DE1905663A1

DE1905663A1 - Measurement transducer for pressure, force or acceleration measurement

Info

Publication number: DE1905663A1
Application number: DE19691905663
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Hatschek
Original assignee: Vibro Meter SA
Current assignee: Meggitt SA
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1969-09-18
Also published as: GB1236674A; CH481374A; AT280654B

Description

Patentanwalt·Patent attorney

Dipi.-teg.ZimmermannDipi.-teg. carpenter

München 2, tesenwl 7Munich 2, tesenwl 7

^TelM1989 5, Feb. ^TelM1989 Feb. 5

VIBRO-MEOJERAG., iFribourg (Schweiz)VIBRO-MEOJERAG., IFriborg (Switzerland)

Meßwertwandler für die Druck-, Kraft- oder BeschleunigungsmessungTransducer for pressure, force or acceleration measurement

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertwandler für die Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsmessung, dessen empfindliches Meßelement in einer 3?ederhülse angeordnet ist, die aus einem rohrförmigen Hohlkörper besteht, der mit gegeneinander versetzt angeordneten, durchgehenden Schlitzen versehen ist.The invention relates to a transducer for pressure, force or acceleration measurement, its sensitive measuring element is arranged in a 3? ederhülse, which consists of a tubular hollow body, which with each other staggered, continuous slots is provided.

Meßwertwandler mit einer Federhülse, die das empfindliche Meßelement aufnimmt und mit einer Yorspannkraft beaufschlagt, werden zur Durchführung von Messungen und laufenden Betriebsüberwachungen vielfach angewendet, z.B. zur Messung des Druckes und des Druckverlaufes in den Zylindern von Brennkraftmaschinen und Kompressoren, zur Beschleunigungsmessung, zur dauernden Überwachung von Motoren und Triebwerken usw. Es sind Ausführungen mit -piezoelektrischen, induktiven und kapazitiven Meßelementen bekannt und auch sogenannte Widerstandsgeber, die gewöhnlich Dehnungsmeßstreifen verwenden.Measuring transducer with a spring sleeve which accommodates the sensitive measuring element and applies a tensioning force, are often used to carry out measurements and ongoing operational monitoring, e.g. for measurements the pressure and the pressure curve in the cylinders of internal combustion engines and compressors, for acceleration measurement, for permanent monitoring of motors and engines etc. There are versions with -piezoelectric, inductive and capacitive measuring elements are known and also so-called resistance transmitters, which are usually strain gauges use.

Es sind verschiedene Ausführungen der Federhülse bekannt. Meist besteht diese aus einem dünnwandigen zylindrischen Rohr, das an einem Ende einen massiven Boden aufweist und das Meßelement nicht nur vorspannt sondern erforderlichen-Various designs of the spring sleeve are known. Usually this consists of a thin-walled cylindrical tube that has a solid base at one end and the measuring element not only preloads but required

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falls auch hermetisch abschließt. Da die Wandstärke einer . solchen Federhülse nur einige hundertstel Millimeter "betragen darf, etwa 0,08 bis 0,15 mm, muß die Herstellung der Hülse mit großer Präzision erfolgen und ist dementsprechend teuer, ferner besitzen diese JPederhülsen eine steile IPedercharakteristik und sind verhältnismäßig stark temperaturabhängig, da bei Temperatur Schwankungen eine längenänderung auftritt, wodurch die Federkraft stark verändert wird. Die mit den bekannten, dünnwandigen Federhülsen versehenen Meßwertwandler können daher ohne besondere. Vorkehrungen, z.B. Kühlung, nur innerhalb eines engen Temperaturbereiches angewendet werden.if it is also hermetically sealed. Since the wall thickness is a. such a spring sleeve may only be a few hundredths of a millimeter ", about 0.08 to 0.15 mm, the manufacture of the Sleeve made with great precision and is accordingly expensive, and these JPeder sleeves also have a steep IPeder characteristic and are relatively strongly dependent on temperature, since fluctuations in temperature result in a change in length occurs, whereby the spring force is greatly changed. the with the known, thin-walled spring sleeves provided transducers can therefore without special. Precautions, e.g. cooling, only applied within a narrow temperature range will.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung ist die Federhülse mit durchgehenden Schlitzen versehen. Dadurch wird die Elastizität der Federhülse in Achsrichtung vergrößert, so daß die erforderliche Federkraft bei größerer Wandstärke der Hülse erhalten werden kann, wobei die Herstellung der Hülse leichter ist. Aufgrund der durchgehenden Schlitze wird das empfindliche Meßelement jedoch nicht hermetisch.abgeschlossen, weshalb die Federhülse von einem dichten Gehäuse umschlossen sein muß. !alls eine Kühlung erforderlich ist, muß als Kühlmittel eine Isolierflüssigkeit verwendet werden, weil das Kühlmittel durch die Schlitze der Federhülse hindurch das Meßelement unmittelbar umspült.In a further known embodiment, the spring sleeve provided with continuous slots. This increases the elasticity of the spring sleeve in the axial direction, see above that the required spring force with greater wall thickness of the sleeve can be obtained, whereby the manufacture of the sleeve is easier. Because of the continuous slots however, the sensitive measuring element is not hermetically sealed, which is why the spring sleeve must be enclosed in a tight housing. ! Whenever cooling is required, an insulating liquid must be used as the coolant because the coolant passes through the slots in the spring sleeve washes around the measuring element immediately.

Weiterhin ist es bei Druckgebern schon bekannt, das Meßelement in einer wellrohrförmig ausgebildeten Federhülse anzuordnen. Auch dabei ist es möglich, der Federhülse eine verhältnismäßig große Elastizität in Längsrichtung zu verleihen, wobei die Wandstärke dicker gehalten werden kann als im Falle eines dünnwandigen zylindrischen Rohres. Eine Wellrohrfeder ändert jedoch ihre länge nicht nur durch in Achsrichtung auf sie einwirkende Kräfte, sondern auch durch Kräfte, die in radialer Richtung auf sie ausgeübt werden. Bei einer Änderung des auf die Wellrohrfeder einwirkenden Außendruckes tritt daher eine längenänderung derselben auf, wodurch auch die von der Federhülse auf das Meßelement aus-Furthermore, it is already known in pressure transducers to place the measuring element in a corrugated tube-shaped spring sleeve to arrange. Here, too, it is possible to give the spring sleeve a relatively high degree of elasticity in the longitudinal direction, whereby the wall thickness can be kept thicker than in the case of a thin-walled cylindrical tube. However, a corrugated tube spring does not only change its length in the axial direction forces acting on them, but also by forces exerted on them in a radial direction. If there is a change in the external pressure acting on the corrugated tube spring, there is a change in length of the same, whereby the pressure from the spring sleeve on the measuring element

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geübte Vorspannkraft verändert wird. Solche Wellrohrfedern müssen daher entweder verhältnismäßig massiv ausgebildet sein, wobei sie aber meist keine ausreichende Elastizität aufweisen, oder sie können nur für Messungen bei gleichbleibendem Außendruck verwendet werden. practiced pretensioning force is changed. Such corrugated tube springs must therefore either be made relatively massive However, they usually do not have sufficient elasticity, or they can only be used for measurements with constant external pressure.

Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Meßwertwandlers mit einer Federhülse, welche die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet, deren jeweilige Vorteile hingegen vereinigt. Ausgehend von einer rohrförmigen Federhülse, die mit gegeneinander versetzt angeordneten durchgehenden Schlitzen versehen ist, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an der Außenseite der Federhülse ein flexibles Rohr vorgesehen ist, das die Schlitze abdeckt und am Mantel der Federhülse radial abgestützt ist. Vorzugsweise ist das Rohr als Wellrohrfeder ausgebildet. An seinen Enden kann das Rohr an der Federhülse luftdicht befestigt, z.B. angeschweißt oder angelötet sein.The invention now aims to provide a transducer with a spring sleeve, which avoids the disadvantages of the known designs, but their respective advantages united. Starting from a tubular spring sleeve, which is provided with through slots arranged offset from one another, this is achieved according to the invention achieved that a flexible tube is provided on the outside of the spring sleeve, which covers the slots and on the jacket the spring sleeve is supported radially. The tube is preferably designed as a corrugated tube spring. At its ends it can Tube attached to the spring sleeve in an airtight manner, e.g. welded or soldered on.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch besondere Vorteile aus. Die mit Schlitzen versehene. Federhülse weist auch bei verhältnismäßig großer Wandstärke eine ausreichende Elastizität in Längsrichtung auf und ist daher einfach herstellbar. Durch das flexible Rohr v/erden die Schlitze abgeschlossen, so daß ein hermetischer Abschluß des empfindlichen Meßelementes erreicht wird. Da das flexible Rohr an der Federhülse in radialer Richtung abgestützt ist, kann sich seine Länge unter Einwirkung des Außendruckes nicht verändern, so daß die Vorspannkraft auch bei unterschiedlichem Außendruck ungeändert bleibt.The arrangement according to the invention is characterized by special features Advantages. The slotted one. The spring sleeve has a sufficient wall thickness even with a relatively large wall thickness Elasticity in the longitudinal direction and is therefore easy to manufacture. The slots are grounded through the flexible pipe closed, so that a hermetic seal of the sensitive measuring element is achieved. Because the flexible tube at the spring sleeve is supported in the radial direction, its length cannot change under the influence of external pressure, so that the pretensioning force remains unchanged even with different external pressures.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, welches einen erfindungsgemäßen Ileßwertwandler im Längsschnitt zeigt.In the drawing, the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail, which shows an Ileßwertwandler according to the invention in longitudinal section.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist der dargestellte Meßwertwandler ein Gehäuse 1 auf, in dem das empfindliche Meßelemeht 2 im Inneren einer Federhülse 3 angeordnet ist. Die Federliülse Z ist aus einem rohrförmigen Hohlkörper her-As can be seen from the drawing, the transducer shown has a housing 1 in which the sensitive measuring element 2 is arranged inside a spring sleeve 3. The spring sleeve Z is made of a tubular hollow body.

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gestellt, der an einem Ende einen massiven Boden 4 aufweist und mit seinem anderen, offenen Ende am Gehäuse 1 festgesehweißt ist. Im Mantel der lederhülse 3 sind in Umfangsrichtung verlaufende durchgehende Sehlitze 5 angeordnet, die in Achsrichtung gegeneinander versetzt sind. Durch diese einfache und billige Ausbildung werden auch bei verhältnismäßig großer Wandstärke der Federhülse gute Federungseigenschaften erzielt.placed, which has a solid base 4 at one end and at its other, open end on the housing 1 is firmly welded. In the jacket of the leather sleeve 3 are in the circumferential direction extending continuous seat braids 5 arranged, which are offset from one another in the axial direction. Due to this simple and inexpensive design, good suspension properties are achieved even with a relatively large wall thickness of the spring sleeve achieved.

Aufgrund der Schlitze 5 bildet die Federhülse 3 jedoch keinen dichten Abschluß für das empfindliche Meßelement Eine unmittelbare Kühlung oder Belüftung der Federhülse ist daher nicht ohne weiteres möglich. Um einen hermetischen Abschluß des Meßelementes 2 zu erzielen, ist daher an der Außenseite der Federhülse 3 ein flexibles, gewelltes Rohr angeordnet, welches die Schlitze 5 abdeckt. Die Enden 7 .tu des Rohres 6 sind am Mantel der Federhülse festgesehweißt oder angelötet. Das Rohr 6 stützt sich dabei in radialer Richtung am Mantel der Federhülse 3 ab, so daß es sich unter Einwirkung eines Außendruckes nicht zusammenziehen kann. Diese Ausführungsform der mit dem flexiblen Rohr 6 versehenen Federhülse 3 ist somit sowohl dicht als auch für Messungen unter veränderlichem Außendruck geeignet, da sich die ■Vorspannkraft auch bei größeren Schwankungen des Außendruckes nicht ändern kann.Due to the slots 5, however, the spring sleeve 3 forms no tight seal for the sensitive measuring element therefore not easily possible. In order to achieve a hermetic seal of the measuring element 2, is therefore on the A flexible, corrugated tube is arranged on the outside of the spring sleeve 3 and covers the slots 5. The ends 7 .tu of the tube 6 are welded or soldered to the jacket of the spring sleeve. The tube 6 is supported in a radial direction Direction on the jacket of the spring sleeve 3, so that it can not contract under the action of external pressure. This embodiment of the provided with the flexible tube 6 Spring sleeve 3 is therefore both tight and suitable for measurements under variable external pressure, since the pretensioning force cannot change even with major fluctuations in the external pressure.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist als Druckgeber ausgebildet, z.B. für die Messung des Druckverlaufes in den Zylindern von Verbrennungsmotoren und Kompressoren. Das Gehäuse 1 ist mit einem Gewinde 9 zum Einschrauben in eine Meßbohrung versehen und an seinem außenliegenden Ende durch eine den Druck auf die Federhülse 3 und auf das in dieser angeordnete Meßelement 2 übertragende Ringmembrane 10 abgeschlossen. Ferner sind im Gehäuse 1 Kühlkanäle 11 und 12 vorgesehen, durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch den unmittelbar um die Federhülse 3 herumliegenden Ringraum 13 geleitet werden kann, so daß eine gute KühlungThe embodiment shown is designed as a pressure transmitter, e.g. for measuring the pressure curve in the Cylinders of internal combustion engines and compressors. The housing 1 has a thread 9 for screwing into a Provided measuring bore and at its outer end by a pressure on the spring sleeve 3 and in this arranged measuring element 2 transmitting annular membrane 10 completed. Furthermore, there are cooling channels 11 and 12 in the housing 1 provided, through which a coolant, for example water, through the lying directly around the spring sleeve 3 Annular space 13 can be passed, so that good cooling

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sowohl des empfindlichen Meßelementes 2 als auch der Ringmembrane 10 erzielt wird. Die im Boden des Gehäuses 1 noch vorgesehene Bohrung 14 dient zum Herausführen der elektrischen Anschlußleitungen des Meßelementes 2. Mit der gezeigten Ausführung des Meßwertwandlers können auch Differenzdruckmessungen durchgeführt werden, in welchem Fall der die Federhülse 3 umgebende Ringraum 13 mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt wird, der auf die Innenseite der Ringmembrarie wirkt.both the sensitive measuring element 2 and the annular diaphragm 10 is achieved. The in the bottom of the housing 1 still provided hole 14 is used to lead out the electrical connection lines of the measuring element 2. With the embodiment shown the transducer can also be used to carry out differential pressure measurements, in which case the spring sleeve 3 surrounding annular space 13 is acted upon with a corresponding pressure which is applied to the inside of the annular diaphragm works.

Die erfindungsgemäß mit einem flexiblen Rohr versehene Federhülse kann für alle Bauarten von Meßwertwandlern vorteilhaft angewendet werden, bei denen eine federnde Vorspannung und ein hermetischer Abschluß des empfindlichen Meßelementes erforderlich ist. Insbesondere kann diese Anordnung auch in Ausführungen für dynamische Messungen, z.B. in Accelerometern für die Betriebsüberwachung von rotierenden Maschinenteilen wie Flugzeugtriebwerken und dgl. verwendet werden. Das Meßelement kann aus piezoelektrischen Körpern mit dazwischen angeordneten Elektroden aufgebaut sein. Es sind aber ebenso Ausführungen möglich, die nach anderen Umformungsprinzipien arbeiten, z.B. kapazitive oder induktive Meßelemente.The one provided according to the invention with a flexible tube Spring sleeve can be used advantageously for all types of transducers in which a resilient bias and a hermetic seal of the sensitive measuring element is required. In particular, this arrangement also in versions for dynamic measurements, e.g. in accelerometers for the operational monitoring of rotating Machine parts such as aircraft engines and the like. Be used. The measuring element can consist of piezoelectric bodies be constructed with electrodes arranged in between. However, designs are also possible which are based on other forming principles work, e.g. capacitive or inductive measuring elements.

Patentansprüche 909838/0881 claims 909838/0881

Claims

Patent claims:

Transducer for pressure, force or acceleration measurement, whose sensitive measuring element is arranged in a spring sleeve, which consists of a tubular There is hollow body, which is provided with mutually offset, continuous slots, thereby characterized in that a flexible tube (6) is provided on the outside of the leather sleeve (3), which the slots (5) covers and is supported radially on the jacket of the leather sleeve.

Measurement transducer according to Claim 1, characterized in that the tube (6) is designed as a corrugated tube spring. Measuring transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the tube (6) with its ends (7, 8) on the Peder sleeve (3) is attached airtight.

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