DE1573628C3

DE1573628C3 - Acceleration and temperature compensated piezoelectric pressure or force transducers

Info

Publication number: DE1573628C3
Application number: DE19661573628
Authority: DE
Inventors: Hans Conrad Dipl.-Masch.-Ing. Neftenbach Sonderegger (Schweiz)
Original assignee: Kistler Instrumente AG
Current assignee: Kistler Instrumente AG
Priority date: 1965-08-31
Filing date: 1966-08-26
Publication date: 1977-01-20

Description

Die Erfindung betrifft einen beschleunigungs- und temperaturkompensierten piezoelektrischen Druckoder Kraftmeßwandler, mit einer Meßkristallanordnung und einem zu ihr mechanisch in Reihe und ihr elektrisch entgegengeschalteten, den Longitudinaleffekt ausnutzenden Kompensationskristall, die zusammen mit einer temperaturbedingte Längenänderungen ausgleichenden Temperaturkompensationsscheibe in einer Spannhülse unter Vorspannung gehalten sind und deren aktive Oberflächen mit Elektroden zum Abnehmen der entstehenden elektrischen Ladungen versehen sind.The invention relates to an acceleration and temperature compensated piezoelectric pressure or Force transducer, with a measuring crystal arrangement and one mechanically in series with it and with it electrically oppositely connected, the longitudinal effect exploiting compensation crystal, which together with a temperature compensation disc that compensates for temperature-related changes in length are held under tension in a clamping sleeve and their active surfaces with electrodes are provided to remove the resulting electrical charges.

Ein derartiger Meßwandler ist bereits vorgeschlagen worden (DT-PS 12 52 438). Bei diesem bekannten Wandler besteht die Meßkristallanordnung aus einer ungeraden Anzahl den Longitudinaleffekt ausnutzender Kristallplatten. Zwischen die Meßkristallanordnung und den Kompensationskristall ist eine den speziellen Gegebenheiten angepaßte Kompensationsmasse zur Beschleunigungskompensation eingeschaltet. Zur statischen Temperaturkompensation ist eine Temperaturausgleichsscheibe vorgesehen, die dafür sorgt, daß im stationären Zustand temperaturbedingte Längenänderungen der Spannhülse einerseits und der innerhalb der Spannhülse angeordneten Teile andererseits einander gleich sind. Bei diesem vorgeschlagenen Meßwandler tritt jedoch ein weiterer Temperatureffekt auf, der darin begründet liegt, daß den piezoelektrischen Effekt aufweisende Kristalle in unterschiedlichen Achsrichtungen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bei den Longitudinaleffekt ausnutzenden Kristallplatten führen die unterschiedlichen temperaturbedingten Dehnungen zu einer Verformung der Kristallplatte; beispielsweise wird eine zunächst kreisförmige Platte bei Temperaturänderungen zu einer elliptischen Platte verformt. Da zu einem Plattensatz zusammengefaßte Platten gegeneinander verspannt sind, können sie sich nicht frei verformen, und es treten zusätzliche mechanische Spannungen in den Kristallelementen auf, die zu das Meßergebnis verfälschenden Ladungen führen.Such a transducer has already been proposed (DT-PS 12 52 438). With this well-known Converter, the measuring crystal arrangement consists of an odd number of the longitudinal effect exploiting Crystal plates. Between the measuring crystal arrangement and the compensation crystal is a Compensation mass adapted to special conditions for acceleration compensation switched on. A temperature compensation disk is provided for static temperature compensation ensures that in the stationary state temperature-related changes in length of the clamping sleeve on the one hand and the On the other hand, parts arranged within the clamping sleeve are identical to one another. At this proposed Transducer occurs, however, another temperature effect, which is due to the fact that the piezoelectric Crystals showing effect different thermal in different axial directions Have expansion coefficients. The different temperature-related expansions result in crystal plates using the longitudinal effect to deformation of the crystal plate; for example, an initially circular plate is used in Changes in temperature deformed into an elliptical plate. Since combined into a set of plates If plates are braced against one another, they cannot freely deform, and additional mechanical ones occur Tensions in the crystal elements, which lead to the measurement result falsifying charges.

Zur Beschleunigungskompensation von Meßwandlern sind zwei grundsätzliche Ausführungsformen bekannt (G 0 hike: »Einführung in die piezoelektrische Meßtechnik«, Leipzig 1954, S. 91 bis 94). Bei der einen Ausführungsform sind zwei in bezug auf ihre Masse identische Quarzsätze so hintereinandergeschaltet, daß sich bei einer Beschleunigung des ganzen Gebers in dessen Achsrichtung die positiven und negativen Signale der beiden Quarzsätze aufheben, wobei jedoch nur der eine Quarzsatz das Druck- oder Kraftsigrial zugeführt erhält. Bei der anderen Ausführungsform sind zwei Quarzsätze elektrisch und mechanisch hintereinandergeschaltet, wobei der Piezo-Modul des nachgeschalteten Quarzsatzes durch Änderung der Schnittrichtung gegenüber der üblichen Schnittrichtung so abgestimmt wird, daß im Falle einer Beschleunigung das im ersten Quarzsatz erzeugte Signal durch das im zweiten Quarzsatz erzeugte Signal kompensiert wird. Durch, die mechanische Hintereinanderschaltung wird aber von einem Druck- oder Kraftsignal ebenfalls ein Teil durch den nachgeschalteten Quarzsatz mit abgestimmtem, reduziertem Piezo-Modul kompensiert. Von Nachteil ist bei der ersten Ausführungsform, daß zwei mechanische Schwingungssysteme vorhanden sind, die sehr schwierig so abzustimmen sind, daß sie in einem weiten Frequenzbereich phasentreu schwingen, was Voraussetzung für eine proportionale Umsetzung eines Kraft- oder Drucksignals in eine elektrische Ladung oder Spannung ist. Ist diese Bedingung für einen bestimmten Frequenzbereich nicht erfüllt, so ist der Wandler für diesen Frequenzbereich nicht brauchbar. Von Nachteil ist bei der zweiten Ausführungsform, daß es schwierig und umständlich ist, Quarzplatten herzustellen, deren Piezo-Modul durch Änderung der Schnittrichtung um einen genau vorgegebenen Betrag gegenüber dem Optimalwert vermindert wird.Two basic embodiments are known for the acceleration compensation of transducers (G 0 hike: "Introduction to Piezoelectric Measurement Technology", Leipzig 1954, pp. 91 to 94). With the one Embodiment, two quartz sets which are identical in terms of their mass are connected in series so that that when the entire encoder accelerates in its axial direction, the positive and negative Cancel the signals of the two quartz sets, but only one of the quartz sets is the pressure or force signal receives fed. In the other embodiment, two quartz sets are electrically and mechanically connected in series, the piezo module of the downstream quartz set by changing the cutting direction compared to the usual cutting direction it is tuned in such a way that in the event of acceleration the signal generated in the first quartz set is compensated by the signal generated in the second quartz set. By, the mechanical cascading however, a pressure or force signal is also part of the downstream one Compensated quartz set with matched, reduced piezo module. The first is disadvantageous Embodiment that two mechanical vibration systems are present, which is very difficult so are to be matched that they oscillate in phase over a wide frequency range, which is a prerequisite for a proportional conversion of a force or pressure signal into an electrical charge or voltage is. If this condition is not met for a certain frequency range, the converter is for this frequency range cannot be used. The disadvantage of the second embodiment is that it is difficult and it is awkward to manufacture quartz plates whose piezo module is converted by changing the cutting direction is reduced by a precisely specified amount compared to the optimum value.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Meßwandler der eingangs erwähnten, bereits vorgeschlagenen Art hinsichtlich ihrer Temperaturkompensation weiter zu verbessern.The object of the present invention is to provide transducers of the type already proposed Art to further improve in terms of their temperature compensation.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem derartigen Meßumwandler erfindungsgemäß dadurch, daß die Meßkristallanordnung den Transversaleffekt ausnutzende, einen Hohlraum umschließende Kristallelemente umfaßt und daß zumindest eine der Mantelflächenelektroden mit der dem Kompensationskristall zugewandten Stirnfläche des Meßkristallelementes elektrisch leitend verbunden ist.This object is achieved in such a transducer according to the invention in that the Measuring crystal arrangement exploiting the transversal effect, crystal elements enclosing a cavity comprises and that at least one of the lateral surface electrodes with the end face of the measuring crystal element facing the compensation crystal is electrically connected.

Durch die kombinierte Verwendung eines Transversal-Kristallmeßelementes und eines Longitudinal-Through the combined use of a transverse crystal measuring element and a longitudinal

Kompensations-Kristallelementes läßt sich eine überraschend um einen Faktor 20 bis 40 verbesserte Temperaturkompensation gegenüber dem vorgeschlagenen Wandler erzielen. Der Grund hierfür liegt vermutlich darin, daß die durch die temperaturbedingte Verformung der Kristallelemente bei Mehrfachlongitudinalkraftmeßzellen auftretenden inneren Spannungen und damit verbundenen elektrischen Ladungen ausgeschaltet sind. Die erfindungsgemäß vorgesehene Verbindung der metallisierten Mantelflächen (Innen- oder Außenmantelflächen) mit der ebenfalls metallisierten Stirnfläche macht es in einfachster Weise möglich, die Meßkristallanordnung und den Kompensationskristall ohne zusätzliche Schaltmittel elektrisch gegeneinander zu schalten, wodurch der Aufbau des erfindungsgemäßen Meßwandlers ebenso einfach wird wie derjenige des vorgeschlagenen Meßwandlers, obwohl eine Kombination von Transversal- und Longitudinalkristallen verwendet ist.Compensation crystal element can be a surprising Temperature compensation improved by a factor of 20 to 40 compared to the proposed one Achieve converter. The reason for this is presumably that the deformation caused by the temperature of the crystal elements in multiple longitudinal force measuring cells and internal stresses associated electrical charges are switched off. The connection provided according to the invention the metallized jacket surfaces (inner or outer jacket surfaces) with the also metallized The end face makes it possible in the simplest possible way to electrically counteract the measuring crystal arrangement and the compensation crystal without additional switching means to switch, whereby the construction of the transducer according to the invention is just as simple like that of the proposed transducer, although a combination of transverse and longitudinal crystals is used.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mantelflächenelektrode des Meßkristallelementes über eine Kante herumgeführt und erstreckt sich auch über die Stirnfläche des Meßkristallelementes. Dadurch ist es nicht erforderlich, die beiden Elektroden an Mantelfläche und Stirnfläche durch eine nach dem Aufdampfen dieser Elektroden anzubringende elektrische Leitung zu verbinden. Es wird dadurch eine höhere Zuverlässigkeit bei geringerem herstellungstechnischem Aufwand erzielt.In a preferred embodiment of the invention, the surface electrode is the measuring crystal element guided around an edge and also extends over the end face of the measuring crystal element. As a result, it is not necessary to have the two electrodes on the lateral surface and the front surface through a after the vapor deposition of these electrodes to connect electrical line to be attached. It becomes through it a higher reliability achieved with less manufacturing effort.

Die Meßkristallanordnung kann unterschiedlich aufgebaut sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Meßkristallanordnung aus zwei sich zu einem kreisringförmigen Querschnitt ergänzenden Elementen. Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Meßkristallanordnung aus drei oder mehr Elementen mit kreisabschnittförmigem Querschnitt. Beide lassen sich einfach herstellen und haben sich im Einsatz bewährt.The measuring crystal arrangement can be constructed in different ways. In a preferred embodiment According to the invention, the measuring crystal arrangement consists of two complementary ones to form a circular cross-section Elements. In another embodiment, the measuring crystal arrangement consists of three or more elements with a circular segment-shaped cross-section. Both are easy to manufacture and have proven themselves in use.

Der Kompensationskristall kann in an sich bekannter Weise unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise als Kreisscheibe. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besteht der Kompensationskristall aus einer gelochten Platte, die an beiden äußeren Stirnflächen metallisiert ist. Dies hat den Vorteil, daß der Kompensationskristall einerseits zwischen Meßkristallsatz und Wandlergehäuse angeordnet werden kann und er andererseits das Abführen der auf der inneren Mantelfläche des Meßkristallsatzes entstehenden Ladungen nicht behindert, weil die Zuleitung zu den Elektroden an der inneren Mantelfläche des Meßkristallsatzes durch die Öffnung im Kompensationskristall hindurchgeführt werden kann. The compensation crystal can be designed differently in a manner known per se, for example as a circular disc. In preferred embodiments of the invention, the compensation crystal consists of a perforated plate, which is metallized on both outer end faces. This has the advantage that the Compensation crystal can be arranged on the one hand between measuring crystal set and converter housing and on the other hand, the removal of the resulting on the inner surface of the measuring crystal set Charges are not hindered because the lead to the electrodes is on the inner surface of the measuring crystal set can be passed through the opening in the compensation crystal.

Erfindungsgemäße Meßwandler, die also einen den Transversaleffekt ausnutzenden Meßkristallsatz verwenden, sind bei richtiger Abstimmung des Systems praktisch voll beschleunigungskompensiert und zwanzig- bis vierzigmal weniger temperaturempfindlich als Meßwandler, die ausschließlich Kristallplatten verwenden, die den Longitudinaleffekt benutzen. Durch richtige Wahl des Materials und der Abmessungen der Temperaturkompensationsscheibe ist es auch möglich, quasistatische Temperatureinflüsse auf das Meßsignal auf ein Minimum zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird in bekannter Weise für die Temperaturkompensationsscheibe ein Material mit einem solchen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet, daß der axiale Gesamtausdehnungskoeffizient der unter Vorspannung stehenden Teile demjenigen des elastischen Teiles der diese Elemente umgebenden Spannhülse gleich ist.Measuring transducers according to the invention, which therefore use a set of measuring crystals that utilize the transverse effect, are practically fully acceleration-compensated if the system is correctly coordinated and twenty up to forty times less sensitive to temperature than transducers that only use crystal plates, that use the longitudinal effect. By correct choice of material and dimensions of the Temperature compensation disc, it is also possible to have quasi-static temperature influences on the measurement signal reduce to a minimum. For this purpose, the temperature compensation disc is used in a known manner a material used with such a coefficient of thermal expansion that the axial The total expansion coefficient of the parts under tension is the same as that of the elastic Part of the clamping sleeve surrounding these elements is the same.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigenThe invention is explained below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing. Show it

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen solchen Druckmeßwandler,1 shows a longitudinal section through such a pressure transducer,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A durch den Druckmeßwandler nach Fig. 1,Fig. 2 is a section along the line A-A through the pressure transducer of Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 mit einer abgewandelten Ausbildung der Meßkristallanordnung,3 shows a cross section similar to FIG. 2 with a modified design of the measuring crystal arrangement,

Fig. 4 eine teils im Schaubild, teils im Schnitt dargestellte Kompensationskristallanordnung für einen Meßwandler,Fig. 4 is a partly shown in a diagram, partly in section Compensation crystal arrangement for a transducer,

Fig. 5 teilweise als Schaubild und teilweise als Schnitt ein Element einer Meßkristallanordnung und5 shows, partly as a diagram and partly as a section, an element of a measuring crystal arrangement and

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den die Kristallanordnungen enthaltenden Abschnitt eines weiteren Meßwandlers.6 shows a longitudinal section through the crystal arrangements containing portion of another transducer.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckmeßwandler besteht aus einem Wandlerkörper 1 mit einer beispielsweise angeschweißten Verlängerungshülse 2, einer in den Körper 1 eingesetzten Anschlußeinheit 3 sowie einer Vorspannhülse 4, die mit dem Wandlerkörper 1 verbunden ist und die sich innerhalb der Vorspannhülse 4 befindende Quarzanordnung unter mechanischer Vorspannung hält. Die in der Spannhülse 4 enthaltene Quarzanordnung besteht aus der Druckmeßquarzanordnung 5, die einen freien Hohlraum 6 umschließt, und einer Kompensationsquarzanordnung 14. Die Meßquarzanordnung 5 wird zur Erzeugung eines Druckmeßsignals benutzt und besteht aus zwei oder mehr kreisring- oder segmentförmigen Teilen, die den transversalen Piezoeffekt aufweisen. Die Meßquarzanordnung 5 stützt auf einen Druckring 7, der vorteilhaft aus keramischem Material bestehen kann und am Boden 8 der Vorspannhülse 4 anliegt. An der Außenseite des Bodens 8 ist eine Druckmembrane 9 befestigt, die aus einer vorgepreßten Metallfolie besteht und an der Stelle 10 ringförmig mit dem Boden 8 der Vorspannhülse 4 verschweißt oder hart verlötet ist. Die Membrane 9 ist mit einer Ringwulst 11 versehen, und es ist der äußere, die Ringwulst 11 umgebende Rand 12 der Membran mit der Verlängerungshülse 2 durch Schweißen oder Hartlöten verbunden. The pressure transducer shown in Fig. 1 consists of a transducer body 1 with an example welded extension sleeve 2, a connector unit 3 inserted into the body 1 and one Pretensioning sleeve 4, which is connected to the transducer body 1 and which is located inside the pretensioning sleeve 4 keeps the quartz arrangement located under mechanical prestress. The one contained in the clamping sleeve 4 Quartz arrangement consists of the pressure measuring quartz arrangement 5, which encloses a free cavity 6, and a compensation quartz arrangement 14. The measuring quartz arrangement 5 is used to generate a Pressure measurement signal used and consists of two or more circular or segment-shaped parts that the have transverse piezo effect. The quartz measuring arrangement 5 is based on a pressure ring 7, which is advantageous can consist of ceramic material and bears against the bottom 8 of the prestressing sleeve 4. At the A pressure membrane 9, which consists of a pre-pressed metal foil, is attached to the outside of the base 8 and at the point 10 welded or hard soldered to the base 8 of the prestressing sleeve 4 in a ring shape is. The membrane 9 is provided with an annular bead 11, and it is the outer one surrounding the annular bead 11 Edge 12 of the membrane is connected to the extension sleeve 2 by welding or brazing.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine mögliche Ausführungsform einer Druckmeßquarzanordnung, die aus drei kreisabschnittförmigen Kristallelementen 20 besteht. Diese Kristallelemente sind nach dem transversalen Piezoeffekt geschnitten und schließen einen Hohlraum ein. Die Ladungsabnahme erfolgt, wie es in F i g. 1 dargestellt ist und an Hand Fig. 1 noch beschrieben werden wird.Fig. 2 shows in section a possible embodiment of a pressure measuring quartz arrangement, which consists of three circular segment-shaped crystal elements 20 consists. These crystal elements are after the transversal Piezo effect cut and enclose a cavity. The charge decrease takes place as shown in FIG. 1 shown and will be described with reference to FIG. 1.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine Druckmeßquarzanordnung mit zwei sich zu einem rohrförmigen Körper ergänzenden Kristallelementen 30, die im Querschnitt die Form eines halben Kreisringes haben.Fig. 3 shows in cross section a quartz pressure measuring arrangement with two to form a tubular body complementary crystal elements 30, which have the shape of half a circular ring in cross section.

Konstruktiv sehr einfach ist die Verwendung einer nach dem Longitudinaleffekt geschnittenen Quarzplatte 53, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, als Kompensationsquarzanordnung. Eine solche Quarzplatte, die die Kompensationsquarzanordnung 14 nach Fig. 1 bilden kann, kann aus einem Stück bestehen. Beim Longitudinaleffekt entstehen die piezoelektrischen Ladungen direkt an den Stirnflächen 51 und 52. Es brauchen infolgedessen nur auf diese beiden Stirnflächen Metallschichten aufgebracht zu werden. DieThe use of a quartz plate 53 cut according to the longitudinal effect, as shown in FIG. 4, as a compensation quartz arrangement is structurally very simple. Such a quartz plate, which has the compensation quartz arrangement 14 according to FIG. 1 can form, can consist of one piece. In the case of the longitudinal effect, the piezoelectric ones arise Charges directly on the end faces 51 and 52. As a result, it only needs to be applied to these two end faces Metal layers to be applied. the

inneren und äußeren Mantelflächen der Quarzplatte bilden die Isolierflächen.inner and outer jacket surfaces of the quartz plate form the insulating surfaces.

Fig. 5 zeigt ein Element einer Druckmeßquarzanordnung im Schnitt. Der Querschnitt des Elementes kann entweder, wie in Fig. 2 dargestellt, die Form eines Kreissegments oder, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die Form eines Kreisringabschnittes haben. Durch die Einwirkung von Druckkräften P werden entsprechend dem Transversaleffekt positive und negative Ladungen auf den Innen- und Außenflächen des Elementes erzeugt. Bei der Meßquarzanordnung nach Fig. 5 werden infolge einer Umkehrung der Schnittrichtung positive Ladungen auf den Außenflächen 60 und negative Ladungen auf den Innenflächen 61 erzeugt. Zur elektrischen Verbindung der Druckmeßquarzanordnung mit der Kompensationsquarzanordnung ist die Innenfläche 61 des Quarzelements mit der Stirnfläche 62 durch eine aufgebrachte Metallschicht verbunden. Die positiv geladenen Außenflächen 60 weisen ebenfalls eine Metallschicht auf, die ihrerseits unmittelbar mit der metallenen Vorspannhülse 4 Kontakt machen, so daß die Ladungen von den Außenflächen über die Vorspannhülse auf den Wandlerkörper 1 übertragen werden. Die Isolierfasen 63, 64 und 65 trennen die eine positive bzw. negative Ladung tragenden, metallisierten Flächen. Beim transversalen Piezoeffekt, wie er bei der Meßquarzanordnung verwendet wird, hängt die Größe der piezoelektrischen Ladung pro Krafteinheit direkt von der Höhe in Kraftrichtung P ab.Fig. 5 shows an element of a quartz pressure measuring arrangement in section. The cross section of the element can either, as shown in FIG. 2, have the shape of a segment of a circle or, as can be seen from FIG. 3, the shape of a segment of a circular ring. Due to the action of compressive forces P , positive and negative charges are generated on the inner and outer surfaces of the element in accordance with the transverse effect. In the case of the measuring quartz arrangement according to FIG. 5, positive charges are generated on the outer surfaces 60 and negative charges on the inner surfaces 61 as a result of a reversal of the cutting direction. For the electrical connection of the quartz pressure measuring arrangement with the quartz compensation arrangement, the inner surface 61 of the quartz element is connected to the end face 62 by an applied metal layer. The positively charged outer surfaces 60 also have a metal layer, which in turn make direct contact with the metal pretensioning sleeve 4, so that the charges are transferred from the outer surfaces to the transducer body 1 via the pretensioning sleeve. The insulating bevels 63, 64 and 65 separate the metallized surfaces carrying a positive and negative charge, respectively. In the case of the transverse piezo effect, as it is used in the measuring quartz arrangement, the size of the piezoelectric charge per unit of force depends directly on the height in the direction of force P.

Die Funktion eines mit den beschriebenen Quarzanordnungen bestückenden Druckmeßwandlers wird nunmehr an Hand Fig. 1 erläutert. Durch Druckeinwirkung auf die Druckmembrane 9 entstehen an den Innenflächen 16 der Druckmeßquarzanordnung 5, die den Innenflächen 61 der Quarzelemente nach Fig. 6 entsprechen, negative Ladungen. Gleichzeitig entstehen an der unteren Stirnfläche 15 6 der Kompensationsquarzanordnung 14, die zu der Meßquarzanordnung 5 in Serie geschaltet ist, positive Ladungen. Diese positiven Ladungen werden durch einen entsprechenden Teil negativer Ladungen der Meßquarzanordnung 5 kompensiert. Die negative Restladung, die normalerweise etwa 60 bis 90% der vollen Ladung der Meßquarzanordnung 5 gleich ist, wird mittels einer Elektrode 17 der Anschlußeinheit 3 zugeführt und von dort an elektronische Verstärker und Auswertegeräte geleitet. Wirkt auf den Druckmeßwandler außer einem Druck gleichzeitig auch eine Beschleunigungskraft ein, was zum Beispiel in Motoren, Stoßwellenrohren, Raketen usw. der Fall ist, so entsteht ohne Kompensationsquarzanordnung 14 durch die Wirkung der Massenkraft der Meßquarzanordnung 5 und der vorgeschalteten Teile an der Druckmeßquarzanordnung eine zusätzliche Ladung, die das Meßergebnis fälscht und deshalb sehr unerwünscht ist. Durch die mechanisch in Reihe und elektrisch entgegengesetzt geschaltete Kompensationsquarzanordnung 14 wird nun aber die durch eine Massenwirkung entstehende Ladung bei entsprechender Abstimmung vollständig kompensiert, so daß an die Elektrode 17 keine Störladungen gelangen können. Die Abstimmung der beiden Quarzanordnungen 5 und 14 erfolgt zweckmäßig durch konstruktive Maßnahmen, durch die erreicht werden muß, daß das Produkt aus den auf die Druckmeßquarzanordnung 5 wirkenden Massenkräften und dem Piezo-Modul der Druckmeßquarzanordnung gleich dem Produkt aus den auf die Kompensationsquarzanordnung 14 wirkenden Massenkräften und dessen Piezo-Modul ist. Bei Anwendung einer plattenförmigen Kompensationsquarzanordnung nach Fig. 4 ist der Piezo-Modul unabhängig von der Plattendicke und damit unveränderbar. The function of a pressure transducer equipped with the quartz arrangements described is now explained with reference to FIG. By applying pressure to the pressure membrane 9 arise on the Inner surfaces 16 of the quartz pressure measuring arrangement 5, which correspond to the inner surfaces 61 of the quartz elements according to FIG. 6 correspond to negative charges. At the same time, the compensation quartz arrangement is created on the lower end face 15 6 14, which is connected in series to the quartz measuring arrangement 5, positive charges. These positive charges are due to a corresponding Part of the negative charges of the quartz measuring arrangement 5 are compensated. The negative residual charge, which is normally about 60 to 90% of the full charge of the quartz measuring device 5 is equal to, by means of fed to an electrode 17 of the connection unit 3 and from there to electronic amplifiers and evaluation devices directed. In addition to a pressure, an acceleration force also acts on the pressure transducer what is the case, for example, in engines, shock tubes, rockets, etc. without a compensation quartz arrangement 14 due to the effect of the inertia force of the measuring quartz arrangement 5 and the upstream parts on the quartz pressure measuring device an additional charge that the Measurement result falsifies and is therefore very undesirable. By mechanically in series and electrically Compensation quartz arrangement 14 connected in the opposite direction, however, is now caused by a mass effect the resulting charge is fully compensated with the appropriate coordination, so that to the Electrode 17 no interfering charges can get. The coordination of the two quartz arrangements 5 and 14 is expediently carried out by constructive measures that must be achieved that the Product of the inertial forces acting on the quartz pressure measuring arrangement 5 and the piezo module of the Pressure measuring quartz arrangement is equal to the product of the inertia forces acting on the compensation quartz arrangement 14 and its piezo module. When using a plate-shaped compensation quartz arrangement according to FIG. 4, the piezo module is independent of the panel thickness and therefore unchangeable.

Fig. 6 zeigt einen weiteren Meßwandler, der einen ähnlichen Aufbau hat wie der Meßwandler nach Fig. 1, bei dem jedoch zwischen der Kompensationsquarzanordnung 74 und der Meßquarzanordnung 75 ein vorzugsweise aus Schwermetall bestehender, als Ausgleichsmasse dienender Ring 73 unter axialer Vorspannung eingebaut ist. Die Anordnung eines solchen Ringes, der an seiner Außenfläche mittels einer Isolierfolie 78 gegenüber der Vorspannhülse 79 isoliert ist, ermöglicht eine einfache Abstimmung des Kompensationsteiles auf den Meßteil, weil durch eine richtige Dimensionierung des Ringes eine vollständige Kompensation des Beschleunigungssignals möglich ist.Fig. 6 shows a further transducer, which has a similar structure to the transducer of Fig. 1, in which, however, between the compensation quartz arrangement 74 and the measuring quartz arrangement 75 Ring 73, preferably made of heavy metal and serving as a balancing mass, is axially pretensioned is built in. The arrangement of such a ring, which on its outer surface by means of a The insulating film 78 is insulated from the prestressing sleeve 79, enables the compensation part to be easily coordinated on the measuring part, because by correctly dimensioning the ring a complete Compensation of the acceleration signal is possible.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Acceleration and temperature compensated piezoelectric pressure or force transducers, with a measuring crystal arrangement and one mechanically in series with it and electrically connected in opposition to it, The compensation crystal exploiting the longitudinal effect, which together with a temperature-related changes in length compensating temperature compensation disc held in a clamping sleeve under pretension are and their active surfaces with electrodes to remove the resulting electrical Charges are provided, characterized in that that the measuring crystal arrangement (5) exploiting the transverse effect, a cavity (6) enclosing crystal elements (5; 20,30; 75) and that at least one of the surface electrodes (16) with the end face of the measuring crystal element facing the compensation crystal (14) is electrically connected.

2. A transducer according to claim 1, characterized in that the surface electrode (61) of the measuring crystal element is led around an edge and also over the end face (62) of the measuring crystal element extends.

3. A transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring crystal arrangement consists of two elements (30) complementing each other to form a circular cross-section.

4. transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring crystal arrangement consists of three or more elements (20) with a circular segment-shaped cross-section.

5. A transducer according to any one of the preceding claims, characterized in that the Compensation crystal consists of a perforated plate (53) on both outer end faces (51 and 52) is metallized.