DE19508663C2

DE19508663C2 - Pressure measuring device

Info

Publication number: DE19508663C2
Application number: DE1995108663
Authority: DE
Inventors: Norbert Traenapp
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: DE19508663A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckmessung mit mehreren Druck aufnehmern, die für unterschiedliche Druckschwankungen geeignet sind.The invention relates to a device for pressure measurement with multiple pressures transducers that are suitable for different pressure fluctuations.

Für die Messung von Drücken sind Druckaufnehmer, die eine mechanische Verformung einer druckbeaufschlagten Fläche messen, seit Jahrzehnten be kannt. Derartige Druckaufnehmer sind für die Messung stationärer Absolut drücke sehr gut geeignet. So ist aus der US-PS 3,033,039 ein Kombinations drucksensor bekannt, der eine Vakuumkammer und eine erste und zweite Druckkammer aufweist, wobei die erste Druckkammer einen weiten Bereich von zu erwartenden Druckschwankungen registriert. Dieses Kombinationsdruck messgerät arbeitet mit mechanischen Druckaufnehmern, die eine gemeinsame Vakuumkammer als Referenzdruck haben. Mit der Vorrichtung sollen zwei auf einander bezogene Druckwerte, wie etwa Innen- und Außenkabinendruck, ge messen werden.For the measurement of pressures are pressure sensors that are mechanical Measuring deformation of a pressurized surface for decades knows. Such pressure sensors are for the measurement of stationary absolute press very suitable. So is a combination from US-PS 3,033,039 Pressure sensor known, the vacuum chamber and a first and second Pressure chamber, the first pressure chamber having a wide range of expected pressure fluctuations registered. This combination print measuring device works with mechanical pressure transducers that have a common Have vacuum chamber as reference pressure. With the device two are said to related pressure values, such as inside and outside cabin pressure, ge will measure.

Nachteilig ist jedoch, daß aufgrund der Massenträgheit der Messfläche eines mechanischen Druckaufnehmers die Eignung für die Messung von wechselnden Drücken eingeschränkt ist. Mechanische Druckaufnehmer haben daher eine relativ niedere Grenzfrequenz, bis zu der Druckschwankungen aufgelöst werden können. Derartige Druckaufnehmer können daher plötzlich auftretende Druckänderungen nicht verzögerungsfrei wiedergeben.It is disadvantageous, however, that due to the mass inertia of the measuring surface mechanical pressure sensor the suitability for the measurement of changing Press is restricted. Mechanical pressure transducers therefore have one relatively low cutoff frequency up to which pressure fluctuations are resolved can. Such pressure transducers can therefore occur suddenly Do not reflect pressure changes without delay.

Daneben sind Druckaufnehmer, die für hochfrequente Druckschwankungen geeignet sind, bekannt. Derartige Druckaufnehmer sind beispielsweise pie zoresistive Druckaufnehmer, die eine aus einem Piezokristall hergestellten Sen sor aufweisen und bei Druckbeaufschlagung die elektrische Leitfähigkeit beein flussen.In addition, there are pressure transducers for high-frequency pressure fluctuations are known. Such pressure transducers are pie, for example coresistive pressure transducers, which are made of a piezo crystal have sor and affect the electrical conductivity when pressurized rivers.

Aus der DE 25 24 467 B2 ist eine Einrichtung zum Messen der Lautpegeldiffe renz zwischen zwei Raumpunkten bekannt, bei dem zwei Mikrophone je mit einem Lautstärkemesskanal versehen sind. Im ersten Lautstärkemesskanal ist ein Bandpassfilter mit einer tiefen Zentralfrequenz und im zweiten Lautstärke messkanal ein Bandpassfilter mit einer hohen Zentralfrequenz vorhanden. Die hochfrequenten Schalldruckänderungen werden dabei mit einer mit Richtwir kung ausgestatteten Messeinrichtung aufgenommen, um in einer durch mehrere Schallquellen lärmerfüllten Umgebung die Anteile der größeren Schallquellen unter ihnen an der empfangenen Gesamtschallenergie zu erfassen. Als Lehre ergibt sich, dass ein mit hinreichend hoher Frequenz herausgefilterter Schall anteil eine verbesserte Richtwirkung ergibt. Dieses Messprinzip reagiert nahezu verzögerungsfrei auf Druckänderungen. Daher können derartige Druck aufnehmer im Gegensatz zu mechanischen Druckaufnehmern wesentlich höhere Frequenzen auflösen. Folglich kann mit diesen Druckaufnehmern eine erheblich höhere obere Grenzfrequenz, bis zu der eine Druckänderung noch erfaßt werden kann, erreicht werden. Nachteilig ist, dass derartige Druckaufnehmer hohe Driftfehler und starke Temperatur- und Beschleunigungs empfindlichkeit aufweisen. Daher ist die Bestimmung von Absolutdrücken, also von stationären und nahezu stationären Drücken mit derartigen Druckauf nehmern unzuverlässig oder gar unmöglich.DE 25 24 467 B2 describes a device for measuring the level differences known between two points in space, with two microphones each with are provided with a volume measurement channel. In the first volume measurement channel is a bandpass filter with a low central frequency and a second volume measuring channel, a bandpass filter with a high central frequency is available. The high-frequency sound pressure changes are with a directional kung equipped measuring device added in one by several Sound sources in noisy surroundings are the proportions of larger sound sources among them to record the total sound energy received. As a lesson results in a sound filtered out with a sufficiently high frequency share results in an improved directivity. This measuring principle almost reacts instantaneous to pressure changes. Therefore, such pressure in contrast to mechanical pressure transducers dissolve higher frequencies. Consequently, with these pressure transducers considerably higher upper limit frequency, up to which there is still a pressure change can be grasped, achieved. The disadvantage is that such Pressure transducers high drift errors and strong temperature and acceleration have sensitivity. Hence the determination of absolute pressures, so of stationary and almost stationary pressures with such pressure unreliable or even impossible.

Aus der JP 61-159126 A ist eine Druckmessvorrichtung mit zwei Drucksensoren bekannt, bei der der erste Drucksensor ein verzögertes Antwortsignal mit hoher Genauigkeit und der zweite Drucksensor eine hohe Antwortgeschwindigkeit hat. Das Ausgangssignal des zweiten Drucksensors wird auf einen Differenzier schaltkreis gefegt und nachfolgend werden die Ausgangssignale dieses Diffe renzierschaltkreises und des ersten Drucksensors addiert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Drucksensor mit verzögertem Antwortsignal ein digitaler Drucksensor, dessen digitales Signal über einen Verstärker auf ei nen Digital-Analog-Wandler gefegt ist und von dort zum Additionsschaltkreis geführt ist. In der Vorrichtung wird also ein verzögertes Antwortsignal vom er sten Drucksensor mit dem jeweiligen Steigungsbetrag der (schnellen) Druckän derung addiert. Nachteilig ist, dass keine definierte spektrale Trennung beider Drucksensoren vorgesehen ist. Insbesondere kann der nichtlineare Übertra gungsbereich des ersten Drucksensors bei höherfrequenten Druckschwankun gen die Messgenauigkeit der Vorrichtung negativ beeinflussen. Ebenso können bei ungleichem Ansprechen des zweiten Drucksensors auf Druckanstiege im Vergleich zu Druckabfällen ungleiche Beträge im Differenzierschaltkreis entste hen, die die Messgenauigkeit verschlechtern.From JP 61-159126 A is a pressure measuring device with two pressure sensors known in which the first pressure sensor has a delayed response signal with a high Accuracy and the second pressure sensor has a high response speed. The output signal of the second pressure sensor is differentiated circuit swept and then the output signals of this dif renzierkreises and the first pressure sensor added. In the illustrated The exemplary embodiment is the first pressure sensor with a delayed response signal a digital pressure sensor, whose digital signal via an amplifier on egg A digital-to-analog converter is swept and from there to the addition circuit is led. In the device, therefore, a delayed response signal from the Most pressure sensor with the respective slope amount of the (fast) pressure change added. The disadvantage is that there is no defined spectral separation of the two Pressure sensors is provided. In particular, the nonlinear transfer range of the first pressure sensor with higher frequency pressure fluctuations negatively affect the measuring accuracy of the device. You can also if the second pressure sensor responds unevenly to pressure increases in the In comparison to pressure drops, unequal amounts arise in the differentiating circuit hen that deteriorate the measurement accuracy.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer derartigen Druckmessvorrichtung die Messgenauigkeit über einen breiten Frequenzbereich von nahezu stationären Drücken bis zu hochfrequenten Druckschwankungen zu verbessern.The object of the invention is therefore in such a pressure measuring device the measurement accuracy over a wide frequency range of almost to improve stationary pressures up to high frequency pressure fluctuations.

Gelöst wird diese Aufgabe mit wenigstens einem für hochfrequente Druck schwankungen geeigneten piezoresistiven Druckaufnehmer mit nachgeschalte ten Hochpassfilter, mit wenigstens einem für mittelfrequente Druckschwankungen geeigneten weiteren piezoresistiven Druckaufnehmer mit nachgeschaltetem Bandpassfilter, mit wenigstens einem für niederfrequente Druckschwankungen geeigneten mechanischen Druckaufnehmer mit nachgeschaltetem Tiefpassfilter, mit jeweils zwischen Druckaufnehmer und Filter geschaltetem Messverstärker und mit einer gemeinsamen Messausgangsleitung, die an die Ausgänge der Filter angeschlossen ist.This task is solved with at least one for high-frequency printing fluctuations suitable piezoresistive pressure transducers with downstream high pass filter, with at least one for medium frequency Pressure fluctuations with suitable additional piezoresistive pressure transducers downstream bandpass filter, with at least one for low-frequency Mechanical pressure transducers with suitable pressure fluctuations downstream low pass filter, each between the pressure transducer and Filter switched measuring amplifier and with a common Measurement output line, which is connected to the outputs of the filters.

In dieser Druckmessvorrichtung wird somit ein komplementäres Druckmessver fahren ermöglicht, bei dem wenigstens drei Druckaufnehmer mit unterschied lichem Zeitverhalten und Fehlercharakteristiken so miteinander kombiniert sind, dass der weitgehend lineare Messbereich der jeweilig verwendeten Druckauf nehmer durch entsprechendes spektrales Filtern zur Bildung eines gleichförmi gen Messwertes herausgetrennt werden kann. Die Spektralbereiche schließen vorteilhaft so aneinander, dass ein integriertes Messsignal hoher Linearität über einen weiten Frequenzbereich unbeeinflußt von möglichen Fehlercharakteristi ken der verwendeten Druckaufnehmer geschaffen wird.A complementary pressure measuring device is thus used in this pressure measuring device driving allows at least three pressure transducers with a difference time behavior and error characteristics are combined, that the largely linear measuring range of the pressure used in each case by appropriate spectral filtering to form a uniform measured value can be separated. The spectral ranges close advantageously to each other so that an integrated measurement signal of high linearity a wide frequency range unaffected by possible error characteristics ken of the pressure transducers used is created.

Die Grenzfrequenzen der verwendeten Filter sollten dabei an die Grenzfrequen zen der verwendeten Druckaufnehmer angepasst sein. Somit läßt sich vorteilhaft der lineare Messbereich der jeweilig verwendeten Druckaufnehmer für die Messung auswerten. The cutoff frequencies of the filters used should match the cutoff frequencies zen of the pressure transducers used. So you can advantageously the linear measuring range of the pressure transducers used evaluate for the measurement.

Aus U. Tietze und Ch. Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik 2 (1971), 4-14, ist bekannt, dass zwischen Hochpassfiltern und Differenziergliedern Zusammen hänge bestehen.From U. Tietze and Ch. Schenk, Semiconductor Circuit Technology 2 ( 1971 ), 4-14, it is known that there are interrelationships between high-pass filters and differentiators.

Dadurch, dass die Ausgänge der Filter auf eine gemeinsame Messausgangslei tung geschaltet sind, werden die Messausgänge der verschiedenen Druckauf nehmer zusammengefaßt. Die Grenzfrequenzen der verwendeten Filter sollten hierfür so angepasst werden, dass die aufeinanderfolgenden Frequenzbereiche lückenlos aneinanderschließen. Vorteilhaft wird damit ein integriertes Messsignal geschaffen, dass die Informationen der verschiedenen Druckaufnehmer zu einem Messwert zusammenfaßt und zur weiteren Informationsverarbeitung bereitstellt.Because the outputs of the filters are connected to a common measuring output are switched, the measuring outputs of the various pressure summarized participants. The cutoff frequencies of the filters used should For this, be adjusted so that the successive frequency ranges connect seamlessly. This makes an integrated one advantageous Measurement signal created that the information of the different Pressure transducers combined into one measured value and another Provides information processing.

Für die Darstellung von hochfrequenten Druckschwankungen eignen sich be sonders piezoresistive Druckaufnehmer. Für die Darstellung niederfrequenter Druckschwankungen hingegen eignen sich besonders mechanische Druckauf nehmer.For the display of high-frequency pressure fluctuations are suitable especially piezoresistive pressure transducers. For the display of low frequency Pressure fluctuations, however, are particularly suitable for mechanical pressure taker.

Dadurch, dass jeweils zwischen Druckaufnehmer und Filter ein Messverstärker geschaltet ist, wird das Ausgangssignal der Druckaufnehmer mit einem niedri gen Pegel zur Weiterverarbeitung verstärkt. Insbesondere wird es damit möglich, die Messsignale der unterschiedlichen Druckaufnehmer mit ihren unterschiedlichen Pegeln auf ein gemeinsames Niveau zu verstärken.The fact that there is a measuring amplifier between the pressure transducer and the filter is switched, the output signal of the pressure transducer with a low level increased for further processing. In particular, it will possible, the measurement signals of the different pressure transducers with their reinforce different levels to a common level.

Vorteilhaft wird die komplementäre Druckmessvorrichtung als kompakte Gesamtanordung ausgebildet. Damit werden bei der Montage der Messanordnung am Messort Aufbaufehler und somit systematische Messfehler vermieden. Zudem können die Herstellungskosten bei einer Serienfertigung einer derartigen Messvorrichtung verringert werden.The complementary pressure measuring device is advantageous as a compact one Overall arrangement trained. So that when assembling the Measurement set-up at the measurement location and therefore systematic measurement errors avoided. In addition, the manufacturing costs of a series production of such a measuring device can be reduced.

Die vorliegende Erfindung ist somit zur Messung von wechselnden Drücken ge eignet, deren Frequenzspektrum sehr breit ist. Beispielsweise erfordert die mo derne Windkanal- und Flugversuchstechnik eine genaue Erfassung von dynami schen Drücken mit unterschiedlichsten Frequenzen. Typische Anwendungen sind z. B. die Bestimmung der Anströmbedingungen hinsichtlich Staudruck sowie Anstell- und Schiebewinkel, die bei Mehrlochdrucksonden ebenfalls über Druckinformationen bestimmt werden. Hierbei ist grundsätzlich die stationäre, bzw. niederfrequente wechselnde Signalinformation von großem Interesse. Im Manöverflug, durch die Eigendynamik oder auch durch Turbulenz kommen wechselnde Druckanteile hinzu, die in einem höheren Frequenzspektrum liegen und deren Erfassung zur Beurteilung dynamischer Vorgänge wichtig sind. Weitere Aufgaben ergeben sich für die Messung von Drücken an aerodynamischen Profilen und anderen Körperoberflächen, die sowohl hinsichtlich niederfrequenter als auch hochfrequenter Druckinformationen, z. B. bei Strömungsablösung, oder der Änderung der Strömungscharakteristik zwischen laminarer und turbulenter Strömung, große Bedeutung haben.The present invention is thus ge for measuring changing pressures suitable, whose frequency spectrum is very wide. For example, the mo modern wind tunnel and flight test technology an exact recording of dynami pressures with different frequencies. Typical applications are z. B. the determination of the inflow conditions with respect to dynamic pressure as well as setting and sliding angles, which also apply to multi-hole pressure probes Print information can be determined. The stationary, or low-frequency changing signal information of great interest. in the Maneuver flight, due to the momentum or due to turbulence changing pressure components, which are in a higher frequency spectrum and their acquisition are important for the assessment of dynamic processes. Further tasks arise for the measurement of pressures aerodynamic profiles and other body surfaces, both with regard to low-frequency as well as high-frequency printing information, e.g. B. in the event of flow separation or a change in the flow characteristics between laminar and turbulent flow.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung anhand der Zeichnun gen detailliert beschrieben.Below is an embodiment of the device based on the drawing gene described in detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine vereinfachte Aufbauskizze der Druckmessvor richtung und Fig. 1 shows a simplified layout of the Druckmessvor direction and

Fig. 2 ein Diagramm der Frequenzspektren der verwendeten Druckaufnehmer Fig. 2 is a diagram of the frequency spectra of the pressure transducers used

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Verschaltungsprinzip der komplementären Druck messvorrichtung. Eine Druckmessleitung 10 ist mit einem zeitveränderlichen Eingangsdruck p(t) beaufschlagt. An der Druckmessleitung 10 sind ein piezoresistiver Druckaufnehmer 1 und ein mechanischer Druckaufnehmer 11 angeordnet. Der zeitveränderliche Eingangsdruck p(t) wirkt sowohl auf der Messfläche des piezoresistiven Druckaufnehmers 1 als auch auf der Messfläche des mechanischen Druckaufnehmers 11. Fig. 1 shows a simplified circuit principle of the complementary pressure measuring device. A pressure measuring line 10 is supplied with a time-varying inlet pressure p (t). A piezoresistive pressure sensor 1 and a mechanical pressure sensor 11 are arranged on the pressure measuring line 10 . The time-varying inlet pressure p (t) acts both on the measuring surface of the piezoresistive pressure sensor 1 and on the measuring surface of the mechanical pressure sensor 11 .

Die an der Messfläche des piezoresistiven Druckaufnehmers 1 wirkenden Druckänderungen liefern ein Messsignal, das an einer Signalleitung 2 anliegt. Die Signalleitung 2 ist am Eingang eines Messverstärkers 3 angeschlossen. Der Messverstärker 3 verstärkt das über Signalleitung 2 zugeführte Messsignal um einen vorbestimmten Faktor. Am Ausgang des Messverstärkers 3 ist eine Signalleitung 4 angeschlossen. Die Signalleitung 4 führt zum Eingang eines Hochpassfilters 5. An das Hochpassfilter 5 ist eine Messdatenleitung 6 angeschlossen. Das Hochpassfilter 5 ist so ausgebildet, dass lediglich Signale oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz zur Messdatenleitung 6 übertragen werden. Die Messdatenleitung 6 führt auf eine Messausgangsleitung 20.The pressure changes acting on the measuring surface of the piezoresistive pressure sensor 1 deliver a measuring signal which is present on a signal line 2 . The signal line 2 is connected to the input of a measuring amplifier 3 . The measuring amplifier 3 amplifies the measuring signal supplied via signal line 2 by a predetermined factor. A signal line 4 is connected to the output of the measuring amplifier 3 . The signal line 4 leads to the input of a high-pass filter 5 . A measurement data line 6 is connected to the high-pass filter 5 . The high-pass filter 5 is designed such that only signals above a certain cut-off frequency are transmitted to the measurement data line 6 . The measurement data line 6 leads to a measurement output line 20 .

Der von der Messfläche des mechanischen Druckaufnehmers 11 registrierte Druck wird mit einer mechanischen Übertragung 12 an einen Messverstärker mit Potentiometer 13 übertragen. Dieser Messverstärker 13 erzeugt mittels des darin angeordneten Potentiometers eine dem Druck proportionale elektrische Größe, die dann auf einen bestimmten Wert verstärkt wird. Der Ausgang des Messverstärkers 13 ist an eine Signalleitung 14 angeschlossen. Die Signalleitung 14 ist mit dem Eingang eines Tiefpassfilters 15 verbunden. Der Tiefpassfilter 15 ist so ausgebildet, dass lediglich Signale unterhalb der bestimmten Grenzfrequenz auf eine am Ausgang des Tiefpassfilters 15 angeschlossene Messdatenleitung 16 übertragen werden. Die Messdatenleitung 16 ist ebenfalls an die Messausgangsleitung 20 angeschlossen.The pressure registered by the measuring surface of the mechanical pressure sensor 11 is transmitted by a mechanical transmission 12 to a measuring amplifier with a potentiometer 13 . This measuring amplifier 13 uses the potentiometer arranged therein to generate an electrical variable proportional to the pressure, which is then amplified to a specific value. The output of the measuring amplifier 13 is connected to a signal line 14 . The signal line 14 is connected to the input of a low-pass filter 15 . The low-pass filter 15 is designed such that only signals below the specific cut-off frequency are transmitted to a measurement data line 16 connected to the output of the low-pass filter 15 . The measurement data line 16 is also connected to the measurement output line 20 .

Nicht dargestellt in der Fig. 1 ist noch eine entsprechend parallel ausgebildete weitere Zweigleitung mit einem dritten piezoresistiven Druckaufnehmer und ei nem Bandpassfilter für die mittleren Frequenzen.Not shown in Fig. 1 is still a correspondingly parallel branch line with a third piezoresistive pressure sensor and egg nem bandpass filter for the medium frequencies.

An die Messausgangsleitung 20 sind somit die Messdatenleitungen 6 und 16 der beiden verschiedenen Druckaufnehmersysteme angeschlossen. Das auf der Messausgangsleitung 20 anliegende Signal ist der Messdruck p_mess(t), der mittels dreier Messsysteme gemessen wird.The measurement data lines 6 and 16 of the two different pressure transducer systems are thus connected to the measurement output line 20 . The signal present on the measuring output line 20 is the measuring pressure p _mess (t), which is measured by means of three measuring systems.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Amplitude in dBA über der Frequenz in Hz darstellt. Die Frequenz ist logarithmisch aufgetragen. Im Diagramm sind die Übertragungsfunktionen der beiden in Fig. 1 dargestellten Druckaufnehmer dargestellt. Mit Bezugszeichen 7 ist die Übertragungsfunktion des piezoresistiven Druckaufnehmers 1 dargestellt. Mit Bezugszeichen 17 ist die Übertragungsfunktion des mechanischen Druckaufnehmers 11 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Übertragungsfunktion 17 des mechanischen Druckaufnehmers 11 zu höheren Frequenzen hin stark abfällt. Signale oberhalb von 20 Hz werden praktisch nicht mehr aufgelöst. In umgekehrter Weise fällt die Übertragungsfunktion 7 des piezoresistiven Druckaufnehmers 1 zu niederen Frequenzen stark ab. Das bedeutet, dass Frequenzen deutlich unterhalb 10 Hz von dem piezoresistiven Druckaufnehmer 1 nicht aufgelöst werden. Fig. 2 shows a diagram illustrating the amplitude in dBA versus frequency in Hz. The frequency is plotted logarithmically. The diagram shows the transfer functions of the two pressure sensors shown in FIG. 1. The transfer function of the piezoresistive pressure sensor 1 is represented by reference number 7 . The transfer function of the mechanical pressure sensor 11 is represented by reference number 17 . It can be seen that the transfer function 17 of the mechanical pressure transducer 11 drops sharply towards higher frequencies. Signals above 20 Hz are practically no longer resolved. Conversely, the transfer function 7 of the piezoresistive pressure transducer 1 drops sharply to lower frequencies. This means that frequencies significantly below 10 Hz are not resolved by the piezoresistive pressure sensor 1 .

Im folgenden wird der Ablauf einer Druckmessung erläutert. In der Druckmess leitung 10 herrscht ein zeitveränderlicher Eingangsdruck p(t), der gleichzeitig von zwei verschiedenen Druckaufnehmern gemessen wird. Im mechanischen Druckaufnehmer 11 wird der stationäre oder nahezu stationäre Druck mit hoher Genauigkeit gemessen. Dabei wird die mechanische Verformung der Messfläche der Druckdose 11 über eine mechanische Übertragung 12 durch ein geeignetes Potentiometer bzw. Dehnungsmessstreifen in ein äquivalentes elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal wird vom Messverstärker 13 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt und über die Signalleitung 14 dem Tiefpassfilter 15 zugeführt.The sequence of a pressure measurement is explained below. In the pressure measuring line 10 there is a time-varying inlet pressure p (t), which is measured simultaneously by two different pressure sensors. In the mechanical pressure sensor 11 , the stationary or almost stationary pressure is measured with high accuracy. The mechanical deformation of the measuring surface of the pressure cell 11 is converted into an equivalent electrical signal via a mechanical transmission 12 by means of a suitable potentiometer or strain gauge. This electrical signal is amplified by the measuring amplifier 13 to a predetermined level and fed to the low-pass filter 15 via the signal line 14 .

Mit dem Tiefpassfilter 15 wird das Messsignal so bearbeitet, dass nur die niederfrequente Druckinformation des mechanischen Druckaufnehmers zur Bestimmung des Messdruckes p_mess(t) herangezogen wird. Der fehlerhaft gemessene hochfrequente Bereich wird hingegen vom Tiefpassfilter 15 nicht übertragen.The low-pass filter 15 processes the measurement signal in such a way that only the low-frequency pressure information from the mechanical pressure sensor is used to determine the measurement pressure p _mess (t). The incorrectly measured high-frequency range, however, is not transmitted by the low-pass filter 15 .

Parallel dazu wird der zeitveränderliche Eingangsdruck p(t) von dem piezoresistiven Druckaufnehmer 1 gemessen, wobei das elektrische Messsignal über die Signalleitung 2 dem Messverstärker 3 zugeführt wird. Im Messverstärker 3 wird dieses Messsignal auf den gleichen vorbestimmten Pegel verstärkt und über die Signalleitung 4 dem Hochpassfilter 5 zugeführt. Im Hochpassfilter 5 werden die Drift- und Hysteresefehler des piezoresistiven Druckaufnehmers, die im unteren Frequenzbereich auftreten, ausgefiltert. Durch den Hochpassfilter 5 wird somit nur die zuverlässige Information zur Bestimmung des Messdruckes p_mess(t) übertragen.In parallel, the time-variable input pressure p (t) is measured by the piezoresistive pressure sensor 1 , the electrical measurement signal being supplied to the measurement amplifier 3 via the signal line 2 . In the measuring amplifier 3 , this measuring signal is amplified to the same predetermined level and fed to the high-pass filter 5 via the signal line 4 . The high-pass filter 5 filters out the drift and hysteresis errors of the piezoresistive pressure sensor that occur in the lower frequency range. The high-pass filter 5 thus transmits only the reliable information for determining the measurement pressure p _mess (t).

Die Ausgänge der beiden Filter 5 und 15 werden sodann über die Messdatenlei tungen 6 und 16 auf die gemeinsame Messausgangsleitung 20 gelegt. Der sich aus der Überlagerung der beiden gefilterten und durch Messverstärker auf ein gemeinsames Pegelniveau gebrachten Messsignale des mechanischen und des piezoresistiven Druckaufnehmers entstehende Messwert gibt den zu messenden Eingangsdruck p(t) als Messdruck p_mess(t) über einen sehr großen Frequenzbereich hinweg mit guter Genauigkeit an.The outputs of the two filters 5 and 15 are then connected via the measurement data lines 6 and 16 to the common measurement output line 20 . The measured value resulting from the superimposition of the two filtered measurement signals of the mechanical and piezoresistive pressure transducers brought to a common level by measuring amplifiers gives the inlet pressure p (t) to be measured as measuring pressure p _mess (t) over a very large frequency range with good accuracy on.

Das vorangehend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt eine komplementäre Druckmessvorrichtung mit zwei Druckaufnehmern. Es können jedoch auch drei und mehr Druckaufnehmersysteme verwendet werden. Beispielsweise ist für die Messung eines besonders breiten Frequenzbereiches die Ausstattung der Druckvorrichtung mit einem zweiten piezoresistiven Druckaufnehmer möglich, wobei dann der für mittelfrequente Druckschwankungen geeignete piezoresistive Druckaufnehmer über einen geeigneten Messverstärker auf ein Bandpassfilter geschaltet wird. Dieses Bandpassfilter grenzt dabei einerseits die Messsignale im niederfrequenten Bereich, die genauer vom mechanischen Druckaufnehmer gemessen werden, und andererseits die hochfrequenten Messsignale, die genauer vom weiteren für hochfrequente Druckschwankungen geeigneten piezoresistiven Druckaufnehmer gemessen werden, aus. In diesem Fall werden die drei auf ein gemeinsames Pegelniveau verstärkten und gefilterten Messsignale ebenfalls auf eine gemeinsame Messausgangsleitung geschaltet.The embodiment described above shows a complementary one Pressure measuring device with two pressure sensors. However, there can be three and more pressure transducer systems are used. For example, for the Measurement of a particularly wide frequency range Printing device with a second piezoresistive pressure sensor possible, then the one suitable for medium-frequency pressure fluctuations Piezoresistive pressure transducers on a suitable measuring amplifier Bandpass filter is switched. This bandpass filter limits the one hand Measurement signals in the low-frequency range, more precisely from the mechanical Pressure transducers are measured, and on the other hand the high-frequency Measurement signals that are more precise for high-frequency pressure fluctuations suitable piezoresistive pressure transducers can be measured. In this Case, the three are stepped up to a common level and filtered measurement signals also on a common measurement output line switched.

Die Messsignalverarbeitung kann ebenso analog wie auch digital erfolgen. Bei einer digitalen Messdatenverarbeitung kann das jeweilige Messsignal der Druck aufnehmer direkt mittels Analog/Digital-Wandler in digitale Impulse umgewan delt werden. Die umgewandelten Daten können dann digital gefiltert und auf summiert werden. Ebenso kann die Analog/Digital-Wandlung nach der analogen Filterung der Messdaten erfolgen.The measurement signal processing can also be carried out analog as well as digital. At In digital measurement data processing, the respective measurement signal can be the pressure transducer converted directly into digital impulses by means of an analog / digital converter be delt. The converted data can then be digitally filtered and up be summed up. Likewise, the analog / digital conversion after the analog filtering of the measurement data.

Claims

1. Device for measuring pressure

- With at least one piezoresistive pressure sensor ( 1 ) suitable for high-frequency pressure fluctuations with a downstream high-pass filter ( 5 ),
with at least one further piezoresistive pressure transducer suitable for medium-frequency pressure fluctuations with a downstream bandpass filter,
- With at least one mechanical pressure transducer ( 11 ) suitable for low-frequency pressure fluctuations with a downstream low-pass filter ( 15 ),
- With each between the pressure sensor ( 1 , 11 ) and filter ( 5 , 15 ) connected measuring amplifier ( 3 , 13 ), and
- With a common measurement output line ( 20 ) which is connected to the outputs of the filters ( 5 , 15 ).