(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの質量（３３，３６）の間に予備負荷をして取付けられた圧力測定要素（３５，６２）を有する、ガス状または液状媒体における動的プロセスを測定するための、加速度補償された圧力トランスデューサにおいて、前記測定要素（３５，６２）を含む前記二つの質量（３３，３６）が、ハウジング（３１，５１）に、その取付端におけるフランジ（４２）を介してのみ取り付けられ、そして、前記二つの質量［３６（ｍ１），３３（ｍ２）］のそれぞれが、調節されたこわさ（ｃ１，ｃ２）を有する接続要素（４０，３７；７７）を介して別々にフランジ（４２）に結合されて、無関係の機械的影響からしゃ断されている予め組合された内側部分（４５）を組み付け、最後に、予め組合わされた内側部分（４５）の質量（ｍ１，ｍ２）および／またはこわさ（ｃ１，ｃ２）が、加速度または振動の影響がせいぜい最小の見せ掛けの信号しか生じないように材料を除去または付加することによって適合せしめられることを特徴とする加速度補償された圧力トランスデューサ。
【請求項２】
フランジ（４２）は機械の壁（３９）に取付けられるとき同時にシールフランジとしても作用することを特徴とする請求項１に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項３】
フランジ（４２）が外側のハウジング（３１，５４）のねじ付き部分（４８）の前方に、溶接によって取付けられたことを特徴とする請求項１または２に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項４】
接続要素（４０，３７；７７）の一方（４０）が閉鎖した管または鳥かご状に配置されたスラットよりなり、他方の要素（３７；７７）が所定の低いこわさ（ｃ１）を有するダイヤフラムであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項５】
ダイヤフラム（７７）および質量（３６）が一片からなり、そしてこの片がフランジ（４２）内に前方で溶接によって取付けられたことを特徴とする請求項４に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項６】
圧力測定要素が予備負荷して取付けられた圧電磁器または圧電単結晶の結晶アレー（３５）であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項７】
８００℃までの範囲において使用可能な環状（３５）または板状（６２）の結晶アレーを含むことを特徴とする請求項６に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項８】
圧力測定要素が圧電抵抗、容量性または光学的な原理で作動することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項９】
内側部分（４５）が横断方向安定ダイヤフラム（７６）を介して外側部分（５１）にさらに結合されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された圧力トランスデューサ。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載された加速度補償の圧力トランスデューサにおいて、フランジ（４２）におけるシェーカ上に内側部分（４５）を保持しかつ測定の結果に従って材料を取り除くかまたは増強することにより決定パラメータｍ１，ｍ２，ｃ１またはｃ２の少なくとも一つを変更することを特徴とする圧力トランスデューサの加速度補償の粗または微調節方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１に定義された種類の加速度補償された圧力トランスデューサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
とくにエンジンおよびタービン装置において、ガス状または液状媒体における動的圧力現象を測定するため、かかる機械の振動するハウジング壁に、測定される圧力信号に干渉するこれらの加速度力なしに取付け得る、圧力トランスデューサが必要である。通常圧電圧力トランスデューサがかかる測定に対して、とくに２００℃以上の温度範囲における高度に動的なプロセスまたは測定が含まれる場合に、使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
或る用途においては、圧力トランスデューサを弾性的に支持されたアダプタによって取付けるだけで十分である。一層高い温度範囲においては、これは大抵不可能で、圧電加速度要素が長年、加速度力を別に検出するため圧力トランスデューサに一体化されてきた。このことは、大抵一つまたはそれ以上の結晶板の形式の付加的圧電要素が圧力信号結晶アレーに対抗接続されなければならないため、多額の技術的経費を必要とした。そこで最大値の少なくとも１／３だけ有用な圧力信号が低下し、多くの場合数ミリバールの振幅を測定しなければならないために、一層大きな欠点になる。さらに、周知の対抗手段によって得られる加速度補償は、ソケットまたは金属ケーブル接続により、すなわちもし付加的質量が圧力トランスデューサハウジングに連結されるならば、きわめて大きい影響をうけることが示された。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は公知の種類の圧力トランスデューサを技術的に簡単化することおよび種々の接続方法の影響を排除することである。この目的は請求項１に記載された特徴によって達成された。圧力トランスデューサを内側測定部分およびハウジング外側部分に分け、二部分をダイヤフラムフランジ部分によってのみ一緒に結合することにより、下記に図４に基づいて説明するように、そのハウジングの大きさにかかわらず振動しかつ加速度および振動を補償する、自由な振動測定装置が得られる。
以下、典型的な実施例および図面に基づいて本発明を説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１および２は、過去２０年の間に数千個作られかつ依然として実装されているような圧電圧力トランスデューサを示す。図１はより簡単な種類の加速度補償された圧電圧力トランスデューサの断面を示し、トランスデューサのハウジング１を備えている。補償結晶アレー２は、圧電板の形で示されている。補償質量３は電極の形をしていてかつ接触ばね４を包囲している。測定結晶５は、公知の市販のパターンに対応した３枚の圧電板の形をしている。
【０００６】
ダイヤフラム付き底部質量６は質量ｍ1 であり、一方符号３は質量ｍ2 である。これら二つの質量は、最善の加速度補償が得られるような大きさにされている。ダイヤフラム７は圧力トランスデューサハウジング１をそのねじ８によって質量６に結合している。通常ハウジング１はシールリング１０によって機械の壁９にシールされている。ソケットねじ１１はケーブルコネクタを有し、符号１２はコネクタ用の接触スリーブである。
【０００７】
図２は、中でもタービンに使用されるような、一層複雑な形式の圧電トランスデューサを示す。補償質量２３はダイヤフラム付き底部質量２６にねじ２８によって結合され、底部質量２６はダイヤフラム２７を介してハウジング２１に結合されている。測定結晶アレー２５は数枚の圧電板よりなり、その信号は金属電極によって側方から取出される。対抗接続補償結晶アレー２２は二枚の圧電板として示され、それらの間にコネクタに信号を伝達する電極を備えている。カバー２９の開放後、補償質量２３を最終的組立て状態に適合させることができ、図１のトランスデューサ以上に有利なものである。
【０００８】
図３は、付加的結晶アレーが接続されない、動的補償装置を備えた、本発明による圧力トランスデューサを略示している。外側ハウジング部分３１は内側部分４５を囲み、内側部分４５は載置された補償質量３３、測定結晶アレー３５およびダイヤフラム１７を介してフランジ４２に結合されたダイヤフラム付き底部質量３６よりなっている。個々のスラットによっても置換し得る内壁スリーブ４０は、フランジ４２と同様に補償質量３３にも結合している。これは閉鎖ユニットを形成し、その中に囲まれた結晶アレー３５が機械的に負荷されている。内側部分４５は、加速度感度の粗または精密補償の後ハウジング外側部分３１内に挿入され、溶接部４１によりフランジ４２を介して外側部分３１に結合される。それゆえダイヤフラム部分３７は、ハウジング外側部分３１にまた組付けねじ３８を介して設置点において機械の壁３９に強固に結合される。内側部分４５に適合した測定装置は、ハウジングの壁３１のどこにも接触しないため、自由に振動することができる。ここで測定結晶アレー３５は横断カットの結晶要素よりなり、その中央部において接触ばね３４が信号をコネクタに弾性的に伝達する。図６に示されたように、縦断カットの結晶要素または磁器圧電板よりなる結晶アレーも同様に使用可能である。
【０００９】
ダイヤフラム３７および内側壁スリーブ４０は、質量３６（ｍ1 ）および３３（ｍ2 ）およびフランジ４２間のこわさが限定されたばね要素として作用する接続要素である。それらのこわさ（剛性）ｃ1 およびｃ2 は、もし必要ならば、下記に記載するように、質量ｍ1 およびｍ2 の適合に関連して加速度および振動力を補償するため、材料を除去することによって適合させることができる。しかしながら、ダイヤフラム３７のいかなる変形も比較的困難であり、かつダイヤフラム３７が最小のこわさも持たねばならないため、こわさに適合するため材料を内側壁スリーブ４０から除去することが望ましい。
【００１０】
図４は、本発明による新規な動的補償測定部分の基本的概念を示している。内側部分は、フランジ４２が固定されるところに垂下していて、そこに測定装置が図示のようにシェーカ上に固定されている。加速度ｂが下方からフランジ４２に作用するとき、フランジ４２が単位時間当たりある距離だけ上昇する。それらの慣性および要素３７および４０の“ばね作用”のために、質量３６および３３は、それぞれフランジ４２およびそれに結合されたハウジング外側部分３１に対してそれぞれ下向き微小変位Δ１１およびΔ１２を生ずる。そこで、もしｍ１，ｍ２，ｃ１，ｃ２の値が本発明に従って適合せしめられるならば、Δｌ１＝Δｌ２（図４）となり、ついで結晶アレーが負荷されないために、加速度ｂは結晶アレーにいかなる測定信号も発生しない。一方、ダイヤフラム付き底部質量３６およびダイヤフラム３７上の媒体圧力ｐは上向き変位を誘起するが、しかしながらそれは実際には内壁スリーブ４０を通って伝達されないでフランジ４２に蓄積される。載置された補償質量３３が運動しないことにより、測定信号が結晶アレー３５の圧縮から生ずる。
【００１１】
ダイアフラム３７およびスリーブ４９のこわさｃ１，ｃ２および質量３３，３６のいずれか一方または双方を適当に適合させることにより、選択された周波数範囲に亘って、加速度補償が追加の別の結晶アレーなしで得られる。選択される周波数範囲は、それが圧力トランスデューサ３１の測定範囲の大部分をカバーするように適当に選択される。これによって構造をいちじるしく簡単にすることが可能となり、経済的な進歩が得られる。しかしながら、とくにコネクタおよびハウジングに対する無関係な力による影響は最小にされる。
【００１２】
ダイヤフラム３７のこわさを最小にする理由は、載置された補償質量３３の大きさが、図４に示されたように、質量３６（ｍ1 ）とこわさｃ1 およびｃ2 に対してある関係になければならないという、制限をうけることであることをさらに認識すべきである。また内側壁スリーブ４０のこわさｃ2 は、測定されるべき質量３３上に負荷される媒体圧力の伝達をできるだけ抑制するため、図４に示された関係に鑑みて、できるだけ大きくすべきである、このようにして、本発明による圧力トランスデューサの感度は、最善のものとされる。
【００１３】
図５は、本発明による変形実施例を備えた別の圧力トランスデューサを示している。コネクタの代わりに、溶接フランジ５３を介して圧力トランスデューサ５１に一体化された金属ケーブル５２が設けられている。図３の前方シールの代わりに、六角形部分の下にシール１０が設けられ、それに中実のねじ付き部分４８が続いている。フランジ４２を備えた内側部分４５は、溶接部４４によってねじ付き部分４８の前方に結合されている。この構造は低圧用に適している。
【００１４】
図６は別の内側部分４５を示している。スペースを節約するため、追加の質量６０は、材料がたとえばタングステンベースの重金属のように溶接可能でない場合、たとえばねじ６１によって補償質量３３の上に載置される。横断結晶アレー３５の代わりに、セラミックまたは単結晶板よりなる、板結晶アレー６２が示されている。したがって、信号は最上端の板から取出される。
【００１５】
図７は本発明による別の実施例を示す。ダイヤフラム７７は前方溶接部７８によってフランジ４２に結合されている。高い横方向加速度が支持される装置において、補償質量３３の横方向変形は、溶接部７４によって分離部７５に保持された、図の右側に示された横断方向控えダイヤフラム７６によって困難にされている。
【００１６】
図８は受け入れ試験に先立つ微調節の方法を示す。このため圧力トランスデューサは、補償インジケータ８６への導線と接続され、またねじ付きスリーブ８２によってシェーカの保持スリーブ８３においてそのハウジング外側部分８１に取付けられている。材料は、フライスまたは研磨工具８５によって、ダイヤフラム付き底部質量３６の微補償凹所８４から、補償インジケータ８６がスイッチオンされたシェーカに対して最善の値を示すまで、段階的に除去される。このようにして、一連のすべての圧力トランスデューサは特殊な補償値まで調節可能である。
【００１７】
本発明は、それゆえ、実質的な構造の簡単化、および補償の度合いが、自励振動を生ずるかも知れない長さの異なったケーブルのような、圧力トランスデューサハウジングに影響する外乱に対して完全に無関係であることによって、いちじるしい改善を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】二つの結晶アレーが対抗接続された従来技術の圧電圧力トランスデューサの略断面図。
【図２】同様に二つの結晶アレーが対抗接続されかつ機械加工し得る質量ｍ2 を備えた従来技術の圧電圧力トランスデューサの図。
【図３】本発明による圧電圧力トランスデューサの略断面図。
【図４】本発明による圧電圧力トランスデューサ（図３）の内部を通る略断面図。
【図５】金属ケーブルが接続されかつフランジが溶接された、本発明による圧電圧力トランスデューサを通る略断面図。
【図６】重い金属質量が螺着された圧力トランスデューサ内側部分の断面図。
【図７】別のダイヤフラムが溶接されかつ内側部分が横方向控えを備えた、本発明による圧電圧力トランスデューサの図。
【図８】微補償を直接表示する、シェーカ上に取付けられた、本発明による圧電圧力トランスデューサの図。
【符号の説明】
１  圧力トランスデューサハウジング
２  補償結晶アレー
３  補償質量ｍ2 
４  接触ばね
５  測定結晶アレー
６  ダイヤフラム付き底部質量ｍ1 
７  ダイヤフラム
８  組付けねじ
９  機械の壁
１０  シール
１１  コネクタねじ
１２  接触スリーブ
２１  圧力トランスデューサハウジング
２２  補償結晶アレー
２３  補償質量ｍ2 
２５  測定結晶アレー
２６  ダイヤフラム付き底部質量ｍ1 
２７  ダイヤフラム
２８  ねじ
２９  カバー
３１  圧力トランスデューサの外側部分
３３  載置された補償質量ｍ2 
３４  接触ばね
３５  測定結晶アレー（横断型）
３６  ダイヤフラム付き底部質量ｍ1 
３７  ダイヤフラム（こわさｃ1 ）
３８  組付けねじ
３９  機械の壁
４０  内壁スリーブ（こわさｃ2 ）
４１  半径方向溶接部
４２  内側および外側部分を結合するフランジ
４４  前方溶接部
４３  シールリング
４５  圧力トランスデューサ内側部分
４６  除去質量ｍ2 
４７  こわさを変更するための内壁スリーブ除去点Ｃ2 
４８  ねじ付き部分
５１  圧力トランスデューサハウジングの外側部分
５２  金属ケーブル
５３  溶接フランジ
６０  追加質量
６１  ねじ込みねじ
６２  測定結晶アレー、縦方向板
７４  溶接部
７５  カバー
７６  横断方向控えダイヤフラム
７７  ダイヤフラム
７８  前方溶接部
７９  ダイヤフラムホルダ
８１  圧力トランスデューサハウジングの外側部分
８２  ねじ付きスリーブ
８３  シェーカの保持スリーブ
８４  ダイヤフラム付き底部微補償右折
８５  フライスまたは研磨工具
８６  補償インジケータ
ｂ  加速度ベクトル
ｐ  媒体の圧力
Δｌ1   微小変位
Δｌ2   微小変位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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