199623. lajstromszámú szabadalom • Kalibráló szerkezet membrános nyomásátalakítóhoz
HU 199623 B A találmány tárgya kalibráló szerkezet membrános nyomásátalakítóhoz. A találmány szerinti szerkezet a mikromanométer iránytangensének (érzékenységének) ellenőrzésére és beállítására szolgál. Ezt a feladatot egy olyan eszköz segítségével oldhatjuk meg célszerűen, amely a mérési helyzetet megfelelően modellezi, a nyomásmérőt a mérési körülményekkel azonos viszonyok között terheli. A találmány szerinti kalibráló szerkezet beépíthető a membrános nyomásátalakító szerkezetébe, de annak megfelelő kialakítása esetén ahhoz kívülről kapcsolható. A légtechnikai rendszerek mennyiségének és a légtechnikai berendezésekkel szemben támasztott követelmények növekedésével növekszik azon mérőberendezések iráni igény, amelyekkel e rendszerek és berendezések megbízhatóan és gazdaságosan beszabályozhatok és ellenőrizhetők. A számítástechnika rohamos fejlődése lehetővé teszi, hogy a helyszíni mérésekre alkalmas mérőeszközökkel érzékelt jeleket gazdaságosan tárolhassuk és a helyszínen vagy a mérés után feldolgozhassuk. A mérési adatok gyors és megbízható feldolgozása, digitális kijelzése a mérés megbízhatóságát, a mérés gazdaságosságát növeli. A jelenleg használatos mikromanométerek közül a folyadéktöltésű mikromanométerek nem alkalmasak az adatok tárolására és feldolgozására, alkalmazásuk a szintezés, nullázás, a leolvasott értékek átszámítása miatt viszonylag körülményes, a mérési hibaforrások nagy száma miatt a mérés nagy szakértelmet és gondosságot igényel. Régen ismeretesek a membrános nyomásátalakítókat tartalmazó mikromanométerek, amelyek a nyomás hatására elmozduló membrán elmozdulásával összefüggő villamosjelet képeznek. Túlnyomó többségük laboratóriumi célokra szolgál, vagy ipari folyamatok mérésére és szabályozására alkalmazott rendszerek elemeiként kerülnek beépítésre és általában 1000 Pa feletti nyomástartományokban üzemelnek helyesen. A membrános mikromanométerek önmagában ismert, célszerűen kapacitív érzékelő elemmel ellátott kétkamrás nyomásátalakítót tartalmaznak, amelyek elmozduló eleme egy körkörösen befogott sík membrán. Ennek két oldalán a nyomásátalakító házában egy-egy kamra van kialakítva, amelyek a mérendő nyomású térrel közlekedő kapcsolatban vannak. A kamráknak ä membránnal szemközti falain és a membrán mindkét oldalán kapacitív elemek helyezkednek el, amelyek a membrán elmozdulásakor megváltoztatják kapacitásukat. Amennyiben célszerűen 4 egyforma alakú és méretű kapacitást alakítanak ki és ezeket 4 elemes aktív hídba kapcsolják, akkor a kapacitások ellenütemű változása mellett a lehető legnagyobb hídelhangolódás jön létre. Az ilyen geometriai elrendezés azzal a tulajdonsággal is rendelkezik, hogy a híd-1 2 kapcsolásra adott tápfeszültséggel és a relatív membránelmozdulással arányos kimenőfeszültséget szolgáltat. A membrán anyagának a rugalmas nyúlás határán belüli igénybevétele esetén az elmozdulást okozó erővel, vagyis a nyomáskülönbséggel arányos lesz a kimenő feszültség. A légtechnikai rendszerek vizsgálatánál a mérendő nyomások néhány Pa-tól néhány kPa-ig terjednek. E mérési feladatokra csak igen érzékeny nyomásálalakítók alkalmazhatók, amelyek működését az alkalmazás körülményei — elsősorban a külső hőmérséklet — jelentősen befolyásolják. Ugyanakkor a mérési hiba csökkentése érdekében szükség van a mérési tartomány átkapcsolására, amely a műszer karakterisztikájának megváltozását eredményezheti. A nulla pont stabilitás és a karakterisztika iránytangensének stabilitása ismert, de rendkívül költséges megoldásokkal biztosítható. Másik lehetőség a nyomóerő helyszíni kalibrálása, melyhez megfelelően pontos folyadéktöltésü manométerre van szükség a mérés helyén, és a kalibrálás viszonylag nagy időigényű. A gyakorlatban azonban a membránanyagok mechanikai tulajdonságai függnek a hőmérséklettől, páratartalomtól. Ezen hatótényezők eredő hatása az érzékelők érzékenységváltozásában nyilvánul meg, ami a mérések eredményét hamissá teszi, vagyis a mikromanométer nem kalibrálható. Célul tűztük ki ezért a mikromanométerek kalibrálásának megvalósítását. A találmánnyal közelebbi célunk egy olyan légtechnikai mérésekre alkalmas membrános mikromanométerhez alkalmazható kalibráló szerkezet kialakítása, amely tartalmazza mindazon elemeket, amelyek a korszerű méréstechnikai követelményeknek megfelelő alkalmazást tesznek lehetővé és lehetőséget ad más mérőeszközök igénybevétele nélküli, gyors kalibrálásra. Kísérleteink alapján rájöttünk, hogy a nyomáskülönbség, vagyis a nyomáskülönbségnek megfelelő egyenletesen megosztó terhelés okozta membránbehajlást a körmembrán középpontjában ható erő okozta membránbehajlással helyettesítve azonos kapacitív elhangolódást és így azonos kimenő jel hozható létre. Ez a tény kihasználható arra, hogy egyetlen erőnek a membrán középpontjára gyakorolt hatásán keresztül a nyomás érzékelő érzékenységét, karakterisztikájának meredekségét ellenőrizzük, vagyis kalibráljuk. Ehhez csupán előírt értékű, és a membránra kapcsolhatóan ható erő szükséges, amellyel a kalibrálás feladata elvégezhető. Ilyen erőként a hőmérséklettől, páratartalomtól független, és előírt tömegre ható súlyerő hasznosítható. A súlyerőt egy megfelelő tömegű és alakú testnek a membránra helyezésével kap2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
