 면적으로 신장된 통로(30A,30B,30C)를 포함하는 제1실시예에서 도시한 것과 같은 동일한 통로들을 구비한다.
제6 및 7도의 실시예의 주된 차이점은 3개의 충전봉을 사용하는 대신에 중심 통로(30B)에서 사용되는 단지 1개의 단일 충전봉(31B)가 마련되는 것이다. 다른 통로(30A,30C)는 각기 모세관(14,15)로 충전된다. 특히, 제6도의 단면도에서, 모세관(14)는 단부 부재(24)에서 종료하지 않고 통로들에 의해 형성된 챔버내로 신장하며 통로(30A)속으로 그것을 통해 신장한다. 유사하게, 충전 모세관(15)는 단부 부재(25)에서 종료하는 대신 통로(30C)내로 신장한다. 따라서, 이 특정한 실시예에서, 각 모세관의 단부는 실제로 충전 수단을 형성한다. 모세관의 단부들은 각 통로와 연통하며, 따라서 액체 충전물, 바람직하기는 수은, 이 전체 통로 구조를 충전한다.
본 발명의 또다른 실시예를 위해서 제8 및 9도가 설명된다. 이 실시예에서, 변환기는 본체(23) 및 단부 부재(24,25)를 포함한다. 모세관(14,15)는 각기 단부 부재(24,25)내에 고정된다. 단부 부재들은(33)으로 표시된 바와 같이 본체에 용접된다. 모세관(14)는 (14A)에서 용접되고 모세관(15)는 (15A)에서 용접된다.
제6 및 7도의 실시예에서와 같이, 제8 및 9도의 실시예에서, 모세관(14,15)는 각 통로(30A,30C)내로 신장한다. 이 실시예에서는 2개의 통로만이 마련된다. 2개의 실시예와 제8 및 9도의 실시예에서, 변환기는 먼저 단부 부재에 모세관을 고정함으로써 제조된다. 충전봉이 제6도의 실시예에 삽입되며 충전봉이 사용되지 않기 때문에 제8도의 실시예에는 아무것도 삽입되지 않는다. 그후, 모세관은 적당한 통로내로 안내되며 단부 부재들은 본체와 용접된다.
다른 실시예들에서, 단일 통로가 연관된 충전 부품과 함께 제5a도와 같이 마련되거나 다중 통로가 채용되기도 한다. 제6도는 3개의 통로를 사용하는 것을 제8도는 2개의 통로를 사용하는 것을 도시한다. 추가적인 감지 통로들이 마련되는 본 발명의 실시예들도 제조될 수있다. 예를 들어, 5개의 통로들이 마련된다. 대칭을 위해서 홀수의 다중 통로들이 바람직하다.
본 발명의 또다른 실시예가 제10 및 11도에서 설명된다. 본 발명의 이 실시예도 본체(23A)를 채용하지만 2개의 단부 부재를 구비하지는 않는다. 이 실시예에서, 단부 부재(24)는 모세관과 충전관(15)를 수용한다. 이 관들은 단부 부재(24)에 용접된다. 제10도는 모세관(14)를 고정하기 위한 용접부(14B)와 충전 모세관(15)를 고정하기 위한 용접부(15b)를 도시한다. 단부 부재(24)는 용접부에 의해 본체(23A)에 고정된다.
본 발명의 이 실시예에서, 3개의 통로(30A,30B,30C)가 구비된다. 이들 통로는 각기 충전봉(31A,31B,31C)를 수용한다. 제10 및 11도의 실시예는 충전봉들이 이 통로들내에 배치되며 통로들은 단부가 막힌 것이 전술한 실시예들과 다르다. 모세관과 충전관은 감지 부재의 같은 측으로부터 신장한다. 전술한 실시예들에서와 같이, 이 장치는 먼저 모세관과 충전관을 단부 부재(24)에 고정함으로써 제조된다. 그후, 충전봉이 본체(23A)내 적당한 통로내에 배치되며 단부 부재(24)가 (33)에서 본체(23A)에 용접된다.
제12 및 13도에 도시된 또다른 실시예가 지금부터 설명된다. 본 발명의 이 실시예는 또한 통로(30A,30B,30C)를 포함하는 3개의 통로 구조를 채용한다. 이들은 본체(23A)내에 마련된 통로들이다. 다시 제10도의 실시예에서와 같이 이 실시예는 단지 1개의 단일 단부 부재(24)를 채용한다.
전술한 실시예들과 비교하여 제12도의 실시예의 주된 차이는 단지 1개의 모세관(14)가 구비되고 충전관(15)가 없는 것이다. 제12도의 모세관(14C)의 정부 단부는 충전 플러그와 유사하게 연결되기도 한다. 본 발명의 이 실시예에서, 모세관(14C)는 전체 감지 부재를 통해 신장한다. 모세관(14C)는 본체(23A)내 통로(30B)를 토해 신장한다. 모세관(14C)는 제12도와 같이 용접부(14D)에서 단부 부재(24)와 본체(23A)에 고정된다. 또한, 모세관(14C)는 모세관(14C)로부터 통로(30A,30B,30C)로 구성된 감지 챔버까지의 유체 연통을 허용하기 위해 횡방향 구멍(14E)를 구비한다. 따라서, 제12 및 13도의 실시예에서, 모세관 자체는 실제로 중간 통로를 위한 충전 수단을 형성하며 횡방향 구멍(14E)에 의해서 유체 연통을 제공한다. 이것은 제12도의 단면도에 명백히 도시된다.
제12 및 13도의 실시예의 구조에서,모세관은 먼저 하부 용접부(14D)에서 단부 부재(24)에 고정되기도 한다. 그후, 단부 부재와 거기에 부착된 모세관(14C)는 본체(23A)내로 삽입된다. 그후, 제2용접부(14D)와 본체(23A)와 단부 부재(24) 사이의 원주방향 용접부(33)이 마련될 수 있다.
제14 및 15도에 도시한 본 발명의 또다른 실시예가 지금부터 설명된다. 이것은 감지 부재에 요부가 마련되지 않는 본 발명의 실시예다. 대신에, 3개의 통로에 의해 형성된 감지 부재는 본체의 원주에 가깝게 배치된다. 그리고, 제14 및 15도의 특정한 실시예에서, 모세관(14C)가 정부로부터 저부로 감지부재를 통해 신장하는 예가 도시된다.요부가 없는 실시예가 전술한 실시예들에서 사용되기도 한다.
따라서, 제14 및 15도에서, 본체(23A)와 용접부(33)에서 거기에 고정된 단부 부재(24)가 도시된다. 이 실시예에서는 본체(23A)내에 요부가 마련되지 않는다. 이 실시예에서, 스트레인 게이지(51 내지 54)는 본체(23A)의 외주면에 직접 고정된다. 따라서, 통로(30A,30B,30C)는 본체의 중심 가까이가 아니라 제15도와 같이 그 주변에 가까이 배치된다.
제14 및 15도의 실시예에서, 모세관(14C)는 감지 부재를 통해 신장하며 횡방향 통로(14E)를 구비한다. 모세관(14C)는 제14도의 용접부(14D)에서 본체(23A)와 단부 부재(24)에 용접된다. 제14 및 15도에 도시한 변환기는 제12 및 13도의 실시예와 관련하여 전술한 방식과 같은 식으로 조립된다.
제16도에 도시한 본 발명의 또다른 실시예가 지금부터 설명된다. 이 실시예는 제14 및 15도의 실시예와 거의 같지만, 외주상에 스트레인 게이지(51 내지 54)가 배치되는 대신에 평탄한 표면(48A)가 마련된다. 그후 게이지들은 평탄한 표면(48A)상에 직접 배치된다. 제16도의 실시예에서, 요부는 구비되지 않고 수평으로 정렬된 같은 면적으로 신장하는 통로(30A 내지 30C)와 연관하여 평탄한 표면(48A)를 사용함으로써 감지 다이어프램 표면이 (28C)에 구비된다. 제14 및 15도의 실시예에서, 통로가 제16도에서의 직선 방향보다는 원주방향 궤적을 따라서 배치된다.
감지 챔버가 통로(130)에 의해 표시된 것과 같은 단일의 원통형인 것이 특히 유리한 본 발명의 또다른 실시예를 설명하기 위해 제17 내지 19도가 참고가 된다. 단일 보어에 물론 단지 1개의 단일 충전봉(131)이 있다. 제17도와 같이, 충전봉(131)은 모세관(114)와 동축적이다.
제17 내지 19도에서, 감지 부재(112)는 본체(123) 및 연관된 단부 부재(124,125)를 포함한다. 본체(123)은 후술하는 바와 같이 그 표면(148)상에 스트레인 게이지를 수납하기 위한 요부(126)를 구비한다.
본체(123)내에 통로(130)이 마련된다. 통로(130)의 직경은 제14도에 도시한 바와 같은 전술한 통로들 중 하나의 직경의 대략 2배이다. 통로(130)은 충전봉(131)을 수납한다. 충전봉은 스텐레스강, 카바이드, 또는 콜바아와 같은 재료로 제조되기도 한다. 충전봉(131)은 약 0.32센티미터(0.125인치)의 직경을 갖기도 한다.
통로(130) 및 연관된 충전봉(131)은 종방향으로 신장하며, 봉은 그 수용 통로내에 근소한 공차로 끼워진다. 근소한 공차 끼움은 바람직한 액체 수은 충전이 최소 용적이 되도록 채용된다. 전형적으로, 통로와 충전봉 사이의 직경 차이는 0.0064센티미터(0.0025인치)이다.
부재(123) 및 그 통로(130)과 연관하여 충전봉은 다이어프램을 한정하는 얇은 벽(128)을 한정하는 단일 감지 챔버를 형성한다. 스트레인 게이지들은 벽(128)의 표면(148) 상에 적당히 배치된다. 스트레인 게이지(151 내지 154)의 배치를 명백히 나타내기 위해 전술한 실시예와 특히 제2도가 참고된다. 스트레인 게이지(151,153)은 다이어프램 벽부에서 벽(128)과 연관되며 그 위에 놓인다. 스트레인 게이지(151,153)은 인장 스트레인을 감지한다.
스트레인 게이지(152,154)는 주로 감지 챔버의 직경 외부에 배치된다. 제18도는 특히 모든 게이지들의 배치를 도시한다. 스트레인 게이지(152,154)는 압축 스트레인을 감지하기 위한 것이다. 따라서, 이 특정한 실시예에서 게이지(152,154)가 비교적 약한 압축 스트레인을 측정하더라도 본 발명의 감지 구조에서 4개의 게이지 모두는 유효한 게이지다.
제17 내지 19도에 도시한 변환기의 제조에 대해서, 각 단부 부재(124,125)는 각 모세관(114) 및 충전관(115)를 수용하기 위해 그속 중앙에 배치된 통로들을 갖는다. 모세관(114)와 충전관(115)는 제17도의 (129)로 표시된 바와 같이 각 단부 부재내에서 용접된다.
다음 단계는 본체(123)내 그 수용통로(130)내에 충전봉(131)을 마련하는 것이다. 다음, 단부 부재(124,125)는 제17도의 (133)에 표시된 것과 같이 본체(123)에 용접된다.
유닛이 제17도에 단면으로 도시된 바와 같이 함께 용접되고 열처리된 후, 스트레인 게이지들이 제2도에 도시된 것과 같은 패턴으로 첨부된다. 제2도는 또한 스트레인 게이지(151 내지 154)와 연관되는 전도성 런을 도시한다.
제한된 수효의 본 발명의 실시예들이 설명되었지만, 많은 다른 실시예들과 그 변형예들이 본 발명의 범위내에서 가능함이 이 분야의 숙련자들에게는 명백하다. 예를 들어 제5a도에는 타원형상이거나 구부러진 단부를 갖는 가늘고 긴 감지 통로를 채용하는 단일 통로예가 도시된다. 본 발명의 택일적인 실시예에서, 이 통로는 단면이 정방형, 장방형 또는 삼각형까지의 다른 형상이 될 수도 있다.

Claims (43)

  1. 가늘고 긴 관통 통로를 갖는 가늘고 긴 프레임, 프레임 통로를 통해 신장하며 프레임의 1단부에 인접한 1단부에서 종료하는 모세관, 모세관과 연통하는 챔버를 프레임으로 한정하며 프레임의 상기 1단부에 있는 커플러, 프레임의 타단부에 배치되며 모세관을 수용하기 위한 통로를 그 속에 가지며 상기 감지 챔버에 인접한 감지 표면을 형성하는 비교적 얇은 벽을 한정하는 감지 챔버를 그 속에 갖는 감지 부재, 상기 감지 챔버내에 배치된 충전수단, 및 상기 벽에서 입력을 감지하기 위한 수단을 포함하는 압력 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지 표면이 감지 부재의 요부에 의해 한정되며 상기 모세관이 상기 감지 챔버와 모세관 사이의 유체 연통을 허용하기 위해 그 축과 대략 횡방향으로 그것을 관통하여 신장하는 통로를 갖는 압력 변환기.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 비교적 얇은 벽이 압력 반응 감지 표면을 가지며 상기 감지수단이 상기 감지 표면상에 배치된 1개 이상의 감지 게이지로 구성되는 압력 변환기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압력 반응 감지 표면이 모세관 길이와 대략 평행하게 신장하는 압력 변환기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 입력 반응 감지 표면이 모세관 길이와 대략 평탄한 압력 변환기.
  6. 제5항에 있어서, 감지 부재가 대략 원통형이며 상기 요부가 모세관에 가깝게 인접한 평탄한 표면을 형성하는 압력 변환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 감지 챔버가 적어도 부분적으로 원통형이며 모세관이 감지 챔버를 통해 신장하고 감지 부재의 요부의 중간 거리에 있는 횡방향 구멍을 갖는 압력 변환기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 감지 챔버가 단일의 원통형 보어에 의해 형성되며 상기 충전수단이 단일의 원통형 충전봉으로 구성되는 압력 변환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 모세관이 감지 부재의 정부 및 저부 단부에 고정되는 압력 변환기.
  10. 제9항에 있어서, 모세관의 고정이 용접에 의해 행해지는 압력 변환기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 감지 수단이 상기한 얇은 벽의 압력 반응 감지 표면상에 배치된 1조의 스트레인 게이지로 구성되는 압력 변환기.
  12. 제11항에 있어서, 제2조의 스트레인 게이지도 포함하며, 상기 제1조의 스트레인 게이지가 압축 스트레인을 측정하고 제2조의 스트레인 게이지가 인장 스트레인을 측정하는 압력 변환기.
  13. 제1항에 있어서, 커플러 챔버의 적어도 1측부를 형성하며 커플러 챔버내에 있는 충전부품을 포함하며, 상기 충전 부품이 프레임의 것보다 실질적으로 낮은 팽창 계수를 갖는 압력 변환기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 충전 부품이 프레임의 것보다 실질적으로 낮은 팽창계수를 갖는 압력 변환기.
  15. 제1항에 있어서, 상기 감지 부재가 703 내지 3,516kg/cm2(10,000 내지 50,000psi) 의 압력 범위에서 작동하기에 적합한 압력 변환기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 감지 챔버가 여러개의 통로로 구성되며 상기 충전 수단이 분리된 여러개의 충전봉 수단으로 구성되는 압력 변환기.
  17. 제16항에 있어서, 또한 충전관을 포함하며, 상기 감지 수단이 상기 각 모세관과 충전관을 수용하기 위해 분리된 단부 부재들과 일체로 구성되는 압력 변환기.
  18. 제17항에 있어서, 적어도 상기 모세관이 상기 감지 챔버내로 신장하는 압력 변환기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 모세관과 충전관이 상기 감지 챔버내로 신장하는 압력 변환기
  20. 제19항에 있어서, 3개의 통로 챔버가 마련되며 충전봉 수단이 신장된 모세관과 충전관 사이의 감지 챔버 중간 통로내에 배치되는 압력 변환기.
  21. 가늘고 긴 관통 통로를 갖는 가늘고 긴 프레임, 프레임 통로를 통해 신장하며 프레임의 1단부에 인접한 1단부에서 종료하는 모세관, 모세관과 연통하는 챔버를 프레임으로 한정하며 프레임의 상기 1단부에 있는 커플러, 프레임의 타단부에 배치되며 모세관과 유체 연통하는 감지 챔버의 적어도 1부를 형성하는 내부 통로를 한정하는 수단과 상기 감지 챔버에 인접한 비교적 얇은 벽에 의해 형성된 감지 부재상에 감지 표면을 한정하는 수단을 포함하는 감지 부재, 모세관과 커플러 챔버 및 감지 챔버를 충전하는 거의 비압축성인 액체, 상기한 얇은 벽에서 압력을 감지하기 위해 상기 감지 표면상에 배치된 게이지 수단, 및 감지 부재와 모세관 사이에 액체 밀봉을 유지함으로써 비압축성 액체가 모세관을 경유하여 직접 감지 챔버로 연결되도록 모세관을 감지 부재에 고정하기 위한 수단을 포함하며, 상기 모세관이 감지 챔버 통로와 모세관 사이에 유체 연통을 유지하면서 적어도 부분적으로 상기 통로를 충전하기 위해 상기 감지 챔버내로 신장하는 그 부분을 갖는 압력 변환기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 유체 연통을 제공하기 위해 상기 모세관의 단부가 개방되는 압력 변환기.
  23. 제21항에 있어서, 또한 감지 챔버의 통로내로 신장하는 충전관을 포함하며 상기 모세관과 충전관이 나란히 평행하게 배치되는 압력 변환기.
  24. 제21항에 있어서, 커플러 챔버내에 충전 부품을 포함하는 압력 변환기.
  25. 제21항에 있어서, 상기한 얇은 벽에 인접 재치된 감지 챔버가 상기 모세관과 상기한 얇은 벽 사이에 형성되는 압력 변환기.
  26. 제21항에 있어서, 상기 감지부재가 충전 수단을 수용하기 위한 통로를 그 속에 갖는 압력 변환기.
  27. 제26항에 있어서, 상기 감지 챔버가 상응하는 여러개의 충전봉을 수용하기 위한 여러개의 통로를 갖는 압력 변환기.
  28. 제21항에 있어서, 모세관의 축과 횡방향으로 신장하는 통로를 한정하며 모세관과 감지 챔버 사이의 유체를 연결하기 위한 수단을 포함하며, 상기 횡방향 통로가 모세관 직경과 필적하는 길이를 갖는 압력 변환기.
  29. 제28항에 있어서, 또한 상기 모세관에 인접한 상기 감지 챔버내에 배치된 1개 이상의 충전봉 수단을 포함하는 압력 변환기
  30. 프레임, 프레임을 통해 신장하는 모세관 및 모세관을 수용하기 위한 보어를 갖는 감지 요소를 포함하는 액체가 충전된 압력 변환기에서 감지 요소를 모세관에 액체 밀봉되게 고정하기 위한 방법에 있어서, 감지 요소의 본체에 1개 이상의 그 속의 통로를 마련하고, 1개 이상의 단부 부재를 마련하며, 모세관을 단부 부재에 용접하고 충전 수단을 마련하며, 본체의 통로내에 충전수단을 배치하고, 액체 밀봉 결합을 위해 본체와 단부 부재를 함께 용접하는 단계들로 구성되는 감지 요소를 모세관에 액체 밀봉되게 고정하기 위한 방법.
  31. 제30항에 있어서, 또한 제2단부 부재 및 관련된 충전관을 마련하고, 충전관을 제2단부 부재에 용접하며, 제2단부 부재를 본체의 반대 단부에 용접하는 단계들을 포함하는 방법.
  32. 제30항에 있어서, 또한 상기 모세관이 상기 감지 부재 통로내로 신장할 수 있게 하는 단계를 포함하는 방법.
  33. 제30항에 있어서, 또한 상기한 적어도 1개 이상의 단부 부재내에 역시 고정된 충전관을 마련하는 단계를 포함하는 방법.
  34. 프레임, 프레임을 통해 신장하는 모세관 및 모세관을 수용하기 위한 보어를 갖는 감지 요소를 포함하는 액체가 충전된 압력 변환기에서 감지 요소를 모세관에 액체 밀봉되게 고정하기 위한 방법에 있어서, 감지 요소의 본체에 1개 이상의 그 속의 통로를 마련하고, 1개 이상의 단부 부재를 마련하며, 모세관의 일부가 상기 본체 통로내로 신장할 수 있게 하면서 모세관을 단부 부재에 고정하고, 액체 밀봉 결합을 위해 본체와 단부 부재를 함께 고정하는 단계들로 구성되는 감지 요소를 모세관에 액체 밀봉되게 고정하기 위한 방법.
  35. 제34항에 있어서, 또한 제2단부 부재 및 관련된 충전관을 마련하고, 충전관을 제2단부 부재에 고정하며, 제2단부 부재를 본체의 반대 단부에 고정하는 단계들을 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 또한 충전 수단을 마련하고 본체의 통로내에 충전 수단을 배치하는 단계들을 포함하는 방법.
  37. 가늘고 긴 관통 통로를 갖는 가늘고 긴 프레임, 프레임 통로를 통로를 통해 신장하여 프레임의 1단부에 인접한 1단부에서 종료하는 모세관, 모세관과 연통하는 챔버를 프레임으로 한정하며 프레임의 상기 1단부에 있는 커플러, 프레임의 타단부에 배치되며 모세관을 수용하기 위한 통로를 그속에 가지며 상기 감지 챔버에 인접한 감지 표면을 형성하는 비교적 얇은 벽을 한정하는 감지 챔버를 그속에 갖는 감지 부재, 적어도 모세관과 감지 챔버를 충전하는 액체, 및 상기 감지 챔버내에 배치되며 상기 모세관의 일부를 포함하는 충전수단을 포함하는 압력 변환기.
  38. 제37항에 있어서, 상기 충전 수단이 상기 충전관 일부에 인접한 상기 감지 챔버내에 배치된 충전 부재를 포함하는 압력 변화기.
  39. 제37항에 있어서, 상기 모세관과 그 일부가 연속적인 압력 변환기.
  40. 제37항에 있어서, 상기 감지 챔버가 단일 보어로 구성되며 상기 충전 수단이 단일 충전봉으로 구성되는 압력 변환기.
  41. 제40항에 있어서, 상기 보어가 원통형이며 상기 충전봉이 마찬가지로 원통형인 압력 변환기.
  42. 가늘고 긴 관통 통로를 갖는 가늘고 긴 프레임. 프레임 통로를 통해 신장하며 프레임의 1단부에 인접한 1단부에서 종료하는 모세관, 모세관과 연통하는 챔버를 프레임으로 한정하며 프레임의 상기 1단부에 있는 커플러, 프레임의 타단부에 배치되며 모세관을 수용하기 위한 통로를 그속에 가지며 상기 감지 챔버에 인접한 감지 표면을 형성하는 비교적 얇은 벽을 한정하는 감지 챔버를 그속에 갖는 감지 부재, 및 적어도 모세관과 감지 챔버를 충전하는 액체를 포함하며, 상기 모세관이 적어도 부분적으로 상기 감지 챔버를 충전하며 상기한 얇은 벽과 상기 모세관 일부 사이에 형성된 액체가 충전된 감지 지역을 한정하기 위해 상기 감지 챔버내로 신장하는 그 일부를 갖는 압력 변환기.
  43. 제40항에 있어서, 또한 상기 모세관 일부에 인접하는 상기 감지 챔버내에 배치된 충전 부재를 포함하는 압력 변환기.
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