183866. lajstromszámú szabadalom • Eljárás elektromechanikai érzékelők hőmérsékleti kompenzációjára
1 183 866 2 Találmányunk tárgya eljárás elektromechanikus érzékelők, főként erőmérők hőmérsékleti kompenzációjára. Az elektromechanikus érzékelők, így főként az erő , nyomás-, nyomaték-, rezgés-, gyorsulás- stb. mérőcellák fontos tulajdonsága az, hogy a primer mennyiséget a specifikációban megadott hőmérséklethatárok között minél kisebb hőmérsékleti hibával mérjék. Az érzékelőknek i nyúlásmérőbélyeges, induktív, kapacitív stb. mérési el/ következtében már eredendően hőmérsékletfüggési hibájuk van. Ennek kompenzációjára különféle villamos kapcsolások ismeretesek. A jó hőkompenzáció előfeltétele az, hogy az érzékelő teljes tömegében felvegye azokat a hőmérsékleteket, melyen a kompenzációt be kell állítani. A nyúlásmérőbélyeges celláknál hőkompenzáció nélkül a nullhelyzet és érzékenység hibája ± 0,3 %/10 °C nagyságrendű. Ez gondos hőkompenzációval ± 0,025 %l 110 °C-ra csökkenthető. Egy ílymódon hőkompenzál cella kereskedelmi ára a kompenzálatlan celláénál: 3—5szőröse is lehet. A pontos hőkompenzáció igénye különösen a legújabban kifejlesztett mérlegcelláknál merült fel. A nemzetközi előírások szerint egy mérlegcella összhibája, beleértve a linearitás-, hiszterézis-, repprodukálóképesség- ér hőmérsékleti hibát, pl. egy 2000 osztású mérlegnél nem lehet nagyobb 0,035 %-nál. Példaként egy erőmérőcella hőmérsékletfüggését ismertetjük. A szokásos hőkompenzált tartomány —20 . .. + 50 °C. Az 1. ábra a cella karakterisztikáját, azaz az F terhelő - erő függvényében az U^j kimenőfeszültséget mutatja kü lönböző hőmérsékleteken. A 2. ábra a terhelőerő függvényében a hibagörbét mu tatja, ahol ah relatív hiba dífiníciószerűen mért érték — pontos érték h = -------------------------------pontos érték Tapasztalat szerint a hőmérsékletfüggés hibája a lineari tás- és hiszterézishibánál általában sokkal nagyobb, ezért a 2. ábra arányai megfelelnek a tényleges viszonyoknak. Az erőmérő- és mérlegcellák hőkompenzációját eddig a 3. ábra szerint végezték. Az 1 precíziós terhelőgépbe egy 2 klímakamrát építettek be, ebbe tették a kompén zálandó 3 cellát. A kompenzálandó 3 cellára a 4 súlyok kai állandó terhelést helyeztek (közvetlenül, vagy az 5 karáttétel segítségével), felfűtötték +50 °C hőn.Jrsék letre és ezen tartották kb. 8 órán át, amíg a 3 cella teljes hőegyensúlyba került. Ekkor megmérték az 50 °C-ho? tartozó kimenőjelet. Ezután a 3 cellát a 6 ultratermosz táttal és 2 klímakamrával lehűtötték —20 °C-ra és kb 8 órai hőntartás után megmérték a —20 °C-hoz tartozó kimenőjelet. Közben +20 °C-nál megállva, meghatároz ták a szobahőmérséklethez tartozó kimenőjelet. Ebből a három értékből kiszámítható a 3 cella mérő áramkörébe illesztendő hőkompenzáló ellenállás értéke. Ezt beépítve, a hőkompenzáció helyességét ellenőrizni kellett +50, +20 és —20 °C hőmérsékleteken a fenti módszerrel. Gyakran előfordul, hogy egy lépésben a kívánt hőkompenzáció nem valósítható meg, a mérési eredmények alapján a hőkompenzáció ellenállást módosítani kell és a méréseket különböző hőmérsékleteken meg kell ismételni. A problémát nehezíti az, hogy egy adott pontossági specifikáción belül minden egyes 3 cellát mérni és kompenzálni kell. Az eljárásban egyértelműen a precíziós terhelőgép képezi a szűk keresztmetszetet, mert a gép értéke méréshatártól függően 1 és 30 millió Ft között van és egy-egy 3 cella hőkompenzációja több napra leköt egy terhelőgépet. Ez a gyakorlatban elterjedt módszer oda vezetett, hogy terhelőgép kapacitáshiány miatt csak kisebb értékű végterméket lehetett előállítani. Felismertük azt, hogy olyan eljárást kell kidolgozni, melynek során a mérőcellák felfűtési és lehűtési ideje, valamint a hőegyensúly beállási ideje nem veszi igénybe a terhelőgép kapacitását, de kellő pontosságú mérést biztosít. Ezt a célkitűzést úgy valósítjuk meg, hogy több érzékelőt egyenként klímadobozokba helyezünk, ezeket egy-egy termosztátszekrénybe tesszük, a termosztátszekrényeket külön-külön megfelelő hőmérsékletre hevítjük, ill. hűtjük az érzékelők kompenzációjához szükségesen és amint egy beállított hőmérsékletet a termosztátszekrénnyel elértünk és azt a klímadobozok is átvették, az adott hőmérsékleten megmérjük, majd valamennyinek megmérése után egy termosztátszekrénybe tesszük, azt a hőkompenzációhoz szükséges következő hőmérsékletre állítjuk be és ílymódon valamennyi szükséges hőmérsékleten a megfelelő darabszámú érzékelőt megmérjük, majd a mérési adatok alapján a hőkompenzációt elvégezzük. A klímadoboz egy példaként kialakítását a 4. ábra szemlélteti. A 7 mérőteret a 8 nagy hőkapacitású, jó hővezető képességű hőtároló anyag veszi körül, amely kialakítja a 7 mérőtéren belül a homogén hőeloszlást. A környezet felé a hőleadást a 9 szigetelés csökkenti. A klímadobozt a 10 burkolat veszi körül. A dobozon az erőbevezetés céljára all nyílást képeztük ki. A 9 szigetelés és a hőtároló kapacitás megfelelő megválasztásával tetszőleges természetes hűlési sebesség valósítható meg, így a mérés időtartamára gyakorlati szempontból konstans cellahőmérséklet biztosítható. A találmányunk szerinti eljárás és berendezés segítségével minden egyes kompenzálandó 3 cellát egy klímadobozba teszünk, és a dobozokat egy fűtött, vagy hűtött termosztát szekrénybe helyezzük el az 5. ábra szerint. A 12 termosztát szekrény 13 kezelőszervein beállítjuk a kívánt hőmérsékletet, majd a 14 klímadobozokat pl. az ábra szerinti elrendezésben a 12 termosztát szekrénybe tesszük. Itt a 3 cellák a 14 klímadobozokban kb. 1 nap alatt felveszik a —20 °C, +20 °C illetve a +50 °C hőmérsékletet. A 14 klímadobozt csak a mérés idejére, néhány percre kell a terhelőgépbe helyezni, így a mérés a nagyértékű gépet alig foglalja le. Ellenőrző vizsgálataink szerint a mérés ideje alatt a 14 klímadobozban lévő 3 cella hőmérséklete 0,1 °C-nál kisebb mértékben változik, tehát tökéletesen megfelel. Egy 3 cella teljes hőkompenzációja a korábbi, kb. 40 óra terhelőgép-igény helyett összesen kb. 1 gépórára csökken. A legnagyobb műszaki és gazdasági előny abban jelentkezik, hogy' a 3 cellák sorozatgyártásánál az egyedi hőkompenzáció újabb nagyberuházások nélkül találmányunk alkalmazásával megoldhatóvá válik, ezáltal a gyártási darabszám, a végtermék értéke, minősége és megbízhatósága növekszik. A 14 klímadobozok előállítási ára elhanyagolhatóan csekély, így ezekből a gyártási volumentől függően akár párszáz darab is ciklikusan alkalmazható. A fentiekben ismertetett kompenzációs eljáráson kívül általában az érzékelők nullhelyzetét is hőkompenzál-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
