CH477683A - Vorrichtung mit einem Wandler zum Messen hydrostatischer oder in einer Richtung wirkender Drücke und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Vorrichtung mit einem Wandler zum Messen hydrostatischer oder in einer Richtung wirkender Drücke und Verfahren zu deren Herstellung

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CH477683A
CH477683A CH140467A CH140467A CH477683A CH 477683 A CH477683 A CH 477683A CH 140467 A CH140467 A CH 140467A CH 140467 A CH140467 A CH 140467A CH 477683 A CH477683 A CH 477683A
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CH140467A
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Friederick Stucki Frank
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Lockheed Aircraft Corp
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    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/16Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in the magnetic properties of material resulting from the application of stress

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Description


  



  Vorrichtung mit einem Wandler zum Messen hydrostatischer oder in einer
Richtung wirkender Drücke und Verfahren zu deren Herstellung    1ne rtmaung bezieht    sich   aux eue    Vorrichtung mit einem Wandler zum Messen hydrostatischer oder in einer Richtung wirkender Drucke.



   In der Technik sind Vorrichtungen zum Messen sowohl hydrostatischer als auch in einer Richtung wirkender Drücke allgemein bekannt und gestatten das Messen solcher Drücke unter einer Vielzahl von Bedingungen. Druckwandler gibt es in verschiedenen Formen, wobei als   Fühlelement    verschiedene Materialien benützt werden. Beispielsweise hat es sich gezeigt,   dal3    Silizium-und Germanium-Dioden. ziemlich empfindliche   Druckfühlelemente    sind und bei der Druckaufnahme eine dem Tunneleffekt ähnliche Charakteristik aufweisen.



  Bei einer bekannten Druckwandlervorrichtung erfolgen Druck-Messungen unter Benutzung von Induktionsspannungen, die durch Schwankungen der Druckwerte in den Dioden induziert werden. Nachteilig an dieser   Druckmel3einrichtung    ist, dal3 die induzierte Spannung in Funktion des Druckes mit steigendem Druck   tuber-    proportional zunimmt. Die Vorrichtung wird daher bei hohen Drücken unstabil, so dass mit grol3en Ablese  fehlern    gerechnet werden   mués.   



   Bei vielen Anwendungsgebieten der heutigen Technik werden Wandlervorrichtungen gefordert, die nur einen kleinen Prozentsatz der   Grösse    der Vorrichtungen nach dem Stande der Technik haben   durfen.    Beispielsweise besteht ein   gober    Bedarf   fUr    Wandler, die Drücke oder Beanspruchung an Verbindungsstellen zwischen zwei verschiedenen Materialien messen, die unterschiedliche Dehnungskoeffizienten aufweisen.   Zusätzlich    zur kleinen   körperlichen Grösse muss    die Wandlervorrichtung auch robust, im wesentlichen temperaturunempfindlich und strahlungsfest sein.

   Die bisher zur Verfügung stehenden   Fühlelemente    oder Vorrichtungen haben   nichet-allie    vorstehend genannten Eigenschaften gezeigt.



   Druckwandler nach dem Stande der Technik sind auf die Verwendung von nicht-ferrimagnetischen Materialien als druckempfindliches Element beschränkt. Es ist indessen erkannt worden, dass gewisse ferrimagnetische Materialien in gewissen Grenzen auf Druckbeanspruchungen ansprechen.



   Die   erfindungsgemässe    Vorrichtung   nützt diese    Eigenschaft aus. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler mindestens einen Ferritkern besitzt, der eine Curie-Temperatur von mindestens   750     C hat, und   dal3    eine mit dem   (den)    Ferritkern   (Ferritkernen)    gekuppelte Einrichtung zum Erzeugen von Eingangssignalen an den   (die)    Kern (Kerne) und eine magnetische mit dem Kern (den Kernen) gekuppelte Einrichtung zum Messen eines von der Impulserzeugungseinrichtung gelieferten Ausgangssignals vorgesehen ist, das von der   Grolle    des auf den Ferritkern (die Ferritkerne) zur Einwirkung gebrachten Druckes abhängt.



   Der Ausdruck     Curie-Temperaturs,    wie er oben und in der Beschreibung verwendet wird, ist als die Temperatur zu verstehen,   tuber    der der magnetische Bereich des ferrimagnetischen Materials eine zufällige beliebige Verteilung oder keine bevorzugte Ausrichtung aufweist und das Material dadurch seinen Magnetismus verliert. Bei der   Curie-Temperatur vermogen    solche ferrimagnetischen Materialien keinen Ausgang zu erzeugen, wenn sie als Wandlerelement verwendet werden.



   Das   erfindungsgemässe    Verfahren zur Herstellung der genannten Vorrichtung mit einem Druckwandler mit einem zug-oder druckempfindlichen   Ferritkern,    wobei das Nickel enthaltende Ferritmaterial unter Einwirkung eines Magnetfeldes geglüht wird, ist dadurch gekennzeichnet,   dal3    das Kernmaterial auf eine Temperatur von mindestens   750  C    erhitzt wird,   dal3    das Kernmaterial einem magnetischen Feld mit einem ersten Wert ausgesetzt wird, wenn das Kernmaterial die genannte Temperatur erreicht hat,   dal3    das Kernmaterial auf der erwähnten Temperatur während eines bestimmten Zeitraumes unter Steigerung des magnetischen Feldes auf einen zweiten Wert gehalten wird,

     dal3 anschliel3end    das magnetische Feld auf den ersten Wert reduziert wird und dal3 das Kernmaterial in einem Zeitraum von mindestens vier Stunden langsam auf   ungefahr 20  C    abgekühlt wird, während die letztgenannte Feldstärke beibehalten wird.



   Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt :    Fics.    1 ein Diagramm des   magnetischen Glühzyklus    zum Heben der Curie-Temperatur von   ferrimagnetischen    Kernen,
Fig. 2 ein Diagramm des   Abkühlzyklus    der unter Einwirkung eines magnetischen Feldes geglühten ferrimagnetischen Kerne,
Fig. 3 ein Schaltbild zur Erläuterung der erfindungsgemässen vorrichtung, Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Ausgangswellenform bei verschiedenen Drücken in Funktion der Zeit, aus dem das Ansprechverhalten des   Kernes    hervorgeht,
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Ausgangsspannung eines Magnetkernes in Funktion eines auf den Kern einwirkenden hydrostatischen oder in einer Richtung auftretenden Druckes,
Fig.

   6 ein Diagramm zur Darstellung der Ausgangsspannung eines Magnetkernes in Funktion der Temperatur, aus dem der lineare Bereich der   Temperatur/Aus-      Qangsspannungs-Charakteristik    hervorgeht,
Fig. 7 ein Schaltbild einer weiteren   Ausführungs-    form der   erfindungsaemdf3en    Vorrichtung zum Messen eines in einer einzigen Richtung wirkenden Druckes und
Fig. 8 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Messen von Druckdifferenzen.



   Das Vorgehen bei der Herstellung von Ferritmaterialien, die bei erfindungsgemässen Vorrichtungen verwendet werden, weichen nicht wesentlich von   bekann-    ten Verfahren zum Herstellen anderer Ferrite ab. Beispielsweise umfassen die Arbeitsgänge zum Herstellen bekannter Ferrite das Mischen, Kalzinieren, Wiedervermahlen, Hinzufügen von Bindemitteln, Granulieren und Presse. Beim Herstellen der Ferrite   fur    eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist jedoch eine weitere Verarbeitung erforderlich, um dem Material die erforderlichen Druck-und Beanspruchungsempfindlichkeitscharakteristiken zu vermitteln.



   Bevor das   Gliihverfahren fiir    die gebilddeten Kerne besprochen wird, wird die Zusammensetzung der Ferrit Materialien angegeben. Die Zusammensetzung von Materialien, deren Curie-   (Te)    Temperatur durch Glühen in einem magnetischen Feld veränderbar ist, variiert etwas, je nachdem es zur Messung von hydrostatischem oder in einer   einzigen Richtung    wirkendem Druck empfindlichen Kern verwendet werden soll.   Fur    einen zur Messung hydrostatischer Driicke vorgesehenen   Kern    wird vorzugsweise eine   Zueammensetzung    in Gewichtsprozenten gewählt die 0, 5   NiFe204    + 0, 5   Fez04    bis 0, 6   NiFeO--0, 4 Fe ; O enthalt.

   Fiir    einen auf in einer   Richtung wirkende Drucke    empfindlichen Kern ist dagegen eine Zusammensetzung zweckmässig, die 0,01 Co  + 0,49 NiFe2O4 + 0,5 Fe3O4 und 0,01 Li + 0, 49   NiFe'-04    + 0, 5   Fez04    aufweist. Obwohl   diese    Zusammensetzungen die gewünschte Verschiebung der Curie-Temperatur auf einen Wert von mindestens 750 C in zufriedenstellender Weise erlauben, sei festgehalten, dass auch andere Zusammensetzungen geeignet sind, das   Erfindungsziel    zu erreichen.

   Dieses ist   grundsatzlich    dadurch zu erreichen, indem in einer Luft-oder anderen Atmosphäre Ferritmaterial mit beträchtlichen Mengen an Nickel bei einer höheren Temperatur geglüht wird und dann eine Abkühlung auf Raumtemperatur   wäh-    rend eines vorher gewählten Zeitraumes durchgefuhrt wird. Die Zusammensetzung von Ferritmaterial, das nur Nickel in beträchtlichen Mengen enthält, wurde primer als ein hydrostatisches   Druckfiiblelement    verwendet, während die Verwendung anderer, bereits erwähnter Bestandteile, wie etwa Lithium und Kobalt in bestimmten Mengen mit dem Nickel einen Kern liefert, der Drücke in nur einer Richtung   mil3t.   



   Die in den   beschreibungsgemässen    Kernen verwendeten Ferritkernmaterialien werden allgemein so behandelt, dass man die Kerne auf eine Temperatur von   ungefähr 750  C    bringt und dort während eines bestimmten   Zeitr. aumes halt.    Gleichzeitig wird der Kern einem magnetischen Feld unterworfen. Sobald die Kerne keine magnetischen Eigenschaften mehr zeigen, wird der Kern innerhalb einer gewissen Zeit abgekuhlt und gleichzeitig ein magnetisches Feld von bestimmter Stärke auf den Kern zur Einwirkung gebracht.

   Dadurch verschiebt sich die Curie-Temperatur auf mindestens 750 C, was zur gewünschten Druckempfindlichkeit der   Kerne führt,    die   tuber    einen Bereich von mindestens 1400 kg/cm2 bei hydrostatischem Druck oder mindestens 7 kg/cm2 bei Druck in einer Richtung auf den Kern, praktisch linear verläuft.



   Zur Illustration eines Beispieles eines Kernes zur Messung hydrostatischer Driicke diene, dal3 als Kernmaterial eine Zusammensetzung in Gewichtsprozent aus 0, 60   NiFe204    + 0, 40   Fes04 gewählt    wurde. Das Material wurde in die Form eines   ringförmigen Kernes    von etwa 1, 3 mm Aussendurchmesser, etwa 0, 7 mm Innendurchmesser und 0, 25 mm Dicke gebracht. Es wird   ausdrücklich erwähnt, dass    die   Grbl3e    des Kernes im Rahmen der Erfindung nicht kritisch ist.

   Indessen hat es sich gezeigt, dass geeignete Kerne im Bereich von 0, 6 mm bis zu   4 mm Aussendurchmesser    und un  gefähr    0, 25-0, 5 mm Dicke sich besonders   fUr    die Durchführung des angegebenen Verfahrens   fUr    die Verschiebung der   Curie-Temperatur    eignen und in gewünschter Weise druckempfindlich sind. Beschränkungen der   Grbl3enverhdltnisse diirften    sich lediglich aus Überlegungen der Anwendung ergeben. Die obere Grenze der Kerngrösse ist dann erreicht, wenn Gefahr besteht, dass das Material, in das der Kern eingebettet ist, zerstört werden könnte, wenn er   fur    die Messung interner Spannungen oder solcher an der Verbindungsstelle zwischen zwei ungleichen Materialien verwendet wird.

   Ein zu   gober    Kern kann die Messung unbrauchbar machen.



   In Fig. 1 ist ein   Glühdiagramm    gezeigt, in dem die Temperatur in Celsiusgraden im Verhältnis zum magnetischen Feld ausgedrückt in Amperewindungen (N1,I) geteilt durch die mittlere   Umfangslänge (I)    des Kernes während des   Gluhens    gezeigt ist. Im Diagramm sind   longs    des mit der Klammer     a   erfassten    Kurvenverlaufs einzelne Stellen besonders hervorgehoben. Mit A wird ein Punkt, der bei etwa 100 C liegt, allgemein als die inhärente Curie-Temperatur von bisher bekannten ferrimagnetischen Materialien bezeichnet. Dieser Punkt wird hier als der Ausgangspunkt für ungeglühte Kerne bezeichnet. Der Punkt B markiert die Stelle, an dem die Viereckschleifenmerkmale eines ferrimagnetischen Materials zum erstenmal beobachtet werden.

   Es wird   traditionsgemäss    als Ausgangsmerkmal bei der Herstellung von   Viereckschleifenmagnetkernen    festgehalten, die hauptsächlich als Speicherkerne in Computern verwendet werden können.



   Ein dritter Punkt C liegt bei   ungefähr 400     C. Dieser Wert wurde bisher als sehr bedeutsam angesehen, weil er als der Curie-Punkt   für Quadratschleifenkerne    gilt, wie sie   far    magnetische Speicherkerne verwendet werden. Der Punkt C ist auch charakteristisch fiir den unteren Wert der Koerzitivkraft   fur    den oben   erwähn-    ten   Kern.    Bei   ungefähr 750     C ist der Punkt D bei der bevorzugten höchsten Temperatur aufgetragen, welcher Kerne   für erfindungsgemässe    Vorrichtungen   wäh-    rend des   Ausglühens    ausgesetzt werden.

   Es hat sich gezeigt,   dal3    kein Vorteil mehr erzielt wird, wenn die Temperatur des Kerns auf ein höheres Niveau angehoben wird. Die Temperatur   750     C, wie sie zu Illustrationszwecken dargelegt ist, wird während eines bestimmten Zeitraumes aufrecht erhalten, während das magnetische Feld auf ein Maximum von ungefähr 1200 Milliamperewindungen am Punkt E gesteigert wird. Da die Anzahl der Eingangswindungen in der angenommenen Ausführungsform (siehe auch Fig. 3) zwei ist,   betrab die    Milliamperewindungszahl bei E 1200 oder 800 bei D.

   Anschliessend wird der Kern bei einem magnetischen Feld in der   Grössenordnung    von 800 Milliamperewindungen in   Obereinstimmung    mit der Kurve nach Fig. 2 langsam auf Raumtemperatur oder   ungefahr 20  C abgekuhlt.    Der Kern ist nun verwendungsbereit.



   Infolge der geringen   körperlichen Grösse    und der Robustheit von Magnetkernen dieser Art, haben sie sich als   Fühlelement    in   Druckwandlern    ideal geeignet erwiesen, selbst wenn sie   fur    sehr hohe Drücke auszulegen sind. Insbesondere ist festgestellt worden, dal3 ein Kern in der   Grolle    von etwa 1, 3 mm in Materialien wie etwa sich unter Wärmeeinwirkung verfestigender Kunststoff, Spannbeton oder dergleichen eingebettet werden kann, um innere Spannungen zu messen, die in solchen Materialien entwickelt werden, wenn sie sich verfestigen. Die Messung dieser inneren Spannungen erfolgt ohne wesentliche Nebenwirkungen durch das Vorhandensein des in dem Material eingebetteten Kerns.



  Weiterhin ist festgestellt worden,   dass zusätzliche    innere Spannungen, die sich in derartigen Materialien infolge radioaktiver Strahlung, Ausdehnung und Zusammenziehung usw. des Materials entwickeln, ohne weiteres mit diesen Kernen gemessen werden können.



   Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Erläuterung der Art und Weise, wie ein Mikrowandler 8 verwendbar ist, der einen empfindlichen Kern 10, der von einem   Impulsgenerator 19    erregt wird, welcher eine   Primer-    spule mit zwei Windungen auf den Kern 10 anspeist, sowie eine zweite Spule von z. B. zehn Windungen aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dal3 die Verwendung von zwei Windungen bei der Primärspule und zehn Windungen bei der   Sekundärspule    Beispiele sind, die nicht als eine Begrenzung ausgelegt werden dürfen. Eine   grössere    Ausgangsamplitude kann erzielt werden, indem der   Sekundärspule    weitere Windungen hinzugefugt werden.

   Bei gewissen Anwendungsformen kann dies orteilhaft sein, weil die Neigung besteht, das von dem Ausgangssignal stammende Rauschen zu überdecken.



   In einem typischen Anwendungsfall kann der   Wand-,    ler 8 in einem Epoxyharz eingebettet werden, wobei die inneren Spannungen, die im Epoxyharz während seines Vulkanisierungsprozesses auftreten, durch   tuber-    wachen des Ausgangssignals festgestellt werden können, das von   der-au    dem   Kern    10 gewickelten   Sekundär-    spule geliefert wird. Das Ausgangssignal wird einem Verstärker 18 zwecks Weiterleitung an ein übliches Oszilloskop 20   zugefuhrt.    Ein Widerstand 22 ist zwischen Primärspule und Erde geschaltet und dient dazu, den Stromkreis mit der Signalquelle 12 zu schliessen.



  Ein Widerstand 24 liegt parallel zur   Sekundärspule    und dient als Abschlusswiderstand, um ein optimales Eingangssignal an den Verstärker 18 zu liefern.



   In Anordnungen wie in Fig. 3 gezeigt, kann sich der Kern 10 in einer hydrostatischen Umgebung befinden, um statische   Drücke    oder Beanspruchungen oder impulsartige Drücke zu messen, wie etwa Explosionen oder Hochenergieschockimpulse von kurzer Dauer. Das Messen von Explosions-oder Schockimpulsen ist   mög-    lich, weil die Ansprechzeit des Kernes 10, wenn er durch einen Querwellenimpuls mit einer Dauer von mehreren Mikrosekunden erregt wird, kürzer als eine Mikrosekunde und im wesentlichen   fur    verschiedene Druckwerte konstant ist. Das Erregen oder Schalten des Kerns wird durch einen positiven Impuls bewirkt, der als     Einstellimpulsn    bezeichnet wird, und die   Rock-    fiihrung in den Ruhezustand erfolgt durch einen negativen Impuls.

   Im allgemeinen stellen die Einstell-und   Rückführimpulse    einen Erregungszyklus des   Kernes    dar.



   In Fig. 4 sind Teile von Ausgangswellenformen verschiedener Drücke in   kg/cmS    dargestellt, die auf einen Wandler 8 in einer hydrostatischen Umgebung einwirken, wobei die   Ansprechzeit (Tslv)    des   Kernes    10 gezeigt ist, wenn ein Einstell-oder Erregungsimpuls in der   Grössenordnung    von einer Mikrosekunde Dauer bei einer Frequenz von 300 KHz verwendet wird. Das Diagramm nach Fig. 4 zeigt,   dal3    die Schaltzeit   (Tslv)    des Kernes 10 praktisch fiir alle Drücke innerhalb des gemessenen Bereiches (0-1400   kg/cm')    gleich ist und die maximale Ausgangsspannung praktisch überall nach der gleichen Zeit Tp auftritt.

   Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, dass die Kurven bei den Zeitpunkten 10 und 90   %    der   Primärschwingungsamplitude    gleiche Ausgangsspannungswerte aufweisen. Dies illustriert die Tatsache, dass der Kern bei ungefähr dem gleichen Schwellenwert anspricht, unabhängig von dem zur Einwirkung gebrachten Druck.



   Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Ausgangsspannung in Millivolt je Windung   (mv)    bei Wandlerkernen zur Messung von sowohl hydrostatischen als auch in einer Richtung wirkenden Drücken gezeigt ist, wobei die abfallende Druckcharakteristik ersichtlich ist.



  So ergibt sich aus Fig. 5, dass die höchste Ausgangsspannung bei beiden Druckwandlertypen beim Druck null auftritt. Versuche mit Wandlern der beschriebenen Art zeigen, dal3 die Kerne keine mechanische Hysterese aufweisen, wenn sie Drücken von 0-7 kg/cm2 bei Belastung in einer Richtung, oder von 0 bis mehr als 1400   kg/cm2    bei hydrostatischen Belastungen ausgesetzt sind. Die   beziiglichen Charakteristiken    sind durch die Linien A und B in Fig. 5 dargestellt. Der Belastungsverlauf ist ohne irgendein Anzeichen der Diskontinuität oder der mechanisclien Hysterese umkehrbar. Es ergibt sich daraus, dass ein hydrostatisch belasteter magnetischer   Kern    in der Lage ist, wiederholte Beanspruchungen durch hohe Driicke auszuhalten, ohne Schaden zu nehmen.

   Dieses Merkmal, zusammen mit hoher Schaltgeschwindigkeit des   Kernes    gestattet, diesen als Wandlerelement in   Beschleunigungsmesseinrichtungen,    Explo   sionsdetektoren    in   Automobilzylinderkammern,    Unter  wasserstossde, ektoren    oder dergleichen zu verwenden.



   In diesem Zusammenhang sei auf die Linie A in Fig. 5 hingewiesen, die von einem   Kern    stammt, der auf in einer Richtung wirkende Drücke empfindlich ist. Aus deren Verlauf ist ohne weiteres klar,   dal3    die Ansprechempfindlichkeit eines Kernes   fur    in einer Richtung   wirkende Drücke grösser    ist als diejenige eines auf hydrostatische Drücke empfindlichen   Kerns.    Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Ausgangsspannung je Druckeinheit bei A   grösser    als bei B. Daraus ergibt sich, dal3 die Anwendung der beschriebenen Einrichtung mit einem   Kern fur Dracke    in einer Richtung zweckmässig nur bis zu Drücken bis max. 7 kg/cm2 erfolgt.



   Fig. 6 zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung eines Magnetkernes in bezug auf einen bestimmten Temperaturbereich, wobei der lineare Bereich des Spannungsverlaufs ersichtlich ist. Die relative lineare Spannungs-Temperatur-Charakteristik   gemal3    Fig. 6 ist so  wohl fur    in einer Druckrichtung als auch hydrostatisch empfindliche Kerne   gultig.    Wie gezeigt, ist die Kurve im Bereich von -40  C bis +90  C praktisch geradlinig.



  Mit der Raumtemperatur als   Bezugsgrösse    zeigt es sich,   dal3    die Abweichung von der   Linearität    weniger als
3 Prozent ist.



   In Fig. 7 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung gezeigt, die einen Wandler benutzt, der die gleichen Mittel zum Anlegen eines Si  zonales    an und zum Weiterleiten vom Kern 10 aufweist, wie in Fig. 3 dargestellt. Zusätzlich ist nur eine feste   Abstützung    26 und eine auf den Kern 10 einwirkende Last 28 gezeigt. Der Druck der Last 28, der auf den   Kern    wirkt, verläuft entlang einer imagi  nären Linie zwischen    den Punkten 30 und 32 iiber den Durchmesser des Kernes 10. Die maximale Empfindlichkeit wird erreicht, wenn die Punkte 30 und 32 um 180 Grad gegeneinander verschoben liegen.



   In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der   erfindungsgemdi3en    Vorrichtung gezeigt, wobei zwei Wandler verwendet werden, um Druckdifferenzen zu messen und wobei die Empfindlichkeit des Wandlers erhöht werden kann. Die in Fig. 8   gezeib e Anordnung      umfal3t    ein Paar   Kerne    60 und 70, deren   Primer-    spulen 34 bzw. 36 in Serie geschaltet sind. Mit diesen Spulen sind weiter ein Signalgenerator 12, der den Spulen ein Eingangssignal liefert und ein Widerstand 38 in Serie geschaltet. Ein Paar   Sekundärspulen    40 und 42 ist in Serie mit einem veränderlichen Kondensator 44, einem Paar   veränderlicher Widerstände    46 und 48 und der Primärspule 52 eines Transformators 50 verbunden.

   Die Ausgangsspannung der Anordnung wird an den Klemmen der   Sekundärspule    54 des Transformators 50 gemessen.



   Die Ausgangsspannung der Spule 54 wird durch die Vektoren   V1    und   V*2    dargestellt, die den   dazuge-    hörigen Drücken P1 und   P2    entsprechen. Die   tatsäch-    liche Spannungsablesung ist der Unterschied zwischen   V,    und   V, d    h. eine Spannungsdifferenz.



   Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung ist ebenfalls mit hydrostatisch und in einer Richtung empfindlichen   Kernen ausrüstbar.    Wenn die beiden Kerne 60 und 70 dem gleichen Druck oder der gleichen Beanspruchung ausgesetzt werden, d. h., wenn Pl =   P2,    ist keine Ausgangsspannung Va an der Spule 54 vorhanden. Wenn jedoch ein Unterschied bei den Drücken besteht, die auf die   Kerne    einwirken, dann liefert die Vorrichtung eine Ausgangsspannung Va. Der Vorteil dieser Anordnung ergibt sich aus der Tatsache,   dal3    kleine Druckunterschiede bei hohen   Drilcken    oder Beanspruchungen, beispielsweise bei 700   kg/cm2    ohne weiteres abgelesen werden können.

   So kann ein Wandler einem bekannten Druck und der andere einem unbekannten Druck der gleichen   Grössenordnung    ausgesetzt werden. Der Ausgang liefert eine direkte Ablesung des Unterschiedes zwischen den beiden   Drücken,    welche genauer ist, als jegliche direkte Messung. Dies trifft insbesondere zu, wenn der Druckunterschied klein ist und es sich um eine Differenz aus relativ hohen Drücken handelt.



   In der Praxis hat es   sich gezeigt, dass    die Verwendung   beschreibungsgemässer    ferrimagnetischer Druckwandler die Möglichkeit schafft, Wandler zur Messung von Driicken und Beanspruchungen an zahlreichen Vorrichtungen, Materialien und in Umgebungen einzusetzen, wo das früher nicht möglich war. Zudem sind die Kosten zur Herstellung von Wandlern der beschriebenen Art ungewöhnlich niedrig und die Reproduzierbarkeit ist ausgezeichnet.

   Die zur Erläuterung beschriebenen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nicht die einzig   möglichen.    So ist beispielsweise die Verwendung als Beschleunigungsmesser, Mikrophon, Aufnahmekopf usw. möglich, wenn die Vorrichtung ge  mHI3    Fig. 7 geschaltet wird, wo ein in einer Richtung belasteter Kern   fur    Druck oder Beanspruchungsmessungen verwendet wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH I Vorrichtung mit einem Wandler zum Messen hydrostatischer oder in einer Richtung wirkender Drucke, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler mindestens einen Ferritkern besitzt, der eine Curie-Temperatur von mindestens 750 C hat, und dal3 eine mit dem (den) Ferritkern (Ferritkernen) gekuppelte Einrichtung zum Erzeugen von Eingangssignalen an den (die) Kern (Kerne) und eine magnetische mit dem Kern (den Kernen) gekuppelte Einrichtung zum Messen eines von der Impulserzeugungseinrichtung gelieferten Ausgangssignals vorgesehen ist, das von der Grbf3e des auf den Ferrit kern (die Ferritkerne) zur Einwirkung gebrachten Drukkes abhängt.
    UNTERANSPRUCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kern im Bereich von 0-1400 kg/cm2 ein dem Druck praktisch proportionales Ausgangssignal liefert.
    2. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dal3 der Kern eine Zusammensetzung von 0, 5 Gew.-Teilen NiFe20o und 0, 5 Gew.-Teilen Fe3O4 hat.
    3. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dal3 der Kern toroidförmig ist und aus 0, 49 Gew.-Teilen NiFe2O4, 0, 5 Gew.-Teilen Fie304 un 0, 01 Gew.-Teilen Lithium oder Kobalt besteht.
    4. Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ringförmig ist.
    5. Vorrichtung nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch zwei ferrimagnetische Kerne (60, 70), die je mit einer unter sich in Serie geschalteten Eingangsspule (34, 36) zwecks Erregung durch ein Eingangssignal und je mit einer Ausgangsspule (40, 42) versehen sind, welch letztere tuber einen variablen Kondensator (44), ein Paar variable Widerstande (46, 48) und die Primärwicklung (52) eines Transformators (50) in Serie geschaltet sind, wobei die Sekundärwicklung (54) des genannten Transformators (50) ein von den auf die Kerne ausgeübten Einzeldrücke abhängiges Signal liefert.
    6. Vorrichtung nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dal3 die Eingangsspule in Serie zu einem Widerstand (38) und einer Signalquelle (12) geschaltet ist.
    7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dal3 die Signalquelle (12) pro Signalzyklus einen positiven und einen negativen Hochfrequenzsignalimpuls liefert, wobei während der positiven Halbwelle im Kern ein Magnetfluss erzeugt und während der negativen Halbwelle wieder unterdruckt wird, und dal3 parallel zur Ausgangsspule ein Widerstand (24) zum Anpassen der Impedanz vorgesehen ist.
    PATENTANSPRUCH II Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Druckwandler nach Patentanspruch I mit einem zug-oder druckempfindlichen Ferritkern, wobei das Nickel enthaltende Ferritmaterial unter Einwirkung eines Magnetfeldes geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, dal3 das Kernmaterial auf eine Temperatur von mindestens 750 C erhitzt wird, dass das Kernmaterial einem magnetischen Feld mit einem ersten Wert ausgesetzt wird, wenn das Kernmaterial die genannte Temperatur erreicht hat, dal3 das Kernmaterial auf der erwähnten Temperatur während eines bestimmten Zeitraumes unter Steigerung des magnetischen Feldes auf einen zweiten Wert gehalten wird, daf3anschliel3end das magnetische Feld auf den ersten Wert reduziert wird,
    und dal3 das Kernmaterial in einem Zeitraum von mindestens vier Stunden langsam auf ungefähr 20 C abgekühlt wird, während die letztgenannte Feldstärke beibehalten wird.
    UNTERANSPRt} CHE 8. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein erstes magnetisches Feld von rund 800 Milliamperewindungen angelegt wird.
    9. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dal3 ein zweites magnetisches Feld von rund 1200 Milliamperewindungen angelegt wird.
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CH140467A CH477683A (de) 1967-01-31 1967-01-31 Vorrichtung mit einem Wandler zum Messen hydrostatischer oder in einer Richtung wirkender Drücke und Verfahren zu deren Herstellung

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