198336. lajstromszámú szabadalom • Készülék nagypontosságú nyomás és hőmérséklet mérésére, elsősorban termálkutakban
1 2 A találmány tárgya készülék nagypontosságú nyomás és hőmérséklet mérésre, elsősorban termálkutakban, amelynek a mérendő közeg szintjére jellemző, illetve azzal arányosan változó nyomást villamos jellé feldolgozó, áramgenerátorosán táplált nyomásérzékelő szondája valamint hőmérsékletérézékelője van, amelyek többeres mérőkábelen át erősítő és jelfeldolgozó egységhez vannak csatlakoztatva, és ahol a nyomásérzékelő szonda olyan piezoelektromos nyomásérzékelő, amely a szonda házában tömítetten betöltött nyomásközvetítő folyadékon keresztül van a mérendő közeggel társítva, vagy pedig olyan optomechanikus nyomásérzékelő, amely közvetlenül a szonda házába rögzített rugalmas membránon keresztül érintkezik a mérendő közeggel. A javasolt készülék előnyösen felhasználható minden olyan esetben, ahol lényeges, hogy a mérendő közeg nyomásértékel és hőmérséklete lehetőleg azonos helyen, egyidejűleg kerüljön meghatározásra és helyszűke miatt erre a célra a hagyományos külön-külön tokozott érzékelők nem alkalmasak. A gyakorlatból ismert olyan készülék, amely önmagában, kis méretekkel alkalmas nyomás és hőmérséklet egyidejű meghatározására. Ilyen készüléket ismertet az US4 028 943 lajstromszámú szabadalmi leírás, amely magas, 100 °C feletti hőmérsékletek mérésére alkalmazható egyidejűleg fennálló nagy nyomásértékek esetén. Ennek a készüléknek a felhasználási területe elsősorban a gépjárműmotorok egyes' folyamatainak detektálása, és a mérés helyére becsavarozható szonda ellenálláshőmérőt valamint vékony, rugalmas deformációra alkalmas palástú csőszakaszra feltekercselt nyúlásmérő bélyeget tartalmaz érzékelőként. Az adott célra kifejlesztett készülék termálkutak nyomás és hőmérséklet mérésére már az eltérő méréstartományok miatt sem alkalmazható. Az US-3 624 714 lajstromszámú szabadalmi leírás olyan miniatűr nyomásérzékelőt Ismertet, amelynek házában mérőhídba bekötött piezoelektromos lapka szolgál nyomásérzékelőként, amely a nyomásmérő szonda házát lezárandó rugalmas homloklap belső oldalára van erősítve. A megoldás hiányossága, hogy a készülék az adott közeg hőmérsékletétől függetlenül, így viszonylag nagy hibával képes csak a mindenkori nyomás meghatározására, és az olyan esetekben, amikor nem kimondottan egy-egy nyomásérték, hanem nyomásként jelentkező folyadékoszlop magasság meghatározása a cél, nem kielégítő pontosságú. Ugyancsak piezoelektromos nyomáserzékelővel ellátott átalakítót ismertet az US-4 085 620 lajstromszámú szabadalmi leírás, amely bonyolult szerkezeti felépítésével igyekszik kiküszöbölni azt a veszélyt, hogy a nyomás alatt álló mérendő közeg az átalakító belsejébe behatolva agresszív jellege következtében tönkretegye vagy megkárosítsa az átalakító békéjét, így a megváltozott mechanikai viszonyok következtében a piezoelektromos lapka a valóságos értéktől eltérő értéket érzékeljen és jelezzen. További óvintézkedésként a piezoelektromos nyomásérzékeíő a szonda házába tömítetten betöltött nyomásközvetítő folyadékon keresztül érintkezik a mérendő közeggel. Mivel a leírás kizárólag a nyomásérzékelő mechanikai felépítésével foglalkozik, nem ad arra kitanítást, hogy különböző hőmérsékletű közegekben történő mérés esetén a hőmérsékletkülönbségek vagy változások okozta hibát milyen módon lehet csökkenteni vagy kiküszöbölni. Az ismertetett készülékek további közös hiányossága, hogy a nyomás mérése során nem veszik figyelembe a mindenkori légköri nyomást, ami további pontatlanságot eredményez. A találmánnyal célunk az ismert készülékek felsorolt hiányosságainak kiküszöbölése és olyan, szűk béléscsövű termálutakban is alkalmazható készülék kialakítása, amely g mindenkori légköri nyomás és az adott közeg hőmérsékletének figyelembevételével nagypontosságú folyadékszint és folyadékhőmérséklet meghatározást tesz lehetővé. Felismertük, hogy a kitűzött cél megvalósítható oly módon, hogy a készülékben amúgy is közösen elhelyezkedő nyomásérzékelőt és hőmérsékletérzékelőt olyan villamos kapcsolatba kell hozni egymással, hogy a hőmérsékletérzékelő kimenőjelével a nyomásérzékelő kimenőjelének nemkívánt változásait kompenzálhassuk. Mivel a légköri nyomás változásával a légkörrel érintkező folyadék felületére ható nyomás is változik, amely nyomásváltozás különösen kis mértékhatárú nyomásmérésnél 5—10%-os relatív mérési hibát is eredményez, a készüléket tájékoztatni kell a légköri nyomás változtatásairól is. A kitűzött feladatot elsősorban termálkutak nagypontosságú nyomás és hőmérséklet mérésére alkalmai készülékkel oldottuk meg, amelynek a mérendő közeg szintjére jellemző, illetve azzal arányosan változó nyomást villamos jellé feldolgozó, áramgenerátorosán táplált nyomásérzékelője valamint hőmérsékletérzékelője van, amelyek többeres mérőkábelen át vannak az erősítő és jelfeldolgozó egységhez csatlakoztatva, és az adott esetben mérőhíd kapcsolású nyomásérzékelő szonda jelfeldolgozó egysége és a hőmérsékletérzékelő jelfeldolgozó egysége közvetlen villamos kapcsolatban áll egymással, és a nyomásérzékelő olyan piezoelektromos nyomásérzékelő, amely a szonda házába tömítetten betöltött nyomásközvetítő folyadékon keresztül érintkezik a mérendő közeggel, vagy pedig optomechanikus nyomásérzékelő, amely közvetlenül, a szonda házába rögzített rugalmas membránon át áll a mérendő közeggel kapcsolatban. Továbbfejlesztésünk értelmében a készülék mérőkábele légköri nyomást a nyomásmérő szondához közvetítő légcsövet tartalmaz, továbbá a nyomásérzékelőt tápláló áramgenerátor olyan vezérelt áramgenerátor, amely alapáramot beállító fokozatot, integrálófokozatot és teljesítmény fokozatot tartalmaz, ahol az alapáramot beállító fokozat ellenállás feszültségosztóra csatlakozó követő erősítőből áll, amelynelc kimenete az integráló fokozat további ellenállás feszültségosztóra kapcsolódó neminvertáló bemenetére van rákötve, míg az integráló fokozat invertáló bemeneté a hőmérsékletérzékelő jelfeldolgozó egységének kimenetére van rácsatlakoztatva, és az integrálófokozat kimenete vezérlőköri ellenálláson át a teljesítményfokozatként beiktatott teljesítménytranzisztor bázisára kapcsolódik, amelynek kollektora terhelőellenálláson át tápfeszültségre, emittere pedig a nyomásérzékelőt tartalmazó mérőhíd betáplálást pontjára csatlakozik. A javasolt készülék legfőbb előnye abban mutatkozik meg, hogy a hagyományos nyomásérzékelő hőkompenzáción felül még a termállcutaknál tapasztalt nagymérvű vízhő fokváltozás és vizszintingadozás pontos mérési igényének megfelelően a víznőmérséklet-198.336 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
