NO782271L - Media-uavhengig differensialtrykktransduser - Google Patents

Abstract

Media- uavhengig differensialtrykkomformer

Description

Oppfinnelsen angår differensialtrykkomforraere og særlig differensialtrykkomformere som benytter aneroidkapselmembraner som trykkfølende elementer.

Det er tidligere kjent differensialtrykkomformere i hvilke et stivt forbundet par av aneroidkapselmembraner er tvunget til å avbøyes samvirkende ved tilførsel av differensialtrykk til dets innløpsporter. Den resulterende forskyvning skjer i retning mot det lavere trykk, og størrelsen av forskyvningen er proporsjonal med forskjellen mellom de virkende trykk.

Ved én anvendelse, for eksempel, kan trykket som virker på et referansekammer i en. differensialtrykkapsel reduseres under det, ukjente trykk som skal virke på det andre kammer. Ved anvendelse av dette ukjente trykk på det andre kammer, kan referanse-trykket bygges opp i en rekke små trykkøkninger. Når de to trykk gjøres like, innenfor følsomhetsgrensene for differensialtrykk-kapselen og innenfor oppløsningen for de små trykkøkninger, kan denne hendelse observeres ved lukningen av en kontakt som er belig-gende på en membran plasert mellom de to trykk.

Andre metoder kan undersøkes under henvisning til den-., kjente teknikk som angår bevegelsesavfølende anordninger av liknende art som den som benyttes ved den foreliggende oppfinnelse. Ett slikt system er beskrevet i US patent 3 901 082 (Lyon) med titelen "Fluid Pressure Sensing System and Differential Pressure Unit Therefor". Et annet slikt system er beskrevet i US patent 3 882 443 (Martia) med titelen "Differential Pressure Transducer".

Mange tidligere kjente anordninger er blitt utviklet som spesielle løsninger på spesielle problemer, og som således har tjent snevre formål. Man kjenner ikke til noe tidligere kjent system som tilveiebringer isolasjon for trykkomformerens mekanisme ved hjelp av en fluidumkopling sammen med de andre fordeler ved den foreliggende oppfinnelse. Selv om nåværende tilgjengelige, differensialtrykkomformere kan måle differensialfluidumtrykk, . omfatter noen av ulempene ved disse tidligere kjente omformere innfall av mediene på de følende elementer i omformeren. Sådan fysisk kontakt kan være uønsket av mange forskjellige grunner, 'blant hvilke man allment kan anføre for eksempel korroderende medier.

Det ville således være en stor fordel for teknikken å tilveiebringe en differensialtrykkomformer i hvilken væskemediene ved det trykk som skal bestemmes, ikke trenger å komme i direkte kontakt med omformerens avfølende elementer.

En annen stor fordel ville være tilveiebringelsen av en. differensialtrykkomformer som har iboende beskyttelse mot høye

. linjetrykkoverbelastninger.

En ytterligereønskelig fordel ville være å tilveiebringe en sådan omformer med evne til lettvint elektrisk avlesning.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en dif ferensialtrykkomformer i hvilken de væske- eller gassformige medier under det trykk som skal bestemmes, ikke trenger å komme i direkte kontakt med de avfølende elementer.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en differensialtrykkomformer som har iboende beskyttelse mot høye linjetrykkoverbelastninger.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en differensialtrykkomformer som oppviser ovennevnte fordeler og også har evne til lettvint elektrisk avlesning.

For oppnåelse av disse og andre formål er det tilveiebragt en differensialtrykkomformer som effektivt isolerer de av-følende elementer fra mediene under det trykk som skal måles. Den grunnleggende konstruksjon omfatter tre uavhengige fluidum-kamre, to isolatorfluidumkamre og ett sentralt kammer i fluidum-foirbindelse med to i hverandre anbragte, sammenrullede eller snodde, avfølende aneroidkapselmembraner. Selv om alle fluida er kom-pressible til,en viss grad, oppviser noen, såsom vann, olje, etc., meget lav kompressibilitet og betegnes således som inkompressible. Uttrykket "ihkompressibel" slik det her benyttes, skal forstås å referere seg til ett av disse fluida. Det sentrale kammer er fylt av en passende mengde inkompressibelt fluidum for å under-støtte aneroidkapselmembranene for høy linjetrykkutnyttelse og for å strekke ut aneroidkapselmembranene, og således anbringe trykkav-bøyningen av aneroidene i en modus med høyt linjetrykk og dermed tilveiebringe trykkforspent operasjon. De to isolatorfluidumkammere benyttes i prinsipp som en trykkoverføringskopling fra de be-nyttede trykkmedier til de trykkavfølende aneroidkapselmembraner. Isolatorer og følemembraner er alle bygget for å arbeide i en mekanisk og trykkforspent modus. Isolatormembraner, i fluidumkommunikasjon med sine respektive isolatorfluidumkammere, er bygget og understøttet slik at de begrenser graden av fluidumoverføring til aneroidfølerne.

Ytterligere fordeler og særtrekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende nærmere beskrivelse under henvisning til tegningene, der like henvisningstall angir like deler, og der fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av et tverrsnittsbilde av en differensialtrykkomformer ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et detaljriss av den utkragede bjelke eller arm, fig. 3 er et ideali-sert perspektivriss som viser sammenhengen mellom utkragerarmmon-tasjen, avstandsrøret og deformasjonsmålerne, fig. 4 er et detaljriss som viser resultatet av avbøyning av utkragerarmen, og fig. 5 viser en skjematisk fremstilling av en annen utførelse av oppfinnelsen.

Selv om spesiell utførelser av oppfinnelsen nå skal be-skrives under henvisning til tegningene, bør man være klar over at

disse utførelser bare er ment som eksempel og bare illustrerende for et lite antall, av mange mulige utførelser som kan represente-re, anvendelser av prinsippene ifølge oppfinnelsen. Forskjellige

endringer og modifikasjoner som vil være åpenbare for en fagmann på det område som oppfinnelsen angår, anses å ligge innenfor rammen av oppfinnelsen slik den er definert i de etterfølgende patentkrav.

Idet det nå spesielt henvises til fig. 1, viser denne figur en skjematisk fremstilling av en differensialtrykkomformer inne i en trykkapsel ifølge oppfinnelsen. Et første isolatorkammer 3 0 har en tilhørende membranmontasje 14 som omfatter en ytre membran 10 og en støttering 12. Et påfyllingsrør 32 for det for mål å fylle isolatorkamméret 30 står i fluidumforbindelse med dette og er etter fylling forseglet ved hjelp av en kuletetning 34. En isplatorringmontasje 36 tilveiebringer mekanisk understøttelse for . membranen 10. En isolerende begrensning for isolatorkamméret 30 er tilveiebragt ved hjelp av en støtteringmontasje 38.

Inne i isolatorkamméret 3 0 er anbragt et aneroid-føler-'element 16 omfattende en aneroid-yttermembran 2 6 og en aneroid-innermembran 28.. Aneroidfølerelementet 16 er festet til et av-standsrør 66 ved hjelp av en brakett 29 og støtteringen 38.

Et andre isolatorkammer 5 0 har en tilhørende membranmontasje 24 som omfatter en membran 20 og en støttering 22. Isolatorkamméret 50 er også festet til avstandsrøret 66, men ved den andre ende av dette, og til en understøttelse 44 ved hjelp av sveising eller lodding eller liknende. Et påfyllingsrør 60 for det formål å fylle isolatorkamméret 50 står i fluidumkommunikasjon med dette og er etter påfylling forseglet ved hjelp av en kuletetning 62.

En isolatorringmontasje 46 tilveiebringer mekanisk understøttelse for membranen 24. En isolerende begrensning for isolatorkamméret 50 er tilveiebragt ved hjelp av støtteringmontasjen 44.

I isolatorkamméret 50 er anbragt et aneroid-følerelement 18 omfattende en aneroid-yttermembran 52 og aneroid-innermembran 54. Aneroidfølerelementet 18 er festet til avstandsrøret 66 og støtteringmontasjen 44'ved sveising eller lodding eller liknende.

Et indre fluidumkammer 70 står i fluidumforbindelse med begge aneroidfølerelementer 16 og 18. Et påfyllingsrør 56 for det formål å fylle det indre fluidumkammer 70 står i fluidumforbindelse

med dette og er etter påfylling forseglet ved hjelp av en kuletetning 64. Påfyllingsrøret 56 inneholder en stang 58 for opptagelse av volum som ellers ville bli opptatt av det fluidum som benyttes til å fylle det indre fluidumsystem.

En utkrag.erarmmontasje 7 2 omfattende en avbøybar utkråger-arm 6 og en avstivertråd 68 rager inn i det indre fluidumkammer 70 gjennom et utskjæring 8 i avstandsrøret 66. En forskyvningsavfø-lende anordning 48 omfattende deformasjonsmålere 49 og kontåkt-puter 47 er festet.til den avbøybare utkragerarm 6. Avstivertrå- ,

den 68 kan være festet til utkragerarmen 6 ved hjelp av sådanne midler som sveising, lodding eller liknende. Elektriske utgangs-

signaler som induseres i deformasjonsmålerne 49 og tilføres via kontaktputene.47, kan tas ut fra omformerlegemet 40 ved hjelp av høytrykksklemmer 42.

Det indre fluidumkammer 7 0 danner et lukket rom og er under drift fylt av et inkompressibelt fluidum slik som også isolatorf luidumkamr ene 30 og 50. Det antas for eksempel at det til ' membranmontasjen 14 tilføres et høyere trykk P^ enn et trykk P2som tilføres til membranmontasjen 24. I dette tilfelle vil den ytre membran 10 trekke seg sammen mot den indre membran 12 og øke trykket av fluidumet i isolatorfluidumkammeret 30. Som et resultat av dette vil det første aneroidfølerelements 16 ytter- og innermembraner 2 6 hhv. 28 trekke seg sammen mot hverandre. Under . innvirkningen av trykket P2 vil membranens 24 sammentrekning på grunn av bevegelsen av yttermembranen 20 mot innermembranen 22 være mindre på grunn av at trykket P2er antatt å være mindre enn P-^. Trykkøkn ingen i isolatorf luidumkammeret 50 vil da være mindre enn trykkøkningen i isolatorfluidumkammeret 30. Som et totalt resultat vil det andre aneroidfølerelements 18 ytter- og innermembraner 4 2 hhv. 54 utvide seg bort fra hverandre og således tillate avstandsrøret 66 å bevege seg mot høyre en avstand som er proporsjonal med størrelsen av det differansetrykk som utøves av trykkene P^ og Pj.

Idet det nå henvises til fig. 2, viser detalj tegningen av utkragerarmen monteringen av en def ormas jonsmåler. 4 9 på den ene side av armen eller bjelken.. En annen lik deformasjonsmåler er festet til den andre side av armen sammen med de tilhørende kontaktputer 47. Anordninger for å s-ikre den mekaniske integritet av den stasjonære ende av den avbøybare utkragerarm,, er også vist, men utgjør ingen vesentlig del av oppfinnelsen.

Da man nå har gitt forholdet med hensyn til retning og størrelse av avstandsrørets 66 forskyvning, letter henvisning til fig. 3 og 4 en forklaring av resultatene av denne forskyvning.

Av fig. 3.fremgår at bevegelse av avstandsrøret 66 i retning av den viste pil vil forårsake at den avbøybare utkragerarm 6 avbøyes i samme retning på grunn av at den drives av avstivertråden 68.

Den øvre del av den avbøybare utkragerarm 6 holdes ubevegelig og fast i forhold til omformerlegemet ved hjelp av én eller annen festeanordning, slik som vist på fig. 2. Et nettverk 48 omfat tende en deformasjonsmåler eller strekklapp 49 og kontaktmidler 47 er festet til hver side av armen eller bjelken 6. Dette nettverk er ved hjelp av høytrykksklemmer 42 (fig. 1) koplet til ytre ledere. Deformasjonsmålernettverk og tilhørende kretser er vel-kjente i teknikken hvor avbøyning av en sådan arm som armen 6 endrer def ormas jonsmålernes 49 motstandsevne slik at granden av armavbøyning kan måles. Da graden av armavbøyning er proporsjonal med differansetrykket som utøves av P-^ og P2/er differansetrykket således en avledet parameter i systemet.

Henvisning til fig. 4 tillater et annet perspektiv når det gjelder bevegelse av den avbøybare utkragerarm 6. Avstivertråden 68 er i hovedsaken stiv i en lengderetning parallelt med avstandsrørets 66 akse, men er fjærende fleksibel i tverrgående retning. Når således den avbøybare utkragerarm 6 avbøyes ved den langsgående bevegelse av membranene, bøyes avstivertråden 68 i en tverrgående retning samtidig som den beveger seg i lengderetningen med membranene, og gjør det dermed mulig for armen 6 å bøyes i en naturlig bueformet bane. På fig. 4 er armen 6 og avstivertråden 68 vist med heltrukne linjer i ubelastet stilling, og med strek-prikkede linjer i en stilling etter avbøyning av armen. Det inn-ses at den bueformede bane som følges av armen, i tillegg til en langsgående bevegelse x også resulterer i en tverrgående bevegelse y. Den påtvungne•påkjenning er.dessuten ikke ensartet på forskjellige steder, idet armen kan være under strekk ved den ene ende og under trykk ved den andre ende, med null belastning på midten. Dette gjør anbringelsen av deformasjonsmålerne 49 kritisk.. Ved den foreliggende oppfinnelse er imidlertid armpåkjenningen mye mer ensartet for en gitt grad av avbøyning, og beliggenheten av defbr-masjonsmålerne 4 9 på armen er tilsvarende mindre kritisk.

På fig. 5 er vist en alternativ utførelse av oppfinnelsen. Den vesentlige forskjell ligger i erstatningen av membran-montasjene 14 og 24 på fig. 1 med membranene 13 og 15 på fig. 5. Dersom nå et høyere trykk P-^utøves på membranen 13 enn et trykk P2som utøves på membranen 15, vil membranen 13 bevege seg mot isolatorringmontasjen 3 6 og således øke trykket fra fluidumet i isolatorfluidumkammeret 30. Det første aneroidfølerelements 16 ytter- og innermembråner 26 hhv. 28 vil som et resultat trekke seg sammen mot hverandre. Under innvirkning av trykket P2 vil sammen-trekningen av membranen 15 være mindre -da trykket.P2i det valgte eksempel er forutsatt å være mindre enn trykket P-^. Trykkøkningen i isolatorfluidumkammeret 50 vil da være mindre ennøkningen i isolatorfluidumkammeret 30. Som et nettoresultat vil som før det andre aneroidfølerelements 18 ytter- og innermembraner 5 2 hhv. 54 utvide seg bort fra hverandre og således tillate avstandsrøret 66

å bevege seg mot høyre en avstand som er proporsjonal med størrel-sen av. dif f erensialtrykket som utøves av P, og P^.

I det foregående er således beskrevet en aneroid-differensialtrykkomformer som vil isolere sine trykkfølende elementer fra et trykkbærende medium. Iboende-overtrykksbeskyttelse er blitt innbygget i omformeren ifølge oppfinnelsen ved hjelp av an-ordningen for tilveiebringelse av mekanisk understøttelse for de stablede (engelsk: "nesting") membranmontasjer 16 og 18. Ved stablingen av disse membranmontasjer kan det ikke skje noen ytterligere fluidumoverføring til isolatorkamrene og derfor ingen øket bevegelse til avstandsrøret 66. Følerens evne til å motstå høye overtrykk tilveiebringer ekstra beskyttelse slik som beskrevet for den ene utførelse. Avbøyning av utkragerarmen ved at den drives av en avstivertråd som har mulighet for avbøyning i en tverrgående dimensjon, setter armen i stand til å drives i en naturlig buefor-' met bane, og avlaster således den kritiske plasering av deforma-sjonsmålerfølerne på armen. Ved hjelp av fordelene ved oppfinnelsen er det således tilveiebragt store forbedringer med hensyn til fleksibilitet, nøyaktighet og sikkerhet.

Claims (8)

1. Differensialtrykkomformer, karakterisert ved at den omfatter en trykkapsel, en i trykkapselen anordnet isolatorkammeranordning for kopling av ytre trykk til kapselen, en trykkforspenningsanordning for opprettholdelse av forhøyet trykk i isolatorkammeranordningen, en membrananordning for kopling av de ytre trykk til isolatorkammeranordningen, en støtteanordning for tilveiebringelse av mekanisk understøttelse for membrananordningen under tilstander under overtrykk, første og andre stablede, snodde aneroid-følerelementer for omforming av ytre, av membrananordningen koplede trykk til lineære forskyvninger som funksjon av størrelsen av de ytre trykk, en trykkforspenningsanordning for opprettholdelse av forhøyede trykk i aneroidfølerelementene, en avstandsrøranordning. i fluidumforbindelse med aneroidfølerelemen-tene, for opprettholdelse av konstant adskillelse mellom.aneroid-følerelementene, en forskyvningsavfølende anordning som er forbundet med avstandsrø ranordningen for å avfø le.de lineære forskyvninger, og en støtteringanordning som er formet etter aneroidføler-elementenes vindinger og danner den nevnte isolatorkammeranordning.

2. Differensialtrykkomformer ifølge krav 1, karakterisert ved at isolatorkammeranordningene er fylt av et inkompressibelt fluidum.'

3. Differensialtrykkomformer ifølge krav 2, karakterisert ved at membrananordningen er én forseglet montasje av en støttering og en membran i fluidumkommunikasjon med isolatorkamrene.

4. Differensialtrykkomformer ifølge krav 3, karakterisert ved at støtteanordningen er utformet for å tilpasse seg til formen på membrananordningen.

5. Differensialtrykkomformer ifølge krav 1, karakterisert ved at aneroidfø lerelementene er fylt av et inkompressibelt fluidum.

6. Differensialtrykkomformer ifølge krav 1, karakterisert ved at den indre kammeranordning er fylt av et inkompressibelt fluidum.

7. Differensialtrykkomformer ifølge krav 1, karakterisert ved at den forskyvningsavfølende anordning omfatter en utkragerarmanordni.ng, en avstivertrådanordning som. forbinder utkragerarmanordningen. med avstandsrøranordningen, og en deforraa-sjonsmåleranordning■som-er' f-estet til utkragerarmanordningen.

8.. Differensialtrykkomformer ifølge krav.7, karakterisert ved at avstivertrådariordningen er elastisk fleksibel i tverrgående retning.