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.
Pressure transmitter for measuring pressures of liquid or gaseous media
The invention relates to a pressure transducer for measuring pressures of liquid or gaseous media.
There are known different types of pressure transducers of this type which, for. B. serve to index the pressure curves in piston internal combustion engines. Most of the known pressure transducers work either according to the piezoelectric principle or according to a capacitive principle. Both types of pressure transducers have the disadvantage that they only work linearly in a narrow range and, what is even worse, change their sensitivity over time and also as a function of temperature, so that a quantitative evaluation of the measurements is questionable. In addition, the known pressure transducers do not allow a zero line to be recorded during operation, i.e. H. the line corresponding to atmospheric pressure.
The invention aims to create a pressure transducer which works according to a novel principle, does not have the disadvantages of the known pressure transducers, is linear over a large range, provides repeatable measured values and, moreover, allows a zero line to be recorded at any time during operation without that the pressure transmitter z. B. would have to be dismantled from the piston engine. At the same time, the pressure transmitter according to the invention is intended to compensate for temperature changes, such as those that occur for B.
occur during measurements on piston internal combustion engines, allow, and in this way be insensitive to temperature changes.
The pressure transducer according to the invention, by means of which this goal is achieved, is characterized by a measuring body with a tubular measuring part which is exposed to the pressure to be measured, and a comparison part connected to this, which is withdrawn from the action of the pressure to be measured, but in operation in has essentially the same temperature as the measuring part, the measuring part and the comparison part each being provided with at least one strain gauge.
The invention is explained using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing.
It shows:
1 shows an axial section of a pressure transducer according to the invention,
FIG. 2 the section II-II from FIG. 1,
Fig. 3 the section III-III from FIG. 1 and the
4 shows an electrical circuit diagram of the circuit of the pressure transmitter according to the invention in an electrical measuring bridge.
The pressure transducer shown in FIG. 1 contains a cylindrical measuring body 1, which is enclosed in a housing which consists of an upper housing part 2 and a lower housing part 3. The lower housing part 3 is provided with a thread 4 for screwing the pressure transducer into a machine to be measured, and with an outer hexagon for gripping the part with a key. In addition, the housing part 3 is provided with a bore 6, which is used to supply the medium to be measured into its interior.
The upper housing part 2 is screwed into the housing part 3 by means of a thread 7, contains a hexagon 8 for screwing into the part 3 and has an opening 10 at the upper end for the passage of an electrical connection cable, not shown, which connects the pressure sensor to an electrical measuring device.
The housing part 2 is provided with a cavity 11 in which the measuring body 1 is located. The measuring body 1 has a flange 13 which is clamped between the housing parts 2 and 3. In order to avoid any deformation of the measuring body 1 that could affect the measured values, the surfaces of the housing parts 2 and 3 and the flange 13 resting on one another are ground and screwed together, dispensing with special seals.
The measuring body 1 has a lower tubular measuring part 14 which has a cylindrical bore 15 in which a filling body 16 is located. The filling body 16 is mounted in the bore 15 with the aid of a projecting collar 17 in which grooves 18 are formed. The other end of the filling body 16 is in the form of a pin 20 which is inserted into a bore 21 coaxial with the bore 15 and having a smaller diameter than the bore 15. In order to avoid the development of tension between the measuring body 1 and the filling body 16, the pin 20 is only loosely inserted in the bore 21 and with the help of an adhesive, e.g. B. resin-based attached.
The measuring part 14 of the measuring body 1 is followed by a likewise cylindrical comparison part 22, which has a slightly larger outer diameter than the measuring part 14 and has an inner cylindrical bore 23. Between the measuring part 14 and the comparison part 22 of the measuring body 1 there is a full section 24, which at the same time closes the interior of the measuring part 14, which is formed by the bores 15 and 21, at the top. To avoid the transmission of stresses from the measuring part 14 to the comparison part 22, the full section 24 is provided with an outer circumferential groove 25. The measuring part 14 is provided with a strain gauge E glued on in the circumferential direction. A strain gauge K is glued to the outer wall of the comparison part 22. In the bore 23 of the comparison part 22 there is a strain gauge F.
The electrical bridge circuit of the pressure transmitter according to the invention is shown in FIG. 4. The parts contained in the pressure transducer D are shown framed in this figure with a dash-dotted line.
Connection points 30, 31, 32, 33 and 34, the z. B. may be contacts of a plug, connect the pressure transmitter to a measuring device in which the other parts of the measuring bridge are included.
As can be seen from FIG. 4, the pressure transducer D contains the strain gauges E, F and K, the two strain gauges E and F being connected with one of their ends to the connection points 31 and 32, respectively. The other ends of the strain gauges E and F are connected to one another and connected to the connection point 30, and the ends of the strain gauge K are connected to the connection points 33 and 34.
As already mentioned, the connection points 30 to 34 are preferably formed in a plug of a 5-wire cable, which leads through the opening 10 in the housing part 2, with its individual lead wires being connected to the strain gauges in the manner shown in the diagram.
The measuring device, which is intended for use with the pressure transducer, contains, as shown in FIG. 4, two input terminals 35 and 36 for an input voltage, which is preferably a constant voltage. The terminal 35 is connected on the one hand by a line 37 to the connection point 30 and on the other hand by a line 38 to the end of a resistor R1. The terminal 36 is connected on the one hand to the connection point 34, on the other hand to one end of a variable resistor R2. The other ends of the resistors R1 and R2 are connected to one another and through a line 40 to a balancing device 41, e.g. B.
highly sensitive galvanometer, connected. The other pole of the adjustment device 41 is connected to the connection point 33 via a line 42. In addition, a switch 43 is connected to the line 42, which switch 43 optionally connects the line 42 to the connection point 31 or 32. A variable resistor 44, which is used to balance the resistance values of the strain gauges E and F, can be connected in the line leading from the changeover switch 43 to the connection point 33. The lines 40 and 42 are also provided with connection terminals 45 for a recording device for the voltage curve, e.g. B. an oscilloscope provided.
The resistors R1 and R2 together with the strain gauges E and K form a measuring bridge of a known type. The strain gauges E and K are a measuring bridge of a known type. The strain gauge E is the active part of the circuit, which is formed during the measurement under the influence of pressure Tensile forces changes its resistance and thereby enables the measurement. The strain gauge K, which is located on the compensating part and is not exposed to the expansion caused by the pressures to be measured, serves to compensate for the effect of temperature changes on the strain gauge E.
For this purpose, the measuring strip K has a resistance value that does not deviate significantly from the resistance value of the measuring strip E, and is exposed to a temperature during operation that is essentially the same as the temperature of the strain gauge E. This is made possible by the design of the measuring body described.
The resistors R1 and R2 serve in a manner known per se for balancing the measuring bridge with the aid of the balancing device 41.
The measuring strip F is used to record a zero line in the recording device at any point in time during a measurement. To simplify this process, the resistor 44 can be set so that the measuring strips E and F have the same resistance values.
If the course of a pressure, for example the fuel pressure in the fuel valve of a reciprocating internal combustion engine, is to be measured during operation, the pressure transmitter according to the invention is screwed into the valve of the machine and connected to the measuring device, the circuit of which is shown in FIG. 4, with the aid of its connecting cable . Before the measurement, the measuring bridge is adjusted in a manner known per se by the variable resistor R1 in such a way that the adjustment device 41 shows no current.
The pressure curve can then B. can be followed with the help of the aforementioned oscilloscope, which is connected to terminals 45. If the zero line is to be drawn during operation in the diagram formed by the recording device, i. H. the line, which corresponds to the unpressurized state, is simply switched off by the switch 43 of the active measuring strip E from the bridge and the strain gauge F is switched into the bridge. If the resistances have been adjusted beforehand by means of the resistor 44, the zero line is immediately recorded in the recording device which is connected to the terminals 45. The recording of the zero line is very accurate because the rotation measuring strip F is exposed to essentially the same temperature as the strain gauge K.
In principle, however, it is also possible to dispense with the resistor 44. In this case, after switching over the switch 43 from the strain gauge E to the strain gauge F, the bridge must first be adjusted by the resistor R2 before the zero line can be recorded by the recording device. In this case, too, the zero line is precisely recorded because the rotation measuring strip F, as already mentioned, is exposed to the same temperature as the strain gauge K and is therefore subject to the same temperature-related changes in its resistance as the strain gauge K.