Vorrichtung zum Messen von Fluidumsdrücken
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Fluidumsdrücken mittels eines eingespannten Drahtes, der unter Verwendung einer Rückkopplungsschaltung in ungedämpfte Schwingungen versetzt werden kann, wobei seine jeweilige Schwingungsfrequenz ein Mass für den Augenblickswert des Druckes darstellt. Erfindungsgemäss ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass als druckempfindliches Element eine aus mehreren, flach aufeinanderliegenden Scheiben zusammengesetzte Anordnung vorgesehen ist, welche durch flexible Wände begrenzte Flui- dumkammern aufweist, die sich unter Druckeinwirkung deformieren und diese Deformation so auf den Draht übertragen wird, dass sich dessen Spannung und damit seine Eigenfrequenz verändern.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 den mechanischen Teil der Vorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 und
Fig. 3 ein Schaltschema des elektrischen Teiles der Vorrichtung.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in den verschiedenen Figuren.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 besitzt die Vorrichtung ein zylindrisches, an einer Seite offenes Gehäuse 7, einen sich in Längsrichtung des Gehäuses 7 erstreckenden Vibrationsdraht 8 und Endanordnungen 9 und 10, welche den Draht 8 in gespanntem Zustand zwischen sich festhalten. Das Gehäuse 7 trägt einen im Querschnitt C-förmigen Dauermagneten 11, dessen Pole 12 und 13 an den gegenüberliegenden Seiten des Drahtes 8 parallel zu letzterem verlaufen, so dass die magnetischen Kraftlinien senkrecht zum Draht 8 verlaufen.
Die zum Festhalten des Drahtes 8 am einen Ende desselben dienende Endanordnung 9 besteht aus einem am einen Ende des Gehäuses 7 befestigten Ring 14, einer ringförmigen inneren Trägerscheibe 15 mit flexiblem Ringteil 16, einem sich durch eine mittlere Öffnung der Scheibe 15 erstreckenden und an ihn befestigten Stift 17, an welchem das eine Ende des Drahtes 8 befestigt ist, einer äusseren ringförmigen Scheibe 18 mit einer mittleren Öffnung, durch welche sich der Stift 17 frei erstreckt, wobei die Scheibe 18 gegen die Aussenränder der Scheibe 15 anliegt und mit einem nachgiebigen Ringteil 19 versehen ist, einem Isolationsüberzug 20 rings um die Umfänge und Seiten der Scheiben 15, 18 einer Hülse 21, die so am Ring 14 befestigt ist, dass sie die Scheibe 15 und 18 mit Bezug auf den Ring 14 festhält, einer sich durch die Scheiben 15 und 18 erstreckende Einstellschraube 22,
und eine an der Schraube 22 angeordnete und gegen die Scheibe 18 anliegende Mutter 23.
Die Einstellschraube 22 steht in Schraubverbindung mit der Scheibe 15 und ragt mit Spiel durch die Scheibe 18 hindurch. Im Vergleich zu der Mutter 23 weist die Scheibe 15 eine unterschiedliche Gewindesteigung auf, so dass sich bei einer Drehung der Schraube 22 die beiden Scheiben entweder gegeneinander oder auseinander bewegen.
Die Endanordnung 10 besteht aus einer Kalibrierungsscheibe 24, einer Dichtungsscheibe 25, einer Druckscheibe 26 und einem runden, eine Dichtungsscheibe darstellenden Endteil, die alle mit ihren flachen Seiten aufeinanderliegen. Der Endteil 27 ist mit einer Einsenkung 28 zur Aufnahme des einen Endes des Gehäuses 7, wie dargestellt, versehen.
Der Endteil 27 besitzt eine Nabe 29 und einen dünnwandigen Ringteil 30. Die Dichtungsscheibe 25 weist eine ganz ähnliche Ausbildung auf, mit einer Nabe 31 und einem dünnwandigen Ringteil 32. Fer ner ist die Dichtungsscheibe 25 an der der Druckscheibe 26 benachbarten Seite mit einer ringförmigen Aussparung 33 versehen.
Die Druckscheibe 26 ist an ihren beiden Seitenflächen mit ringförmigen Aussparungen 34 und 35 versehen, welche durch die Dichtungsscheibe bzw. den Endteil 27 jeweils verschlossene Hohlräume bilden. Die Druckscheibe 26 besitzt einen dünnwandigen Ringteil 36.
Die Kalibrierungsscheibe 24 besitzt eine Nabe 37 und einen dünnwandigen Ringteil 38.
Ein Stift 39 erstreckt sich durch die koaxialen mittleren Öffnungen in der Kalibrierungsscheibe 24, der Dichtungsscheibe 25, der Druckscheibe 26 und im Endteil 27, und hält an seinem andern Ende den Draht 8 fest. Der Stift 39 ist in den Naben 37 und 29 befestigt, wobei die Nabe 31 und der innere Teil der Druckscheibe 26 zwischen den Naben 37 und 29 gehalten sind.
Es ist somit ersichtlich, dass das Gehäuse 7 und die mit demselben verbundenen Anordnungen 9 und 10 eine Art Gestell zum Festhalten des Drahtes 8 in straffem Zustand bilden.
Ein Fluidumdurchlass 40 erstreckt sich durch die Kalihrierungsscheibe 24 und die Dichtungsscheibe 25 zu den Hohlräumen 33, 34, welche, wie gezeigt, miteinander verbunden sind. Ein weiterer FIu idum durch- lass 41 erstreckt sich durch die Scheiben 24, 25 und 26 sowie durch den Endteil 27 zum Hohlraum 35 in der Scheibe 26.
Gemäss der Fig. 3 ist der Draht 8 an eine elektrische Einrichtung angeschlossen, die einen Rückkopplungsverstärker 42 aufweist. Der Verstärker 42 ist mit einer elektrischen Brückenschaltung 43 verbunden, dessen Widerstände 44, 45 am einen Ende an eine Leitung 46 angeschlossen sind. Ein Referenzdraht 47 ist am einen Ende mit dem Widerstand 44 verbunden, während die anderen Enden der Drähte 47 und 8 geerdet sind.
Eine Verstärkerröhre 48 mit einer Kathode 49, einem Gitter 50 und einer Anode 51 wird durch die Brückenschaltung 43 gesteuert. Die Kathode 49 ist über einen Kathodenwiderstand 52 mit einer Erdungsleitung 53 verbunden. Ein Transformator 54 koppelt das Gitter 50 mit der Brücke 43, und besteht aus einer Primärwicklung 55, welche einenends mit der Verbindungsstelle des Drahtes 47 mit dem Widerstand 44 und andernends mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Vibrationsdraht 8 und dem Widerstand 45 verbunden ist. Der Transformator besitzt eine Sekundärwicklung 56, deren eines Ende mit dem Gitter 50 verbunden ist, während deren anderes Ende über einen Kondensator 57 an die Erdungsleitung 53 angeschlossen ist.
Eine positive Anodenspannung wird von einer Batterie 58 oder einer anderen Gleichstromquelle geliefert, wobei diese Batterie zwischen die Erdungsleitung 53 und eine Leitung 59 angelegt ist. Die Anode 51 ist über einen Widerstand 60 mit der Leitung 59 und damit mit der positiven Klemme der Batterie 58 verbunden.
Eine zweite Verstärkerröhre (oder Röhrenteil) 61, die eine Kathode 62, ein Gitter 63 und eine Anode 64 aufweist, wird von der Ausgangsspannung der Röhre 48 über einen Kopplungskondensator 65 gesteuert. Die Kathode 62 ist über einen Kathodenwiderstand 66 mit der Erdleitung 53 verbunden, und das Gitter ist über einen Widerstand 67 mit der Leitung 68 verbunden. Ein Widerstand 69 liegt in der Leitung 68 und verbindet das eine Ende der Sekundärwicklung 56 des Transformators 54 an ihrem Verbindungspunkt mit dem Kondensator 57 mit dem übrigen Teil der Leitung 68. Die Anode 64 ist über einen Widerstand 70 mit der Leitung 59 und dem positiven Pol der Batterie 58 verbunden. Ferner ist die Anode 64 an die Leitung 46 angeschlossen, wobei sich ein Kondensator 71 sowie ein Widerstand 72 in der Leitung 46 zwischen der Brückenschaltung 43 und der Anode 64 befinden.
Eine dritte Verstärkerröhre (oder RöhErenteil) 73 wird von der Röhre 61 gesteuert und weist eine Kathode 74, ein Gitter 75 und eine Anode 76 auf. Die Kathode 74 ist durch einen Kathodenwiderstand 77 mit der Erdleitung 53 verbunden. Das Gitter 75 ist durch einen Kopplungskondensator 78 mit der Anode 64 verbunden und ferner über einen Widerstand 79 an die Erdleitung 53 angeschlossen. Ein Transformator 80 mit einer Primärwicklung 81 und einer Sekundärwicklung 82 liegt im Ausgangskreis der Röhre 73. Über einen Kondensator 84 ist ein weiterer Ausgangskreis mit den Ausgangsklemmen 83, 85 gekoppelt.
Eine automatische Verstärkungsregelung ist für die Röhren 48 und 61 vorgesehen und enthält eine Gleichlrichterbrücke 86, deren Zweige durch die Kri stalldioden 87, 88, 89 und 90 gebildet sind. Die Sekundärwicklung 82 des Transformators 80 ist an die Verbindungsstelle der Dioden 87 und 89 sowie an die Verbindungsstelle der Dioden 88 und 90 angelegt.
Der Verbindungspunkt der Dioden 87 und 88 ist mit der Erdleitung 53 verbunden, während der Verbindungspunkt der Dioden 89 und 90 an einen Widerstand 91, einen Kondensator 92 und eine Leitung 68 angeschlossen ist. Der Widerstand 91 und der Kondensator 92 sind mit der Erdleitung 53 verbunden.
Der Verbindungspunkt der Dioden 89 und 90 ist durch die Leitung 68 auch mit einem Widerstand 93 und einem zu den Leitungen 68, 53 parallel geschalteten Kondensator 94 verbunden.
Der Draht 47 weist vorzugsweise denselben Widerstand und im wesentlichen die gleiche Temperatur wie der Draht 8 auf. Zu diesem Zwecke kann der Draht 47 im gleichen Gehäuse wie der Vibrationsdraht 8, jedoch ausserhalb des Magnetfeldes des Magnetes 11 untergebracht sein. Die Kristalldioden 87, 88, 89 und 90 sind so gepolt, dass die Verbindungsstelle 89, 90 negativ gegenüber der Verbindungsstelle 87, 88 ist.
Ein Frequenzmesser 95 ist über einen Transformator 96 an die Klemmen 83, 85 angeschlossen, wobei dieser Transformator eine Eingangswicklung 97 und eine Ausgangswicklung 98 aufweist.
Beim Betrieb liegt der Draht 8 im Magnetfeld zwischen den Polen 12 und 13, so dass bei Vibration mit Eigenfrequenz eine Wechselspannung von der gleichen Frequenz erzeugt wird. Die mechanische Spannung im Draht 8 wird durch unterschiedliche Fluidumsdrücke verändert, welche in noch zu beschreibender Weise auf die Endanordnung 10 ausgeübt werden, und die Vibrationsfrequenz des Drahtes 8 ändert sich entsprechend.
Eine ungedämpfte Vibration des Drahtes 8 wird erzielt, indem dieser Draht als Impedanzelement in einem selbsterregenden elektrischen Stromkreis eingeschaltet wird, welcher die Brücke 43 und den Verstärker 42 enthält.
Die Brücke 43 stellt einen Filter dar, welcher in einem Rückkopplungskreis des Verstärkers 42 verwendet wird, um diesen Verstärker als Oszillator benutzen zu können. Die Brücke 43, bei welcher einer der Arme den Vibrationsdraht 8 enthält, stellt im vibrationsfreien Zustand des Drahtes 8 eine abgeglichene Wheatstonebrücke dar. Die oberen Widerstände 44, 45, weisen gleichen Wert auf, während der Draht 47 den gleichen elektrischen Widerstand wie der Vibrationsdraht 8 besitzt.
Da die Brücke, solange sich der Draht 8 nicht in Bewegung befindet, abgeglichen ist, fliesst kein Strom zum Transformator 54, wenn der Draht 8 stillsteht. Vibriert jedoch der Draht 8 im Magnetfeld zwischen den Polen 12 und 13 dann erzeugt er darin in bekannter Weise eine gegenelektromotorische Kraft, somit eine effektive dynamische Impedanz, die grösser als ihre statische Impedanz ist, so dass die Brücke 43 nicht mehr abgeglichen ist, so dass ein Strom von dieser Frequenz durch die Transformatorprimärwicklung 55 fliesst, über die Sekundärwicklung 56 die Röhre 48 steuert und in dieser verstärkt wird. Die Ausgangsspannung der Röhre 48 wird in der Röhre 61 weiter verstärkt.
Ein Teil der Ausgangsenergle der Röhre 61 wird über den Kondensator 71 und den Widerstand 72 rückgekoppelt, um einen Wechselstrom zu erzeugen, der über die Brücke 43 fliesst.
Dieser Wechselstrom besitzt die gleiche Frequenz wie der Draht 8, welcher dadurch dauernd in Vibration gehalten wird. Es ist wesentlich, dass die Sekundärwicklung 56 mit dem Gitter 50 der Röhre 48 phasenrichtig verbunden ist, um eine dauernde Oszillation des Drahtes 8 zu erzeugen.
Die Ausgangsenergie an der Anode 64 der Röhre 61 wird in der Röhre 73 verstärkt, wobei an den Ausgangsklemmen 83 und 85 ein Wechselstrom von gleicher Frequenz wie diejenige des Drahtes 8 abgreifbar ist.
Zur Vermeidung von bei unzulässig grossen Amplituden eventuell auftretenden. änderungen der Vibrationsfrequenz des Drahtes 8 wird die Amplitude des durch ihn fliessenden Wechselstromes automatisch geregelt. Zu diesem Zwecke dient eine aus Diodengleichrichtern 87, 88, 89 und 90 bestehende Wheatstonebrücke 86, die einen Zweiweggleichrichter darstellt. Die Leistung des von der Röhre 73 gespeisten Transformators 80 wird an eine Diagonale der Brücke 86 angelegt. Die Ausgangsspannung der llrücke 86 wird an die Leitungen 68 und 53 angelegt und durch die Widerstände 93 und 69 sowie durch die Kondensatoren 94 und 57 geglättet. Der Widerstand 91 stellt die Belastung der Gleichrichterbrücke dar.
Das vom Verstärker 42 abgegebene Ausgangssignal wird über den Kondensator 84 den Ausgangsklemmen 83, 85 zugeführt, an denen die Primärwicklung 97 des Transformators 96 liegt. Die an der Sekundärwicklung 98 erzeugte Spannung wird dem Frequenzmesser 95 zugeführt.
Der Draht 8 befindet sich stets unter Spannung, und die Anordnung 10 reguliert und ändert diese Spannung gemäss den verschiedenen, an die Anordnung 10 angelegten Flüssigkeitsdrücken. Die Vibrationsfrequenz des Drahtes 8 kann am Frequenzmesser 95 abgelesen werden, um dadurch die Werte des Flüssigkeitsdruckes zu bestimmen. Die Anordnung 10 kann unter dem Einfluss von einem oder zwei Flüssigkeitsdrücken, die in verschiedener Weise einzeln ausgeübt werden, stehen, oder sie kann auch unter dem Einfluss von zwei verschiedenen, gleichzeitig ausgeübten Drücken stehen, so dass im letzteren Fall die am Instrument 95 abgelesene Frequenz den Unterschied zwischen den beiden Flüssigkeitsdrücken anzeigt.
Eine Flüssigkeitsdruckquelle kann durch den Flüssigkeitseinlasskanal 40 in Verbindung mit den Hohlräumen 33 und 34 stehen, wobei dann der in diesen Hohlräumen herrschende Flüssigkeitsdruck den von dem Ringteil umgebenen zentralen Teil der Ringscheibe 26 - gemäss der Zeichnung - nach rechts zu bewegen sucht. Eine solche dank des dünnen Ringteiles 36 mögliche Bewegung des Innenteiles der Scheibe 26 bewirkt eine entsprechende Bewegung der Naben 31 und 29 der Scheibe 25 bzw. 27 sowie der Nabe 37 der Kalibrierungsscheibe 24 und schliesslich des Stiftes 39, wobei die Bewegung der Naben 29, 31 und 37 jeweils durch die dünnen flexiblen Ring- teile 30, 32 und 38 der Scheiben 27, 25 und 24 ermöglicht wird.
Die Bewegung des Stiftes 39 verringert die Spannung und damit die Vibrationsfrequenz des Drahtes 8, und die veränderte Frequenz kann am Frequenzmesser 95 abgelesen werden.
Falls durch den Durchlass 41 der Hohlraum 35 unter Druck gesetzt wird, werden der Innenteil der Scheibe 26 und die Naben 29, 31 und 37 zusammen mit dem Stift 39 in entgegengesetzter Richtung, nämlich gemäss Fig. 1 nach links bewegt. Dies bewirkt eine Zunahme der Spannung des Drahtes 8, wodurch sich dessen Vibrationsfrequenz erhöht und diese ver änderte Frequenz kann am Frequenzmesser 95 abgelesen werden, um dadurch den Wert des auf den Durchgang 41 ausgeübten Flüssigkeitsdrucks zu bestimmen.
Es ist zu beachten, dass der Hohlraum 35 allein ungefähr denselben Innen- und Aussendurchmesser aufweist wie die beiden Hohlräume 33 und 34 zusammen, so dass auf den Stift 39 in beiden Bewegungsrichtungen bei gleichen Drücken gleiche Kräfte ausgeübt werden können.
Wenn gleichzeitig beide Durchlässe 40 und 41 unter Druck gesetzt werden, so ist für die tatsächliche Bewegung des Stiftes 39 in der einen oder anderen Richtung der Unterschied zwischen den in den Durch lässen 40, 41 wirksamen Drücken massgebend. Dieser Druckunterschied kann am Frequenzmesser 95 abgelesen werden.
Ferner ist zu beachten, dass der Ringteil 36 der Scheibe 26 im Durchmesser beträchtlich grösser ist, als die Ringteile 32 und 30 der Scheiben 25 und 27, so dass die Scheiben 25, 27 je einen starren ringförmigen Aussenteil aufweisen, zwischen welchen der starre Innenteil der Scheibe durch den Flüssigkeitsdruck bewegt wird. Die Ringteile 30 und 32 der Scheiben 25 und 27 gestatten einfach eine entsprechende Bewegung der Naben 29 und 31, wobei die Scheiben 25 und 27 gleichzeitig die Hohlräume 33, 34 und 35 flüssigkeitsdicht abdichten.
Das Kalibrieren, d. h. das Einstellen einer bestimmten axialen Bewegung des Stiftes 39 für einen bestimmten auf die Scheibe 26 ausgeübten resultierenden Differenzdruck wird dadurch erzielt, dass der Wandteil 38 der Scheibe 24, beispielsweise durch Honen verschieden dünn, ausgebildet wird. Je dünner die Wand 38 desto grösser ist ihre Biegsamkeit und desto geringer ist ihre Tendenz, den Stift 39 und die damit verbundenen Teile gegen axiale Bewegung festzuhalten.
Die Anfangsspannung des Drahtes 8 wird mittels der Einstellschraube 22 eingestellt, welche sich sowohl mit der inneren Scheibe 15 als auch mit der an der äusseren Scheibe 18 befestigten Mutter 23 in Schraubverbindung befindet. Wie bereits beschrieben, unterscheiden sich die im Eingriff mit diesen beiden Teilen befindlichen Gewindeteile in der Anzahl der Gewinde gänge pro Längeneinheit, und diese Differenz kann gering sein, beispielsweise 79 Gewindegänge pro Zoll am einen Teil und 80 Gewindegänge pro Zoll am anderen Teil, wobei die Gewinde an beiden Teilen dieselbe Gangrichtung aufweisen. Verdrehung der Schraube 22 in einer Richtung bewirkt eine Gegeneinanderbewegung der mittleren Teile der Scheibe 15 und 18, und da der Wandteil 19 der Scheibe 18 dünner und nachgiebiger als der Wandteil der Scheibe 15 ist, verbiegt sich die Scheibe 18 in grösserem Ausmass als die Scheibe 15.
Bei der verhältnismässig geringen Durchbiegung der Scheibe 15 wird der Stift 17 mitgenommen und die Spannung des Drahtes geringfügig verändert. Obwohl bereits eine verhältnismässig kleine Bewegung des Stiftes 17 zu einer relativ grossen Anderung der Vibrationsfrequenz des Drahtes 8 führt, wird in dieser Weise eine Feineinstellung erzielt.
Die Anordnung der vier koaxial ausgerichteten Scheiben 24, 25, 26 und 27 ergibt ein kleines kompaktes einfaches Instrument von leichtem Gewicht.
Die gesamte Masse der beweglichen Teile der Scheiben und des Stiftes 39 ist klein, und die vereinigte Federwirkung der Ringteile führt zu einem hohen Federvermögen. Ungünstige Einflüsse, z. B. zufolge Trägheit, werden dabei verringert. Als weiteren Vorteil kommt dazu das Fehlen von metallischen Balgen, Hebelarmen oder Drehzapfen zum Bewegen des Stiftes 39.
Device for measuring fluid pressures
This invention relates to a device for measuring fluid pressures by means of a clamped wire, which can be set in undamped oscillations using a feedback circuit, its respective oscillation frequency being a measure of the instantaneous value of the pressure. According to the invention, the device is characterized in that a pressure-sensitive element is provided as an arrangement composed of several discs lying flat on top of one another, which has fluid chambers delimited by flexible walls, which deform under the action of pressure and this deformation is transferred to the wire in such a way that change its tension and thus its natural frequency.
In the accompanying drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown for example. It shows:
1 shows the mechanical part of the device in longitudinal section,
Fig. 2 shows a section along the line 2-2 of Fig. 1 and
Fig. 3 is a circuit diagram of the electrical part of the device.
The same reference numbers denote the same parts in the different figures.
Referring to FIGS. 1 and 2, the device has a cylindrical housing 7 open on one side, a vibrating wire 8 extending in the longitudinal direction of the housing 7 and end assemblies 9 and 10 which hold the wire 8 between them in a tensioned state. The housing 7 carries a permanent magnet 11 with a C-shaped cross-section, the poles 12 and 13 of which run parallel to the latter on the opposite sides of the wire 8, so that the magnetic lines of force run perpendicular to the wire 8.
The end assembly 9 serving to hold the wire 8 at one end thereof consists of a ring 14 attached to one end of the housing 7, an annular inner support disk 15 with a flexible ring part 16, one extending through a central opening of the disk 15 and attached to it Pin 17, to which one end of the wire 8 is attached, an outer annular disc 18 with a central opening through which the pin 17 extends freely, the disc 18 resting against the outer edges of the disc 15 and with a flexible ring part 19 is provided, an insulating coating 20 around the peripheries and sides of the discs 15, 18 of a sleeve 21 which is attached to the ring 14 so that it holds the disc 15 and 18 with respect to the ring 14, one through the discs 15 and 18 extending adjusting screw 22,
and a nut 23 arranged on the screw 22 and resting against the washer 18.
The adjusting screw 22 is screwed to the disk 15 and protrudes through the disk 18 with play. Compared to the nut 23, the washer 15 has a different thread pitch, so that when the screw 22 is rotated, the two washers either move against one another or apart.
The end assembly 10 consists of a calibration washer 24, a sealing washer 25, a pressure washer 26 and a round, sealing washer-forming end portion, all of which lie flat on one another. The end part 27 is provided with a recess 28 for receiving one end of the housing 7, as shown.
The end part 27 has a hub 29 and a thin-walled ring part 30. The sealing washer 25 has a very similar design, with a hub 31 and a thin-walled ring part 32. Fer ner is the sealing washer 25 on the side adjacent to the thrust washer 26 with an annular recess 33 provided.
The pressure disk 26 is provided on both of its side faces with annular recesses 34 and 35 which form hollow spaces closed by the sealing disk or the end part 27. The pressure disk 26 has a thin-walled ring part 36.
The calibration disk 24 has a hub 37 and a thin-walled ring part 38.
A pin 39 extends through the coaxial central openings in the calibration washer 24, the sealing washer 25, the pressure washer 26 and in the end portion 27, and holds the wire 8 in place at its other end. The pin 39 is fixed in the hubs 37 and 29, the hub 31 and the inner part of the thrust washer 26 being held between the hubs 37 and 29.
It can thus be seen that the housing 7 and the arrangements 9 and 10 connected to it form a kind of frame for holding the wire 8 in a taut state.
A fluid passage 40 extends through the calibration disc 24 and sealing disc 25 to the cavities 33, 34 which are interconnected as shown. Another fluid passage 41 extends through the disks 24, 25 and 26 and through the end part 27 to the cavity 35 in the disk 26.
According to FIG. 3, the wire 8 is connected to an electrical device which has a feedback amplifier 42. The amplifier 42 is connected to an electrical bridge circuit 43, the resistors 44, 45 of which are connected at one end to a line 46. A reference wire 47 is connected at one end to resistor 44, while the other ends of wires 47 and 8 are grounded.
An amplifier tube 48 with a cathode 49, a grid 50 and an anode 51 is controlled by the bridge circuit 43. The cathode 49 is connected to a ground line 53 via a cathode resistor 52. A transformer 54 couples the grid 50 to the bridge 43, and consists of a primary winding 55 which is connected at one end to the connection point of the wire 47 with the resistor 44 and at the other end to the connection point between the vibrating wire 8 and the resistor 45. The transformer has a secondary winding 56, one end of which is connected to the grid 50, while the other end is connected to the grounding line 53 via a capacitor 57.
A positive anode voltage is supplied by a battery 58 or other direct current source, which battery is connected between the ground line 53 and a line 59. The anode 51 is connected via a resistor 60 to the line 59 and thus to the positive terminal of the battery 58.
A second amplifier tube (or tube part) 61, which has a cathode 62, a grid 63 and an anode 64, is controlled by the output voltage of the tube 48 via a coupling capacitor 65. The cathode 62 is connected to the ground line 53 via a cathode resistor 66 and the grid is connected to the line 68 via a resistor 67. A resistor 69 lies in the line 68 and connects one end of the secondary winding 56 of the transformer 54 at its connection point with the capacitor 57 to the remaining part of the line 68. The anode 64 is via a resistor 70 to the line 59 and the positive pole the battery 58 connected. Furthermore, the anode 64 is connected to the line 46, a capacitor 71 and a resistor 72 being located in the line 46 between the bridge circuit 43 and the anode 64.
A third amplifier tube (or tube part) 73 is controlled by tube 61 and has a cathode 74, a grid 75 and an anode 76. The cathode 74 is connected to the ground line 53 through a cathode resistor 77. The grid 75 is connected to the anode 64 by a coupling capacitor 78 and also connected to the ground line 53 via a resistor 79. A transformer 80 with a primary winding 81 and a secondary winding 82 is located in the output circuit of the tube 73. A further output circuit is coupled to the output terminals 83, 85 via a capacitor 84.
An automatic gain control is provided for the tubes 48 and 61 and includes a rectifier bridge 86, the branches of which are formed by the crystal diodes 87, 88, 89 and 90. The secondary winding 82 of the transformer 80 is applied to the junction of the diodes 87 and 89 and to the junction of the diodes 88 and 90.
The connection point of the diodes 87 and 88 is connected to the ground line 53, while the connection point of the diodes 89 and 90 is connected to a resistor 91, a capacitor 92 and a line 68. The resistor 91 and the capacitor 92 are connected to the ground line 53.
The connection point of the diodes 89 and 90 is also connected by the line 68 to a resistor 93 and a capacitor 94 connected in parallel to the lines 68, 53.
The wire 47 preferably has the same resistance and essentially the same temperature as the wire 8. For this purpose, the wire 47 can be accommodated in the same housing as the vibration wire 8, but outside the magnetic field of the magnet 11. The crystal diodes 87, 88, 89 and 90 are polarized such that the connection point 89, 90 is negative with respect to the connection point 87, 88.
A frequency meter 95 is connected to the terminals 83, 85 via a transformer 96, this transformer having an input winding 97 and an output winding 98.
During operation, the wire 8 lies in the magnetic field between the poles 12 and 13, so that an alternating voltage of the same frequency is generated in the event of vibration with a natural frequency. The mechanical tension in the wire 8 is changed by different fluid pressures which are exerted on the end assembly 10 in a manner to be described below, and the vibration frequency of the wire 8 changes accordingly.
An undamped vibration of the wire 8 is achieved in that this wire is switched on as an impedance element in a self-exciting electrical circuit which contains the bridge 43 and the amplifier 42.
The bridge 43 represents a filter which is used in a feedback circuit of the amplifier 42 in order to be able to use this amplifier as an oscillator. The bridge 43, in which one of the arms contains the vibrating wire 8, represents a balanced Wheatstone bridge in the vibration-free state of the wire 8. The upper resistors 44, 45 have the same value, while the wire 47 has the same electrical resistance as the vibrating wire 8 owns.
Since the bridge is balanced as long as the wire 8 is not in motion, no current flows to the transformer 54 when the wire 8 is stationary. However, if the wire 8 vibrates in the magnetic field between the poles 12 and 13 then it generates a counter-electromotive force in it in a known manner, thus an effective dynamic impedance that is greater than its static impedance, so that the bridge 43 is no longer balanced, so that a current of this frequency flows through the transformer primary winding 55, controls the tube 48 via the secondary winding 56 and is amplified therein. The output voltage of the tube 48 is further amplified in the tube 61.
A portion of the output energy of the tube 61 is fed back via the capacitor 71 and the resistor 72 in order to generate an alternating current which flows via the bridge 43.
This alternating current has the same frequency as the wire 8, which is thereby kept constantly vibrating. It is essential that the secondary winding 56 is connected to the grid 50 of the tube 48 in the correct phase in order to produce a continuous oscillation of the wire 8.
The output energy at the anode 64 of the tube 61 is amplified in the tube 73, and an alternating current of the same frequency as that of the wire 8 can be tapped off at the output terminals 83 and 85.
To avoid the occurrence of impermissibly large amplitudes. Changes in the vibration frequency of the wire 8, the amplitude of the alternating current flowing through it is automatically regulated. A Wheatstone bridge 86 consisting of diode rectifiers 87, 88, 89 and 90, which represents a full-wave rectifier, is used for this purpose. The power of the transformer 80 fed by the tube 73 is applied to a diagonal of the bridge 86. The output voltage of the bridge 86 is applied to the lines 68 and 53 and smoothed by the resistors 93 and 69 and by the capacitors 94 and 57. Resistor 91 represents the load on the rectifier bridge.
The output signal emitted by the amplifier 42 is fed via the capacitor 84 to the output terminals 83, 85 to which the primary winding 97 of the transformer 96 is connected. The voltage generated across the secondary winding 98 is fed to the frequency meter 95.
The wire 8 is always under tension and the assembly 10 regulates and changes this tension according to the various fluid pressures applied to the assembly 10. The vibration frequency of the wire 8 can be read on the frequency meter 95 in order to thereby determine the values of the fluid pressure. The arrangement 10 can be under the influence of one or two liquid pressures which are exerted individually in different ways, or it can also be under the influence of two different pressures exerted simultaneously, so that in the latter case the frequency read on the instrument 95 indicates the difference between the two fluid pressures.
A fluid pressure source can be in connection with the cavities 33 and 34 through the fluid inlet channel 40, the fluid pressure prevailing in these cavities then trying to move the central part of the annular disk 26 surrounded by the ring part to the right - according to the drawing. Such a movement of the inner part of the disc 26, which is possible thanks to the thin ring part 36, causes a corresponding movement of the hubs 31 and 29 of the disc 25 and 27 and the hub 37 of the calibration disc 24 and finally the pin 39, the movement of the hubs 29, 31 and 37 is made possible by the thin, flexible ring parts 30, 32 and 38 of the disks 27, 25 and 24, respectively.
The movement of the pin 39 reduces the tension and thus the vibration frequency of the wire 8, and the changed frequency can be read on the frequency meter 95.
If the cavity 35 is pressurized through the passage 41, the inner part of the disk 26 and the hubs 29, 31 and 37 are moved together with the pin 39 in the opposite direction, namely to the left according to FIG. This causes an increase in the tension of the wire 8, whereby its vibration frequency increases and this changed frequency can be read on the frequency meter 95 in order to thereby determine the value of the liquid pressure exerted on the passage 41.
It should be noted that the cavity 35 alone has approximately the same inner and outer diameter as the two cavities 33 and 34 together, so that the same forces can be exerted on the pin 39 in both directions of movement at the same pressures.
If both passages 40 and 41 are pressurized at the same time, the difference between the pressures effective in the passages 40, 41 is decisive for the actual movement of the pin 39 in one direction or the other. This pressure difference can be read on the frequency meter 95.
It should also be noted that the ring part 36 of the disk 26 is considerably larger in diameter than the ring parts 32 and 30 of the disks 25 and 27, so that the disks 25, 27 each have a rigid, annular outer part, between which the rigid inner part of the Disc is moved by the fluid pressure. The ring parts 30 and 32 of the disks 25 and 27 simply allow a corresponding movement of the hubs 29 and 31, the disks 25 and 27 at the same time sealing the cavities 33, 34 and 35 in a liquid-tight manner.
The calibration, d. H. the setting of a specific axial movement of the pin 39 for a specific resulting differential pressure exerted on the disk 26 is achieved in that the wall part 38 of the disk 24 is made differently thin, for example by honing. The thinner the wall 38, the greater its flexibility and the lower its tendency to hold the pin 39 and the parts connected therewith against axial movement.
The initial tension of the wire 8 is set by means of the adjusting screw 22, which is screwed both to the inner disk 15 and to the nut 23 attached to the outer disk 18. As already described, the threaded parts engaged with these two parts differ in the number of threads per unit length, and this difference may be small, for example 79 threads per inch on one part and 80 threads per inch on the other part, with the Thread on both parts have the same thread direction. Turning the screw 22 in one direction causes the central parts of the washer 15 and 18 to move against one another, and since the wall part 19 of the washer 18 is thinner and more flexible than the wall part of the washer 15, the washer 18 bends to a greater extent than the washer 15 .
With the relatively small deflection of the disk 15, the pin 17 is carried along and the tension of the wire is changed slightly. Although even a relatively small movement of the pin 17 leads to a relatively large change in the vibration frequency of the wire 8, a fine adjustment is achieved in this way.
The arrangement of the four coaxially aligned disks 24, 25, 26 and 27 results in a small, compact, simple instrument of light weight.
The total mass of the moving parts of the discs and the pin 39 is small, and the combined spring action of the ring parts results in a high resilience. Unfavorable influences, e.g. B. due to inertia, are thereby reduced. A further advantage is the lack of metallic bellows, lever arms or pivot pins for moving the pin 39.