DE1076398B - Verfahren und Einrichtung zum Eichen von Druckmessern mit piezoelektrischem, kapazitivem oder induktivem Geber waehrend der Messung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Eichen von Druckmessern mit piezoelektrischem, kapazitivem oder induktivem Geber waehrend der Messung

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DE1076398B
DE1076398B DEK34341A DEK0034341A DE1076398B DE 1076398 B DE1076398 B DE 1076398B DE K34341 A DEK34341 A DE K34341A DE K0034341 A DEK0034341 A DE K0034341A DE 1076398 B DE1076398 B DE 1076398B
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Ludvik Kuhn
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/002Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
    • G01L27/005Apparatus for calibrating pressure sensors

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

  • Verfahren und Einrichtung zum Eichen von Druckmessern mit piezoelektrischem, kapazitivem oder induktivem Geber während der Messung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Eichen von Druckmessern mit piezoelektrischem, kapazitivem oder induktivem Geber während der Messung. Es handelt sich dabei um Druckmesser, wie sie zur Ermittlung von Werten schnell veränderlicher Druckverläufe, beispielsweise zur Druckmessung an Verbrennungsmotoren, verwendet werden.
  • Die bekannten Druckgeber haben eine geringe Konstanz, so daß sich besonders bei länger dauernden und in ungeeigneter Umgebung durchgeführten Messungen nur eine geringe Genauigkeit erzielen läßt.
  • Die Eichung des Gebers bzw. der Apparatur nach der Herstellung ist nicht zuverlässig, da infolge der Wärmeabhängigkeit und der Inkonstanz der elektrischen Apparatur bei der Messung gewöhnlich eine Verlagerung des Nullpunktes eintritt. Aus diesen Gründen ist es zweckmäßig, diese Einrichtungen dahin gehend zu verbessern, daß während der Messung eine Eichung mittels eines bekannten Druckes vorgenommen werden kann. Ein weiterer eine Eichung während der Messung erfordernder Umstand ist die Nichtlinearität der Anzeige von Gebern, was besonders bei kapazitiven Membrangebern der Fall ist.
  • Es sind mehrere Verfahren zur genauen Eichung von Messern während der Messung veränderlicher Drücke entwickelt worden. Die Grundlage einiger dieser Verfahren beruht in- dem Vergleich des momentanen Druckes im Meßraum mit einem genau bekannten äußeren Druck. Beide Drücke wirken auf verschiedene Seiten eines leichten Ventils oder einer Scheibe ein, die sich danach einstellt, welcher Druck größer ist. Berührt die Scheibe die obere oder untere Begrenzung, wird ein elektrischer Funke ausgelöst, welcher auf eine Regisftierftommel einen Punkt zeichnet. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist es, daß infolge der Unkonstanz der Kennwerte der Maschine, die sich von einer Umdrehung zur anderen verändern, eine große Streuung -der Punkte verursacht wird. Außerdem können solche Difterentialgeber mit genügender Genauigkeit nur solchen Druckänderungen folgen, deren Zeitdifferentialwert nicht eine gewisse, durch ihre träge Masse bestimmte Grenze überschreitet. Druckwellen im Zylinder, welche eine höhere Frequenz haben, werden im Diagramm nicht mehr verzeichnet. Nach einem anderen, sehr einfachen, besonders bei kapazitiven Gebern angewendeten Verfahren entsteht eine Membranauslenkung, wenn der zu messende Druck eine bekannte Größe überschreitet.
  • Nachteil dieses Verfahrens ist es, daß nur der Verlauf von eine bestimmte Grenze überschreitenden Drücken registriert wird, wogegen die diese gegebene Grenze nicht erreichenden Drücke überhaupt nicht verzeichnet werden. Das Druckdiagramm besteht aus einer Reihe von Teildiagrammen, welche nach dem Messen ausgewertet werden müssen, was oft erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
  • Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile der bekannten Verfahren und Einrichtungen zu beseitigen.
  • Sie geht von dem bekannten Verfahren aus, bei welchem eine Membran auf der einen Seite mit einem einstellbaren Eichdruck und auf der anderen Seite mit dem zu messenden Druck belastet ist und die Gleichheit der-beiden Drücke angezeigt wird. Das Neue am Verfahren besteht darin, daß -beim Umspringen der Membran in die Lage bei Druckgleichheit zwischen dem Eichdruck mit dem zu messenden Druck ein elektrischer Impuls ausgelöst und dieser über eine Differentiationsschaltung gemeinsam mit dem Signal des Meßdruckes einem Kurvenschreiber, vorzugsweise einem Kathodenstrahloszillographen, zugeführt wird.
  • Es bieten sich dabei verschiedene Möglichkeiten der Ausführung des Verfahrens. In einem Falle werden die von der die Membran enthaltenden Vergleichseinrichtung kommenden differenzierten elektrischen Impulse des Eichdruckes dem Signal des Meßdruckes überlagert, so daß das sonst stetig verlaufende Meßsignal an jenen Punkten, in denen Druckgleichheit herrscht, spitze, vertikale Impulszacken aufweist. Bei einer anderen Ausführung werden die von der die Membran enthaltenden Vergleichseinrichtung herrührenden differenzierten elektrischen Impulse der Kippspannung für die Zeitbasis des Kathodenstrahloszillographen überlagert,-so daß der am Bildschirm dargestellte sonst stetige Verlauf des Meßsignals an v den Stellen der Druckgleichheit spitze, horizontal liegende Impulszacken aufweist. Es ist aber auch möglich, sowohl dem Meßsignal als auch der Ablenkspannung des Oszillographen die differenzierten Impulse zu überlagern, wodurch die dargestellte Kurve in den Punkten der Druckgleichheit sowohl horizontale als auch vertikale Impulszacken aufweist. Dabei wird einer der beiden Impulse vorzugsweise um die Breite des von der Vergleichseinrichtung gelieferten Impulses verzögert.
  • Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtung weist eine Mischstufe zur Mischung der über Differentiationsglieder und gegebenenfalls über ein Verzögerungsglied zugeführten Impulse der die Membran enthaltenden Vergleichseinrichtung mit dem Signal des Meßdruckes auf. Dazu ist eine zweite Mischstufe vorgesehen, an welcher über dieselben oder ein anderes Differentiationsglied und eventuell noch über ein weiteres Verzögerungsglied die Impulse der Vergleichseinrichtung und die Kippspannung der Zeitbasis liegen. Um während der Impulsdauer die Intensität des Kathodenstrahles zu erhöhen, ist zweckmäßig einem der Differentiationsglieder eine monostabile Anordnung zugeordnet, welche, von den Impulsen gesteuert, Rechteckimpulse einstellbarer Länge an eine Elektrode der Oszillographenröhre, vorzugsweise am Wehneltzylinder derselben, abgibt.
  • Die Erfindung wird an einem in der Zeichnung dargestellten Beispiel näher erklärt.
  • Fig. 1 zeigt den Schnitt durch einen Druckgeber, Fig. 2 das Blockschema der gesamten Einrichtung und Fig. 3 Signalverläufe in ihren einzelnen Teilen.
  • Fig. 1 zeigt das Prinzipschema eines piezoelektrischen Gebers. Der Körper des Gebers 8 ist beispielsweise an einen Zylinderkopf 9 angeschraubt. Der Meßdruck wirkt über einen Innenteil 2 auf den Quarzkristall 1. Im Körper 2 ist ein Differentialindikator eingebaut, zu welchem über einen Einlaß 6 der Eichdruck Pl gelangt. Der Differentialindikator besteht aus einer Membran3, welche an einer isolierten Gegenelektrode 4 anliegt. Die elektrischen Anschlüsse führen über den Stecker 7 zu den weiteren Teilen der Einrichtung, wie es im folgenden noch beschrieben wird.
  • Die Wirkungsweise des Gebers mit den beiden Meßeinheiten, d. h. mit dem Meßelement 1 und dem Differentialindikator 3, 4 beruht darin, daß sowohl eine Aufzeichnung des Meßverlaufesp als auch eine Registrierung des Momentes, in welchem Meßdruck p und Eichdruck p1 gleich sind, erzielt wird. Im Moment der Druckgleichheit springt die Membran 3 von der einen Lage in die andere über. Beide Meßteile können getrennt hergestellt werden, aber in der Anordnung nach Fig. 1 als eine Einheit erscheint die Realisierung am vorteilhaftesten. Auch andere Geberprinzipe, wie z. B. kapazitive, induktive usw., können, ohne daß die Anordnung außerhalb des Rahmens der Erfindung fallen würde, angewendet werden.
  • In Fig. 2 ist das Beispiel eines Blockschemas der gesamten Einrichtung dargestellt. Sie setzt sich im wesentlichen aus drei Teilen zusammen, und zwar dem Druckgeber mit Differentialindikator 11, 12 nach Fig. 1, dem Oszillographen 13 und den elektronischen Einrichtungen 14 bis 21. Das Signal vom Druckgeber 11, welches dem Meßdruck p entspricht und in Fig. 3 A dargestellt ist, wird über einen Signalkanal 14 den vertikalen Ablenkplatten 13 v eines Oszillographen 13 zugeführt. Den horizontalen Ablenkplattenl3h wird das Zeitablenksignal TB eines Zeitbasisgerätes 21 zugeführt. Das Signal des Differential-Druckindikators 12 weist einen mäanderförmigen Verlauf SF (s.
  • Fig. 3 C) auf. Nach der Verstärkung im Verstärker 15 wird dieses Signal sowohl einem Differentationsglied 16 als auch einem Differentiationsglied 17 zugeführt, wo sein zeitlicher Differentialquotient IF entsteht (s. Fig. 3 C'). Die scharfen Impulse s des Verlaufes IF werden in einer Mischstufe 20 dem Verlauf des Zeitbasisgerätes 21, dargestellt in Fig. 3 B, überlagert.
  • Das sich dadurch ergebende Signal TB' mit dem Impulszacken r (s. Fig. 3E) wird den horizontalen Ablenkplatten 13h des Oszillographen 13 zugeführt. Die scharfen Impulse s am Ausgang der Differentiationsglieder 16 gelangen über ein Verzögerungsglied 18 (s.
  • IF' in Fig. 3 C") in eine Mischstufe 19, welche die um ein Zeitinterval r verzögerten Impulse s' dem Meßdruckverlauf p nach Fig. 3 A überlagert. Das sich so ergebende Signal p' (s. Fig. 3 D) wird den vertikalen Ablenkplatten 13v des Oszillographen 13 zugeführt.
  • Auf dem Schirm der Bildröhre des Oszillographen 13 entsteht ein Bild des Meßdruckverlaufes ZK nach Fig. 3 F, in welchem der Punkt, in welchem Meßdruck und Eichdruck gleich sind, genau durch zwei zueinander senkrechte Impulse v und lt bezeichnet ist.
  • Im Hinblick darauf, daß die Schreibgeschwindigkeit des Oszillographen beim Aufzeichnen der Impulse v und h groß ist, würde die erfindungsgemäße Einrichtung diese Impulse nur schIecht sichtbar abbilden. Aus diesem Grunde wird mittels einer durch die Impulse s gesteuerten monostabilen Schaltung 22 ein Rechteckimpuls q einstellbarer Dauer erzeugt (Fig. 3 G), der z. B. dem Wehneltzylinder der Kathodenstrahlröhre 13 zugeführt wird und somit eine Aufhellung der Impulse v und h bewirkt.
  • Eine ähnliche Wirkung kann durch Einwirken des Impulses q auf die Nachbeschleunigungsanode der Kathodenstrahlröhre erzielt werden.
  • Die Verzögerungz beträgt größenordnungsmäßig einige Mikrosekunden, also ist der Fehler bei üblichen Drehzahlen bis 6000 Ulmin vernachlässigbar.
  • Die Erfindung ermöglicht eine sehr einfache Eichung der Apparatur während des Betriebes. Die Eichmarken v und lt sind sehr gut ablesbar, instruktiv und ermöglichen eine eindeutige Bestimmung des Druckes in jedem beliebigen Punkt, wie auch der Wert des Differentialquotienten dpldt sein mag. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Masse des Differentialindikators, so daß der Einfluß der trägen Masse bei größeren Werten des Differentialquotienten dpldt praktisch vernachlässigbar ist.
  • Die Erfindung kann weiterhin zur Kontrolle des angezeigten Druckes bei lang dauernden statischen Messungen angewendet werden. Der Eichdruck wird so lange erhöht, bis der Differentialindikator einen Impuls auslöst, was bedeutet, daß Druckgleichheit herrscht.
  • Die wesentliche Bedeutung der Erfindung beruht in der Verbesserung der Genauigkeit von Druckmessungen und wirkt sich somit auf die Konstruktion von Verbrennungsmotoren aus, wo die bisher unzuverlässigen Meßmethoden die größten Schwierigkeiten bereiten.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRtJCHE: 1. Verfahren zum Eichen von Druckmessern mit piezoelektrischem, kapazitivem oder induktivem Geber während der Messung, bei welchem eine Membran auf der einen Seite mit einem einstellbaren Eichdruck und auf der anderen Seite mit dem zu messenden Druck belastet ist und die SGleichheit der beiden Drücke angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umspringen der Membran (3) in die Lage bei Druckgleichheit zwischen dem Eichdruck (p1) mit dem zu messenden Druck (p) ein elektrischer Impuls ausgelöst und dieser über eine Differentiationsschaltung (15, 16, 17) gemeinsam mit dem Signal des Meßdruckes (p) einem Kurvenschreiber, vorzugsweise einem Kathodenstrahloszillographen, zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der die Membran enthaltenden Vergleichseinrichtung kommenden differenzierten elektrischen Impulse (p1) des Eichdruckes dem Signal des Meßdruckes (p) überlagert werden, so daß das sonst stetig verlaufende Meßsignal an jenen Punkten, in denen Druckgleichheit herrscht, spitze, vertikale Impulszacken aufweist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der die Membran enthaltenden Vergleichseinrichtung herrührenden differenzierten elektrischen Impulse der Kippspannung für die Zeitbasis (TB) des Kathodenstrahloszillographen überlagert werden, so daß der am Bildschirm dargestellte sonst stetige Verlauf des Meßsignals an den Stellen der Druckgleichheit spitze, horizontal liegende Impulszacken aufweist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl dem Meßsignal als auch der Ablenkspannung des Oszillographen die differen- zierten Impulse überlagert werden und die dargestellte Kurve (ZK) demnach in den Punkten der Druckgleichheit sowohl horizontale als auch vertikale Impulszacken aufweist, wobei einer der beiden Impulse vorzugsweise um die Breite des von der Vergleichseinrichtung gelieferten Impulses verzögert ist.
  5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mischstufe (19) zur Mischung der über Differentiationsglieder (15, 16) und gegebenenfalls über ein Verzögerungsglied (18) zugeführten Impulse der die Membran enthaltenden Vergleichseinrichtung (12) mit dem Signal des Meßdruckes (p) aufweist und eine zweite Mischstufe (20) vorgesehen ist, an welcher über dieselben oder ein anderes Differentiationsglied (17) und eventuell noch über ein weiteres Verzögerungsglied die Impulse der Vergleichseinrichtung (12) und die Kippspannung der Zeitbasis (TB) liegen.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem der Differentiationsglieder (16, 17) eine monostabile Anordnung (22) zugeordnet ist, welche, von den Impulsen gesteuert, Rechteckimpulse (q) einstellbarer Länge an eine Elektrode der Oszillographenröhre, vorzugsweise am Wehneltzylinder derselben, abgibt, so daß während der Impulsdauer die Intensität des Kathodenstrahles erhöht wird.
DEK34341A 1957-05-13 1958-03-17 Verfahren und Einrichtung zum Eichen von Druckmessern mit piezoelektrischem, kapazitivem oder induktivem Geber waehrend der Messung Pending DE1076398B (de)

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DE (1) DE1076398B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3705901A1 (de) * 1987-02-24 1988-09-01 Siemens Ag Druckmesswandler
WO2010020405A1 (de) * 2008-08-19 2010-02-25 Glk-Innovation Gmbh Sensor mit interner kalibrierstruktur

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