PL225030B1 - Czujnik ciśnienia i sposób pomiaru ciśnienia - Google Patents

Abstract

Czujnik ciśnienia zawiera właściwy czujnik pomiarowy (C1) oraz czujnik kompensacyjny (C2), który jest przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do osi (O) czujnika pomiarowego (C1), przy czym czujniki (C1 i C2) posiadają takie same parametry techniczne, a ponadto są połączone mechanicznie ze sobą poprzez sklejenie albo umieszczone we wspólnej obudowie zespolonej. Sposób pomiaru ciśnienia wykorzystuje właściwy czujnik pomiarowy (C1), przy czym stosuje się czujnik kompensacyjny (C2) przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do osi (O) czujnika pomiarowego (C1). Na wejście pomiarowe (We1) czujnika pomiarowego (C1) podaje się mierzone ciśnienie, zaś wejście pomiarowe (We2) czujnika kompensacyjnego (C2) pozostawia się nieaktywne, a po doprowadzeniu mierzonego ciśnienia, sygnał różnicowy z wyjść pomiarowych (Wy1 i Wy2) czujnika pomiarowego (C1) i czujnika kompensacyjnego (C2) podaje się na wejście układu pomiarowego. W przypadku pomiarów wielopunktowych ciśnienia, gdzie wszystkie czujniki pomiarowe (C1) są takie same zakresowo, niezależnie od ich liczby, stosuje się jeden czujnik kompensacyjny (C2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest czujnik ciśnienia i sposób pomiaru ciśnienia, stosowane zwłaszcza do precyzyjnych przyrządów pomiarowych zainstalowanych w obiektach poruszających się, drgających lub zmieniających położenie względem pionu.

We wszystkich grupach konstrukcyjnych czujników ciśnień występuje (o czym najczęściej nie informuje się użytkownika) wrażliwość pomiarowa na przyspieszenie, także ziemskie. Oznacza to, że sygnał napięciowy z czujnika to suma składowej odwzorowującej mierzone ciśnienie i składowa pochodząca od przyspieszenia, w tym ziemskiego, działającego na czujnik w trakcie pomiarów ciśnienia. Cecha ta będąca poważną wadą powoduje, że powstają bardzo duże odchyłki pomiarowe, szczególnie w warunkach gdy czujnik lub cały obiekt są w ruchu. Dotyczy to szczególnie lotnictwa i motoryzacji, gdzie pomiary ciśnień związanych z przepływami, pomiarami prędkości itp. należą do podstawowych i sygnały z czujników często wykorzystane są przez sterowniki do właściwego sterowania tymi aparatami poruszającymi się. Wada ta jest trudno zauważalna, ponieważ w trakcie pomiaru ciśnienia składowa od przyspieszenia dodaje się lub odejmuje do wartości pochodzącej od ciśnienia. Jest to wielkość mająca bezpośredni wpływ na zawyżenie lub obniżenie sygnału mierzonego. W szczególnym przypadku, w trakcie pomiarów małych ciśnień rzędu dziesiątek Pa, wartość sygnału pochodząca od przyspieszenia może być większa od mierzonego ciśnienia zasadniczego. Wynalazek dotyczy dziedzin w których przeprowadza się pomiary ciśnień szczególnie małych, czyli w zasadzie wszystkich. Szczególnie istotne są te zastosowania, gdzie mierzone ciśnienie decydować może w sposób najczęściej pośredni o życiu ludzkim, na przykład transport, w tym lotniczy.

Czujnik ciśnienia zawierający właściwy czujnik pomiarowy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada czujnik kompensacyjny, który jest przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do czujnika pomiarowego.

Korzystnie czujnik pomiarowy i czujnik kompensacyjny posiadają takie same parametry techniczne i korzystnie pochodzą od tego samego producenta.

Dalsze korzyści, w postaci poprawy dokładności pomiaru ciśnienia, są uzyskiwane jeśli czujnik pomiarowy i czujnik kompensacyjny są połączone mechanicznie ze sobą, korzystnie sklejone albo też czujnik pomiarowy i czujnik kompensacyjny są umieszczone we wspólnej obudowie zespolonej.

Sposób pomiaru ciśnienia z wykorzystaniem właściwego czujnika pomiarowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się czujnik kompensacyjny przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do czujnika pomiarowego, przy czym na wejście pomiarowe czujnika pomiarowego podaje się mierzone ciśnienie, zaś wejście pomiarowe czujnika kompensacyjnego pozostawia się nieaktywne, a po doprowadzeniu mierzonego ciśnienia sygnał różnicowy z wyjść pomiarowych czujnika pomiarowego i czujnika kompensacyjnego podaje się na wejście układu pomiarowego.

Korzystnie czujnik pomiarowy i czujnik kompensacyjny łączy się mechanicznie ze sobą, korzystnie umieszczając we wspólnej obudowie zespolonej, przy czym stosuje się czujniki pomiarowe i kompensacyjne posiadające takie same parametry techniczne i korzystnie pochodzące od tego samego producenta.

Dalsze korzyści w postaci uproszczenia pomiaru są uzyskiwane, jeżeli w przypadku pomiarów wielopunktowych ciśnienia, gdzie wszystkie czujniki pomiarowe są takie same zakresowo, niezależnie od ich liczby, stosuje się jeden czujnik kompensacyjny.

Istotą wynalazku jest skompensowanie wpływu przyspieszenia na wskazania czujników ciśnienia, poprzez użycie dodatkowego czujnika kompensacyjnego poddanego tylko wpływom przyspieszenia, a przez to wyeliminowanie wpływu przyspieszenia, w tym także ziemskiego, na czujniki ciśnienia zainstalowane w obiektach poruszających się, bądź drgających lub zmieniających położenie względem pionu naturalnego. Efekt ten jest osiągnięty przez zastosowanie dodatkowego czujnika spełniającego funkcję odniesienia pomiarowego, czyli czujnika kompensacyjnego, który jest zorientowany w tej samej osi co czujnik pomiarowy. Czujniki kompensacyjny i pomiarowy są sklejone obudowami lub struktury obu czujników są umieszczone w jednej obudowie. Podstawowym warunkiem jest lokalizacja czujnika pomiarowego i kompensacyjnego w tej samej orientacji. Sygnał wyjściowy jest sygnałem mierzonym pomiędzy wyjściem pomiarowym dla czujnika pomiarowego i wyjściem pomiarowym dla czujnika kompensacyjnego, czyli sygnałem różnicowym z obu czujników, pomiarowego i kompensacyjnego.

Sygnał z czujnika pomiarowego jest sumą sygnału pochodzącego od ciśnienia oraz od przyspieszenia, natomiast sygnał z czujnika kompensacyjnego zawiera tylko składową pochodzącą od

PL 225 030 B1 przyspieszenia. Dokonując pomiaru różnicowego wypadkową jest składowa pochodzenia ciśnieniowego. W przypadku czujników z tak zwanym wyjściem voltowym w wersji różnicowej, dwukierunkowej, uzyskuje się dodatkowo kompensację wartości napięcia początkowego dla ciśnienia równego zero, zbliżając ją do zera. W przypadku pomiarów wielopunktowych ciśnienia, gdzie wszystkie czujniki pomiarowe są takie same zakresowo, niezależnie od ich liczby, stosuje się jeden czujnik kompensacyjny. Czujniki pomiarowe jak i kompensacyjny powinny być z tej samej rodziny i producenta z uwagi na olbrzymie zróżnicowanie wpływu przyspieszenia na wskazania czujników pochodzących od różnych producentów.

Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest (szczególnie w strukturach krzemowych) zastosowanie złożonej struktury kompensacyjnej, czyli połączenie struktury czujnika pomiarowego i struktury czujnika kompensacyjnego we wspólnej obudowie zespolonej, tworząc skompensowany czujnik zespolony.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czujnik podciśnienia w ujęciu schematycznym.

Czujnik ciśnienia, według wynalazku w przykładzie wykonania, zawiera właściwy czujnik pomiarowy C₁ oraz posiada czujnik kompensacyjny C₂, który jest przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do osi wzdłużnej O czujnika pomiarowego C₁. Ponadto czujnik pomiarowy C₁ i czujnik kompensacyjny C₂ posiadają ciśnieniowe wejścia pomiarowe We₁ i We₂ oraz napięciowe wyjścia pomiarowe Wy₁ i Wy₂ oraz mają takie same parametry techniczne i pochodzą od tego samego producenta. Czujnik pomiarowy C₁ i czujnik kompensacyjny C₂ są połączone mechanicznie poprzez sklejenie obudowami indywidualnymi Oi1 i Oi2.

Sposób pomiaru ciśnienia, według wynalazku w przykładzie wykonania, jest prowadzony z w ykorzystaniem właściwego czujnika pomiarowego C₁, przy czym stosuje się czujnik kompensacyjny C₂ przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do osi wzdłużnej O czujnika pomiarowego C₁. Czujnik pomiarowy C₁ i czujnik kompensacyjny C₂ posiadają ciśnieniowe wejścia pomiarowe We₁ i We₂ oraz napięciowe wyjścia pomiarowe Wy₁ i Wy₂. Na wejście pomiarowe We₁ czujnika pomiarowego C₁, to jest poprzez doprowadzenia pomiarowe K₁ i K₂, podaje się mierzone ciśnienie, zaś wejście pomiarowe We2 czujnika kompensacyjnego C2 z doprowadzeniami pomiarowymi K₃ i K₄, pozostawia się nieaktywne. Po doprowadzeniu mierzonego ciśnienia mierzy się układem pomiarowym w postaci woltomierza V sygnał różnicowy z wyjść pomiarowych Wy₁ i Wy₂ czujnika pomiarowego C1 i czujnika kompensacyjnego C₂. Czujnik pomiarowy C₁ i czujnik kompensacyjny C₂ łączy się mechanicznie ze sobą poprzez sklejenie, przy czym stosuje się czujniki pomiarowe i kompensacyjne C₁ i C₂ posiadające takie same parametry techniczne i korzystnie pochodzące od tego samego producenta.

Sygnał różnicowy jest czystym sygnałem pochodzenia ciśnieniowego, a mianowicie:

U = Up + Ug1 - Ug2 = Up, przy Ug1 = Ug2, gdzie:

U - napięcie z czujnika pomiarowego,

U_p - składowa napięcia czujnika pomiarowego C₁ wywołana mierzonym ciśnieniem,

Ug1 - składowa napięcia czujnika pomiarowego C1 wywołana przyspieszeniem,

Ug2 - napięcie czujnika kompensacyjnego C2 wywołane przyśpieszeniem.

Sygnał uzyskany z czujnika pomiarowego C₁ to napięcie U które jest sumą napięcia U_p wywołanego mierzonym ciśnieniem i U_g1 czyli napięcia wywołanego przyspieszeniem. Z czujnika kompensacyjnego C₂ napięcie U_g2 pochodzi tylko od składowej przyspieszenia, gdyż jego przewody ciśnieniowe w postaci doprowadzeń pomiarowych K₃ i K₄ są niepodłączone.

Wynalazek znajduje zastosowanie zwłaszcza do precyzyjnych przyrządów pomiarowych ciśnienia, zainstalowanych w obiektach poruszających się, drgających lub zmieniających położenie względem pionu.

Claims (7)

1. Czujnik ciśnienia zawierający właściwy czujnik pomiarowy, znamienny tym, że posiada czujnik kompensacyjny (C₂), który jest przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do czujnika pomiarowego (C₁).

PL 225 030 B1

2. Czujnik ciśnienia według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnik pomiarowy (Ci) i czujnik kompensacyjny (C₂) posiadają takie same parametry techniczne i korzystnie pochodzą od tego samego producenta.

3. Czujnik ciśnienia według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że czujnik pomiarowy (C₁) i czujnik kompensacyjny (C₂) są połączone mechanicznie ze sobą, korzystnie sklejone.

4. Czujnik ciśnienia według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że czujnik pomiarowy (C₁) i czujnik kompensacyjny (C₂) są umieszczone we wspólnej obudowie zespolonej.

5. Sposób pomiaru ciśnienia z wykorzystaniem właściwego czujnika pomiarowego, znamienny tym, że stosuje się czujnik kompensacyjny (C₂) przestrzennie zorientowany w tym samym kierunku i ułożony równolegle do czujnika pomiarowego (C₁), przy czym na wejście pomiarowe (We₁) czujnika pomiarowego (C₁) podaje się mierzone ciśnienie, zaś wejście pomiarowe (We₂) czujnika kompensacyjnego (C₂) pozostawia się nieaktywne, a po doprowadzeniu mierzonego ciśnienia sygnał różnicowy z wyjść pomiarowych (Wy₁ i Wy₂) czujnika pomiarowego (C₁) i czujnika kompensacyjnego (C₂) podaje się na wejście układu pomiarowego.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że czujnik pomiarowy (C₁) i czujnik kompensacyjny (C₂) łączy się mechanicznie ze sobą, korzystnie umieszczając we wspólnej obudowie zespolonej, przy czym stosuje się czujniki pomiarowe i kompensacyjne (C₁ i C₂) posiadające takie same parametry techniczne i korzystnie pochodzące od tego samego producenta.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że w przypadku pomiarów wielopunktowych ciśnienia, gdzie wszystkie czujniki pomiarowe (C₁) są takie same zakresowo, niezależnie od ich liczby, stosuje się jeden czujnik kompensacyjny (C₂).