190799. lajstromszámú szabadalom • Kapacitív nyomásátalakító szigetelt érzékelő membránnal
1 190 799 2 O arányos — ---val Xo ’ 0o Amikor az átalakító a jelen találmány szerint van kialakítva, akkor abban az esetben, ha a statikus hálózati nyomás növekszik, az X0 kapacitás-térköz megnő X'Q-re és a diafragma megnyúlása (50) lecsökken 5'0-re. Az X0 ■ § szorzatot lényegében egyenlőnek tartva X'D ■ 5'0 szorzattal, ennélfogva alapjában véve egyenlőnek tartva egy állandóval, a diafragma-elhajlás (Xp) reagál az arra ráadott nyomáskülönbségre és ennélfogva a kimenet (O) független a statikus hálózati nyomástól. Egy átalakítót, melyet az 1. és 2. ábrák szerinti kiviteli alakkal összhangban készítettünk, de amelynél nincs 25° és 70° közötti 0 szög, hanem hengeres, fém-szigetelőanyag érintkezőfelületkötése van; azaz a kötési érintkezési felület először általában merőleges (0 = 90°) a 36 érzékelő membránra, azután ' általában párhuzamos (0 = 0°) a 36 érzékelő membránra, amint azt általánosságban ismertettük az US 3 618 390 számú szabadalmi leírásban, tényleges terhelési feltételek mellett teszteltünk, A találmánynak ez az első alakja nem foglalta magában most ismertetett kompressziós kötést, hanem inkább a technika korábbi állásához tartozó nyíró-kötést. A tökéletesített kötés hasznos, mert mint kifejtettük, kiküszöböli a kötési törést. Az elemzésből és értékelésből az a véleményünk alakult ki, hogy ilyen törés nem fordult elő, ezért a kötés természete nem volt hatással a vizsgálati eredményekre. A vizsgált megoldásban alkalmaztuk a találmány más jellemzőit, így a 16a, 16b szigetelőház elkülönítését a 14 érzékelőháztól és a 14 érzékelőház vetemedésének kompenzálását a 36 érzékelő membrán megfelelő előfeszítésével. A 36 érzékelő membrán vastagsága 0,05 mm (1,8 mii) volt, átmérője pedig közelítőleg 28,5 mm (1,12 hüvelyk) és közelítőleg 700 MPa (105 000 psi) előfeszítést alkalmaztunk (bár 350-1400 MPa) (50 000-200 000 psi) nagyságú előfeszítés elfogadható. A 60a, 60b, 60A, 60B szigetelőanyag üveg volt; és a 14 érzékelőház átmérője közelítőleg 32 mm (1,25 hüvelyk). A kapacitás-térköz (X0) a középpontban közelítőleg 0,2 mm (0,0075 hüvelyk) volt. A 16a, 16b szigetelőházak rozsdamentes acélból készültek és közelítőleg 76 mm (3 hüvelyk) átmérőjüek voltak és az 53, 55 kamrákhoz a 28, 30 átvezetőcsövekkel voltak csatlakoztatva, melyek 1,6 mm (1/16 hüvelyk) külső átmérőjű rozsdamentes acélcsőből készültek. Ezen teszt eredményeit mutatjuk be a 3. ábrán. Ahogy látható, valamennyi vizsgálati pont eltérés, mely a zéró (0) Pa túlnyomástól 14 MPa-ig (0 psi-től 2000 psi-ig) terjedő statikus hálózati nyomáshoz tartozik, kevesebb 0,02%-nál a 0-61 kPa (0-240 hüvelyk vízoszlop) nyomáskülönbség-tartományban. A 3. ábra görbéinek nagyon csekély mechanikai hiszterézise van. Az ilyen mechanikai hiszterézis nem szokatlan és nem csupán a nyomáskülönbség, valamint a statikus hálózati nyomás által okozott pillanatnyi feszültségértéktől függ, hanem ezen feszültség előtörténetétől is. Még egy további fejlesztést is elértünk a jelen találmánnyal, mivel az átalakító zéró stabilitása, amely az ismert átalakítókban változik mind a hőmérséklettel, mind a statikus nyomással, itt megjavult, mert a szigetelőházak nincsenek közvetlen fizikai érintkezésben az érzékelőházzal. Csupán a 28 és 30 átvezetőcsövek vannak közvetlen érintkezésben a 14 érzékelőházzal és ezek a csövek utánengednek, ilymódon kiegyenlítik a hőmérséklet által a szigetelőkön kialakuló terheléseket vagy változásokat anélkül, hogy feszültséget hoznának létre a 14 érzékelőházon. Vizsgálatot folytattunk le arra vonatkozóan is, hogy bizonyítsuk a kompenzálásán hőmérsékleteffektust a jelen találmány fent ismertetett kiviteli alakjánál a kapacitív jelkimenet stabilitására vonatkozóan; ezeket az eredményeket mutatjuk be a 4. ábrán. A „kompenzálatlan” effektus az elektromosjel bármilyen kompenzálása előtt meglévő hiba. Az elektromos jel kompenzálását rendszerint arra használják, hogy tovább csökkentsék a hibákat, bár nagymértékben előnyös, ha olyan szerkezetről gondoskodunk, amely alacsony kompenzálatlan hibával rendelkezik. A 4. ábra minden egyes görbéje különálló kalibrációhoz tartozik. Több ilyen kalibrálást végeztünk el, melyek közül hetet mutatunk be a 4. ábrán; éspedig egyet 38 °C-on (100 °F), ismét egyet 38 °C-on (100 °F), azután 93 °C-on (200 °F), majd ismét 38 °C-on (100 T), azután -17,8°C-on (0°F), majd újból 38 °C-on (100 °F), ismét egyet 93 °C-on (200 °F) és végül 38°C on (100 CF). A görbék azt mutatják, hogy a találmány szerinti kiviteli alak kiváló stabilitást és nagyon alacsony termikus hiszterézist mutatott, minthogy a kapacitás-eltérés a 38 °C-on (100 °F) végzett három kalibráció esetén kevesebb volt ±0,18%-nál. A termikus hiszterézis egy olyan specifikus hőmérsékleten végzett kalibrációs eredmények különbségére vonatkozik, amikor erre a kalibrációs hőmérsékletre magasabb, illetve alacsonyabb hőmérsékletről jutottunk el. Különböző anyagokból készített és különböző méretű számos kiviteli alakot vizsgáltunk meg jó eredménnyel. Jelen találmány további előnye, hogy mivel a szigetelő diafragmák többé már nem integráns részei a 14 érzékelőháznak, a szigetelő diafragmák mérete megnövelhető az érzékelőházhoz viszonyítva. Ez a méretnövekedés bizonyos esetekben azért fontos, hogy csökkentsük a hőmérséklet és más tényezők hatását a teljes átalakító működésére. Tovább menően, a 14 érzékelőház előnyösen elektromosan el van szigetelve a 12 átalakító háztól, ami az átalakító áramkör egyszerűsítését eredményezi, amikor elektromos szigetelés szükséges, mely eset gyakran fennáll az ipari nyomásméréseknek Bár a találmányt változtatható kapacitás érzékelő alkalmazásával ismertettük, a szakmában járatosak számára megérthető, hogy egy változtatható impedancia, azaz változtatható impedanciájú változó reaktanciával rendelkező érintkező is használható az itt ismertetett találmány esetében. Összefoglalva, a számos felsorolt előny, valamint olyanok, amelyek nyilvánvalóak a szakmában járatosak előtt, megvalósíthatók a jelen találmány alkalmazásával. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
