Druckgeber zur Messung von Drücken flüssiger oder gasförmiger Medien
Die Erfindung betrifft einen Druckgeber zur Messung von Drücken flüssiger oder gasförmiger Medien.
Es sind verschiedene Typen von Druckgebern dieser Art bekannt, die z. B. zum Indizieren der Druckverläufe bei Kolbenbrennkraftmaschinen dienen. Die meisten der bekannten Druckgeber arbeiten entweder nach dem piezoelektrischen Prinzip oder nach einem kapazitiven Prinzip. Beide Typen von Druckgebern haben den Nachteil, dass sie nur im engen Bereich linear arbeiten und, was noch schlimmer ist, mit der Zeit und auch in Abhängigkeit von der Temperatur ihre Empfindlichkeit verändern, so dass eine quantitative Auswertung der Messungen fraglich ist. Ausserdem gestatten die bekannten Druckgeber keine Aufzeichnung einer Null-Linie während des Betriebes, d. h. der Linie, welche atmosphärischem Druck entspricht.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Druckgebers zum Ziel, welcher nach einem neuartigen Prinzip arbeitet, die Nachteile der bekannten Druckgeber nicht aufweist, in einem grossen Bereich linear ist, wiederholbare Messwerte liefert und zudem jederzeit während des Betriebes die Aufzeichnung einer Null-Linie gestattet, ohne dass der Druckgeber z. B. von der Kolbenbrennkraftmaschine demontiert werden müsste. Gleichzeitig soll der erfindungsgemässe Druckgeber eine Kompensation von Temperaturveränderungen, wie sie z. B.
bei Messungen an Kolbenbrennkraftmaschinen auftreten, gestatten, und auf diese Weise gegen Temperatur änderungen unempfindlich sein.
Der erfindungsgemässe Druckgeber, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, ist gekennzeichnet durch einen Messkörper mit einem rohrförmigen Messteil, der dem zu messenden Druck ausgesetzt ist, und einem an diesen anschliessenden Vergleichsteil, welcher der Einwirkung des zu messenden Druckes entzogen ist, jedoch im Betrieb im wesentlichen die gleiche Temperatur wie der Messteil aufweist, wobei der Messteil und der Vergleichsteil mit mindestens je einem Dehnmessstreifen versehen sind.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Schnitt eines erfindungsgemässen Druckgebers,
Fig. 2 den Schnitt II-II aus der Fig. 1,
Fig. 3 den Schnitt III-III aus der Fig. 1 und die
Fig. 4 ein elektrisches Schaltschema der Schaltung des erfindungsgemässen Druckgebers in einer elektrischen Messbrücke.
Der in der Fig. 1 dargestellte Druckgeber enthält einen zylindrischen Messkörper 1, der in einem Gehäuse eingeschlossen ist, das aus einem oberen Gehäuseteil 2 und einem unteren Gehäuseteil 3 besteht. Der untere Gehäuseteil 3 ist mit einem Gewinde 4 zum Einschrauben des Druckgebers in einer zu messenden Maschine versehen, sowie mit einem äusseren Sechskant zum Erfassen des Teiles mit einem Schlüssel. Ausserdem ist der Gehäuseteil 3 mit einer Bohrung 6 versehen, welche der Zufuhr des zu messenden Mediums in seinen Innenraum dient.
Der obere Gehäuseteil 2 ist mittels eines Gewindes 7 im Gehäuseteil 3 eingeschraubt, enthält einen Sechskant 8 zum Einschrauben in den Teil 3 und hat am oberen Ende eine Öffnung 10 für die Durchführung eines nicht dargestellten elketrischen Verbindungskabels, welches den Druckfühler mit einem elektrischen Messgerät verbindet.
Der Gehäuseteil 2 ist mit einem Hohlraum 11 versehen, in welchem sich der Messkörper 1 befindet. Der Messkörper 1 hat einen Flansch 13, welcher zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 eingeklemmt ist. Um dabei möglichst jede Deformation des Messkörpers 1 zu ver meiden, welche die Messwerte beeinflussen könnte, sind die aufeinander aufliegenden Flächen der Gehäuseteile 2 und 3 und des Flansches 13 geschliffen und unter Verzicht auf besondere Dichtungen mit einander verschraubt.
Der Messkörper 1 hat einen unteren rohrförmigen Messteil 14, der eine zylindrische Bohrung 15 hat, in welcher sich ein Füllkörper 16 befindet. Der Füllkörper 16 ist in der Bohrung 15 mit der Hilfe eines vorspringenden Bundes 17 gelagert, in welchem Nuten 18 ausgebildet sind. Das andere Ende des Füllkörpers 16 hat die Form eines Zapfens 20, welcher in einer mit der Bohrung 15 koaxialen Bohrung 21 mit kleinerem Durchmesser als die Bohrung 15 eingeführt ist. Um die Entstehung von Spannungen zwischen dem Messkörper 1 und dem Füllkörper 16 zu vermeiden, ist der Zapfen 20 in der Bohrung 21 nur lose eingeführt und mit Hilfe eines Klebstoffes, z. B. auf Kunstharzbasis, befestigt.
An den Messteil 14 des Messkörpers 1 schliesst sich ein ebenfalls zylindrischer Vergleichsteil 22 an, welcher einen etwas grösseren äusseren Durchmesser als der Messteil 14 hat und eine innere zylindrische Bohrung 23 aufweist. Zwischen dem Messteil 14 und dem Vergleichsteil 22 des Messkörpers 1 befindet sich ein voller Abschnitt 24, welcher gleichzeitig den Innenraum des Messteiles 14, der durch die Bohrungen 15 und 21 gebildet wird, nach oben abschliesst. Zur Vermeidung der Übertragung von Spannungen aus dem Messteil 14 auf den Vergleichsteil 22 ist der volle Abschnitt 24 mit einer äusseren Umfangsnut 25 versehen. Der Messteil 14 ist mit einem in Umfangsrichtung aufgeklebten Dehnmessstreifen E versehen. An der Aussenwand des Vergleichsteiles 22 ist ein Dehnmessstreifen K aufgeklebt. In der Bohrung 23 des Vergleichteiles 22 befindet sich ein Dehnmessstreifen F.
In der Fig. 4 ist die elektrische Brückenschaltung des erfindungsgemässen Druckgebers dargestellt. Die im Druckgeber D enthaltenen Teile sind in dieser Figur mit einer strichpunktierten Linie eingerahmt dargestellt.
Anschlussstellen 30, 31, 32, 33 und 34, die z. B. Kontakte eines Steckers sein können, verbinden den Druckgeber mit einem Messgerät, in welchem die übrigen Teile der Messbrücke enthalten sind.
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, befinden sich im Druckgeber D die Dehnmessstreifen E, F und K, wobei die beiden Dehnmessstreifen E und F mit einem ihrer Enden mit den Anschlussstellen 31 bzw. 32 verbunden sind. Die anderen Enden der Dehnmessstreifen E und F sind miteinander verbunden und an die Anschlussstelle 30 angeschlossen, die Enden des Dehnmessstreifens K sind mit den Anschlussstellen 33 und 34 verbunden.
Wie bereits erwähnt, sind vorzugsweise die Anschlussstellen 30 bis 34 in einem Stecker eines 5adrigen Kabels ausgebildet, welches durch die Öffnung 10 in den Ge häuseteil 2 führt, wobei seine einzelnen Leitungsdrähte in der im Schema dargestellten Weise an die Dehnmessstreifen angeschlossen sind.
Das Messgerät, welches zur Verwendung mit dem Druckgeber bestimmt ist, enthält entsprechend der Darstellung in der Fig. 4 zwei Eingangsklemmen 35 und 36 für eine Eingangsspannung, welche vorzugsweise eine konstantgehaltene Gleichspannung ist. Die Klemme 35 ist einerseits durch eine Leitung 37 mit der Anschlussstelle 30, andererseits durch eine Leitung 38 mit dem Ende eines Widerstandes R1 verbunden. Die Klemme 36 ist einerseits mit der Verbindungsstelle 34, andererseits mit einem Ende eines veränderlichen Widerstandes R2 verbunden. Die anderen Enden der Widerstände R1 und R2 sind miteinander verbunden und durch eine Leitung 40 an ein Abgleichgerät 41, z. B.
hochempfindliches Galvanometer, angeschlossen. Der andere Pol des Abgleichgerätes 41 ist über eine Leitung 42 mit der Verbindungsstelle 33 verbunden. Ausserdem ist an die Leitung 42 ein Schalter 43 angeschlossen, welcher wahlweise die Leitung 42 mit der Verbindungsstelle 31 oder 32 verbindet. In der vom Umschalter 43 zur Verbindungsstelle 33 führenden Leitung kann ein veränderlicher Widerstand 44 geschaltet sein, welcher zum Abgleich der Widerstandswerte der Dehnmessstreifen E und F dient. Die Leitungen 40 und 42 sind ausserdem noch mit Anschlussklemmen 45 für ein Aufzeichnungsgerät für den Spannungsverlauf, z. B. einem Oszillographen, versehen.
Die Widerstände R1 und R2 bilden zusammen mit den Dehnmessstreifen E und K eine Messbrücke bekannter Art. Der Dehnmessstreifen E und K eine Messbrücke bekannter Art. Der Dehnmessstreifen E ist der aktive Teil der Schaltung, welcher während der Messung unter dem Einfluss von durch den Druck gebildeten Zugkräften seinen Widerstand verändert und dadurch die Messung ermöglicht. Der Dehnmessstreifen K, der sich am Ausgleichsteil befindet und den durch die zu messenden Drücke gebildeten Dehnungen nicht ausgesetzt ist, dient der Kompensation der Einwirkung von Temperaturveränderungen auf den Dehnmessstreifen E.
Der Messstreifen K hat zu diesem Zweck einen Widerstandswert, der nicht stark vom Widerstandswert des Messstreifens E abweicht, und ist im Betrieb einer Temperatur ausgesetzt, die im wesentlichen gleich ist wie die Temperatur des Dehnmessstreifens E. Das wird durch die beschriebene Ausführung des Messkörpers ermöglicht.
Die Widerstände R1 und R2 dienen in an sich bekannter Weise zum Abgleichen der Messbrücke mit der Hilfe des Abgleichgerätes 41.
Der Messstreifen F dient zum Aufzeichnen einer Null-Linie im Aufzeichnungsgerät zu beliebigen Zeitpunkten während einer Messung. Zur Vereinfachung dieses Vorganges kann der Widerstand 44 so eingestellt werden, dass die Messstreifen E und F gleiche Widerstandswerte haben.
Wenn im Betrieb der Verlauf eines Druckes, zum Beispiel des Brennstoffdruckes im Brennstoffventil einer Kolbenbrennkraftmaschine gemessen werden soll, wird der erfindungsgemässe Druckgeber in das Ventil der Maschine eingeschraubt und mit Hilfe seines Anschlusskabels an das Messgerät, dessen Schaltung in der Fig. 4 dargestellt ist, angeschlossen. Vor der Messung wird in an sich bekannter Weise die Messbrücke durch den veränderlichen Widerstand R1 derart abgeglichen, dass das Abgleichgerät 41 keinen Strom zeigt.
Darauf kann der Druckverlauf z. B. mit der Hilfe des erwähnten Oszillographen verfolgt werden, der an die Klemmen 45 angeschlossen ist. Soll nun während des Betriebes im durch das Aufzeichnungsgerät gebildeten Diagramm die Null-Linie gezogen werden, d. h. die Linie, welche dem drucklosen Zustand entspricht, wird einfach durch den Umschalter 43 der aktive Messstreifen E aus der Brücke ausgeschaltet und der Dehnmessstreifen F in die Brücke geschaltet. Wenn vorher durch den Widerstand 44 eine Anpassung der Widerstände vorgenommen wurde, erfolgt unmittelbar eine Aufzeichnung der Null-Linie im Aufzeichnungsgerät, welches an die Klemmen 45 angeschlossen ist. Die Aufzeichnung der Null-Linie ist dabei sehr genau, da der Drehnmessstreifen F im wesentlichen der gleichen Temperatur ausgesetzt ist wie der Dehnmessstreifen K.
Es ist jedoch im Prinzip auch möglich, auf den Widerstand 44 zu verzichten. In diesem Falle muss nach einer Umschaltung des Umschalters 43 vom Dehnmessstreifen E auf den Dehnmessstreifen F zuerst die Brücke durch den Widerstand R2 abgeglichen werden, bevor die Aufzeichnung der Null-Linie durch das Aufzeichnungsgerät erfolgen kann. Auch in diesem Falle erfolgt eine genaue Aufzeichnung der Null-Linie, da der Drehnmessstreifen F, wie bereits erwähnt, der gleichen Temperatur ausgesetzt ist wie der Dehnmessstreifen K und daher den gleichen temperaturbedingten Änderun- gen seines Widerstandes unterworfen ist wie der Dehnmessstreifen K.