190041. lajstromszámú szabadalom • Nagy elmozdulások mérésére alkalmas - előírt kimeneti statikus karakterisztikával rendelkező - nyitott mágneses körű fémmagos induktív mérőjelátalakító
190 041 A találmány tárgya nagy elmozdulások mérésére alkalmas — előírt kimeneti statikus karakterisztikával rendelkező - nyitott mágneses körű fémmagos induktiv mérőjelátalakító, amely primér, vagy szekunder átalakítóként analóg, vagy digitális mérőműszerhez, regisztráló készülékhez csatlakoztatható. A találmány alkalmazási területe elmozdulással arányos fizikai mennyiségek — erő, nyomaték, nyomás, térfogatáram, tömegáram, szint — villamos jellé való alakítása; a villamos jel (általában feszültség) nagysága arányos a mérendő fizikai mennyiséggel, így a szóbanforgó fizikai mennyiség mérése, regisztrálása villamos jel mérésére, regisztrálására vezethető vissza. Ha a találmány szerinti mérőjelátalakítót rotaméterhez kapcsoljuk, vizuális leolvasás helyett analóg, vagy digitális kijelzést tesz lehetővé. A szakember a nagy elmozdulások mérésére alkalmas — nyitott mágneses körű-induktív mérőjelátalakítók számtalan fajtáját ismeri. A különféle változatok két alapcsoportba sorolhatók: — egyszerű átalakítók, — különbségi átalakítók. Mindkét alaptípus viszonylag nagy elmozdulások (1-30 cm) mérésére alkalmas, kis elmozdulások mérésére azonban viszonylag kis érzékenységük miatt nem használhatók. Az egyszerű átalakítók statikus karakterisztikája erősen nemlineáris, a különbségi átalakítók lineáris tartománya jelentősen megnő. A tekercs egy-egy többiétegű szolenoid, könnyen elkészíthető, az elmozduló vasmag alakja (átmérője, hossza, stb.) alapvetően meghatározza a kimeneti függvény jellegét. A szóbanforgó szekunder mérőjelátalakítók tulajdonképpen fém mag elmozdulását érzékelik, s kimeneti jelük általában induktivitás változás. Az induktivitás változás kiegyenlítetlen mérőhíddal, vagy differenciál-transzformátoros kapcsolásban alakítható át feszültség-, vagy áramváltozássá. Mivel azonban a mérendő mennyiség (erő, nyomaték, szintváltozás, nyomás, térfogatáram) általában az elsődleges mérőjelátalakítótól függően az elmozdulás nemlineáris függvénye, az induktivitás változás is az elmozdulás nemlineáris függvénye lesz. Ez sok problémát okoz, hiszen az érzékenység a mérési tartományban erősen változhat, a nonlinearitás számos járulékos hiba forrása lehet. Ha előírt statikus karakterisztikával rendelkező másodlagos mérőjelátalakítót használunk, a mérendő mennyiséget az elmozdulás lineáris függvényévé lehetne tenni. Az említett alaptípusok ezt nem teszik lehetővé. Ismeretes olyan különbségi átalakító (Fischer-Porter Co. Hatboro; Instruments, 19, 1946; 331-334. old.) amely rotaméter felett, vagy alatt elhelyezhető tekercsrendszer. A tekercsrendszer belsejében lévő fémmagot tengely' köti össze a rotaméter úszójával, így ezzel együtt mozog. A fémmag elmozdulásával arányos jel hatására egy másik tekercs belsejében lévő fémmagot egy szervomotor addig mozdít el, míg a különbségi jel nulla lesz. A szervomotor elfordulását mutató jelzi, melynek kitérése így arányos lesz a térfogatárammal. 3 A módszer bonyolult, költséges, nagyobb statikus nyomás esetén komoly tömítési problémákat kell megoldani a kivezetett mozgó (forgó) rotaméter úszó tengelyének megfelelő tömítésekor; a tömítés az úszó mozgását is zavarja, így a mérési pontosság is romlik. Komoly hátrány az is, hogy villamos jelet csak további mérőjelátalakítással lehet produkálni. Gyakori megoldás az, hogy rotaméter úszóba állandó mágnes magot építenek be (Magnetic Rotameters: Rotameter Manufacturing Co. LTD, CROYDON, Anglia; Publikáció szám: 2006), amely külső mágnesfejet forgat el így mutatón közvetlenül leolvasható az úszó helyzete, azaz a térfogatáram. Egyszerű, megbízható megoldás, de villamos jelet csak további mérőjelátalakítással lehet produkálni, így távadó-szabályozó rendszerbe nem építhető be. Erősen nyújtott úszót is elteijedten alkalmaznak rotamétereknél (VEB CHEMISCHE WERKE Buna, Zmsr Heft 11, 1960, 471—473. oldal), ilyenkor a rotaméter csőre helyezett differenciáltranszformátorral alakítják át az úszó elmozdulását feszültségváltozásssá. Az erősen nyújtott úszó megvezetése (az úszó hossztengelyén átmenő furat van, ezen függőleges helyzetű fém tengely megy át úgy, hogy az úszó függőlegesen felfelé és lefelé mozoghat és a tengely körül foroghat) speciális megoldást kíván, ami drágítja a rotamétert s járulékos hibát is okoz. Elterjedt megoldás a differenciáltranszformátoros mérő.elátalakító rotamétereknél és szintmérőknél (KROHNE, Duisburg; Durchflussmessgeräte nachdem Schwebekörperprinzip mit magnetischer Messwertübertragung). Ismeretes kiegyenlítetlen mérőhídas megoldás is (KROHNE, Duisburg; Standard Durchflussmessgeräte mit Schwebekörper und Gehäusearmatur) rotamétereknéï, az értékelő tekercs itt is túlnyúlik a rotaméter csövön, ami komoly tömítési problémákat vet fel. A fenti megoldások alapvető hibája az, hogy speciális rotamétert igényelnek (megvezetés, rotaméter csövön túlnyúló vastag, különleges úszóalak, komoly tömítés), telrát drágák s nem alkalmazhatók a már meglévő, de mérőjelátalakító egységgel még nem rendelkező rotaméterekre, szintjelzőkre, stb. Kívánatos lenne olyan megoldást kidolgozni, amely egyszerű, megbízható, pontos, a meglevő mérőkészülékekhez is alkalmazható s tetszőleges statikus karakterisztikával rendelkezik. Jelen találmányhoz az a felismerés vezetett, hogy az induktív mérőjelátalakító speciális tekercse előírt módon változó menetszám sűrűségű tekercs (menetszám sűrűségen a tekercs tengelyirányú hosszegységére jutó menetszámot értjük), a fémmag pedig a primer mérőjelátalakító azon eleme, amely a mérendő fizikai mennyiség nagyságával arányosan mozdul el. Rotaméter esetén példáil a mérőtekercs elhelyezhető magán a rotaméter csövön, a rotaméter úszója pedig felhasználható fém magként. A találmány alkalmazható minden olyan mérőjelátalakítónál, melynél a mérendő mennyiség változás elmozdulás változássá alakítható át. A találmány szerinti induktív mérőjelátalakító rotaméterhez kapcsolt vázlatát az 1. ábrán tüntettük fel. 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
