FI89982C - Kapacitiv absoluttryckomvandlare - Google Patents

Description

8 9 9 8 2

Kapasitiivinen absoluuttipainemittari

Esillä oleva keksintö liittyy parannuksiin nestemäisen väliaineen paineiden kapasitanssipohjaisessa mit-5 tauksessa ja, eräänä erityispiirteenä, ainutkertaisiin, suorituskykyisiin absoluuttipainemuuttimiin, joissa hyvin erilaiset painealueet, kuten lähellä tyhjöä tai ilmakehän tasoilla tai lähellä niitä olevat paineet, karakterisoidaan edullisesti yhdellä, rakenteeltaan taloudellisella ja 10 yksinkertaisella kokoonpanolla, jossa pääkalvo toimii selvästi erotettavalla tavalla sekä liikkuvana kapasitanssi-elektrodina yhdellä näistä alueista ja välineenä vaihteluiden indusoimiseksi mekaanisesti lisäkapasitanssiryhmään toisella alueella.

15 On tullut tavanomaiseksi käytännöksi mitata ja suo rittaa paineen suhteellisia mittauksia, ja erityisesti hyvin alhaisilla painetasoilla, kapasitanssien muodossa, jotka on muodostettu kahden lähekkäin toisistaan erilleen sijoitetun elektrodin väliin, joista elektrodeista toisen 20 asemaa säädetään suhteessa toiseen niihin liittyvään kalvoon vaikuttavissa paineissa esiintyvien erojen mukaisesti. Niin kutsuttujen kapasitiivisten painemanometrien tapauksessa yksi paine, jota pidetään referenssinä, on oleellisesti kaasuton ja tavallisesti lähellä täydellistä 25 tyhjöä, koska sellainen on mahdollista ja käytännöllistä muodostaa ja säilyttää kalvon toisella puolella. Jos kuitenkin jonkin tällaisen laitteen odotetaan mittaavan ja käyttökelpoisesti karakterisoivan paineita, jotka ovat hyvin pieniä, sen rakennepiirteet, joihin sisältyy suh-30 teellinen pieni elektrodien välimatka, pyrkivät tekemään sen sopimattomaksi paljon suurempien paineiden, joita esiintyy ympäristön ilmakehätasoilla tai lähellä niitä, luotettaviin osoituksiin. Kuitenkin luotettava tieto tällaisista ympäristöpaineista on tavallisesti melko tärkeä 35 käyttäjälle, jonka mm. täytyy kyetä määrittämään, milloin 2 89 982 kerran tyhjennetyt herkät järjestelmät, joita tarkkaillaan tarkasti kun ne ovat matalissa paineissa, tuodaan takaisin ilmakehän tasoille tai lähelle niitä, missä järjestelmän avaamiseen ja "tyhjentämiseen" voidaan turvallisesti us-5 kaltautua. Juuri näistä syistä on lämpöparityyppisiä li-sämittalaitteita käytetty antamaan järjestelmäoperaatto-reille ainakin karkeata informaatiota lähellä ilmakehän painetta olevista paineista ja hyvin herkät kapasitanssi-manometrit ovat tulleet käyttöön kaksittain samalla tavoin 10 konstruoitujen manometrien kanssa, jotka on suunniteltu toimimaan suuremmilla ilmakehätason paineilla. Viimeksi mainittuihin keinoihin liittyy kustannuksia, kokoa ja monimutkaisuutta, jotka tietenkin olisi edullista välttää.

Esillä olevat opetukset antavat paineiden kapasi-15 tanssipohjäiset karakterisoinnit hyvin erilaisilla alueil la vain yhdellä yksinkertaisella muuntimellä. Tällaisen muuntimen ensisijaisessa fyysisessä muodossa tasomainen metallilevykalvo on sijoitettu oleellisesti tavanomaisena tiivistettynä asennuksena kaasusta tyhjennetyn vertailu-20 kammion ja aukon väliin, joka on yhteydessä mitattavien paineiden sijaintipaikan kanssa. Tämä kalvo itsessään toimii kondensaattorin elektrodina ja on tavanomaiseen tapaan siirrettävissä sijainniltaan suhteessa toiseen läheiseen, yhteistoiminnassa olevaan, suhteellisen paikallaan pysy-25 vään kondensaattorin elektrodiin, joka on sijoitettu kaasusta tyhjennettyyn vertailukammioon, mitatuissa paineissa tapahtuvien muutosten seurauksena. Tämä suhteellisen paikallaan pysyvä toinen kondensaattorielektrodi on kuitenkin tässä tapauksessa elementti, Jolla on ainutlaatuinen yh-30 distelmärakenne, jolloin sen eristävä tuki käsittää joustavan keraamisen kiekon, joka on periferisesti liitetty jäykkään keraamiseen runkoon, joka kannattaa vielä yhtä kondensaattorin elektrodia lyhyen välimatkan päässä kiekosta. Tämä yhdistelmärakenne, joka on edullisesti oleel-35 lisesti monoliittisen keraamisen kapselin, jossa on elek- 3 89982 trodit päällystettynä sen tietyille pinnoille, muodossa, sijaitsee täysin vertailukammion sisässä eikä sen joustava kiekko ole altistettu paine-eroille, jotka saattaisivat aiheuttaa sen taipumisen ja tällä tavoin muuttaa kapasi-5 tanssia sen elektrodien välissä; tällaisia kiekon taipumisia ja siitä seuraavia vaihteluita kapselin kapasitanssissa kuitenkin esiintyy, mutta hyvin eri tavalla seurauksena levyä vasten puristavan metallikalvon täysin mekaanisesta vaikutuksesta. Kun muutamat mitatun järjestelmän 10 paineet ovat hyvin matalalla alueella, kuten 0-10 torria, muuntimen kapasitanssi on pääasiallisesti kapasitanssi, joka muodostuu metallikalvon ja kiekkoelektrodin väliin, mutta kun järjestelmäpaine lähestyy paljon korkeampia il-makehätasoja, metallikalvo reagoi painumalla joustavaa 15 kiekkoa vasten ja pakottamalla sen pienentämään kapaseli-elektrodien välistä välimatkaa, niin että niiden muodostama kapasitanssi kasvaa. Yhdistetyt kapasitanssit voivat siten yhdessä muuntimessa selvästi erotettavalla tavalla karakterisoida mitattua painetta nollasta ympäristön pai-20 neeseen.

Tämän mukaisesti on tämän keksinnön yhtenä päämääränä edistää ainutkertaisia ja edullisia kapasitanssi-manometrimittauksia laajoilla mitattujen paineiden alueilla käyttäen yhtä, pientä monielektrodista kokoonpanoa, 25 jolla on yksinkertainen edullinen rakenne, jossa on kaksi erilaista vastetyyppiä paineille.

Lisäpäämääränä on aikaansaada uusi ja parannettu absoluuttipainemuunnin, joka yksinään kykenee karakterisoimaan sekä matalan herkän painealueen että hyvin paljon 30 korkeammat paineet ympäristön ilmakehän painetasoilla ja lähellä niitä.

Päämääränä on edelleen vähentää hyvin erilaisille alueille ulottuvien absoluuttipainemittauksen suorittamisen monimutkaisuutta ja vaikeutta kalvotyyppisen muun-35 timen avulla, joka ainutlaatuisesti toimii yhdessä elek- 8 9 9 3 2 4 trodikapselin kanssa kahdella tavalla, joista toisessa kalvo toimii täysin kondensaattorielektrodina, ja joista toisessa kalvo on voimaa käyttävä osa, joka mekaanisesti muuttaa toista kapasitanssia, joka esiintyy kapselin si-5 säilä.

Vaikka tämän keksinnön ne piirteet, joita pidetään uusina, on ilmaistu oheisissa patenttivaatimuksissa, sen ensisijaisiin käytännön toteutuksiin ja lisäpäämääriin ja piirteisiin liittyvät yksityiskohdat on helpoimmin käsi-10 tettävissä seuraavan yksityiskohtaisen selityksen avulla, kun se suoritetaan oheisten piirrosten yhteydessä, joissa kuvio 1 on sivukuva, joka havainnollistaa parannetun absoluuttiarvoisen kapasitanssimanometrin komponentteja "hajoitettuina" pitkin pitkittäistä keskiakselia, 15 jolloin tietyt osat on poikkileikattu rakenteen yksityiskohtien paljastamiseksi lisää; kuvio 2 esittää yksielektrodisen kannattimen aikaisemman muodon, joka tunnettiin aikaisemmissa painemuunti-missa, jonka kannattimen ulkopuolisiin mittasuhteisiin 20 voidaan edullisesti sovittaa monikalvoinen monielektro-dinen kapseliyksikkö parannetussa absoluuttiarvoisessa kapasitanssimanometrissä; kuvio 3 esittää graafisessa muodossa ja kahdessa mittakaavassa esillä olevien opetusten mukaisesti raken-25 netun parannetun manometrin kapasitanssi/paine-käyrät; kuvio 4A on sivukuva, osittain poikkileikattuna, parannetun manometrin keraamisen kapseliyksikön kahdesta kokoamattomasta osasta yhdessä metallikalvo-osuuden kanssa; 30 kuvio 4B antaa tasokuvan kuvion 4A kapseliyksikön jäykästä ylemmästä elektrodiosasta; kuvio 4C antaa pohjakuvan samasta ylemmästä elektrodiosasta; kuvio 5A on tasokuva kuvion 4A kapseliyksikön ohu-35 estä ja joustavasta kalvotyyppisestä levyelektrodiosasta; 9 9 9 8 2 5 ja kuvio 5B on pohjakuva kapseliyksikön samasta levy-elektrodiosasta.

Viitaten piirroksiin, joissa samat numerot ja mer-5 kit kuvaavat identtisiä tai vastaavia osia tai piirteitä useissa kuvissa, ja erityisesti piirrosten kuvioon 1, jossa on havainnollistettu useita komponentteja, jotka yhdesä muodostavat parannetun, kapasitanssityyppisen absoluutti-paineanturin tai -kennon 6, jossa yhden yksikön mittaus-10 alue ulottuu lähellä tyhjöä olevalta erityisen kiinnostavalta ja herkältä matalalta alueelta aina suhteellisen korkeisiin ilmakehän paineisiin saakka ne mukaanlukien. Yleiseltä muodoltaan ja kooltaan kokoonpanon ulkopuoli ja suuri osa sisäpuolesta on edullisesti oleellisen identti-15 nen sen kanssa, mitä löydetään tunnetusta aikaisemmasta kapasitanssimonometristä, joka palvelee vain yhtä rajoitettua aluetta, ja tämä pätee esimerkiksi sen yhteenlii-tettyihin (hitsattuihin tai muulla tavoin liitettyihin) metallisiin päärunko-osiin 7 ja 8, näiden runko-osien vä-20 Iissä pidettävään ja niillä tiivistettyyn ohueen, tasomaiseen metallilevykalvoon 9, tiivistettyyn sovitetteeseen tai putkeen 10, jonka kautta kalvon yksi puoli on neste-kytketty johonkin kokoomatilaan ja täten altistettu sijoituspaikan paineilla, jotka anturilla on karakterisoi-25 tava, sekä päällimmäisenä olevaan metallikanteen 11, joka on pysyvästi liitetty välissä olevaan runko-osaan 7 ja tiivistetty sen kanssa ja joka toimii asennusalustana tavanomaiselle tiivistetyllä kaasunpoistoputkelle 12, kaasu-jätteen poistomahdollisuuden 13 ja eristetyn sähköjohtimen 30 läpivientinastan 14, joka liittyy pienivoimaiseen, elektrodia koskettavaan jouseen 14A. Viimeksi mainittu jousi riippuu kannen sisäpuolesta (alapuolesta), mihin se on sijoitettu kytkeytymään kapasitanssin elektrodin kanssa ja olemaan kaasusta tyhjennetyn, tiivistetyn kammion si-35 säliä ylläpitämässä lähellä tyhjöä olevaa vertailupaine- 6 8^932 tilaa kalvon 9 yläpuolella. Juuri yllä selostettujen tyyppisten komponenttien muodostamaa kokoonpanoa on menestyksellisesti käytetty ja käytetään edelleen monoliittisen sisäelektrodirakenteen yhteydessä, kuten kuvion 2 rakenne, 5 jossa olakkeinen, kiekkomainen, keraaminen eriste-elementti 15 kannattaa pinnoitettua metallielektrodikerrosta 16 tasomaisella alapinnallaan vastakkain toisistaan erillään olevassa asemassa läheisen ympyrämäisen metallilevy-kalvon 9 (joka vastaa edellä mainittua kalvoa 9) tasomai-10 sen yläpinnan kanssa. Kalvo ja sen yläpuolella oleva pinnoitettu metallikerros muodostavat kondensaattorin elektrodit, jonka kondensaattorin muodostama kapasitanssi kaikkina aikoina muuttuu kalvon pohjaan vaikuttavan, mitatun paineen funktiona, samalla kun (lähellä tyhjöä oleva) 15 vertailupaine vaikuttaa sen vastakkaisella yläpinnalla; kun reunoistaan kiinnitetty tiivistetty kalvo taipuu ylöspäin suuria määriä seurauksena kasvaneista mitatuista paineista, sen välimatkat kiinteästä "elektrodilevystä" 16 pienenevät ja tällä tavoin aiheuttavat sen, että konden-20 saattori omaa suuremmat sähkökapasitanssiarvot, jotka perinteinen lisäelektroniikkapiiristö sitten muuntaa näytöiksi, jotka karakterisoivat näitä mitattuja paineita. Fyysiset välimatkat ovat tietenkin hyvin kriittisiä, yhtä paljon kuin niiden kontrolloimattomat muutokset aiheutta-25 vat virhettä, ja olakkeisen keramiikkaelementin 15 tarkka mitoitus ja asennus runko-osaan, sellaiseen kuten runko-osa 7, ovat tämän vuoksi vastaavasti kriittisiä. Tämän mukaisesti sekä elementin 15 olake 15A ja muut osat sekä siihen sopivat anturin rungon sisäolake 7A ja muut mitoi-30 tuksellisesti vastaavat osat on muodostettu tiukimmilla käytännöllisesti mahdollisilla toleransseilla. Ottaessaan hyödyn vakiintuneista hyvin tarkoista fyysisistä parametreistä, jotka jo esiintyvät tällaisen anturin rungon ja kaivorakenteen suunnittelussa, esillä olevien opetusten 35 tarjoamat parannukset ilmaistaan hyvin hyödyllisesti kap- 7 •'0 9 8 2 selimaisen yhdistelmäelektrodirakenteen 17 avulla, joka ulkopuolelta näyttää paljolti samanlaiselta kuin aikaisempi osa 15 ja jolla on samanlainen olake 17A ja joka on muutoin sopivasti niin identtinen tietyiltä mitoiltaan 5 voidakseen korvata sen erilaisia alueita kattavien muun-timien kokoonpanolinjalla.

Elektrodirakenne 17 ei ole selvästi erilainen ainoastaan yhdistelmärakenteensa osalta, vaan sen yhteistoiminta, mekaanisesti ja sähköisesti, tavallisen anturi-10 kalvon 9 kanssa on myös ainutlaatuista. Tarkemmin sanottuna yhdistelmäelektrodirakenne 17 muodostaa matalan, oleellisesti sylinterimäisen kapselin, jossa on erillinen sisäinen säädettävä kondensaattori, jonka kaksi toisistaan erillään olevaa, tasomaista kondensaattorielektrodia 18 15 ja 19A ovat ohuita metallikalvoja jäykän keraamisen kap-seliosan 17C syvennyksellä varustetulla pohjapinnalla 17B ja vastaavasti suhteellisen ohuen ja elastisesti muotoaan muuttavan keraamisen, kiekkomaisen kapseliosan 19 päällä (kuvio 4A). Näitä kahta kondensaattorielektrodia tukevat 20 kapseliosat altistuvat aina samalle, lähellä tyhjöä olevalle vertailupaineelle, koska tiivistetty kalvo 9 erottaa ne paineista, jotka esiintyvät mittauspaikoilla, ja koska paine sisäonkalon 20 sisällä, joka on muodostettu jäykän ylemmän kapseliosan 17C ja varmasti kiinnitetyn kiekko-25 maisen alemman kapseliosan 19 väliin, on sama kuin ver-tailupaine, mikä aina tasapainotetaan kapselireikien 17D ja 19B kautta. Tämän vuoksi, vaikka kapselin elastisella kiekolla 19 on ohut tasainen paineherkän kalvon muoto, se ei käyttäydy odotetulla tavalla, niin kauan kuin se ei koe 30 mitään paine-eroja; sitä vastoin se on osa, johon vaikuttaa mekaanisesti kohdistettu voima ja joka voidaan taivuttaa lähemmäksi elektrodia 13, kun läheinen elastinen kalvo 9 on sen alla olevien mitattavien paineiden riittävästi venyttämä koskettaakseen sitä ja liikuttaakseen sitä fyy-35 sisesti ylöspäin olevassa suunnassa, johon viitataan muun- j '93 2 8 timen pituussuuntaisena keskiakselina 21-21 (kuvio 1).

Kun paineet mittauspaikalla, jotka paineet esiintyvät myös sisääntulossa 10, muuttuvat äärimmäisen matalan, lähellä 0 torria olevan paineen ja jonkin korkeamman 5 arvon välillä, kuten noin 10 torria, erityisen kiinnostavalla alhaisella mittausalueella, kapasitanssi, joka esiintyy metallilevykalvon 9 ja kiekolla 19 olevan, läheisen metallisen pohjaelektrodifilmin 19C välillä, ja muun-timen ulostulokapasitanssi vaihtelee melko tasaisesti suu-10 rin piirtein siten kun on esitetty katkoviivakäyrällä 22 kuviossa 3 (pikofaradeina). Tämä ulostulokapasitanssi edustaa yhdistelmää (summaa), joka pääasiallisesti muodostuu kalvon 9 ja filmielektrodin 19C välisestä ensimmäisestä kapasitanssista, joka tällä alhaisella alueella pyr-15 kii olemaan suhteellisen suuri muuttuva arvo, ja kapselin filmielektrodien 19A ja 18 välisestä lisäkapasitanssista, joka tällä samalla alhaisella alueella pyrkii pysymään oleellisesti kiinteänä ja joka ei ole niin suuri, että se peittäisi ensimmäisen kapasitanssin vaihtelut. Kun erityi-20 sen kiinnostavan, alhaisen mittausalueen jokin suhteellisen alhainen yläraja saavutetaan, selostetun muuntimen sisäänrakennetut fyysiset parametrit varmistavat, että ympyränmuotoisen kalvon 9 päällimmäinen keskiosa koskettaa ensimmäisenä fyysisesti kapselirakenteen 17 pohjan keski-25 osaa ja tämän jälkeen taivuttaa sen kiekkoa 19 ylöspäin lähemmäksi kohti elektrodia 18, kun paineet yhä edelleen kasvavat. Lopulta kun saavutetaan ilmakehän paine, kalvo on painanut taipuisaa kiekkoa ylöspäin oleellisesti suurimman tarvittavan määrän, jolloin pienentyneestä tilasta, 30 joka tällöin esiintyy sen ylemmän elektrodifilmin 19A ja kiinteän elektrodin 18 välissä, on seurauksena suurin mahdollinen yhdistetty ulostulokapasitanssi, jonka muunnin näyttää. Kuviossa 3 käyrä 23 karakterisoi toisessa ja laajemmassa mittakaavassa muuntimen ulostulokapasitanssia, 35 joka nousee terävästi kiinnostavan alhaisen mittausalueen 9 39982 yli, kuten on esitetty käyräosuudella 23A, ja hitaammin ylemmän alueen yli, joka kasvaa ilmakehän paineeseen (noin 760 torria) ja sen läpi, kuten on esitetty käyräosuudella 23B. "Polvialue" 23C edustaa siirtymävaihetta, jossa me-5 tallilevykalvo 9 koskettaa kapselia 17 ja alkaa painaa sen pohjaa vasten.

Tällainen pohjan painaminen pyrkii olemaan hieman kriittistä, koska metallikalvon ja kapselin rajapintojen kosketukset ja toisistaan irtoamiset voivat sisältää ei-10 toivottua "hystereesiä" (ts. ne eivät ole aina tarkalleen samat samoilla paineenmuutoksilla); koskettavien kapseli-pintojen väistämätön karheus edesauttaa tätä ongelmaa, ja parannus saadaan aikaan, kun kosketuspinta-ala pidetään tarkoituksella pienenä sen sijaan että sen sallittaisiin 15 levitä suurimmalle osalle kapselin paljastetusta pohjapin-ta-alasta. Tämä pieni kosketuspinta-ala kehittää myös kiekolle 19 edullisen taipumisominaisuuden, ja sopiva tapa edistää näitä haluttuja vaikutuksia on muotoilla matala mutta joka tapauksessa ulkoneva "nappi" 19D kapselikiekon 20 pohjaan. Taipuisa eristävä kiekko 19 on edullisesti keraamista materiaalia, kuten alumiinioksidia, jolla on tunnettu käyttökelpoisuus aikaisemmissa kapasitanssimanometri-rakenteissa, ja sama pätee sen kanssa yhdessä toimivaan olakkeiseen, jäykkään kapseliosaan 17, jonka kanssa se on 25 ympäryskehältään täydellisesti yhdistetty. Materiaalit ja liitostekniikat, jotka liittyvät tällaisiin keraamisiin aineisiin, ovat alalla hyvin vakiintuneita, eikä niitä tämän vuoksi käsitellä laajemmin tässä; tämä sama pätee myös metallisten, filmivahvuisten elektrodien muodostami-30 seen, jotka esiintyvät niiden eri pinnoilla. Edellä mainittu litteä eristävä "nappi" tai ulkonema 19D voi käsittää erillisen ohuen ympyränmuotoisen keramiikka- tai lasi-osan, joka on liitetty kiekon 19 alapuolelle, tai kuten on havainnollistettu, se voi olla poltetun lasitepinnoit-35 teen 19F muodossa. Ympyränmuotoiset keskielektrodipinnoit- ‘"982 10 teet 19A ja 19C kiekolla 19 ovat edullisesti samankokoiset ja suhteellisen pienet verrattuna kiekon kokonaishalkaisi-jaan, kuten esimerkiksi noin 1/3, tai tyypillisesti halkaisijaltaan noin puoli tuumaa verrattuna todelliseen kie-5 kon halkaisijaan, joka on noin 1,5 tuumaa; "napin" 19D edullisesti tasainen lasitepinnoite 19E on juuri ja juuri alemman elektrodikalvon 19C päällä (kuvio 5B). Kiekon 19 läpi ulottuva pieni (tyypillisesti 1/16 tuumaa) keskireikä 19B mahdollistaa metallisten filmipinnoitteiden, jotka 10 muodostavat ylemmän elektrodin 19A ja alemman elektrodin 19C, liittämisen sähköisesti samanlaisella ja samanaikaisesti seostetulla metallifilmillä, joka ulottuu tämän reiän läpi. Monet parannetun muuntimen eduista voidaan realisoida, jos käytetään ainoastaan päällä olevaa elek-15 trodia, sellaista kuten 19A, koska alumiinioksidia olevalla keraamisella kiekolla 19 on hyvin suuri dielektrisyys-vakio (noin 9,5, kun tyhjöllä on kertoimena 1) ja se täten toimii kuin se olisi ainoastaan noin 1/10 todellisesta pienestä paksuudestaan, joka on vain noin 0,045 tuumaa. 20 Nykyisin kuitenkin näyttää olevan parempana käytäntönä pitää alempi elektrodi 19C paikallaan muodostamassa herkän alueen pääkapasitanssi metallikalvon 9 kanssa; lasite 19E tietenkin estää tämän kalvon sähköisen oikosulun elektrodin 19C kanssa, kun ne koskettavat ja kalvo painautuu poh-25 jaa vasten, samalla kun se pakottaa taipuisan kiekon ylöspäin suuripaineisten mittausolosuhteiden alaisena.

Metallilevykalvon 9 muodostama elektrodi on sähköisesti ja fyysisesti liitetty muuntimen metallikoteloon tai runko-osiin 7 ja 8, esimerkiksi ympäryskehältä hitsaamal-30 la, ja ne on myös saatettu omaamaan hyvä sähköinen kytkentä kapselin sisällä olevan ylemmän sisäpuolisen kapseli-elektrodin 18 kanssa päällystetyn metallisen renkaan 17E avulla (kuvio 4B), joka on jäykän keraamisen olakkeen 17A ylemmän kehäpinnan ympärillä. Tämä rengas on liitetty 35 elektrodiin 18 päällysteläpiviennillä 17F, joka kulkee

*' Λ Π ^ O

j .·' > o 2 11 kapselissa 17 olevan reiän 17D läpi, ja se löytää sähköisen kytkennän muuntimen runkoon, samoin kuin kalvoon 9, johtavien reittien kautta, kuten niiden kautta, jotka on muodostettu päällä olevan kiinteän erotinaluslaatan 24 ja 5 kimmoisan metallikudosaluslaatan 25 avulla, jotka molemmat on sijoitettu olakerenkaan 17E ja metallikannen 11 (kuvio 1) väliin, joka on hitsattu runko-osaan 7, kun muuntimen kokoonpano on lähes lopussa. Sekä kalvo 9 että liikkumat-tomasti sijoitettu elektrodi 18 muodostavat edellä maini-10 tut tärkeät säädettävät kapasitanssisuhteet yhteenliitet-tyjen kiekkoelektrodien 19C vastaavasti 19A kanssa, ja on tietenkin tarpeellista, että näiden yhteenliitettyjen elektrodien välillä on varma ja erillinen sähköinen kytkentä; sisäpuolinen johtava jousi 14A, joka liittyy ulko-15 puolelta käsiksi päästävään ulostulojohtimeen 14, muodostaa tällaisen kytkennän koskettamalla ja muodostamalla hyvän kontaktin päällystetyn johtavan säteittäiskaistaleen 19F kanssa (kuvio 5A), joka on yhtenäinen kiekkoelektrodin 19A (ja 19C) kanssa ja seostettu samanaikaisesti sen kans-20 sa. Tätä tarkoitusta varten kontaktijousen 14A täytyy tavoittaa kaistale 19F kapseliosan 17 läpi koskettamatta mitään metallipäällystettä, joka liittyy sen elektrodiin 18 ja kytkentärenkaaseen 17 ja päällysteläpivientiin 17F, ja se tekee tämän kulkemalla vapaasti suhteellisen suuren 25 vastaanottavan reiän 17D läpi ja puristamalla lujasti kaistaletta 19F vasten. Ylempi elektrodi 18, kapselin 17 sisäpuolella, on oleellisesti samanmuotoinen ja -kokoinen kuin sen kanssa yhdessä toimiva, samansuuntainen alempi, sisäinen kapselielektrodi 19A, ja normaali välimatka nii-30 den välillä, kun kiekkoelementti 19 on taivuttamaton, on tyypillisesti vain hyvin pieni, kuten esimerkiksi noin muutaman tuhannen suuruusluokkaa (esimerkiksi: 0,008 tuumaa). Tämä välimatka määräytyy pääasiallisesti kapselin ontelon 20 syvyydestä, filmielektrodien itsensä ollessa 35 erittäin ohuita. Jopa pienempi normaali välimatka taivut- 12 , I 'Λ Λ o r\ );·' o l tamattoman kalvon 9 ja sen yläpuolella olevan kapselielek-trodipinnan 19C välillä säilytetään sopivilla dimensioilla, jotka vaikuttavat vastakkainoleviin kapselin ulkopintoihin ja muuntimen rungon 7 sisäpuolisiin olakepintoihin, 5 avustettuna, kun se voi olla tarpeellista, aluslevymäisel-lä lisätiivistelevyllä 26 (kuvio 1).

Muissa rakenteissa päällystetyillä filmimäisillä elektrodeilla voi olla paksumpia ja/tai erityisellä tavalla erilaisia johtavia materiaalialueita, ja kapseli voi 10 sisältää metallilevykalvotyyppisen osan eikä keraamista kiekkoa. Taipuisaa johdinlankaa voidaan käyttää havainnoi-listettun kontaktijousen sijasta ja vastaanottoaukko sen läpikulkua varten kapselin sisätilaan voi olla erillään päällystetystä johdinläpiviennistä. Erilliset johtimet 15 voivat itsenäisesti tuoda ulos kaksi muuttuvaa kapasitanssia, milloin tämä on sopivaa. Juoksevaa väliainetta oleva täyte, sellainen kuten silikonitäyte, voi olla käytössä edistämässä kapselikiekon hyvää taivuttamista pääkalvon avulla. Lisäksi samoja rakenneperiaatteita ja -piirteitä 20 voidaan soveltaa muissakin kapasitiivisissa paineantureissa kuin absoluuttiarvotyyppiset paineanturit. Täten pitäisi ymmärtää, että tämän selityksen yhteydessä selostetut tietyt suoritusmuodot ja käytännöt on esitetty vain selostuksen muodossa eikä rajoituksena ja että alan ammat-25 timiehet voivat suorittaa erilaisia muutoksia, yhdistämisiä ja korvaamisia poikkeamatta sen paremmin hengeltään kuin suojapiiriltäänkään tästä keksinnöstä sen laajemmissa muodoissa ja sellaisena kuin se on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa .

Claims (16)

1. Kapasitiivinen painemuunninlaite käsittäen kalvon (9) nestemäiselle väliaineelle tiiviissä, erottavassa 5 asemassa alueisiin nähden, joilla esiintyy erilaiset nestemäisen väliaineen paineolosuhteet, kalvon (9) sisältäessä sen mukana liikkuvat, sähköä johtavat kondensaatto-rielektrodipinnat; tunnettu yhdistelmäkondensaat-torivälineestä (17), joka on sijoitettu yhteen alueista, 10 joka yhdistelmäväline (17) sisältää taipuisan osan (19), jossa on sähköä johtavat kondensaattorielektrodipinnat (19A, 19C), jotka liikkuvat tämän mukana pienen välimatkan päässä erillään kalvon (9) elektrodipinnoista ja jotka muodostavat ensimmäisen säädettävän kondensaattorin tä-15 män kanssa, ja suhteellisen jäykän osan (17C), joka kannattaa suhteellisen paikallaan pysyvät sähköä johtavat kondensaattorielektrodipinnat (18) välimatkan päässä taipuisan osan (19) elektrodipinnoista (19A, 19C) ja jotka muodostavat toisen säädettävän kondensaattorin tämän 20 kanssa; ja välineestä (7), jolla yhdistelmäkondensaatto-riväline on asennettuna suhteelliseen asemaan kalvoon (9) nähden, niin että kalvo voisi fyysisesti taivuttaa taipuisaa osaa (19) alueiden välisissä paineissa olevien erojen, jotka ovat ennalta määrätyn mittausalueen ulkopuolel-25 la, seurauksena ja niihin suhteellisissa määrissä, jolloin ensimmäinen säädettävä kondensaattori esittää kapasitanssit, jotka on suhteutettu ennalta määrätyn mittausalueen sisällä oleviin paineisiin, ja toinen säädettävä kondensaattori esittää kapasitanssit, jotka on suhteutettu mit-30 tausalueen ulkopuolella oleviin paine-eroihin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että kalvo (9) käsittää metallilevyosan, sen johtavien elektrodipintojen ollessa sen sillä puolella, joka on alttiina yhdelle alu- 35 eista, ja että laite sisältää välineet yhden alueista säilyttämiseksi matalassa vertailupaineessa ja välineet (10) mitattavien paineiden syöttämiseksi toiselle alueista. 14

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että matala vertailupaine on oleellisesti tyhjennetty kaasuista ja pidetään lähellä tyhjöä olevissa olosuhteissa, ja että 5 ennalta määrätty painealue ulottuu läheltä tyhjöä ylös suurimpaan kiinnostavaan matalaan mittauspaineeseen, ja että toinen säädettävä kondensaattori esittää mitattavissa olevat kapasitanssit, jotka on suhteutettu ilmakehän tasoilla oleviin paineisiin, jotka esiintyvät toisella 10 alueista.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että kalvo (9) käsittää metallilevyosan, sen johtavien elektrodipintojen ollessa sen sillä puolella, joka on alttiina yhdelle alu- 15 eista, ja eristevälineet, jotka sähköisesti erottavat kalvon johtavat elektrodipinnat taipuisan osan johtavista elektrodipinnoista, kun kalvo koskettaa ja fyysisesti taivuttaa taipuisaa osaa ennalta määrätyn alueen ulkopuolella olevissa paineissa olevien erojen seurauksena.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että yhdistel-mäkondensaattoriväline sisältää taipuisana osana (19) suhteellisen ohuen ja litteän taipuisan eristekiekon, jonka kondensaattorielektrodipinnat on muodostettu johtavalla 25 metallilla, jotka on ohuesti kerrostettu sen päälle, ja jäykkänä osana (17C) kovan, eristävää materiaalia olevan kappaleen, jonka kondensaattorielektrodipinnat (18) on muodostettu johtavalla metallilla, joka on ohuesti kerrostettu sen oleellisesti tasomaiselle pinnalle, joka on 30 suunnattu hyvin lähekkäin erillään olevaan, oleellisesti samansuuntaiseen asemaan kiekkoon nähden.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että yhdistel-mäkondensaattoriväline on onton kapselin muodossa, tai-35 puisan kiekon (19) ja kovan eristävän kappaleen (17C) oi- 15 ' ' ~ ά lessa yhdistetty ympärysreunoiltaan kiinteään asemaan, jossa niiden väliin rajoittuu sisäonkalo, kiekon ja eristävän kappaleen kondensaattorielektrodipintoj en (19A, 19C) ollessa toisiaan vastapäätä sisäonkalon poikki ja niiden 5 tällä tavoin muodostaessa toisen säädettävän kondensaattorin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että eristävä kiekko (19) ja eristävä kappale (17C) ovat keraamista ma- 10 teriaalia, että kondensaattorielektrodipinnat (19A, 19C) on päällystetty keraamiselle materiaalille, ja että se edelleen käsittää välineet (7, 8), jotka sähköisesti kytkevät kalvon (9) ja eristävän kappaleen (17C) kondensaattorielektrodipinnat toisiinsa, jolloin kokonaiskapasitans-15 si, joka esiintyy kiekon kondensaattorielektrodipintojen ja kalvon ja eristävän kappaleen yhteenkytkettyjen pintojen välillä, on pääasiallisesti ensimmäisen ja toisen säädettävän kondensaattorin kapasitanssien summa.

7. B 2

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kapasitiivinen 20 painemuunninlaite, tunnettu siitä, että kiekko (19) ja eristävä kappale (17C), joilla on ympyrämäiset ääriviivat ja ovat liitettyjä toisiinsa, antavat ontolle kapselille oleellisesti sylinterimäisen muodon, ja että kapselin kondensaattorielektrodipinnat ovat oleellisesti 25 ympyrämäiset ja keskellä kiekkoa ja eristävää kappaletta (17C), ympyrämäisten elektrodipintojen (19A, 19C) hal kaisijoiden ollessa oleellisesti samat, ja että eristävän kappaleen (17C) elektrodipintojen (18) ja taivuttamatto-man kiekon (19) välinen etäisyys on suurempi kuin taivut-30 tamattoman kiekon (19) ja taivuttamattoman kalvon (9) välinen etäisyys.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että kiekolla (19) ja eristävällä kappaleella (17C) on ympyrämäiset ää- 35 riviivat ja että ne on yhdistetty toisiinsa antamaan on- i6 9 3 2 tolle kapselille oleellisesti sylinterimäinen muoto, ja että kapselin kondensaattorielektrodipinnat ovat oleellisesti ympyrämäiset ja keskellä kiekkoa ja eristävää kappaletta, ja että kiekon (19) elektrodipinnat (19A, 19C) 5 sisältävät päällystetyt lisäpinnat kiekon sillä puolella, joka on kalvon vieressä, eristävien välineiden ollessa sijoitettu näiden päällystettyjen lisäpintojen ja kalvon (9) väliin.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kapasitiivinen 10 painemuunninlaite, tunnettu siitä, että ohuessa kiekossa (19) on sen läpi ulottuva aukko (19B), ja että sama materiaali, joka on päällystetty muodostamaan elektrodipinnat kiekon (19) molemmille puolille, on päällystetty aukon (19B) kautta sähköisesti yhteen kytkevään ase-15 maan kiekon (19) molemmilla puolilla olevien elektrodipin-tojen (19A, 19C) kanssa, ja että elektrodipinnoilla (19A, 19C) molemmilla puolilla kiekkoa (19) on oleellisesti sama halkaisija.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen kapasitiivinen 20 painemuunninlaite, tunnettu siitä, että eristävä kappale käsittää suhteellisen ohuen eristävän lasitteen (19E) elektrodipintojen päällä kiekon (19) sillä puolella, joka on kalvon (9) vieressä.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen kapasitiivinen 25 painemuunninlaite, tunnettu siitä, että elektrodipintojen (19A, 19C) halkaisija on noin 1/3 eristävän kiekon halkaisijasta, ja että kiekko ja eristävä kappale (19C) ovat alumiinioksidia, ja että lasite (19E) on lasia ja muodostaa litteän ohuen nappimaisen ulkoneman, jonka 30 halkaisija on hieman suurempi kuin elektrodipintojen (19A, 19C), kiekon (19) sille puolelle, joka on kalvon (9) vieressä.

13. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kapasitiivinen painemuunninlaite, tunnettu siitä, että elektro- 35 dipintaan (19A) kiekon (19) sillä puolella, joka on onka- 17 ; / S 2 loon päin, liittyy suhteellisen ohut säteittäinen johtava kaistale (19F), joka on yhtenäinen tämän kanssa, ja että eristävässä kappaleessa (17C) on ainakin yksi aukko (17D), joka ulottuu sen läpi onkaloon joka on linjassa kiekolla 5 (19) olevan säteittäisen kaistaleen (19F) kanssa, ja että laite edelleen sisältää taipuisan sähkökontaktin (14A), joka ulottuu säteittäisestä kaistaleesta ulos onkalosta eristävässä kappaleessa (17C) olevan aukon (17D) kautta.

13 ϋ 9 982

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen kapasitiivinen 10 painemuunninlaite, tunnettu johtavasta lisäsähkö- kontaktista, joka on päällystetty eristävän kappaleen ulkopuolelle ja ulottuu eristävässä kappaleessa (17C) olevan aukon (17D) kautta ja on sähköisesti yhdistetty eristävän kappaleen (17C) elektrodipintoihin (19A, 19C) onkalon si-15 säpuolella, taipuisan sähkökontaktin (14A) ulottuessa eristävässä kappaleessa olevan aukon läpi koskettamatta aukon läpi olevaa päällystettä (17F).

15. Menetelmä paineiden mittaamiseksi kapasitiivi-sesti laajalla mittausalueella, joka menetelmä käsittää 20 kalvon vastakkaisten puolien altistamisen paineille, jotka esiintyvät kalvon toisistaan tiiviisti erottamilla eri alueilla ja tämän vuoksi aiheuttavat kalvon suhteelliset taipumat, tunnettu siitä, että muodostetaan ensimmäinen säädettävä kapasitanssi kalvon mukana liikkuvien 25 ensimmäisten kondensaattorielektrodipintojen ja toisten yhdellä alueista taipuisan eristävän kappaleen kannattamien kondensaattorielektrodipintojen väliin, ja muodostetaan toinen säädettävä kapasitanssi näiden toisten kondensaat-torielektrodipintojen ja kolmansien kondensaattorielektro-30 dipintojen väliin, samalla kun kolmannet elektrodipinnat pidetään lujasti paikoillaan yhdellä alueista, jolloin vaiheeseen, jossa muodostetaan toinen säädettävä kapasitanssi, liittyy taipuisan eristävän kappaleen taivuttaminen fyysisesti kalvon taipumisten mukaisesti, kun kal-35 von taipumiset ylittävät ennalta määrätyn alueen. 18 ·" ' 0 ^

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä paineiden karakterisoimiseksi kapasitiivisesti, tunnet-t u siitä, että se käsittää oleellisesti kaasusta tyhjennetyn olosuhteen ylläpitämisen yhdessä alueista ja toisen 5 alueista altistamisen paineille, jotka on mitattava abso-luuttipaineen muodossa, ja että vaihe, jossa muodostetaan toinen säädettävä kapasitanssi, sisältää taipuisan osan elektrodipintojen fyysisen taivuttamisen sähköisen eristeen avulla, joka estää ensimmäisten ja toisten elektrodi-10 pintojen sähköisen kytkennän, ja että menetelmä edelleen käsittää ensimmäisen ja toisen säädettävän kapasitanssin summaavan yhdistämisen, niin että kapasitiivisesti karakterisoidaan toisella alueista olevia paineita absoluutti-paineen muodossa. 15 19 ;":'vC2