DD278187A1 - Elektromechanische einrichtung zur messung des druckes und der kraft - Google Patents

Abstract

Die elektromechanische Einrichtung zur Druck- bzw. Kraftmessung wird durch die Kopplung eines mechanischen Druck- bzw. Kraftaufnehmers mit einem magnetoresistiven Sensor realisiert. Man erreicht durch die Art der Kopplung eine beruehrungslose und damit temperaturentkoppelte Uebertragung der Messgroesse. Dabei wirkt die Auslenkung einer druckabhaengigen Biegeplatte oder Membran direkt auf einen magnetoelastischen Verformungskoerper, der Bestandteil eines magnetischen Kreises ist und dessen Feldstaerkenaenderung mit dem magnetoresistiven Sensor gemessen wird. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung wird eingesetzt zur Messung von Druck- und/oder Kraftgrößen in Kraft- und Arbeitsmaschinen sowie in beliebicen gas- oder flüssigkeitsführenden Rohrleitungen und Behältern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten technischen Lösungen zur Messung von Drücken, basierend auf dem magnetoelastischen, dem piezoresistiven und dem piezoelektrischen Effekt, werden von dieser Erfindung nicht berührt.

In dem bekannten HLW-Druckaufnehmer wird durch den wirkenden Druck auf eine Membranfläche eine Durchbiegung erreicht, die mittels Dehnungsmeßstreifen in ein elektrisches Signal umgeformt wird. Bei diesem Aufnehmer ergeben sich Probleme durch die Applikation der Dehnungsmeßstreifen, die auftretende Nichtlinearität und die Temperaturabhängigkeit der Dehnungsmeßstreifen.

Bei dem piezoelektrischen Druckaufnehmer wirl'. der Druck auf einen Kristall (Quarz), welcher mechanisch deformiert wird und daboi ein Feld längs einer Kristallachse aufbaut. Mit diesem piezoelektrischen Druckaufnehmer können jedoch keine Langzeitmessungen statischer Art durchgeführt werden. Die Herstellung dieser Druckaufnehmer ist kostenaufwendig.

Zur Vermeidung von Kriechströmen werden hohe Anforderungen an die Isolation und eine saubere Verarbeitung der Anschlüsse gestellt.

Bei magnetoelastischen Druckaufnehmern wird u. a. durch Verformung eines aus ferromagnetischem Material mit vier durchgehenden Bohrungen bestehenden Stauchungskörpers, in denen Primär- und Sekundärwicklungen so verlegt sind, daß diese sich rechtwinklig kreuzen, der Anisotropiewandler genutzt. Eine aufwendige Herstellung macht die Produktion des Aufnehmers kostenungünstig. Die Aufnehmer sind nur bedingt als Präzisionsaufnehmer geeignet.

In der Offenlegungsschrift DE 2725543 A1 wird eine Druckmeßdose beschrieben, die ein druckabhängig bewegbares Teil umfaßt, das mit einem Kurzschlußmitlei für die magnetischen Feldlinien eines Elektromagneten gekuppelt ist. Die magnetischen Feldlinien selbst werden mit einer mit dem Magneten in Verbindung stehenden Spule erfaßt. Eine an die Spule angeschlossene Auswerteschaltung dient der Messung der Induktivität der Spule und somit mittelbar der Messung des Druckes. In einer Veröffentlichung von T. Steen der FH-Hamburg wird ein Druckaufnehmer verwendet, der auf der induktiven Wegmessung basiert, wobei die Verringerung des Luftspaltes

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll durch die Kopplung eines mechanischen Druckaufnehmers und eines hochempfindliches!! magnetoresistiven Sensor eine weitgehend berührungslose und damit temperaturentkoppelte Übertragung der Meßgröße creicht werden. Ziel der Erfindung ist es weiterhin, durch eine robuste und einfache Bauweise des Aufnehmers und die Art der Kopplung des druckabhängigen Bauelementes mit dem Sensor, dieses Meßverfahren zur Messung von hohen Drücken bei zusätzlich wirkenden Temperaturen einzusetzen. Infolge der kompaktan Meßeinrichtung wird eine gute Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse gewährleistet. Außerdem ist ein Einsatz an aggressiven Druckmedien möglich. Vorteilhaft ergeben sich durch den magnetoresistiven Sensor eine gute Miniaturisierung, hohe Stabilität, großer Frequenzbereich (auch für statische Messungen) und eine billige, rationelle Herstellung.

Darlegungen zum Wesen der Erfindung

Magnetoresistive Sensoren sind hochempfindliche Bauelemente zur Messung magnetischer Felder und mit magnetischen Feldern gekoppelter Größen.

Aufgabe der Erfindung ist es, erfindungsgemäß mittels dieses magnetoresistiven Sensors über relative Permeabilitätsänderung in einem magnetischen Kreis aus mindestens teilweise magnetoelastischem Material, die Kraft- bzw. Druckänderung auf einen Verformungskörper (Membran oder eingespannte Platte) zu messen. Mit der Änderung der relativen magnetischen Permeabilität in einem magnetischen Kreis kommt es zu einer Änderung der Flußdichte bzw. der Feldstärke, auf die der Sensor anspricht.

Ausführungsbeispiel

Zur Bestimmung von Kraft- und Druckgrößen besteht die vorgeschlagene Meßeinrichtung (Fig. 1 und 2) aus einer kreisförmig eingespannten Biegeplatte oder Membran 7, einem magnetoelastischen Verformungskörper 4, der gleichzeitig Träger von Wicklungen 5 ist und somit einen magnetischen Kreis bildet. Durch Einwirkung einer Kraft oder eines Druckes arbeitet die Membran oder Biegeplatte 7 direkt auf den magnetoelastischen Verformungskörper 4. Diese mechanischen Spannungen führen zur Änderung der relativen magnetischen Permeabilität. Damit wird der magnetische Fluß im magnetischen Kreis beeinflußt und es kommt zu einer Magnetfeldänderung, welche mit dem magnetoresistiven Sensor 3 gemessen und als Maß für den wirkenden Druck oder die Kraft genommen wird.

Claims (2)

1. Elektromechanische Einrichtung zur Messung des Druckes und der Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge von Druck- und Krafteinwirkung auf einen in einem magnetischesn Kreis (1) sich befindenden Verformungskörper (2) sich ergebende Änderung des Luftspaltes (3) und damit auftretende Feldänderung über einen magnetoresistiven Sensor (4) im Luftspalt (3) gemessen und als Maß für den wirkenden Druck oder die einwirkende Kraft genommen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetoresistive Sensor (4) außei halb des Luftspaltes (3) an beliebiger Stelle im magnetischen Kreis zur Messung angebracht wird.