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Piezoelektrischer Druckfühler Die Erfindung betrifft einen insbesondere
zum Messen von hochfrequenten Druckschwingungen und Druckstoßwellen bestimmten piezoelektrischen
Druckfühler, bei dem der druckempfindliche Kristall in einer Hülse angeordnet ist,
die ihrerseits in einem druckseitig über eine Membran abgeschlossenen Gehäuse sitzt.
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Es ist bereits ein piezoelektrischer Indikator bekanntgeworden, bei
dem die Meßquarze in einer mit steifem Boden ausgeführten federnden Hülse angeordnet
sind, wobei die Hülse ihrerseits von einem äußeren Gehäuse umgeben ist, mit dem
sie einseitig verbunden ist. Infolge der einseitigen Aufhängung der federnden Hülse
verbleibt bei der bekannten Ausführung zwischen dem am druckseitigen Ende des Indikators
vorgesehenen Ring und dem topfartigen Hülsenboden ein schmaler Ringspalt, durch
den die zu messenden Druckwellen eintreten können.
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Nachteilig ist bei dieser bekannten Ausführung, daß ein Teil der
auf den Druckfühler auftreffenden Druckwellen unmittelbar auf den untersten Boden
der Federhülse wirkt, daß ein weiterer Teil durch den vorerwähnten Ringspalt läuft
und auf den äußeren Ringteil des Hülsenbodens wirkt und daß schließlich ein dritter
Teil der ankommenden Druckwellen in den Ringraum zwischen der Zylinderwandung der
Federhülse und der Innenwandung des Gehäuses gelangt und hier in radialer Richtung
auf die Hülse wirkt.
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Die hierdurch eintretende zeitliche Verzögerung zwischen den einzelnen
Druckwellen-Komponenten würde bei der Messung von hochfrequenten Druckschwingungen
und Druckstoßwellen erhebliche Verzerrungen in der Anzeige hervorrufen, so daß die
bekannte Ausführung zu derartigen Messungen keine Verwendung finden kann.
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Zum Messen hochfrequenter Druckschwingungen und Druckstoßwellen ist
daher weiterhin ein piezoelektrischer Druckfühler bekanntgeworden, bei dem die den
druckempfindlichen Kristall umschließende Hülse in einem druckseitig über eine ebene
Membran abgeschlossenen Gehäuse sitzt. Das Gehäuse dieser bekannten Ausführung ist
in einem Teil seiner Länge mit einem ringförmigen Ansatz versehen, der zür Einspannung
des Gehäuses in einer äußeren Halterung dient.
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Auch diese bekannte Ausführung weist jedoch wesentliche Mängel auf.
Entstehen nämlich an der Einspannstelle des Druckfühlergehäuses Schwankungen der
Einspannkräfte, beispielsweise durch Körperschall, so werden diese Kräfte teilweise
auf die inneren Organe des Druckfühlers übertragen. Der vom Druckfühler abgegebene
Meßwert enthält dann nicht nur die Komponenten der auf die Membran wirkenden Drucksignale,
sondern außerdem Störkomponen-
ten, die von den an der Einspannstelle des Druckfühlergehäuses
auftretenden Materialspannungen herrühren. Die Anzeige des Druckfühlers ist daher
verzerrt und fehlerhaft.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere
zum Messen von hochfrequenten Druckschwingungen und Druckstoßwellen bestimmten piezoelektrischen
Druckfühler der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem diese Mängel vermieden
sind, bei dem somit der schädliche Einfluß der Einspannkräfte auf die Anzeige des
Instrumentes weitestgehend ausgeschaltet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß eine das
Gehäuse des Druckfühlers umgebende, in axialer Richtung eingespannte Halterungshülse
vorgesehen ist, die mit dem Druckfühlergehäuse lediglich über einen kurzen ringförmigen
Innenflansch verbunden ist, so daß die Kraftlinien der axialen Einspannung der Halterungshülse
vom Druckfühlergehäuse weitgehend ferngehalten sind.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene zusätzliche Verwendung einer
Halterungshülse wird der Kraftfluß der Einspannung des Druckfühlergehäuses praktisch
vollständig von dem durch die Vorspannung der Meßquarze gegebenen Kraftfluß ferngehalten.
Irgendwelche Schwankungen der Einspannkräfte des Druckfühlergehäuses können bei
der erfindungsgemäßen Ausführung die Anzeige des Gerätes somit nicht beeinflussen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Druckfühler im Längsschnitt, nach bisheriger
Art in der Wand des für Druckmessungen bestimmten Raumes eingespannt, Fig. 2 den
Druckfühler im Längsschnitt, nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag eingespannt.
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Druckgeber gehören zur Gattung
der Hülsenindikatoren, wobei die aus zwei Quarzstäben 1 und 2 bestehende Kristallsäule
in eine druckseitig geschlossene Stahlhülse 3 eingebaut ist. Die Quarzstäbe werden
durch den in die Hülse eingepreßten Stahlzylinder4 vorgespannt.
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Die in das Gehäuse 5 eingewalzte Ringmembran 6 schützt dabei den Ringspalt
7 vor dem Eindringen von Druckgasen.
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Bei Beanspruchung der Quarzstähe in der Längsrichtung entsteht auf
der Mantelfläche des Quarzzylinders 1, 2 eine positive Ladung, die durch die Stahlhülse
3 und durch das Gehäuse geerdet wird.
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Die an den Trennebenen der Halbzylinder entstehende Gegenladung wird
hingegen durch ein dünnes Kupferblech 8 aufgenommen und mittels des Leiters 9 dem
metallischen Kontaktstück 10 zugeführt, in welchem der Leiter 9 durch einen Stift
festgeklemmt ist. Über den Kabelanschluß 11 wird die Ladung weitergeleitet. In dem
zwischen dem Hülsenende und dem Stahlzylinder4 befindlichen Hohlrauml2 ist Trockensubstanz
eingebracht, mit welcher bezweckt wird, auch kleinste Spuren von Feuchtigkeit zu
binden, die vom Zusammenbau zurückgeblieben sind oder unter Umständen nachträglich
durch feine Ritzen eingedrungen sein können.
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Nach der in Fig. 1 dargestellten bisherigen Einspannungsart des Druckfühlers
in der Wand 15 des für Druckmessungen bestimmten Raumes weist das Druckfühlergehäuse
5 eine Verdickung 16 mit zwei Schultern 17, 18 auf. Zwischen diesen Schultern wird
das Gehäuse mittels der Mutter 19 in die Wand 15 gespannt. Der mutmaßliche Verlauf
der durch die Einspannung auftretenden Kraftlinien ist durch eine Kurvenschar 20
angegeben. Diesem Verlauf liegt die Annahme zugrunde, daß im Bereich der verdickten
Partie des Gehäuses 5 ein Teil der Kraftlinien zufolge des festen Sitzes zwischen
dem Gehäuse und der Stahlhülse 3 in diese letztere und sogar in den Stahlzylinder4
eintritt. Sie bewirken in diesen Stücken kleine Deformationen, die sich in den Quarzstäben
1 und 2 als feine zusätzliche Kraftwirkungen geltend machen und entsprechende zusätzliche
Signale im Instrument auslösen. Finden nun Schwankungen dieser Einspannkräfte, z.
B. durch Schallübertragungen, statt, so äußern sich diese auch in der Signalabgabe
der Kristalle 1 und 2. Damit wird aber die normale Arbeitsweise des Instrumentes
gestört und die im Kathodenstrahl-Oszillograph registrierten Anzeigen
entsprechen
nicht mehr den wirklichen, im Druckraum herrschenden Druckverhältnissen.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Einpassungsart
wird das Gehäuse nicht mehr direkt von den Einspannorganen gefaßt, sondern mittels
einer besonderen, den Druckfühler umschließenden und tragenden Haltehülse 21. Diese
besitzt drei Absätze; einen im oberen Teil befindlichen verdickten und kürzeren
Teil 21 a, einen kurzen oberen 21 b und einen längeren unteren Hülsenfortsatz 21
c. Mit der verdickten Partie 21 a ist die Haltehülse21 mit dem Druckfühlergehäuse
fest verbunden, und zwar durch Aufpressen. Die Länge dieses verdickten Teiles ist
bedeutend kürzer als beim verdickten Gehäuseteil nach Fig. 1. Deshalb treten nun
die von der Einspannung des Druckfühlers herrührenden Kraftlinien 22 nur noch wenig
in das Gehäuse und überhaupt nicht mehr nach den weiter innen liegenden Organen
des Instrumentes ein. Die geschilderten Störungen der Signalanzeigen sind damit
weitgehend unterbunden. Auch gegen Erschütterungen ist auf diese Weise der Druckfühler
besser geschützt, indem die beiden dünnen Fortsätze der Haltebüchse 21 in ihrer
Auswirkung mit sehr steifen Federn verglichen werden können.
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PATENTANSPHOCME: 1. Insbesondere zum Messen von hochfrequenten Druckschwingungen
und Druckstoßwellen bestimmter piezoelektrischer Druckfühler, bei dem der druckempfindliche
Kristall in einer Hülse angeordnet ist, die ihrerseits in einem druckseitig über
eine Membran abgeschlossenen Gehäuse sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine das
Gehäuse (5) des Druckfühlers umgebende, in axialer Richtung eingespannte Halterungshülse
(21) vorgesehen ist, die mit dem Druckfühlergehäuse lediglich über einen kurzen
ringförmigen :Ennenflansch (21 a) verbunden ist, so daß die Kraftlinien der axialen
Einspannung der Halterungshülse vom Druckfühlergehäuse weitgehend ferngehalten sind.