Verfahren zum Messen von Druckschwankungen eines in einer Leitung eingeschlossenen Mediums, insbesondere des Kraftstoffes in der Einspritzleitung von Brennkraftmaschinen
Das vorliegende Patent bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Druckschwankungen von in Leitungen eingeschlossenen Medien, insbesondere des Kraftstoffes in den Einspritzleitungen von Brennkraftmaschinen, sowie auf eine Messeinrichtung zur Durch führung des erfindungsgemä#en Verfahrens.
Letzteres besteht darin, da# man das Medium auf den mitschwingenden Teil eines Mess- gebers wirken lässt, der eine Trägerfrequenz moduliert, die nach Verstärkung und Demo dulation angezeigt wird.
Bei der hierzu vorgesehenen Einrichtung ist mit dem beweglichen Geberteil ein auf einer Seite von dem zu untersuchenden Medium bespülter elastischer Wandabschnitt fest verbunden. Als beweglicher Geberteil dient z. B. ein stabformiger Kern, der mindestens zum Teil aus einem magnet. isierbaren Werkstoff besteht und der in eine im Mess- zweig einer Me#brücke des mit der Trägerfrequenzmodulation arbeitenden Gerätes angeordnete Induktionsspule eintaueht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt, an Hand deren ein Ausführungs- beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens behandelt wird. Es zeigen :
Fig. 1 ein Schema, der gesamten meus- anordnung,
Fig. 2 einen Messgeber für die Anordnung nach Fig. 1 im Längsschnitt,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2,
Fig. 4 das Schaltschema eines phasenrieli- tigen Demodulators,
Fig. 5 ein Spannungsdiagramm über die Wirku. ng des Demodulators nach Fig. 4.
In Fig. 1 ist mit 10 eine Flüssigkeits- leitung, z. B. die Einspritzdruckleitung einer Einspritzbrennkraftmaschine, bezeichnet, durch welche die Flüssigkeit mit hohem Druck gefördert wird. Die Leitung führt durci einen R-aum 11, welcher mögliehst klein gehalten und im Zuge der Leitung 10 derart angeordnet ist, dass er keine störenden Schwingungen oder Reflexionsstellen in der Leitung verursacht und die zu untersuchenden Leitungen nieht wesentlich vergrössert. Der Raum 10 ist seitlich durch einen elastischen Wandabschnitt, z. B. durch eine möglichst kleine Membran 12, begrenzt.
An der Membrane 12 ist ein Kern 13 a. us einem magnetisierbaren Werkstoff befestigt, der axialbeweglich in eine Doppelspule Si, S2 eintaucht. Die Doppelspule S1, S2, an deren Stelle auch eine einfache Spule ode : r veränderliche Kapazitäten verwendet werden können, bildet einen Teil einer Brückenschal- tung mit den Widerständen W1 und W2, die ebenfalls durch Induktivitäten oder Kapazi täten ersetzt werden können. Von den Wider ständen W1 oder W2 ist mindestens einer re gelbar, so da# ein Abgleich nach Betrag und
Phase moglieh ist.
Zwischen je einer Spul e und einem Widerstand ist die Brücke an n einen Generator G angeschlossen, der die Brüeke mit Wechselstrom (Trägerfrequenz) versorgt. Die andern Eckpunkte. der Brücke sind durch die Leitungen 14 und 15 unter
Zwischenschaltung eines Verstärkers V mit einem phasenrichtigen Demodulator D verbunden, an den seinerseits ein Anzeigegerät Z, z. B. ein die Amplitude anzeigendes In strument oder ein Oszillograph, angeschlossen ist. Die Briieke ist vorzugsweise so abgegli- chen, dass in der Ruhelage der Membrane 12 die die Diagonalverbindung der Brüeke darstellenden Leitungen 14, 15 stromlos s sind.
Wird jedoch die Induktivität in einer der Spulen S1 und S2 geändert, so flie# ein ent sprechender, durch die Schwingungen des s
Tauchkernes 13 modulierter Wechselstrom dureh die Leitungen 14 und 15, der über den Verstärker V auf den Demodulator D übertragen wird, in welchem der Strom phasen riehtig gleichgeriehtet und hierauf dem An- zeigegerät Z zugeleitet wird.
Was den oben erwähnten phasenrichtigen Demodulator betrifft, wird auf die Fig.4 und 5 hingewiesen. In Fig. 4 bezeichnet. 1 je einen Gleichrichter und 2 einen mit diesem hintereinander geschalteten Widerstand. Die aus Gleichrichter und Widerstand bestehen- den Einheiten sind dureh eine Leitung 3 ring- förmig hintereinander geschaltet und bilden somit ebenfalls eine sogenannte e Brücke. An dieser liegt die hohe Trägerfrequenzspannung f2. Diese Spannung bewirkt eine Arbeitsweise der Gleichrichter ähnlieh, derjenigen eines Schalters.
Es wirken die Gleichrichter beim Auftreten einer positiven Spannnug le. tend und beim Auftreten einer negativen Span- nung sperrend. Die Transformatoren 6 und 7 sorgen dafür, dass der bei jedem Gleichrichter vorhandene Strom nicht durch die Schleife des Oszillographen fliesst.
Die Fig. 5 eranschaulicht die Barbez weise des Modulators nach Fig. 4. Im untern Teil der Figer ist der Spannungsverlauf der Trägerfrequenz dargestellt. Die Messbrücke des Trägerfrequenzgerätes (W1, W2, S1, S2 nach Fig. 1) liefert beispielsweise eine Spannung f1 nur dann, wenn diese Messbrücke auf Null abgeglichen und die Spannung des Gebers durch einen niederfrequenten Vorgang moduliert worden ist.
Dureh die oben ge- schilderte Sperr-und Freigabewirkung des Modulators ergibt es sich, da# der Modula- tor nur immer dann dureh die Schleife Z Strom schickt, wenn die vie] grössere Span- nung/2 jeweils an einem der Gleichrichter posit. iv ist. Betraehtet man z. B. den linken Brückenteil der Fig. 4 für sieh getrennt, dann erhält man einen Spannungsverlauf, wie ihn die Fig. 5 zeigt. Es wird in diesem Fall der Kurvenzug 4 gleichgerichtet und nicht wie bei einer gewöhnliehen Alodulation der Kurvenzug 4, 5.
Für die vollständige Brücke erhält man den gleiehen Vorgang noch einmal, aber gegenüber der Aufzeichnung nach Fig. 5 um 180 phasenverschoben.
Man hat also eine Arbeitsweise mit einer Vollweggleiehrichtung. Die Halbweggleich- richtung entspricht dann der halben Brücke.
In Fig. 2 ist der Druekgeber mit den Teilen 10 bis 13 und den Spulen S'i und. S's in einer konstruktiven Ausführung dargestellt. Der Druckgeber besteht aus einem ! ; e- häuseunterteil 16, in welchen ein Gehäuseoberteil 17 eingeschraubt ist. Letzterer ist als starkwandige Hülse ausgebildet und mit der ebenfalls verhältnismä#ig starkwandigen Membrane 12 aus einem Stück hergestellt. Mit der Membrane ist der Tauchkern durch An- löten verbunden.
Dieser Kern besteht in seinem mittleren Teil 13 aus Messing oder eitlem andern, nichtmagnetisierbaren Material, wäh- rend die Endteile 13"und 13"'aus einem magnetisierbaren Material, x. B. aus Eisen. sind. Gegebenenfalls kann auch eine um- gekehrte Anordnung getroffen werden, die jedoeh eine geringere Empfindlichkeit vernittelt.
Die Spulen Sl und S2 sind in einem zweiteiligen Einsatzteil 18, 19 angeordnet, welcher in den Gehäuseoberteil 17 einge- schraubt und durch eine Mutter 20 und tuber- wurfmutter 21 gesichert ist. Dureh die Cber wurfmutter 21 sind die Leitungen 14 und 22, 23 zum Verstärker bzw. zu den Widerständen Wl und W2 herausgeführt.
Durch Verschrauben des Einsatzteils 18 im Gehäuseoberteil 17 können die Spulen S1, 82 gegenilber dem Eisenkern axial eingestellt werden, so da# in der Ruhelage des Gerätes die Kernabsehnitte 13"und 13"'eine derart symmetrische Lage zu den Spulen S1 und S2 einnehmen, dass sie von aussen her jeweils gleich tief in die ihnen zunäehstliegende Pin- zelspule eintauehen.
Dadureh, dass die Membrane 12 mit dem (ehäuseoberteil 17 aus einem Stück besteht, ist die Gewähr dafür gegeben, dass sie sich auch bei sehr hohen Driieken von z. B. 30 at. wie eine fest eingespannte Platte verhält, und dass sie ferner eine hohe Eigenfrequenz aufweist. Letztere ist notwendig, damit die vor- kommenden Leitungsschwingungen weit unterhalb der Eigenfrequenz der Membrane liegen und somit richtig gemessen werden kön- nen.
Die in den Spulen durch die axiale Verschiebung des Tauchkernes erzeugten Induk tionsströme überlagern sich den durch den Generator G erzeugten und mit Trägerfre- quenz schwingenden Wechselströmen. Diese werden in der eingangs beschriebenen Weise über den Verstärker V und den Demoduiator D dem Anzeigegerät Z zugeleitet, dass die den Induktionsänderungen an den Spulen S1, S2 proportionalen Hübe (also nicht die Geschwindigkeiten) des Kernes 13 unmittelbar als Weg anzeigt.
Method for measuring pressure fluctuations of a medium enclosed in a line, in particular the fuel in the injection line of internal combustion engines
The present patent relates to a method for measuring pressure fluctuations in media enclosed in lines, in particular the fuel in the injection lines of internal combustion engines, and to a measuring device for carrying out the method according to the invention.
The latter is because the medium is allowed to act on the oscillating part of a transducer, which modulates a carrier frequency which is displayed after amplification and demodulation.
In the device provided for this purpose, an elastic wall section flushed on one side by the medium to be examined is firmly connected to the movable transducer part. As a movable encoder part z. B. a rod-shaped core, which at least partially consists of a magnet. Isable material and which is immersed in an induction coil arranged in the measuring branch of a measuring bridge of the device working with carrier frequency modulation.
The drawing shows an exemplary embodiment of the device according to the invention, on the basis of which an exemplary embodiment of the method according to the invention is dealt with. Show it :
Fig. 1 is a diagram of the entire meus arrangement,
FIG. 2 shows a transducer for the arrangement according to FIG. 1 in longitudinal section,
Fig. 3 is a section along the line 3-3 of Fig. 2,
4 shows the circuit diagram of a phase-related demodulator,
Fig. 5 is a voltage diagram over the action. ng of the demodulator according to FIG. 4.
In Fig. 1, 10 is a liquid line, z. B. denotes the injection pressure line of an internal combustion engine, through which the liquid is conveyed at high pressure. The line leads through a room 11, which is kept as small as possible and is arranged in the course of the line 10 in such a way that it does not cause any disruptive vibrations or reflection points in the line and does not significantly enlarge the lines to be examined. The space 10 is laterally supported by an elastic wall section, e.g. B. by the smallest possible membrane 12, limited.
On the membrane 12 is a core 13 a. Uses a magnetizable material attached, which is axially movable immersed in a double coil Si, S2. The double coil S1, S2, instead of which a simple coil or variable capacitances can be used, forms part of a bridge circuit with the resistors W1 and W2, which can also be replaced by inductances or capacitances. At least one of the resistors W1 or W2 can be regulated so that a comparison is carried out according to the amount and
Phase is possible.
Between each coil and a resistor, the bridge is connected to a generator G, which supplies the bridge with alternating current (carrier frequency). The other cornerstones. the bridge are through lines 14 and 15 below
Interposition of an amplifier V connected to a phase-correct demodulator D, to which in turn a display device Z, z. B. an instrument indicating the amplitude or an oscilloscope is connected. The bridge is preferably adjusted so that in the rest position of the membrane 12 the lines 14, 15 representing the diagonal connection of the bridge are de-energized.
However, if the inductance in one of the coils S1 and S2 is changed, a corresponding one flows through the vibrations of the coil
Immersion core 13 modulated alternating current through the lines 14 and 15, which is transmitted via the amplifier V to the demodulator D, in which the current is correctly rectified in phases and then fed to the display device Z.
With regard to the above-mentioned in-phase demodulator, reference is made to FIGS. 4 and 5. Denoted in FIG. 1 each has a rectifier and 2 a resistor connected in series with it. The units consisting of rectifier and resistor are connected in a ring in series with a line 3 and thus also form a so-called bridge. The high carrier frequency voltage f2 is applied to this. This voltage causes the rectifier to operate in a manner similar to that of a switch.
The rectifiers act when a positive voltage level occurs. tending and blocking when a negative voltage occurs. The transformers 6 and 7 ensure that the current present in each rectifier does not flow through the loop of the oscilloscope.
Fig. 5 illustrates the Barbez as the modulator of Fig. 4. In the lower part of the figure, the voltage curve of the carrier frequency is shown. The measuring bridge of the carrier frequency device (W1, W2, S1, S2 according to FIG. 1) only supplies a voltage f1, for example, if this measuring bridge has been adjusted to zero and the voltage of the encoder has been modulated by a low-frequency process.
The above-described blocking and releasing effect of the modulator results in the modulator only sending current through the loop Z when the much higher voltage / 2 is positive at one of the rectifiers. iv is. If you consider z. B. the left bridge part of FIG. 4 separately, then one obtains a voltage curve as shown in FIG. In this case, the curve 4 is rectified and not the curve 4, 5, as in the case of a usual alodulation.
The same process is obtained again for the complete bridge, but with a phase shift of 180 compared to the recording according to FIG.
So you have a way of working with a full path sliding direction. The half-wave rectification then corresponds to half the bridge.
In Fig. 2, the printer with the parts 10 to 13 and the coils S'i and. S's shown in a constructive version. The pressure transmitter consists of one! ; e- lower housing part 16 into which an upper housing part 17 is screwed. The latter is designed as a thick-walled sleeve and made of one piece with the likewise relatively thick-walled membrane 12. The plunger core is connected to the membrane by soldering.
This core consists in its middle part 13 of brass or some other, non-magnetizable material, while the end parts 13 ″ and 13 ″ ′ of a magnetizable material, x. B. made of iron. are. If necessary, the reverse arrangement can also be made, but this means a lower sensitivity.
The coils S1 and S2 are arranged in a two-part insert part 18, 19 which is screwed into the upper housing part 17 and secured by a nut 20 and union nut 21. The lines 14 and 22, 23 to the amplifier or to the resistors W1 and W2 are led out through the nut 21.
By screwing the insert 18 in the upper housing part 17, the coils S1, 82 can be adjusted axially with respect to the iron core, so that in the rest position of the device, the core sections 13 "and 13" 'are in such a symmetrical position to the coils S1 and S2 that they are thawed from the outside at the same depth into the pin bobbin closest to them.
The fact that the membrane 12 and the upper housing part 17 consist of one piece ensures that it behaves like a firmly clamped plate even at very high pressures of, for example, 30 atmospheres, and that it also acts as a The latter is necessary so that the line vibrations that occur are far below the natural frequency of the membrane and can therefore be measured correctly.
The induction currents generated in the coils by the axial displacement of the plunger core are superimposed on the alternating currents generated by the generator G and oscillating at the carrier frequency. These are fed to the display device Z via the amplifier V and the demodulator D in the manner described above, so that the strokes (i.e. not the speeds) of the core 13 proportional to the induction changes at the coils S1, S2 are shown directly as the path.