DE1956925B2 - Druckfühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Druckfühler dieser Art, bekannt als sogenannte Mikrodüsen, werden beispielsweise im Lufteinlaßkanal von Triebwerken für Überschallflugzeuge verwendet, wo die ins Verhältnis zu setzenden pneumatischen Drücke von zwei Drucksonden abgeleitet werden, welche eine Information über die Lage einer Stoßwelle in dem Lufteinlaßkanal geben.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die Proportionalität des Ausgangssignals zum Verhältnis der beiden Eingangsdrucke dann nicht befriedigend genau ist, wenn dieses Verhältnis nahe Eins- liegt, wie es bei der erwähnten Anwendung beim Luf.einlaßkanal der Fall ist Dort Hegt das Druckverhältnis gewöhnlich im Bereich von 0,7 bis 13.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Druckfühler der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß auch dann mit ausreichender Genauigkeit ein dem Druckverhältnis proportionales Ausgangssignal erzeugt werden kann, wenn die ins Verhältnis zu setzenden Drücke nur geringfügig voneinander abweichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch enthalten.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die beiden ins Verhältnis zu setzenden Drücke nicht direkt an einen Druckfühler in der Art einer Mikrodüse angelegt, sondern es wird zunäch?' einer der Drücke mit einem bestimmten Faktor multipliziert, so daß sichergestellt ist, daß das Verhältnis der an der Mikrodüse anliegenden Drücke ausreichend von Eins verschieden ist, mn die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. Da der

s Faktor, mit dem dieser eine Druck multipliziert wird, bekannt ist, kann das gewünschte Druckverhältnis ohne Schwierigkeiten aus dem Ausgangssignal des Druckfühlers gewonnen werden. Die Multiplikation wird mit Hilfe einer Addition erreicht, die keine bewegten Teile

ίο erforderlich macht und nicht mit den Schwierigkeiten eines mechanischen Multiplizierers behaftet ist

Aus der US-PS 32 22 932 ist ein Differenzdruckmesser bekannt, der dazu dient, die Höhe oder die Luftgeschwindigkeit bei einem Flugzeug zu messen. Bei solchen Differenzdruckmessern tritt in großen Höhen das Problem auf, daß die Druckänderung bei einer größeren Höhenänderung so gering ist, daß es mit Differenzdruckmessern praktisch ausführbarer Abmessungen nicht möglich ist, genaue Messungen durchzuführen. Zur Lösung dieses Problems ist in der genannten

Druckschrift vorgesehen, den Umgebungsdruck mit

einem festen Faktor zu multiplizieren, bevor er an den

Differenzdruckmesser angelegt wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Druckfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

F i g. 2 eine Anordnung zur Multiplizierung des einen der ins Verhältnis zu setzenden Drücke mit einem bestimmten Faktor und

F i g. 3 eine praktische Ausführungsform eines Teils des Druckfühlers.

Ein Druckffihler, der ein Signal erzeugt, das ein Maß für das Verhältnis zweier pneumatischer Drücke ist, ist das Luftpotentiometer, das als Mikrodüse bekannt und in F i g. 1 schematisch dargestellt ist Es besteht aus einer Membran 1, die an einer Seite dem einen Druck P\ ausgesetzt ist, die ein abgeschrägtes Ende 8 hat welches die wirksame Fläche einer kopvergent-divergenten Auslaßmündung 3 mit einer Fläche ao steuert Die unter dem anderen Druck P₂ stehende Luft strömt durch eine feste Mündung 4 mit der Fläche a₂ und eine Kammer S auf der anderen Seite der Membran zu der Auslaßmündung 3. Der Luftdruck P in der Kammer 5 kann aus folgenden Bedingungen bestimmt werden, wobei T₂ die Temperatur der durch die öffnung A eintretenden Luft und T die Temperatur der in der Kammer befindlichen Luft ist In die Kammer 5 einströmende Masse

m, = K₂ O₂ T₂

Aus der Kammer 5 ausströmende Masse
/H₀ = Ka₀TP

unter der Annahme, daß die Mündung 3 gedrosselt ist. Da /πι - mo,gilt unter der Annahme T₂=T

oder

«n
«2

und de Oq = f(X), wobei X die Auslenkung der Nadel 2 ist, gilt:

Mit CaIs Verstärkungsgrad des Verstärkers ist
Pq= G (P₂ - P_r)

Pa = G{P₃-*P_a) = ^p2-

Wenn daher G genügend groß ist, können Im stabilen Zustand hat sich die Nadel 2 in eine _Po== L . p_{2 un}a _Λ so gewählt werden, daß Pg

Lage bewegt, in der

P = P₁, so daß X =

ίο

beipielsweise 3mal so groß wie Pt ist

Wenn eine hohe Genauigkeit erreicht werden soll, muß der Verstärkungsgrad des Verstärkers groß sein und der Rückkopplungsfluß von dem Luftpotentiometer muß ein kleiner Teil des durch das Potentiometer fließenden Stromes sein, wenn die Schallgeschwindigkeit in dem Signalfluß nicht erreicht wird.

Eine praktische Ausführungsform eines Teils des erfindungsgemäßen Druckfühlers wird anhand von bi di Til di Til i F i 1

Wenn die Geschwindigkeit der durch die Mündung 3 austretenden Strömung wenigstens gleich der lokalen Schallgeschwindigkeit ist, ist die Lage der Nadel 2 daher eine Funktion des Druckverhältnisses P₂ZPi und kann,

beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers, dazu 20 F i g. 3 erläutert, wobei die Teile, die Teilen in F1 g. 1 verwendet werden, ein elektisches Signal proportional entsprechen, die gleichen BezugszaW .-1 tragen,
zu P2/P1 zu erzeugen.

Wie erwähnt gibt jedoch eine Mikrodüse ein dem Verhältnis P₂/Pi nur unbefriedigend genau proportionatsprechen, die gleiche g g

Eine Membran teilt ein Gehäuse 30 in ζ wei Kammern 31 und 5, und der Signaldruck Pi, der von einer der Sonden abgeleitet wird, wird durch einen Anschluß 23 lh d Mb 1 füh D

les Signal ab, wenn dieses Verhältnis nahe Eins liegt r> auf die obere Fläche der Membran 1 geführt Das

g ,

Diese Schwierigkeit wird dadurch überwunden, daß der Druck von der einen Sonde direkt an die Mikrodüse angelegt wird, während der Druck von der anderen Sonde pneumatisch mit einem genau bekannten Faktor ii id b di Mikdü l

abgeschrägte Ende 8 der von der Membran 1 getragenen Nadel 2 erstreckt sich in die konvergent-divergente Mündung 3. Ein Ansatz der Nadel ist in einer abdichtenden Buchse 13 geführt Der multiplizierte

i d

multipliziert wird, bevor er an die Mikrodüse angelegt jo andere Signaldruck Pi-κ wird auf die Unterseite der

Membran 1 durch einen Anschluß 16 und eine Mündung 24 geführt deren Fläche durch eine Nadel 25 einstellbar ist Nach Durchströmen der Mündung 3 tritt die Luft durch einen Anschluß 14 aus.

Die Nadel trägt einen Eisenanker 18 eines linearen Wandlers 10. Ein Oszillator/Demodulator 12 formt eine an einen Anschluß 11 angelegte Gleichspannung in eine Rechteckwelle mit 10 KHz um, die die Primärwicklung eines Transformators 9 erregt Der Ausgang ^n der

Eine Vorrichtung, die solch eine Multiplikation durchführt, ist in F i g. 2 gezeigt Der Signaldruck P₂ von einer der Sonden (nicht gezeigt) wird durch eine pneumatische Einrichtung 20 zu einem pneumatischen r> Verstärker 21 mit hohem Verstärkungsgrad geführt, von dessen Ausgang Luft unter dem Druck Pc durch ein Luftpotentiometer 22 mit einem gedrosselten Auslaß zurückgeführt wird. Unter diesen Bedingungen ist der

Druck Pp, der an dem Potentiometer 22 abgegriffen 40 Sekundärwicklung des Transformators, der von der wird, ein genauer Teil x=P_o des Druckes Pg, wobei <x Lage des Ankers 18 und daher von der Lage der Nadel 2 kleiner als Eins ist und von den Flächen der beiden abhängt, wird demoduliert so daß am Ausgang ein Drosselstellen 6 und 7 in dem Potentiometer abhängt Differenz-Gleichspannungssignal erscheint
Die Einrichtung 20 subtrahiert den Druck P_P von dem Der Bereich des Druckverhältnisses kann durch

Signaldruck P₂ und gibt an den Eingang des Verstärkers 4i mechanische Einstellung von einem oder von beiden 21 einen I uftdruck ab, der gleich dsr Differenz P₂-Pp
ist.

mechanische Einsteg

Drosselstellen 6,7 in dem Luftpotentiometer 22 (F i g. 2)

abgewandelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Dfuckfühler, dessen Ausgangssignal dem Verhältnis zweier von je einer Sonde abgeleiteten pneumatischen Drücken proportional ist, umfassend ein Gehäuse, das von einer Membran in zwei Kammern unterteilt wird, von denen jede einen Einlaß und die eine Kammer einen Auslaß aufweist, eine an der Membran befestigte Nadel, die sich durch die eine Kammer erstreckend deren Auslaßfläche von der Membranstellung abhängig steuert, wobei ein Einlaß direkt mit dem einen pneumatischen Druck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Druck (P 2) mit einem bestimmten Faktor multipliziert an den anderen Einlaß (16) angelegt wird, daß zur Multiplikation ein pneumatischer Verstärker (21) hoher Verstärkung vorhanden und mit seinem Ausgang *u ein Luftpotentiometer (22), welches zwei in Reihe liegende Drosselstfillen (6,7) aufweist, angeschlossen ist und daß mit dem Eingang des Verstärkers (21) und einer zwischen den Drosseistellen (6,7) liegenden Anzapfung des Luftpotentiometers (22) eine pneumatische Einrichtung (20) verbunden ist, die von dem anderen, dem zu multiplizierenden Druck (P2j den Druck an der Anzapfung des Luftpotentiometers (22) subtrahiert und den Differenzdruck dem Eingang des Verstärkers (21) zugeführt

2. Druckfehler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (2) den Anker (18) eines Transformators (9) trägt, der ein der Stellung der Nadel (2) entsprechendes elektrische Signal erzeugt