190799. lajstromszámú szabadalom • Kapacitív nyomásátalakító szigetelt érzékelő membránnal
1 190 799 2 részben, melybe a 60A és 60B szigetelőanyag be van töltve. Ez a szög határozza meg a 60A, 60B (vagy 60a, 60b a találmány első kiviteli alakjánál) szigetelőanyag effektiv mélységét, mely a kondenzátor 61A és 63A (vagy 61 és 63) rétegeire támaszkodik. 5 Bár közelítőleg 45° 0 szög előnyös az 1. és 2. ábrák szerinti megoldások esetén, azt találtuk, hogy 25°~70° közötti szögek megjavult stabilitást és így tökéletesebb működést eredményeztek olyan ismert konstrukciókkal szemben, melyek pl. össze nem nyomható kötést tartalmaznak a szigetelőanyag és a fém között. Az érzékelőház központi tengelyéhez viszonyított szög is megmérhető, mely tengely merőleges a 36A érzékelő membrán síkjára (vagy a 36-ra), amikor az nyugalomban van. 15 A jelen találmány egyik jelentős előnye, hogy megjavul a statikus nyomás hatása az átalakító nyomás határára. A korábbi megoldásoknál a statikus nyomás hatása a nyomáshatár hibájára, megállapításunk szerint közelítőleg egy százalék (1%) 20 változás a kimeneti értékben a műszer nyomáshatárai között, mely a statikus nyomás 7000 kPa (1000 psi) mértékű változása következtében mint kitérés keletkezik. Ezen ismert átalakítókban, az érzékelőház külsejére ható nyomás, melyet az a nyomás 25 okoz, amit a szigetelő diafragmáícra gyakorolt hatás révén érzékelünk, valamint az érzékelőkamra belsejéből származó nyomás, melyet az a nyomás hoz létre, amit az összenyomhatatlan folyadékon érzékelünk, az érzékelőház külső deformációjában 30 mutatkozott meg ismert módon, mint a Poisson tényező. Tovább menően, az ilyen kapacitív átalakítók ismert gyártási módszereiben az a szigetelő anyag, amelyre a vezető anyagot leválasztották az egyes 35 változtatható kondenzátorok második lemezének kialakításához viszonylag vékony volt, összehasonlítva a találmány szerinti érzékelőház központi üregében lévő szigetelőanyag vastagságával. Amikor a szigetelőanyag vékony, vagy amikor a szigetelő- 40 anyag és a fém közötti érintkezési felület eléggé párhuzamos a diafragma nyugvó tengelyével (merőleges a diafragma síkjára), akkor a szigetelőanyag - fém közötti 65a, 65b, 65A, 65B érintkező felületek (kötések) nyíró erő hatásának vannak ki- 45 téve, amely azt okozhatja, hogy a kötés legyengül vagy eltörik. Amikor nyomást adunk olyan érzékelőre, melynek kötése el van törve, akkor ez a nyomás azt eredményezi, hogy a szigetelőanyag elmozdul a diafragmától. A szigetelőanyag elmozdulása 50 nemkívánatos változást okoz a kapacitásban, amely így már nem mutatja az érzékelt nyomást, s ez az eltérés hozzáadódik a statikus hálózati nyomás által okozott hibaeffektushoz. Amikor az érzékelő a jelen találmányi felismeréssel összhangban 55 kerül kialakításra, akkor a 65a, 65b, 65A, 65B érintkező felületek (kötések) lényegében össze vannak szorítva és következésképp sokkal kevésbé hajlamosak ilyen törésekre. A szigetelőket eltávolítva áz érzékelőház oldalától, a kondenzátor lemez táv- gg köze a 36 érzékelő membrán mindkét oldalán megnövekszik abban az esetben, ha megnövekszik a statikus hálózati 18, 20 nyomás, annak eredményeként, hogy az érzékelő részek csekély mértékben kifelé elmozdulnak az érzékelő membránhoz viszo- 65 nyitva. Ez a statikus hálózati nyomásnövekedés azt eredményezi, hogy a 32 és 34 részek kismértékben megvetemednek a megfelelő semleges tengelyeik körül (a 2. és 5. ábrán X-X-szel jelölve), minthogy a házrészek arra törekszenek, hogy egymás mellett összehúzzák a diafragmát (ahogy azt a 70A nyilak mutatják a 2. és 5B ábrákon). (A szigetelőanyagot az 5A, vagy 5B ábrákon részletesen nem mutatjuk be, minthogy ezek az ábrák csak szemléltetőek és az 1., valamint a 2. ábrák szerinti kiviteli alakokra vonatkoznak.) Az ilyen vetemedést legjobban talán az 5A ábrára hivatkozással magyarázhatjuk meg, amely a 32 és 34 részeket nyugalmi helyzetben mutatja be, továbbá az 5B ábra alapján, mely a túlzott vetemedési állapotot mutatja be (magyarázatként), mely állapotot a növekedő statikus hálózati nyomás idézett elő. Amikor a statikus hálózati nyomás megnövekedett, az 5A ábra szerinti kapacitív térköz (d) a 36 érzékelő membrán és a kondenzátor lemezeket képező 61 és 63 rétegek között megnövekszik d'-re (mint az 5B ábra mutatja). Egy ilyen térköz-változás nem jelképezi, illetve nem mutatja meg az alkalmazott nyomáskülönbséget. Jelen találmánnyal összhangban, az ilyen vetemedés által okozott kapacitásváltozás lényegében kompenzálva van a diafragma melletti összehúzódás által a diafragmában okozott sugárirányú feszültségcsökkenés révén. A sugárirányú feszültség vagy előfeszítés, melyet beleviszünk a diafragmába az összeszerelés során a megfelelő anyagok és méretek alkalmazásával, a diafragma rugalmas merevségét eredményezi, mely csökken, amikor a statikus nyomás növekszik. A diafragma anyaga előnyösen jó rugalmassági tulajdonságokkal rendelkező nagyszilárdságú acél. A kompenzációból adódó előny jelentkezik minden statikus hálózati nyomás mellett, de legteljesebben a 3500 kPa (500 psi) nyomásértékek felett valósul meg. Az alábbi egyenletek megmagyarázzák azt a statikus hálózati nyomáskompenzációt, melyet a jelen találmány egy előnyös kiviteli alakja eredményez. Ezen kiviteli alak rendelkezik egy C, első kondenzátorral és egy C2 második kondenzátorral, az alábbi ismertetés szerint: ^ CH-CL ° = CH-CL ’ mC y aranyos ahol: O = kimenő jel a nyomáskülönbség kapacitás cellából CH = a C, vagy C2 közül a nagyobbik kapacitás CL = a C, vagy C2 közül a kisebbik kapacitás Xp = a diafragma elhajlása a nyomáskülönbség hatására X0 = kapacitás térköz záró (O) statikus hálózati nyomás esetén X'0 = kapacitás térköz megnövekedett statikus hálózati nyomás esetén 50 = diafragma-megnyúlás az összeépítéskor (kiindulási előfeszítés) 8'0 = a diafragma megnyúlás megnövelt statikus hálózati nyomás mellett Egyszerűsítve : Xr 1 8„_-val 4
