CH671460A5

CH671460A5 -

Info

Publication number: CH671460A5
Application number: CH271886A
Authority: CH
Inventors: Gerd Prof Dr Sc Techn Jaeger; Rainer Dr Sc Techn Gruenwald; Michael Dr-Ing Laubstein; Walter Dipl-Ing Schott
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1985-07-30
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1989-08-31
Also published as: DD239867A1; DE3621876A1

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft einen Druckmesswandler, der zur hochgenauen Druckmessung in Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt werden kann. The invention relates to a pressure transducer that can be used for high-precision pressure measurement in gases and liquids.

In der DE-PS 2 943 621 wird ein Druckwandler mit einer Bourdonfeder beschrieben, bei dem das freie Ende an der Stelle der Druckeinleitung festgelegt und dessen anderes freies Ende unter der Druckeinwirkung aus einer Ausgangsstellung ausgelenkt wird und mit Dehnungsmessstreifen ein druckproportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugt wird. Dazu werden auf der nach innen und nach aussen gebogenen Seite der Bourdonfeder jeweils zwei Dehnmessstreifen in tangentialer Richtung der Bourdonfeder angeordnet und zu einer Vollbrücke verschaltet, so dass am Ausgang druckproportionale elektrische Ausgangssignale zur Verfügung stehen. DE-PS 2 943 621 describes a pressure transducer with a Bourdon tube, in which the free end is fixed at the point of pressure introduction and the other free end is deflected under the action of pressure from an initial position and a pressure-proportional electrical output signal is generated with strain gauges. For this purpose, two strain gauges are arranged on the inside and outside of the Bourdon tube in the tangential direction of the Bourdon tube and connected to a full bridge, so that pressure-proportional electrical output signals are available at the output.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass keine Präzisionsmessungen erreichbar sind, da die elektrischen Ausgangssignale infolge der Dehnmessstreifentechnik (z. B. Fehler durch Kriecherscheinungen in der Klebeschicht, Temperaturfehler) fehlerbehaftet sind. A disadvantage of this device is that no precision measurements can be achieved, since the electrical output signals are faulty due to the strain gauge technology (e.g. errors due to creeping phenomena in the adhesive layer, temperature errors).

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Messung von Drücken in gasförmigen und flüssigen Medien mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen. The aim of the invention is to enable the measurement of pressures in gaseous and liquid media with high accuracy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmesswandler zu schaffen, der eine hohe Messgenauigkeit besitzt und unter Betriebsbedingungen funktionstüchtig bleibt. The invention has for its object to provide a pressure transducer which has a high measurement accuracy and remains functional under operating conditions.

Die Aufgabe wird bei einem Druckmesswandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. The object is achieved in a pressure transducer according to the preamble of claim 1 by its characterizing features.

Die anderen Teile des Interferometers können aus einem Teilerwürfel und einem kippinvarianten Referenzreflektor bestehen. Der Teilerwürfel wird vorteilhaft aus einem 90 °-Prisma und einem zweiten Prisma so gebildet, dass die spiegelnden Flächen des Teilerwürfels unter einem von 90 ° geringfügig abweichenden Winkel stehen. Zur Erzeugung guter Spiegelflächen können auch Planspiegel an den Flächen des Teilerwürfels angebracht sein. Weiterhin können an den Lichtem- und Lichtaustrittsflächen des Teilerwürfels spezielle entspiegelte Platten befestigt sein. Die kippinvarianten Reflektoren können als Tripelprismen ausgebildet sein. The other parts of the interferometer can consist of a divider cube and a tilt-invariant reference reflector. The divider cube is advantageously formed from a 90 ° prism and a second prism such that the reflecting surfaces of the divider cube are at an angle slightly different from 90 °. To create good mirror surfaces, plane mirrors can also be attached to the surfaces of the divider cube. Furthermore, special anti-reflective plates can be attached to the light and light exit surfaces of the divider cube. The tilt-invariant reflectors can be designed as triple prisms.

Besonders gute messtechnische Eigenschaften können dann erreicht werden, wenn alle Bauteile des Druckmesswandlers aus Kieselglas hergestellt sind. Zur Einsparung des hochwertigen Kieselglases ist es möglich, die Grundplatte, die Halterung, das Verbindungsstück und das Haltestück aus Kieselgut aufzubauen. Ebenfalls sehr gute messtechnische Eigenschaften werden erreicht, wenn die Bourdonfeder, die Halterung, die Grundplatte, das Verbindungsstück und das Haltestück aus Silizium sind. Particularly good metrological properties can be achieved if all components of the pressure transducer are made of silica glass. To save the high-quality silica glass, it is possible to build the base plate, the holder, the connecting piece and the holding piece from silica material. Very good measurement properties are also achieved if the Bourdon tube, the holder, the base plate, the connecting piece and the holding piece are made of silicon.

Die Deformation einer Bourdonfeder, die bei Einleitung eines Druckes im Inneren der Bourdonfeder entsteht, wird mit Hilfe von einem Interferometer hochgenau ermittelt. The deformation of a Bourdon tube, which occurs when pressure is applied to the interior of the Bourdon tube, is determined with the help of an interferometer.

Das Interferometer wird durch eine monochromatische Lichtquelle und ein optisches Anpassungssystem beleuchtet. Die im Interfeferometer erzeugten Interferenzstreifen werden mit zwei Fotoempfängern, die zwei um 90 ° phasenverschobene Signale liefern, abgetastet und über eine Auswerteelektronik richtungsabhängig gezählt. The interferometer is illuminated by a monochromatic light source and an optical adjustment system. The interference fringes generated in the interferometer are scanned with two photo receivers, which supply two signals that are phase-shifted by 90 °, and counted in a direction-dependent manner using evaluation electronics.

Bei der Einleitung eines Druckes in das Innere der Bourdonfeder biegt sich diese druckproportional auf. Somit kommt es zu einer Verlagerung des kippinvarianten Laufreflektors und durch die dadurch bewirkte Änderung des Gangunterschiedes in einem Interferometerzweig zur Auswanderung der Interferenzstreifen. Die Anzahl der ausgewanderten Interferenzstreifen wird mit den Fotoempfängern und der Auswerteeinheit richtungsabhängig erfasst, so dass der Zählerstand ein direktes Abbild des zu messenden Druckes ist. When pressure is applied to the interior of the Bourdon tube, it bends in proportion to the pressure. This results in a shifting of the tilt-invariant running reflector and the resulting change in the path difference in an interferometer branch leads to the emigration of the interference fringes. The number of emitted interference fringes is recorded with the direction of the photo receivers and the evaluation unit, so that the counter reading is a direct image of the pressure to be measured.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt: The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows:

Fig. 1 : Anordnung mit Bourdonfeder, Grundplatte und komplettem Interferometer Fig. 1: Arrangement with Bourdon tube, base plate and complete interferometer

Fig. 2 : Interferometer mit Teilerwürfel und zwei Tripelprismen Fig. 2: Interferometer with divider cubes and two triple prisms

Fig. 3 : Anordnung der spiegelnden und entspiegelten Platten am Teilerwürfel Fig. 3: arrangement of the reflective and anti-reflective plates on the divider cube

Gemäss Fig. 1 besteht der Druckmesswandler aus einer Bourdonfeder 1, welche am Rohrstutzen 2 mittels der Halterung 3 an der Grundplatte 4 befestigt ist. Am offenen Ende des Rohrstutzens 2 wird der zu messende Druck in die Bourdonfeder 1 eingeleitet. Am geschlossenen Ende der Bourdonfeder 1 ist der kippinvariante Laufreflektor 6 eines Interferometers angebracht. In Fig. 1 sind die kippinvarianten Ref lek2 1, the pressure transducer consists of a Bourdon tube 1, which is attached to the pipe socket 2 by means of the holder 3 on the base plate 4. At the open end of the pipe socket 2, the pressure to be measured is introduced into the Bourdon tube 1. At the closed end of the Bourdon tube 1, the tilt-invariant barrel reflector 6 of an interferometer is attached. In Fig. 1 are the tilt invariant Ref lek2

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

toren 6,8 als Tripelprismen und das Verbindungsstück 5 als Winkel dargestellt. Der kippinvariante Referenzreflektor 8 ist über das Haltestück 14 an der Grundplatte 4 befestigt. Ebenfalls auf der Grundplatte 4 ist der optische Teiler 7 des Interferometers fest angebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der optische Teiler 7 aus einem 90 "-Prisma und einem zweiten Prisma so aufgebaut, dass die Spiegelflächen 12 und 13 am Teilerwürfel 7 einen von 90 ° abweichenden Winkel a zueinander bilden und somit um 900 phasenverschobene Signale mit den Fotoempfängern 11 abgetastet werden können. Der Teilerwürfel 7 und die als Tripelprismen ausgebildeten kippinvarianten Reflektoren 6,8 sind in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 3 sind die verspiegelten und entspiegelten Flächen des Teilerwürfels 7 durch zusätzliche verspiegelte Platten 15,16 und entspiegelte Platten 17,18,19 und 20 realisiert. gates 6,8 as triple prisms and the connector 5 shown as an angle. The tilt-invariant reference reflector 8 is fastened to the base plate 4 via the holding piece 14. The optical divider 7 of the interferometer is also firmly attached to the base plate 4. In the exemplary embodiment shown, the optical divider 7 is constructed from a 90 "prism and a second prism in such a way that the mirror surfaces 12 and 13 on the divider cube 7 form an angle a with respect to one another which differs from 90 ° and thus are scanned with the photodetectors 11 by 900 phase-shifted signals The divider cube 7 and the tilt-invariant reflectors 6, 8 designed as triple prisms are shown in Fig. 2. In Fig. 3, the mirrored and anti-reflective surfaces of the divider cube 7 are represented by additional mirrored plates 15, 16 and anti-reflective plates 17, 18. 19 and 20 realized.

3 671460 3 671460

Besonders gute messtechnische Eigenschaften erreicht man, wenn alle beschriebenen Bauteile aus Kieselglas hergestellt werden. Zur Einsparung des hochwertigen Kieselglases kann auch für die Grundplatte 4, die Halterung 3, das Ver-s bindungsstück 5 und das Haltestück 14 Kieselgut verwendet werden. Ebenfalls sehr gute messtechnische Eigenschaften werden erreicht, wenn die Bourdonfeder 1, der Rohrstutzen 2, die Halterung 3, die Grundplatte 4, das Verbindungsstück 5 und das Haltestück 14 aus Silizium sind. Particularly good metrological properties can be achieved if all the components described are made of silica glass. To save the high-quality silica glass can also be used for the base plate 4, the holder 3, the connector 5 and the holding piece 14. Also very good metrological properties are achieved if the Bourdon tube 1, the pipe socket 2, the holder 3, the base plate 4, the connecting piece 5 and the holding piece 14 are made of silicon.

io Zur Erzeugung von Interferenzstreifen im Interferometer sind die monochromatische Lichtquelle 9 und die Anpassungsoptik 10 angeordnet. Die auswandernden Interferenzstreifen werden über die Fotoempfänger 11 abgetastet, die erhaltenen Signale in der Auswerteeinheit 21 verstärkt, 15 getriggert und in Zählerimpulse umgeformt, die nach einer Vor-Rückwärtserkennung dem Zähler 22 zugeführt werden. The monochromatic light source 9 and the matching optics 10 are arranged to generate interference fringes in the interferometer. The migrating interference fringes are scanned by the photo receivers 11, the signals obtained are amplified in the evaluation unit 21, triggered 15 and converted into counter pulses which are fed to the counter 22 after a forward-backward detection.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

671460 PATENT CLAIMS

1. pressure transducer, consisting of a Bourdon tube, an interferometer with tilt-invariant reflectors,

a monochromatic light source, optical systems, photoelectric receivers, pulse shaper stages and a up / down counter, characterized in that a pipe socket (2) is attached to the open end of the Bourdon tube (1), which is connected to a base plate (1) by a holder (3) 4) is firmly connected that a tilting invariant running reflector (6) of the interferometer is firmly attached to the closed end of the Bourdon tube (1) via a connecting piece (5) and that the fixed parts of the interferometer, an optical divider, are attached to the base plate (4) (7) and a tilting invariant reference reflector (8) are attached via a holding piece (14).

2. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that the optical divider (7) is formed such that the mirror surfaces (12, 13) on the optical divider (7) form an angle not equal to 90 ° with one another.

3. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that on the optical divider (7) two plane mirrors (15, 16) and four anti-reflective plates (17, 18, 19, 20) are firmly attached.

4. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that the tilt-invariant reflectors (6, 8) are designed as triple prisms.

5. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that the Bourdon tube (1) consists of silica glass.

6. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that the Bourdon tube (1), the pipe socket (2), the holder (3), the base plate (4), the connecting piece (5), the tilt-invariant barrel reflector (6) designed as a triple prism and reference reflector (8), the optical splitter (7), the holding piece (14), two plane mirrors (15, 16) and four non-reflecting plates (17, 18, 19, 20) consist of silica glass.

7. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that the holder (3), the base plate (4), the connecting piece (5) and the holding piece (14) are made of silica.

8. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that the Bourdon tube (1), the pipe socket (2), the holder (3), the base plate (4), the connecting piece (5) and the holding piece (14) consist of silicon.