SE437888B - Instrument med vibrerbar trad for alstrande av en metsignal motsvarande en anbragt tryckskillnad - Google Patents

Description

y 7809760-7 De föreslagna instrument, som utgjort tillämpningar på detta tidiga arbete med avkännare med vibrerbar tråd har emellertid icke accepterats inom processinstrumenttekniken, i första hand på grund av att de icke kunnat arbeta tillräckligt väl under erforderliga arbetsbetingelser. Dessa tidigare för- slag har sålunda icke lett till praktiska lösningar på proble- met och har icke inneburit sådana framsteg inom tekniken, att de uppnådda resultaten varit användbara i processindustrierna.

En senare utveckling inom teknikområdet tryckkänsliga instrument har lett till ett noggrant och praktiskt användbart instrument med vibrerande tråd för mätning av gastryckskillna- der. En beskrivning av ifrågavarande instrument ges i de ameri- kanska patentskrifterna 4 149 422 och 4 221 133. En elektro- nisk sändare för begagnande tillsammans med ett sådant instru- _ment med vibrerande tråd beskrives i den amerikanska patent- skriften 4 ll9 977. Även om ovannämnda gastrycksskillnadsinstrument upp- visar prestanda, som gör det lämpat för dess avsedda ändamål, kan det dock icke tjäna såsom ett tryckskillnadsinstrument för allmänna syften för industriprocesser. Närmare bestämt kan appa- raten icke mäta de olika vätsketryckskillnader, som måste mätas i de flesta av dagens kommersiella processer.

En utföringsform av ett tryckskillnadsmätningsinstru- ment för allmänna syften enligt uppfinningen innefattar ett hu- Vudkroppaggregat med ett par membran, som vart och ett utsättes för ett särskilt fluidtryck. Membranen innesluter en sluten kam- mare, som innehåller en fyllvätska, vilken omsluter en icke- magnetisk, vibrerbar tråd, vilken försättes under spänning i en- lighet med den anbragta tryckskillnaden. Ett magnetfält passerar i tvärled genom tråden, och elektrisk ström tillföres denna me- delst elektroniska kretsorgan för åstadkommande av en vibrations- kraft på tråden som följd av växelverkan mellan den elektriska strömmen och magnetfältet.

Enligt en aspekt av uppfinningen är den vibrerbara tråden effektivt innesluten i en sluten, rörformig passage av mycket liten tvärsnittsdimension, vilket tillförsäkrar liten inre vätskevolym och snäv växelverkan med magneten, varvid dock " 'fwævuqllèverfi 7809760-7 träden tillåtes vibrera utan att väggen eller gränseffekter in- verkar störande. Magnetens polskor är placerade längs passagens motsatta sidor och ger upphov till ett magnetfält av hög inten- sitet för möjliggörande av kraftig vibration hos tråden, så att alstrande av en lämpligt hög utsignalsnivå underlättas. Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen är det rör, som omsluter tråden, slutet vid den ena änden, och tråden är fäst vid denna slutna ände, vilket ger avsevärda fördelar i flera viktiga av- seenden såsom kommer att framgå av det följande.

Vidare kan enligt uppfinningen speciella organ anord- nas för att väsentligt minimera verkningarna på instrumentets prestanda av förändringar i de yttre betingelserna, exempelvis temperatur och statiskt tryck. Vidare kan den vibrerbara tråden enligt val orienteras med avseende på magnetfältet för tillför- säkrande av stabila vibrationer av korrekt amplitud. Instrumen- tet kan vidare innefatta unika organ för förhindrande av att träden eller andra av anordningens element skadas vid fall av uppkomsten av tryck och utanför det avsedda tryckområdet.

Föreliggande uppfinning syftar sålunda till att erbjuda ett kommersiellt praktiskt användbart tryckmätningsinstrument med vihrerbar träd.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar. fig. 1 är en perspektivvy med vissa delar bortskurna av ett instrument enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett vertikalsnitt genom instrumentets enligt fig. 1 centrala kroppsaggregat, fig. 3 är en perspektivvy av instrumentets enligt fig. 1 två membranunderaggregat, varvid vissa delar är bortskur- na förvisande av vissa inre element, fig. 4 är en perspektivvy av element för överföring av spännkraft till träden, fig. 5 är en perspektivvy av magnetaggregatet utan det tràdomslutande röret, fig. 6 är en sidovy av magnetaggregatet med tråden och dess omslutande rörhölje visat i snitt, fig. 7 är en detaljsnittvy, som visar utformningen av det kraftöverförande element, som bäres av områdesmembranet, 7809760-7 fig. 8 visar böjningsstödet för det trådomslutande rörets ände, fig. 9 visar i större skala tråd- och röraggregatet, och fig. l0 visar ett vertikalsnitt genom en andra utfö- ringsform av uppfinningen. 7 Fig. l och 2 visar ett tryckskillnadsmätningsinstru- ment, vilket innefattar ett nedre kroppsaggregat 20 med membran 22 och 24 på ömse sidor därom. Det vänstra membranet 22 är ett s.k. områdesmembran med en på förhand bestämd specifik fjäder- konstant, exempelvis omkring 7,1 kp/cm. Det andra membranet 24 har en mycket låg fjäderkonstant och är väsentligen ett slakt membran. De båda fluidtryck, som skall mätas, ledes var för sig till resp. membran medelst de vanliga organen (icke visade) för tryckskillnadsinstrument. 7 Ett skaft 26, som sträcker sig uppåt från kropps- aggregatet 20, tjänar såsom en skyddande ledning för elektriska anslutningstrådar, som leder till ett elektronikhölje 28, vilket innefattar en rektangulär mittkammare 30 och två cylindriska sidodelar 32, 34. Höljet innehåller olika elektriska komponenter, som erfordras för instrumentets drift, samt anslutningar därtill.

Väsentligen utgöres dessa komponenter av en fasttillståndssända- re enligt ovannämnda amerikanska patentskrift 4 ll9 977. Den be- skrives icke utförligare här. I korthet sagt innefattar sändaren organ för inducering av vibration av en spänd tråd med en frek- vens, som motsvarar trådspänningen, samt organ för alstrande av en likströmsmätningsutsignal, vars storlek reflekterar vibra- tionsfrekvensen. Den utskurna delen i fig. l visar vid 36, bakom det slaka membranet 24, en av de båda elektriska anslutningar, som leder till sändarkretsarna.

Såsom framgår av fig. 2 innefattar aggregatet 20 en central del 40, vid vilken fästs massiva stödplattor 42 och 44 för membranen 22 och 24. En vribrerbar tråd 50 har runt tvärsnitt och av på förhand vald, liten diameter (med fördel mindre än 0,51, företrädesvis 0,25 mm för den visade utföringsformen) sträcker sig centralt genom inre utrymmen i kroppselementet och stödplattorna. Ett lângsträckt rör 52 av liten diameter omsluter tråden över en stor del av dess längd (se även fig. 3). Den högra "X -.. när _ , --z>,»f«-ä..-. -f 7809760-7 'LH änden av detta rör är sluten, och motsvarande trådände är fäst vid den slutna änden. Rörets vänstra ände bäres av en cylindrisk isolatorhylsa 54, exempelvis av keramiskt material, som i sin tur genom därmed förbundna delar är fäst vid den vänstra stöd- plattan 42.

Den vänstra änden av tråden 50 är fäst vid en rörlig änddel 60 i form av en knapp (se även fig. 4) med en periferiell fläns 62 och ett centralt nav 64, vid vilket tråden är fäst, exempelvis genom lödning. En distansring 66 med tre radiella liv för tillförsäkrande av stabil placering, ligger mot knappflän- sens 62 högra yta för anbringning av en ät vänster riktad kraft för spänning av tråden. Denna kraft överföres till distansringen 66 genom en utöver omfånget verksam fjäder 68, som innefattar två uppsättningar av inbördes förbundna Bellville-brickor (ibland även betecknade konskivfjädrar).

Fjädern 68 hålles förbelastad till en kraft av ungefär 5 kp av element hos ett membrannavaggregat 70 (se även fig. 8).

Detta aggregat innefattar en cirkulär platta 72 mot vilken fjä- derns 68 högra ände ligger, samt ett därmed sammanbyggt, ring- formígt element 74 utanför och koncentriskt med knappflänsen 62, som hindrar distansringens 66 rörelse ät vänster. Vid normal funktion för instrumentet håller sålunda navaggregatet fjädern 68 i ett tillstånd av på förhand bestämd, fixerad sammantryckning.

Navaggregatet 70 är fäst vid omfångsmembranets 22 inner- kant för mottagande av den kraft, som utvecklas av detta membran i enlighet med den tryckskillnad, som skall mätas. Under instru- mentets normala funktion, exempelvis funktion inom det valda tràdkraftområdet av upp till ungefär 4 kp, verkar den förbelas- tade, utöver området verksamma fjädern 68 till effekten såsom ett massivt (oändlig styvhet) kraftöverförande element, så att navaggregatet 70 funktionellt kopplas till trädens 50 ände, så att den kraft, som utvecklas av områdesmembranet 22 direkt an- bringas på tråden.

Navaggregatet 70 mottager också, förutom kraften från membranet 22, en initialtrådspännings- eller "O-ställd" kraft från en 0-fjäder 80. Denna fjäder innefattar lämpligen ett par i det närmaste plana, inbördes förbundna brickliknande element som omger tråden, och de kan exempelvis vara försedda med spiral- formiga urskärningar (icke visade) för att öka deras flexibilitet.

Vid den visade utföringsformen ger dessa fjäderelement ~**âTug?QÜR$@$š%?'*H 7809760-7 upphov till en kraft ungefär 0,9 kp vilket bestämmer trâdspän- ningen i frånvaro av en kraft från membranet 22. Då trådens längd ändras, ger dessa inbördes förbundna fjäderelement 80, vil- ka är fästa vid varandra vid sina innerkanter, en parallello- gramrörelse, så att de tillförsäkras, att fjäderkraften förblir riktad koncentriskt till trådaxeln. Den totala ändringen i tråd- längden är ungefär 0,038 mm, så att ingen avsevärd ändring i fjäderkraften sker, då membranet 22 gör utslag över hela utsträck- ningen av instrumentets omfång.

Stödplattorna 42 och 44 erbjuder noggrant formade mem- branstödytor, som noggrant motsvarar de därmed förbundna mem- branens form och sålunda ger ett stabilt stöd för dessa membran, om ett tryck utöver tryckomfånget skulle tvinga något av membra- nen om sin stödplatta. När instrumentet arbetar inom sitt normala arbetsområde, bildar dessa plattor slutna områden av liten volym intill varje membran, och dessa områden bildar tillsammans med andra inre hålrumsområden i kroppsaggregatet 20 (inklusive rörets 52 inre) en sluten inre kammare, som är fylld med en fyllvätska 84.

De två inneslutna områdena bakom resp. membran 22 och 24 är i vätskeförbindelse med varandra genom en passage, som innefattar ett första rörformigt element 90 (se även fig. 3), som är fäst vid den första stödplattan 42, samt ett andra rörformigt ele- ment 92, som är fäst vid den andra stödplattan 44. Membranen hål- les på plats på motsvarande stödplattor av resp. svetsringar 94, 96, av vanligt utförande. När instrumentet begagnas för mätning av skillnaden mellan två fluidtryck, anbringas det lägre trycket mot det områdesmembran 22, som har en på förhand bestämd fjäder- konstant, exempelvis ungefär 7,14 kp/cm. Det högre fluidtrycket anbringas på det högra membranet 24, vilket är ett slakt membran av en fjäderkonstant, som är mycket lägre än områdesmembranets fjäderkonstant. Trådens 50 fjäderkonstant är väsentligt högre än områdesmembranets 22 fjäderkonstant och kan exempelvis upp- gå till ungefär 7l4 kp/cm.

Båda de i ritningarna visade membranen 22 och 24 inne- fattar viktiga nya särdrag. Enligt ett av dessa särdrag är det slaka membranets 24 fjäderkonstant mycket nära 0 över instru- 7809760-7 mentets normala arbetsområde. Under dessa betingelser är trycket i fyllvätskan 84 i den slutna kammaren väsentligen lika med det högre av de två anbragta trycken, dvs. det tryck, som anbringas på det slaka membranet 24.

Följaktligen utvecklar omrâdesmembranet 22 en netto- kraft, som är proportionell mot den tryckskillnad, som skall mätas, och denna nettokraft anbringas såsom en spännkraft på tråden 50 (givetvis utöver den fixerade initialkraften från 0- fjädern 80 såsom tidigare beskrivits). Denna nettokraft regle- rar trådens 50 vibrationsfrekvens enligt välbestämda fysikaliska lagar, så att vibrationsfrekvensen blir ett mått på den tryck- skillnad, som skall mätas.

För inducering av trädens 50 vibration är dess ändar förbundna med en svängningskrets (beskriven i ovannämnda ame- rikanska patentskrift 4 ll9 97U, som uppvisar positiv återkopp- ling och är anordnad att alstra ett växelströmflöde i tråden.

Genom alstrande av ett stabilt magnetfält genom tråden vinkel- rätt mot trådaxeln åstadkommes sidokrafter på tråden till följd av växelverkan mellan den oscillerande trådströmmen och magnet- flödet. Tråden 50 och röret 52 är framställda av icke-magnetiska material för tillförsäkrande av att dessa sidovibrationskrafter utvecklas på korrekt sätt.

Vid den beskrivna utföringsformen alstras ett mycket intensivt magnetfält genom tråden 50 medelst en magnetkonstruk- tion 100 (se särskilt fig. 5 och 6), som innefattar två sida vid sida anordnade permanentmagneter 102, 104, vilka är kopplade till motsatta, V-formade polskor 106, 108, som är placerade på rörets motsatta sidor och nära intill dessa. Dessa megneter bör framställas av ett material, som ger det kraftigast möjliga mag- netfältet. Lämpligen utgöres magnetmaterialet av en kombination av en sällsynt jordart och kobolt, exempelvis en samarium-kobolt- magnet, som vid det visade arrangemanget ger upphov till en flödesdensitet av ungefär 18000 gauss i tråden. Magnetkonstruk- tionen l00 hâlles på plats av magneten hållande fjädrar ll0.

En viktig fördel, som erhålles genom användandet av en liten vätskepassage för tråden 50, såsom erhålles medelst röret 52 är, att den tillåter montering av magnetpolskorna 106, 108 mycket nära tråden så att sålunda god fältstyrka tillför- n' QïÉOORåQUALzTY 7809760-7 säkras och därmed kraftig vibration hos tråden. Vid den före- dragna utföringsformen är gapet mellan polskorna ungefär 1,14 mm.

Röret 52 har en ytterdiameter av 1,04 mm och en innerdiameter av 0,66 mm, medan tråddiametern uppgår till 0,25 mm.

V Den elektriska strömmen för tråden tillföres den högra änden av den vibrerbara tråden 50 genom anslutningen 36 (fig. 1 och 2), som leder till elektronikhöljet 28. Returvägen för denna vibrationstrådström går från den vänstra trådänden, genom knappen 60, distanselementet 66, navaggregatet 70 och områdes- membranet 22 till instrumentets chassi (dvs. elektrisk jord) samt därifrån genom en tråd (icke visad) till elektronikhöljet.

Vid trådspänningens nedre gräns (omkring 0,9 kp, be- stämt av 0-fjädern 80), är vid den föredragna utföringsformen vibrationsfrekvensen i typfallet ungefär 1750 Hz. Vid arbets- områdets höga ände är med en trådspänning av ungefär 4 kp vibra- tionsfrekvensen i typfallet ungefär 3100 Hz.

Ett av de allvarligare problem, som uppträder vid in- strument av den här beskrivna typen, är fel, som förorsakas av förändringar i omgivningstemperaturen, dvs. trådvibrationens frekvens är en funktion av instrumentets temperatur. Många olika faktorer bidrager till sådana temperaturfel. En särskilt bety- delsefull faktor är variationer i viskositeten för fyllvätskan 84 i anordningens slutna inre.

Fyllvätskans viskositet är vanligen temperaturberoende och ökar i typfallet med minskande temperaturer. En ökning i viskositeten medför en minskning i trådvibrationsfrekvensen, som om vätskemolekylerna då de blir mer viskösa kraftigare vid- häftar tråden, så att dennas effektiva massa höjes. Eftersom vibrationsfrekvensen är omvänt relaterad till trådens massa, kan en ökning i viskositeten tänkas minska trådvibrationens frekvens (om andra omständigheter är desamma).

För att minska effekten av temperaturinducerade föränd- ringar i viskositeten är det önskvärt att begagna en fyllvätska av relativt låg viskositet. Det har befunníts fördelaktigt i detta avseende att begagna en fyllvätska med en viskositet vid rums- temperatur, som icke är större än ungefär l centistoke. 7809760-7 Det är även av betydelse att begagna en fyllvätska av en låg viskositetstemperaturkoefficient. De allvarligaste effekterna av förändringar i viskositeten påträffas vid lågtem- peraturänden av det kommersiellt betydelsefulla temperaturom- rådet -4000 till 82oC. Exempelvis kan vätskans viskositet för- ändras med 200% - 300%, när temperaturen faller från rumstem- peratur till -40°C. Sålunda bör fyllvätskan väljas så, att min- sta möjliga viskositetstemperaturkoefficient erhålles i låg- temperaturomrâdena. Det har särskilt befunnits önskvärt att an- vända en vätska av en koefficient understigande ungefär 0,03 centistoke/OC vid -18°C. En fyllvätska med sådana egenskaper, liksom med:airumstemperaturviskositet av endast ungefär 1 centi- stoke, är en silikonolja betecknad DC 200, som försäljes av Dow Corning.

Genom att välja fyllvätskan 84 i enlighet med ovan- stående kriteria minskas de problem, som förorsakas av tempera- turinducerade viskositetsändringar. För många tillämpningar är det emellertid Önskvärt att ytterligare minska effekterna av förändringar i viskositet. Enligt en annan aspekt av föreliggan- de uppfinning åstadkommes detta genom kompensationsorgan för förändring av trädens 50 spänning med ändringar i temperaturen så att viskositetsändringarna tenderar att oskadliggöras.

Närmare bestämt åstadkommes vid den här visade ut- föringsformen denna kompensation genom utnyttjande av en 0- fjäder 80 med negativ termisk effekt, dvs. fjäderns 80 kraft minskar med ökande temperatur. Sålunda ökar fjäderkraften, medan temperaturen sjunker, så att vibrationsfrekvensen tenderar att öka, varigenom kompensation erhålles för effekten av motsvaran- de temperaturinducerade viskositetsändríngar på trådvibrationen.

Denna negativa termiska fjäderegenskap uppnås genom att för O-fjädern 80 väljes ett material av en elasticitets- modul, som ökar, då temperaturen minskar, så att fjäderkraften sålunda ökar. Fjädermaterialet för en föredragen utföringsform har utgjorts av en känd kommersiell produkt, betecknad “Car- penter Custom 445", en form av rostfritt stål, som tillverkas av Carpenter Steel Co.

Det har även befunnits, att man erhåller överlägsna prestanda för ett instrument med en vibrerande tråd genom ett _. ._ ___.. . _. ....___...__*__-~_._ ___...._... -..'-.-.-_.__._....__._ ___.

R QUQLITY 7809760-7 10 högt förhållande mellan trådens 50 densitet och fyllvätskanš "A '84 densitet. Detta förhållande bör vara åtminstone 10, även om det är önskvärt, att förhållandet överskrider 20 för bästa totala arbetssätt. Vid den föredragna utföringsformen uppgick trädens (Iridium) densitet till 21 g/cm3, medan densiteten för fyllvät- skan av sílikonolja uppgick till 0,818 g/cm3 vid 25°C, vilket sålunda gav det utomordentligt goda förhållandet av ungefär 25.

Med en Iridium-tråd framställes röret med fördel av tantal, efter- som detta har en expansionskoefficient, som ligger mycket nära Iridiums expansionskoefficient.

Iridium är även överlägset såsom material för en vibre- rande tråd, eftersom det har hög elasticitetsmodul, vilket med- för, att tråden sträckes i mycket ringa mån, och även eftersom det har låg elektrisk resistivitet. Vidare kan det lätt fästas vid delar, exempelvis genom svetsning eller lödning.

Oavsett tråd-vätskedensiteternas förhållande bör trå- dens densitet i varje fall vara hög, lämpligen åtminstone 10 g/ cm3, företrädesvis över 20 g/cm3. Såsom ovan angivits är Iridium överlägset i detta avseende, då det har en densitet av 21 g/cm3.

Volframtråd har även en lämpligt hög densitet och kan med gott resultat användas i instrumentet.

En annan betydelsfull faktor, som bidrager till tem- peraturfel är den ändring i vätskevolymen, som sker med ändringar i temperaturen. En silikonolja av ovannämnd typ expanderar unge- fär 11%/100OC. Denna vätskeexpansion ger upphov till krafter, som skjuter membranen utåt och strävar att öka trycket i fyll- vätskan, varigenom i motsvarande mån trådspänningen och den ut- gående mätsignalen ändras.

För att göra effekten av förändringar i vätskvolymen med förändringar i temperaturen så liten som möjligt är det först av väsentlig betydelse att konstruera instrumentet på så sätt, att fyllvätskans volym är mycket liten. Sålunda bör utrymmena mellan membranen 22, 24 och deras stödplattor 42, 44 vara liten liksom de förbindande passagerna mellan dessa och varje annan del av instrumentet, som innehåller fyllvätska. En betydelsefull fördel med att använda en rörformig passage för tråden 50 av litet tvärsnitt är, att endast en minimal mängd vätska finnes i denna passage (den utföringsform, som grundmässigt innefattar ëëißjäfievarifi 7809760-7 11 ett rör 52). Med utnyttjande av en sådan rörformig passage och andra här beskrivna konstruktionsarrangemang är vid den här beskrivna, föredragna enheten den totala vätskevolymen i in- strumentets slutna inre kammare ungefär 1 cm3. Även med en minimimängd fyllvätska kvarstår vissa effekter av vätskans expansion. Denna expansion upptages av membranens 22, 24 buktning, men om membranen är av konventionell konstruktion med typiska fjäderkonstanter, förorsakar membran- rörelsen att ytterligare tryck anbringas på fyllvätskan, så att sålunda trådspänningen förändras och i motsvarande mån ett fel i mätningen förorsakas. Det är följaktligen fördelaktligt för reducering av detta fel att utforma det högra membranet 24 så- som ett s.k. slakt membran, varvid membranets fjäderkonstant är mycket liten, mycket mindre än områdesmembranets 22 fjäder- konstant. Även om det slaka membranet buktar ut, när vätskan expanderar, förblir förändringen i fyllvätskans tryck liten med en i motsvarande mån liten effekt på trådvibrationens frekvens.

Ytterligare ett allvarligt problem med ett instrument av den här beskrivna typen är, att förändringar i det statiska trycket ger upphov till motsvarande ändringar i mätsignalen.

Då det yttre trycket på de båda membranen 22, 24 exempelvis ökar, rör sig membranen inåt ett litet belopp åtminstone till följd av fyllvätskans kompressibilitet. Då områdesmembranet 22 rör sig inåt (åt höger) tenderar det att göra tråden 50 slak och därigenom minska dess vibrationsfrekvens, vilket uppträder såsom ett fel i mätningen. Enligt ytterligare en aspekt av upp- finningen minskas emellertid detta statiska tryckfel avsevärt av ett kompenserande arrangemang, som nu skall beskrivas.

Kompensation avseende statiskt tryck uppnås vid det visade instrumentet genom ett arrangemang, där det trådomslutan- de röret 52 är utformat med en sluten ände, vid vilken tråden 50 är fäst. Då vätsketrycket ökar till följd av en ökning i det statiska trycket (exempelvis från 141 till 211 kp/cmz) erhålles sålunda en motsvarande ökning i den kraft, som trycker mot rö- rets slutna ände. Denna kraftökning kommer till effekten att sträcka röret med ett litet belopp, så att trådens högra ände förflyttas bort från stödplattan 42. Följaktligen förflyttar, dä det ökade statiska trycket förflyttar områdesmembranet 22 åt 17809760-7 12 höger, så att tråden tenderar att bli slakare, samma tryckökning trädens bortre ände åt höger, så att trådspänningen tenderar att ökas. Genom korrekt proportionering av i frågavarande delars relativa_storlekar kan dessa båda varandra motverkande effekter bringas att i det närmaste utjämna varandra, så att man erhåller endast mycket små förändringar i utsignalen till följd av för- ändringar i det statiska trycket.

Rörets 52 högra ände måste röra sig i längdriktningen för att denna kompensation skall uppnås. För upptagande av denna rörelse med konstruktionsstabilitet liksom för att tillförsäkra, att trådvibrationen icke skakar röret, fästes ett böjningsstöd 120 (se även fig. 9) vid röränden, så att axiell rörelse till- låtes men ett hinder i sidled erhålles. Detta stöd innefattar två från varandra skilda, parallella böjliga element 122, 124, som vid sina övre och nedre ändar är skruvade vid det centrala kroppselementet 40. Vid sina centrala områden är dessa böjliga element fästa vid en metallring 126, som håller de båda böjliga elementen skilda från varandra med ettlikformigt mellanrum.

Ringen 126 ingår i en metall/glas tätande konstruk- tion (se även fig. 7) med en isolatorring 128 och en inre metall- hylsa 130. Den senare hylsan är i sin tur passad över och fäst vid en annan hylsa 132 av Invar med en stegformig inneryta. Den högra änden av denna med steg försedda hylsan mottager och är fäst vid monel-tapp 134, där trädens 50 ände är fäst. Den vänstra änden med den stog försedda hylsan är fäst vid tantalröret 52.

Böjningsstödet 120 erbjuder sålunda begränsning i sidled för denna ände av röret, medan det tillåter detsamma att röra sig axiellt som gensvar på förändringar i fyllvätskans tryck eller förändringar i rörmaterialets temperatur.

Den inre hylsan 130 mottager också det elektriska an- slutningsdonet 36 från den elektroniska sändarkretsen 28. Denna hylsa fullbordar den elektriska förbindelsen genom den med steg försedda hylsan 132 till trädens 50 ände och röret 52, vilka så- lunda båda befinner sig vid en spänning, som är skild från jord (dvs. instrumentchassiet);såsom tidigare angivits är rörets vänst- ra ände elektriskt isolerad från jord av den keramiska isolator- hylsan 54. Rörets ytteryta belägges också lämpligen med ett isoleringsskikt av typ Mylar . _-- .,/'17"”¿”':'.7;v,-,,,.,,,; t! i Poem grain? 7809760-7 13 Test med instrument av den beskrivna typen har visat, att trädens resonansvibrationsfrekvens ger upphov till vissa anomalier. Närmare bestämt förefaller vid vissa instrument en tråd under en fixerad spänning att ibland uppvisa resonans al- ternerande vid två särskilda frekvenser, exempelvis 2000 och 2002 Hz. En sådan dubbelresonanskarakteristik skulle givetvis göra instrumentet helt otillförlitligt för kommersiell användning.

Detta problem har emellertid lösts genom att det be- funnits, att dubbelresonansfenomenet är en följd av att tråden 50 typiskt är inhomogen och uppvisar en oregelbundenhet eller olikformighet omkring trådaxeln. Sålunda kan resonansïrekvensen i ett plan genom axeln i avsevärd mån skilja sig från resonans- frekvensen i ett annat plan genom trädaxeln. Närmare bestämt har det befunnits, att tråden typiskt uppvisar två föredragna vibra- tionsplan med olika resonansfrekvenser. Dessa båda plan bildar vanligen rät vinkel mot varandra, och vibrationsamplituden i ett plan är större än i det andra planet.

För att draga nytta av denna upptäckt har en procedur utvecklats för bestämning av vilket vibrationsplan som ger upp- hov till maximivibrationsamplituden och att placera tråden i instrumentet på så sätt i förhållande till magnetfältsriktningen att tråden bringas att vibrera i maximiamplitudplanet. Enligt denna procedur placeras tråden 50 under spänning i luft och brin- gas att vibrera på normalt sätt medelst en elektrisk krets en- ligt ovan. Magnetfältet genom tråden alstras av en magnet, som är monterad för att rotera omkring trådaxeln, så att magnetfälts- riktningen sålunda ändras genom tråden utan att magnetfältets storlek ändras. Medan magneten roteras omkring tråden roterar även víbrationsplanet omkring trädens axel.

Genom att iakttaga amplituden för den elektriska växel- signal som utvecklas av tråden, medan magnet roterar, påträffas två inbördes vinkelräta vibrationsplan med stor amplitud, och det plan, som ger upphov till den större vibrationen, kan väljas.

Det valda, föredragna planet markeras därefter på den fixtur, som håller tråden, och då denna tråd placeras i sitt instrument placeras den så, att det valda víbrationsplanet är vinkelrätt mot magnetfältsriktningen. 7809760-7 14 Det beskrivna instrumentet är även behäftat med ett'J annat problem. Om funktion utöver området uppträder på högtrycks- sidan, så att områdesmembranet 22 vid navaggregatet 70 utvecklar en kraft, som är större än 5 kp (inklusive kraften från 0-fjädern 80), sammantryckes den utöver området verkande fjädern 68, så att den absorberar den ytterligare kraften utöver dess förbelast- ning av 5 kp. Navaggregatet föres i motsvarande mån åt vänster, då den utöver området verkande fjädern sammantryckes, men väsent- ligen ingen motsvarande förflyttning av änddelen 60 sker. Om funk- tionen utöver området är allvarlig, bottnar det slaka membranet 26 till slut mot sin stödplatta 44, innan den utöver området verk- samma fjädern 68 når sin sammantryckningsgräns. Tråden skyddas sålunda från alltför stor påkänning och att skadas som följd härav. När funktion utöver området inträffar på lågtryckssidan, rör sig områdesmembranet 22 åt höger och bottnar slutligen mot stödplattan 42, varjämte knappen 60 lyftes av från distansringen 66. Detta medför att tråden 50 slaknar, men den skadas icke.

Det tillåtliga membranutslaget är mycket litet, exempelvis om- kring 1,40 mm.

Det torde även observeras, att stödplattorna 42, 44 lämpligen framställes av ett magnetiskt material, exempelvis det rostfria stål, som betecknas som E-Britecz Sålunda tjänar stödplattorna även som magnetiska skärmar för magneterna 102, 104, så att magnetflödet i området för membranen 22, 24 minskas och risken för att partiklar från processfluiden attraheras blir så liten som möjligt.

Fig. 10 visar en annan utföringsform av uppfinningen med ett annat arrangemang för kompensering för temperatur- inducerade förändringar i fyllvätskans volym. Detta instrument liknar instrumentet enligt de föregående figurerna och inne- fattar ett områdesmembran 150 och ett slakt membran 152, som tillsluter en inneslutande kammare, vilken innehåller en fyll- vätska. Områdesmembranet bär en änddel 154, som är kopplad till en vibrerande tråds 156 ena ände för anbringning av spännkraft på tråden. Den andra trådänden är fäst vid en keramisk isola- tor i form av en glasknopp 158, som i sin tur hålles av en fri- bärande, utöver området verksam fjäder 160, som vid sin övre ände är fäst vid det centrala kroppelementet 162. 7809760-7 15 Den fribärande fjäderns 160 rörelse åthöger hindras av huvudet 164 på en skruv 166, som är inskruvad i elementet 162. Under det att instrumentet arbetar normalt, pressar fjädern 160 mot skruvhuvudet 164 och håller sålunda glasknoppen 158 i fixerat läge mot den dragkraft, som anbringas på tråden av mem- branet 150.

Ett rör 170 av liten diameter omsluter tråden 156 och är fäst vid båda ändarna vid elementet 162. Detta rör bildar del av den inre, slutna kammaren, som även omfattar de inneslutna områdena mellan membranen 150, 152 och dessas resp. stödplattor 172, 174 samt en förbindande passage 176, som leder från området för det högra membranet genom ett stort block 170 till området för glasknoppen 158.

Det stora blocket 178 är placerat i ett motsvarande utrymme i den slutna kammaren i instrumentet. Detta utrymme mot- svarar i det närmaste blockets storlek, och fyllvätskan intager det lilla utrymmet omkring blocket. Blocket är icke fysiskt fäst vid elementet 162 och flyter sålunda i den slutna kammaren.

Blocket 178 är framställt av Invar , ett material av extremt låg värmeexpansionskoefficient, mycket nära noll. Instru- mentets andra delar innefattande den slutna kammaren för fyll- vätskan har emellertid en normal (relativt hög) värmeexpansions- koefficient. När instrumentets temperatur ökar, expanderar dessa andra instrumentdelar, varigenom den slutna kammarens storlek ökar. Blocket 178 förblir emellertid väsentligen av samma stor- lek. Genom korrekt val av blockets 178 volym iförhållande till den slutna kammarens totala volym kan den temperaturinducerade ökningen i kammarens nettovolym (dvs. minus blocket 178) propor- tioneras så, att motsvarighet erhålles till fyllvätskans volumet- riska expansion, så att någon avsevärd effekt på fyllvätskans tryck till följd av dess volumetriska expansion förhindras.

Utföringsformen enligt fig. 10 innefattar också ett modifierat skyddsarrangemang för funktion utöver området. Om funktion utöver området vid högt tryck sker rör sig såsom tidiga- re områdesmembranet 154 åt vänster och tenderar att utveckla en alltför stark kraft på tråden 156. Då den normala tràdkraften överskrides, böjes emellertid den fribärande fjädern 160 och rör sig åt vänster, så att den lyftes upp av från skruvhuvudet Pøox QUALITY 7809760-7 16 164 och därigenom förhindrar alltför stark påkänning på tråden.

Vid allvarlig funktion utöver området bottnar det slaka membranet 152 mot sin stödplatta och varje ytterligare utvecklande av trycket i fyllvätskan förhindras. Detta bottnande på stödplattan sker innan den fribärande fjädern nått den punkt, där den kommer till beröring med elementet 162, så att det sålunda tillförsäk- ras, att tråden icke skadas av funktion utöver området.

De beskrivna utföringsformerna av uppfinningen kan Ba många sätt modifieras och varieras inom ramen för denna.

Claims (12)

7809760-7 17 PATENTKRAV

1. Instrument med vibrerbar tråd för alstrande av en mätsig- nal motsvarande en anbragt tryckskillnad och innefattande en kropp (40, 162), som intill en förstayta bildar en första hål- rumsvägg av relativt stort tvärsnitt och intill en andra yta bildar en andra hålrumsvägg av relativt stort tvärsnitt, var- vid mellan de båda ytorna sträcker sig en inre passage (170), som bildar en kammare, ett första och ett andra membran (22, 24; 150, 152), som är skilda från varandra och är fästa in- till den första och den andra ytan samt tillsluter kammaren samt vars ytterytor är anordnade att belastas av fluidtryck, vars skillnad skall mätas, en kopplingsanordning (60, 70, 154) för förbindande av en ände hos den vibrerbara tråden (50, 156) med det första membranet, så att det på detta verkande trycket därigenom påverkar den energi, som tillföres den vibrerbara tråden, en fästanordning (120, 126, 128, 130, 132, 134, 158, 160), som håller den vibrerbara trädens andra ände på så sätt i förhållande till kroppen, att den genom det första membranet utvecklade kraften styr trâdspänningen, en fyllvätska i kam- maren samt organ (36) för tillförande av energi till den vibrerbara tråden, så att denna vibrerar med en energi, som är relaterad till den pålagda spänningen, k ä n n e t e c k- n a t av att kroppen (40, 162) har ett första och ett andra membranstöd (42, 44; 172, 174), som vart och ett är anordnat omedelbart intill motsvarande membrans inneryta, så att där- emellan bildas ett första och ett andra slutet rum, att ett rörformigt element (52, 170) snävt omsluter den vibrerbara tråden (50, 156), så att en långsträckt passage av litet tvär- snitt bildas, vilken leder bort från det intill det första membranet (22, 150) befintliga slutna rummet, att en kommu- nikationsanordning (90, 92) förbinder det rörformiga elemen- tets (52, 170) inre och det första och det andra slutna rum- met intill det första respektive det andra membranet (24, 152), samt att organ (20) är anordnat att bilda en sluten kammare, som omfattar de slutna rummen, den långsträckta passagen och kommunikationsanordningen.

2. Instrument enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t J: 4' 'H- -V .r ._ -f_':_f1 ;'-- j, ,'- -z U Pödfiïidlïdddóvamw 7809760-7 18 av magnetiska organ (102, 104) på ömse sidor om det rörformiga elementet (52, 170) för åstadkommande av ett högintensivt, stabilt magnetfält tvärs och genom tråden (50, 156), vilken är framställd av icke magnetiskt material.

3. Instrument enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a t av att tråden (50, 156) är framställd av iri- dium eller volfram.

4. Instrument enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av att tråden (50, 156) är rund, av likformigt tvärsnitt och är fri från hinder över sin längd.

5. Instrument enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av att förhållandet mellan det rör- formiga elementets (52, 170) längd och inre bredd är åtmin- stone 10š1.

6. Instrument enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av att det rörformiga elementet (52, 170) utgöres av ett rör av icke magnetiskt material av runt tvärsnitt med en vägg av likformig tjocklek och en yt- terdiameter, som icke överstiger 1,27 mm.

7. Instrument enligt något av de föregående patentkraven, k ä n-n e t e c k n a t av att fyllvätskan utgöres av en silikonolja av på förhand vald, låg värmeviskositetskoeffi- cient¿

8. Instrument enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av att förhållandet mellan trädens (50, 156) densitet och fyllvätskans densitet är åtminstone 10:1.

9. Instrument enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n att av att i frånvaro av en tryckskill- nad mellan membranen (22, 24) är tråden (50) belastad av 7809760-7 19 fjäderorgan (80) av en på förhand vald fjäderkraftsföränd- ringstemperaturkoefficient av sådan art, att de temperatur- inducerade effekterna på trådens vibration till följd av förändringari.fyllvätskans viskositet motverkas.

10. Instrument enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a t av att fyllvätskan är vald att ha en viskositet, som ökar med minskande temperatur, så att trâdvibrationsfrekvensen minskar med minskande temperatur, samt att fjäderorganets (80) fjä- derkraft ökar med minskande temperatur, så att en större spännkraft alstras på tråden (22, 24; 150, 152) vid lägre temperaturer, vilket strävar att öka trâdvibrationsfrekvensen vid lägre temperaturer.

11. Instrument enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e- t e c k n a t av att fästanordningen för trädens (150, 152) andra ände innefattar en fjäder (160), som är fäst vid krop- pen (162) på avstånd från trädens axel och som sträcker sig mot tråden med en fribärande del med organ (158) för för- bindande av den fribärande delen med den andra trådänden, samt rörelsebegränsande organ (164, 166) för förhind- rande av att den fribärande delen av fjädern rör sig i en riktning, som är parallell med trådaxeln och bort från trådänden, varvid den fribärande fjäderns kraft normalt hindrar trâdänden att röra sig i ändens riktning men tillåter sådan rörelse, om trådkraften blir alltför stor.

12. Instrument enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av ett i den slutna kammaren anord- nat element (178) av stor volym, vilket har en värmeexpan- sionskoefficient, som är väsentligt mindre än kammarväggar- nas värmeexpansionskoefficient, och vars volym på på förhand bestämt sätt är relaterad till fyllvätskans och kammarväg- garnas temperaturinducerade expansionsegenskaper, så att förändringar i kammarens volym väsentligen motsvarar föränd- ringar i fyllvätskans volym.