DE19843551A1 - Vorrichtung zum Messen von Druckdifferenzen - Google Patents
Vorrichtung zum Messen von DruckdifferenzenInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Messen von Druckdifferenzen mit einem Druckwandlerelement (2), DOLLAR A das die Druckdifferenz in eine Auslenkung (13) wandelt, einem Wandlermittel (3, 4), das die Auslenkung (13) in ein elektrisches Signal wandelt, und einer mechanischen Anzeigeeinrichtung (5, 6), die mittels einer Koppeleinrichtung (8, 9) mit dem Druckwandlerelement (2) gekoppelt ist. DOLLAR A Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen von Druckdifferenzen bereitzustellen, die ein großes elektrisches Ausgangssignal bereitstellt bei gleichzeitig hoher Linearität zwischen der zu messenden Druckdifferenz und dem elektrischen Ausgangssignal. Darüber hinaus soll die Vorrichtung in einer kleinen Baugröße realisierbar und kostengünstig herstellbar sein. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Wandlermittel (3, 4) an der Koppeleinrichtung (8, 9) angeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Druckdifferenzen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Vorrichtungen sind auch unter den Gattungsbegriffen
Druckaufnehmer, Drucksensoren usw. bekannt. Eine Übersicht über
die Verfahren der Druckmeßtechnik, geeignete Verformungskörper für
Drucksensoren sowie Kenngrößen und Entwurfskriterien für Drucksensoren gibt
Pfeifer/Werthschützky: Drucksensoren, 1. Aufl., Berlin: Verl. Technik, 1989,
ISBN 3-341-00660-5. Demgemäß kommen als die Druckdifferenz in eine
Auslenkung wandelnde Druckwandlerelemente u. a. Kreis-, Kreisring- und
Rechteckplatten, Membranen, Platten- und Kapselfedern,
Rohrverformungskörper, Wellplatten, Wellrohrverformungskörper und
BOURDON-Federn in Betracht.
Für die Wandlung der Auslenkung in ein elektrisches Signal kommen u. a.
elektromechanische Wandlermittel, beispielsweise ein Drahtpotentiometer, oder
elektronische Wandlermittel in Betracht, beispielsweise magnetische,
elektromagnetische, piezoelektrische, piezoresistive und optische Wandlermittel
bzw. Sensoren in Betracht. Die Wandlermittel sind dabei in unmittelbarer Nähe
des Druckwandlerelementes angeordnet. Einen Überblick über die verfügbaren
mikroelektronischen Sensoren geben Ahlers/Waldmann: Mikroelektronische
Sensoren, 1. Aufl., Berlin: Verl. Technik, 1990, ISBN 3-341-00514-5.
Das elektrische Meßwertsignal kann, gegebenenfalls nach einer entsprechenden
Verstärkung, Signalaufbereitung und/oder Kompensation, weiterverarbeitet und
parallel oder alternativ zu einer mechanischen durch eine elektrische oder
elektronische Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Die mechanische
Anzeigeeinrichtung besteht in der Regel aus einem Zeigerwerk, wobei
der Dreh- oder Schwenkbereich des Zeigers an den jeweiligen Anwendungsfall
angepaßt sein kann.
Im Stand der Technik ist beispielsweise ein Magnetfeld- oder HALL-Sensor
gegenüber einem an einer BOURDON-Feder als Druckwandlerelement
befestigten Permanentmagneten angeordnet. Bei einer Druckbeaufschlagung
von Δp wird die BOURDON-Feder um einen Betrag Δx ausgelenkt und
die elektrische Ausgangsspannung ändert sich um einen Betrag ΔU
entsprechend einer 1/xa-Charakteristik, mit a ∈ R.
Der zu messende Druck wird in der Regel gegenüber einem Referenzdruck,
beispielsweise gegenüber dem Druck Null (Vakuum) oder dem
Atmosphärendruck (ca. 1000 hPa) bestimmt, d. h. es wird die Druckdifferenz
zu dem Referenzdruck bestimmt.
Bei den bekannten Vorrichtungen ist von Nachteil, daß die Wandlung der
Auslenkung in ein elektrisches Signal in der Regel nur geringe und dadurch
störempfindliche Signalgrößen hervorbringt. Darüber hinaus ist die Linearität
zwischen dem elektrischen Ausgangssignal und der Eingangsgröße Druck bzw.
Druckdifferenz nur in einem eingeschränkten Druckbereich in ausreichendem
Maße gegeben, wodurch letztlich die Auflösung der Vorrichtung begrenzt ist.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen
von Druckdifferenzen bereitzustellen, die unabhängig vom Typ des
Druckwandlerelements ein großes elektrisches Ausgangssignal bereitstellt bei
gleichzeitig hoher Linearität zwischen der zu messenden Druckdifferenz und
dem elektrischen Ausgangssignal. Darüber hinaus soll die Vorrichtung in einer
kleinen Baugröße realisierbar und kostengünstig herstellbar sein.
Das Problem wird durch die im Anspruch 1 offenbarte Vorrichtung gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen
offenbart.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 löst die zugrunde liegende Aufgabe
dadurch, daß das Wandlermittel an der Koppeleinrichtung angeordnet ist.
Da durch die Koppeleinrichtung vorzugsweise eine mechanische Linearisierung
des Zusammenhanges zwischen der Auslenkung des Druckwandlerelementes
und des zu messenden Druckes erfolgt, wird vorteilhaft die Linearität des
elektrischen Signals erhöht. Darüber hinaus kann durch die Anordnung des
Wandlermittels an der Koppeleinrichtung die Baugröße der Vorrichtung
insgesamt reduziert werden. Die Wandlermittel können dabei ein- oder
mehrteilig sein. Soweit die Wandlermittel mehrteilig sind, ist mindestens ein
Teil an der Koppeleinrichtung angeordnet oder an dieser festlegbar.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 2 hat den Vorteil, daß durch
das Vorsehen einer um eine Drehachse drehbaren Koppeleinrichtung und einer
Anordnung des Wandlermittels an der Drehachse die ursprünglich im
wesentlichen lineare Auslenkung des Druckwandlerelementes in eine Schwenk- oder
Drehbewegung der Koppeleinrichtung gewandelt wird, vorzugsweise mit
einer vorgeschalteten mechanischen Linearisierung, so daß besonders einfach
eine Wandlung der (Dreh-)Auslenkung der Koppeleinrichtung in ein
elektrisches Signal mit einem vergleichsweise hohen elektrischen Signalpegel
erfolgt. Vorzugsweise weist das Wandlermittel mindestens ein Teil auf,
das derart an der Drehachse angeordnet ist, daß es zusammen mit der
Koppeleinrichtung um die Drehachse dreht.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß ein
HALL-Sensor, bei dem ein durch den Permanentmagneten erzeugtes Magnetfeld
eine Kraft auf Ladungsträger ausübt, vergleichsweise hohe Signalpegel bei
geringer Störempfindlichkeit und insbesondere geringer Empfindlichkeit
gegenüber Verunreinigungen aufweist. Der Einsatz von Halbleiter-HALL-
Sensoren mit kleiner Baugröße ist besonders vorteilhaft.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 4 hat den Vorteil, daß
der Permanentmagnet verhältnismäßig einfach und exakt auf der Drehachse der
Koppeleinrichtung anzuordnen ist, und daß der HALL-Sensor vorzugsweise
direkt in eine gegenüber der drehbaren Koppeleinrichtung mit einem Gehäuse
oder einem Druckanschlußstutzen der Vorrichtung ortsfest verbundenen Platine
mit weiteren elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen eingelötet
werden kann und daß der Abstand zwischen dem Permanentmagneten und
dem HALL-Sensor exakt eingestellt werden kann und vorzugsweise klein ist.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 5 hat den Vorteil, daß durch
das Vorsehen einer kreiszylindrischen Bauform für den zusammen mit der
Koppeleinrichtung drehbaren Permanentmagneten der Abstand zwischen dem
Permanentmagneten und dem HALL-Sensor auch bei beliebiger
Druckbeaufschlagung und damit verbundener Drehbewegung konstant (klein)
ist. Die typischen Drehbereiche für den Permanentmagneten betragen
beispielsweise 15° bis 30°.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, daß durch
die magnetische Polarisation des Permanentmagneten nicht oder nicht
ausschließlich in axialer Richtung, sondern auch oder ausschließlich in
Umfangsrichtung die Ausrichtung von Permanentmagnet und HALL-Sensor so
gewählt werden kann, daß in einer Mittenstellung der mechanischen
Anzeigeeinrichtung der HALL-Sensor vorzugsweise gegenüber dem Übergang
zweier magnetisch unterschiedlich polarisierter Sektoren des
Permanentmagneten liegt. Ausgehend von dieser Mittenstellung besteht eine
große Linearität des Zusammenhangs zwischen dem Drehwinkel des
Permanentmagneten und der Signalspannung des HALL-Sensors. Dadurch wird
die Linearität zwischen dem Druck-Eingangssignal und dem elektrischen
Ausgangssignal weiter erhöht. Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch Wenden des
Permanentmagneten um eine zu seiner Längsachse senkrecht stehenden Achse
um 180° die Anordnung der zwei magnetischen Sektoren gegenüber dem
HALL-Sensor vertauscht und damit das Ausgangssignal des HALL-Sensors
invertiert werden kann.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 7 hat den Vorteil, daß durch
die Anordnung des Permanentmagneten an der Drehachse der
Koppeleinrichtung einfach und präzise ein geringer Abstand zwischen
Permanentmagnet und HALL-Sensor eingestellt werden kann, der ein großes
und lineares Ausgangssignal zur Folge hat. Die Längsachse des
Permanentmagneten fällt dabei mit der Drehachse der Koppeleinrichtung
zusammen.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 8 hat den Vorteil, daß durch
die Verwendung einer BOURDON-Feder eine kostengünstige, präzise und
langzeitstabile Wandlung der Druckdifferenz in eine Auslenkung gewährleistet
ist. Die BOURDON-Feder kann jeden geeigneten Querschnitt aufweisen.
Vorzugsweise weist die BOURDON-Feder einen flachovalen, spitzovalen oder
anderen, von der exakt runden Form abweichenden Querschnitt auf.
Die geometrischen Abmessungen sowie das verwendete Material und dessen
Dicke sind an den Druckbereich und die jeweilige Anwendung angepaßt.
Darüber hinaus kann die BOURDON-Feder je nach Druckbereich eine
unvollständige oder mehrere vollständige Windungen aufweisen. Anstelle der
BOURDON-Feder kann insbesondere auch eine Platten- oder eine Kapselfeder
eingesetzt werden.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 9 hat den Vorteil, daß
Anzeigevorrichtungen mit einem drehbaren Zeiger kostengünstig herstellbar
sind und gleichzeitig eine gute Ablesbarkeit und eine für viele
Anwendungsfälle ausreichende Ablesegenauigkeit bereitstellen.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 10 hat den Vorteil, daß durch
die Zweiteilung der Koppeleinrichtung in ein drehbares Drehelement und ein
dieses mit dem Druckwandlerelement koppelndes Verbindungsstück eine
einfach mechanische Kalibrierung der Vorrichtung sowie eine mechanische
Vorlinearisierung bezüglich des Zusammenhangs zwischen
Druckbeaufschlagung und mechanischer Anzeigeeinrichtung realisierbar ist.
Das Drehelement kann beispielsweise als um die Drehachse drehbarer
zweiarmiger Hebel ausgestaltet sein, an dessen einem Ende das
Verbindungselement festgelegt ist und an dessen anderem Ende eine
Verbindung zu der mechanischen Anzeigevorrichtung vorgesehen ist.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 11 hat den Vorteil, daß durch
die Einstellbarkeit des wirksamen Hebelarms des Verbindungselementes eine
mechanische Vorlinearisierung des Zusammenhanges zwischen dem zu
messenden Druck und der Drehbewegung des Drehelementes bzw. der
mechanischen Anzeigeeinrichtung mit einfachen Mitteln zuverlässig und
kostengünstig realisiert ist. Eine stufenlose Einstellbarkeit kann beispielsweise
dadurch erreicht werden, daß das Verbindungselement in einer von der
Drehachse im wesentlichen radial ausgehenden Nut oder einem
entsprechendem Schlitz des Drehelementes stufenlos festlegbar ist,
beispielsweise durch eine Schraubverbindung stufenlos festklemmbar ist.
Der Schlitz bzw. die Nut kann ausgehend von der Drehachse insbesondere
keinen geradlinigen radialen Verlauf, sondern beispielsweise die Form eines
Kreisbogens aufweisen. Der Radius des Kreisbogens kann dabei an
die erforderliche oder gewünschte Vorlinearisierung angepaßt sein.
Beispielsweise kann der Radius ungefähr dem Radius der BOURDON-Feder
entsprechen.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 12 hat den Vorteil, daß durch
die vorzugsweise stufenlos einstellbare Länge des Verbindungselementes eine
einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Kalibrierung der Vorrichtung
gegeben ist. Die stufenlose Längeneinstellung kann grundsätzlich durch eine
Vielzahl aus dem Stand der Technik hierfür bekannten Lösungen realisiert
werden. Vorzugsweise ist gemäß der Ausführungsart nach Anspruch 13
zwischen den Enden des Verbindungselementes eine beispielsweise mit einer
Zange leicht verformbare Öse vorgesehen. Durch Reduzieren oder
gegebenenfalls Vergrößern der effektiven lichten Weite der Öse kann die Länge
des Verbindungselementes stufenlos eingestellt werden. Diese Lösung bietet bei
geringem Aufwand eine kostengünstige, einfach durchzuführende und
dauerhafte Kalibriermöglichkeit bezüglich der Linearität für die Vorrichtung.
Alternativ hierzu kann auch eine automatische Meßvorrichtung zum Bestimmen
des Auslenkverhaltens des Druckwandlerelements mit einer nachgeschalteten
Bearbeitungseinheit vorgesehen werden, die entsprechend den Meßwerten und
den Steuersignalen von der Meßvorrichtung das Verbindungselement
entsprechend ablängt und/oder an der entsprechenden Stelle ein
Befestigungsloch erzeugt.
Die besondere Ausführungsart gemäß Anspruch 14 hat den Vorteil, daß durch
das an der Koppeleinrichtung, vorzugsweise dem Drehelement vorgesehenen
Segment eines Zahnkranzes, der in ein an einer Zeigerachse der mechanischen
Anzeigeeinrichtung festgelegtes Zahnrad eingreift, eine Getriebeübersetzung
derart realisiert werden kann, daß gemäß der besonderen Ausführungsart nach
Anspruch 15 das Übersetzungsverhältnis der Drehbewegungen
Koppeleinrichtung bzw. Drehelement : Zeigerachse zwischen 1 : 10 und 1 : 20
beträgt, so daß eine Drehbewegung der Koppeleinrichtung zwischen 15° und
30° in eine Drehbewegung beispielsweise eines Zeigers der mechanischen
Anzeigeeinrichtung von etwa 250° bis 300°, insbesondere 270° übersetzt
wird. Vorzugsweise ist die Koppeleinrichtung als um die Drehachse drehbarer
zweiarmiger Hebel ausgeführt, wobei - wie vorstehend beschrieben - an einem
Hebelarm das Verbindungselement zum Druckwandlerelement festlegbar ist
und an dem zweiten Hebelarm das Zahnkranzsegment angeordnet ist,
vorzugsweise in Form von aneinandergereihten und in Bezug auf
die Drehachse radial abstehenden Zähnen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im einzelnen
beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung
erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung der Fig. 1 mit abgenommener Platine,
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht und einen Schnitt durch den
Permanentmagneten,
Fig. 4 zeigt den gemessenen Verlauf der magnetischen Induktion B in
Abhängigkeit des Drehwinkels α, und
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Messen von
Druckdifferenzen mit einem Druckwandlerelement in Form einer BOURDON-
Feder 2, einem einen HALL-Sensor 3 und einen Permanentmagneten 4
umfassendes Wandlermittel, das die Auslenkung der BOURDON-Feder 2 in ein
elektrisches Signal wandelt, und einer mechanischen Anzeigeeinrichtung in
Form eines Zeigers 5 und einer Skala 6, die mittels einer Koppeleinrichtung 8,
9 mit der BOURDON-Feder 2 gekoppelt ist. Die Koppeleinrichtung 8, 9 umfaßt
dabei ein um eine Drehachse 7 drehbares Drehelement 8 und ein dieses mit
der BOURDON-Feder 2 koppelndes Verbindungselement 9. Der HALL-Sensor
3 ist auf einer Platine 10 angeordnet, die gegebenenfalls weitere elektrische
und/oder elektronische Bauelemente enthält. Durch ein Loch in der Platine 10
ragt der in Umfangsrichtung diametral magnetisch polarisierte und auf der
Drehachse 7 des Drehelements 8 sitzende Permanentmagnet 4, und ist dadurch
gegenüber dem HALL-Sensor 3 positioniert. Die Skala 6 ist auf einer nicht
dargestellten Skalenscheibe aufgebracht, die zwischen Zeiger 5 und Platine 10
angeordnet ist.
Bei einer Druckbeaufschlagung am ein Außengewinde 11 aufweisenden
Anschlußstutzen 12 kommt es zu einer Auslenkung der BOURDON-Feder 2
entsprechend dem Doppelpfeil 13 und damit zu einer Drehbewegung des
Drehelements 8 entsprechend dem Doppelpfeil 14. Dadurch kommt es auch zu
einer Drehbewegung des Permanentmagneten 4 entsprechend dem Doppelpfeil
15. Die Drehbewegung des Permanentmagneten 4 verursacht eine Änderung
des elektrischen Signals des HALL-Sensors 3, die als Signal für
die Druckbeaufschlagung ausgewertet werden kann. Die Anschlußverbindung
kann mittels einer Dichtung, beispielsweise einer O-Ringdichtung, oder durch
den Einsatz von einem Dichtgewinde gegenüber der Umgebung abgedichtet sein.
Der Abstand zwischen dem HALL-Sensor 3 und dem Permanentmagneten 4 ist
vorzugsweise so klein, wie er sich fertigungstechnisch vernünftig realisieren
läßt. Diese Abstand liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm,
vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm. Bei einem durch den HALL-Sensor 3
fließenden Strom von 3,5 mA ergibt sich eine maximaler Hub für die
Signalspannung von 50 mV, der im Rahmen einer Signalaufbereitung
beispielsweise in ein Stromsignal von 0 oder 4 bis 20 mA gewandelt wird.
In der dargestellten Mittenstellung des Zeigers 5 in Bezug auf die Skala 6
befindet sich der Permanentmagnet 4 in einer Position, daß der Übergang
zwischen den unterschiedlich magnetisch polarisierten Sektoren gegenüber dem
HALL-Sensor 3 liegt. Der Drehbereich des Permanentmagneten ausgehend von
dieser Mittenstellung beträgt in beide Richtungen zwischen 7,5° und 15°.
Der Drehbereich kann auch asymmetrisch sein, d. h. der Drehbereich kann in
eine Richtung etwa 10° und in die andere Richtung etwa 20° betragen.
In diesem Fall entspricht die Mittenposition des Zeigers 5 in Bezug auf
die Skala 6 nicht der in Fig. 1 dargestellten Position des Permanentmagneten 4
in Bezug auf den HALL-Sensor 3.
Die Fig. 2 zeigt die Vorrichtung der Fig. 1 mit abgenommener Platine 10.
Das Verbindungselement 9 ist an einem ersten Ende 9a an der BOURDON-
Feder 2 angelenkt. Das zweite Ende 9b ist mittels einer Schraube in einem
Schlitz 8b eines ersten Hebelarmes 8a des zweiarmigen Drehelementes 8
stufenlos einstellbar festgelegt. Das Verbindungselement 9 weist weiterhin eine
beispielsweise mit einer Zange leicht verformbare Öse 9c für die Einstellung
der effektiven Länge zwischen der BOURDON-Feder 2 und dem Drehelement
8 auf. Durch diese Längeneinstellung kann insbesondere die mechanische
Anzeigeeinrichtung bezüglich der Linearität kalibriert werden. Durch den
gekrümmten Verlauf des Schlitzes 8b und die Festlegung des zweiten Endes 9b
innerhalb des Schlitzes 8b kommt es zu einer mechanischen Vorlinearisierung
des Zusammenhanges zwischen Druckdifferenz und Auslenkung.
Die Kalibrierung erfolgt durch die Einstellung der Länge des
Verbindungselements 9 und durch den Abstand des mit einer
Befestigungsschraube versehenen zweiten Endes 9b vom Drehpunkt 7.
Dabei wird durch die Länge des Verbindungselements 9 vorzugsweise
die Linearisierung beeinflußt. Für eine vollständige Kalibrierung sind beide
Längeneinstellungen erforderlich.
Der zweite Hebelarm 8c trägt an seinem von der Drehachse 7 fernen Ende ein
Zahnkranzsegment 16 mit aneinandergereihten und in Bezug auf die Drehachse
7 radial abstehenden Zähnen 17, die in ein entsprechendes, an der Drehachse
18 des Zeigers 5 angeordnetes Zahnrad 19 eingreifen. Das Zahnradsegment 16
und das Zahnrad 19 realisieren ein Übersetzungsverhältnis der
Drehbewegungen Drehelement 8 : Zeiger 5 von etwa 1 : 15.
Die Fig. 3 zeigt eine Aufsicht und einen Schnitt durch den vorzugsweise zu
verwendenden Permanentmagneten 4, der die Form eines Hohlzylinders
aufweist. Alternativ hierzu kann der Permanentmagnet 4 auch die Form eines
Vollzylinders aufweisen. Grundsätzlich könnte anstelle eines
Permanentmagneten 4 auch ein Elektromagnet eingesetzt werden. In der
Aufsicht der linken Bildhälfte der Fig. 3 ist die diametrale Magnetisierung in
einen Nordpol 22 und einen gegenüberliegenden Südpol 23 dargestellt.
Die mit der Drehachse 7 zusammenfallende Längsachse 21 des
Permanentmagneten 4 steht in der linken Bildhälfte senkrecht zur
Zeichenebene. In der in der Fig. 1 dargestellten Mittenstellung des Zeigers in
Bezug auf die Skala 6, ist die Position des Permanentmagneten 4 gerade so,
daß der Übergang zwischen Nord- und Südpol genau gegenüber dem HALL-
Sensor 3 liegt. Diese Winkellage ist mit α = 0 gekennzeichnet.
Der Drehbereich Δa des Permanentmagneten 4 beträgt beispielsweise
zwischen 15° und 30°. Er kann auch asymmetrisch sein, beispielsweise
können die Endpunkte bei α1 = -10° und α2 = +20° liegen.
Anstelle des einfach diametral magnetisierten Magneten, der keine axiale
Polarisation aufweist, können auch mehrfach sektorenförmig magnetisierte
Magneten, gegebenenfalls mit zusätzlicher axialer Polarisation eingesetzt
werden. Der Magnet 4 kann dabei als Voll- oder Hohlzylinder ausgeführt sein.
Im Falle eines Hohlzylinders kommt auch eine Anordnung des HALL-Sensors 3
im Inneren des Hohlzylinders in Betracht. In jedem Fall kann der HALL-Sensor
nicht - wie dargestellt - gegenüber der Umfangsfläche des Magneten 4
angeordnet werden, sondern alternativ dazu auch gegenüber einer Boden- oder
Deckfläche des zylindrischen Magneten 4.
Grundsätzlich kommt auch ein Vertauschen der Positionen des HALL-Sensors 3
und des Permanentmagneten 4 in Betracht, d. h. der HALL-Sensor 3 könnte
drehbar auf der Drehachse 7 des Drehelementes 8 angeordnet sein, während
der Permanentmagnet 4 ortsfest angeordnet ist. Dabei wäre es besonders
vorteilhaft, wenn der HALL-Sensor 3 in einem linearen Magnetfeld bewegt
wird. Dieses könnte beispielsweise durch einen Hufeisenmagnet bereitgestellt
werden, der den HALL-Sensor 3 gabelförmig umgreift.
Die Fig. 4 zeigt den gemessenen, die Form einer Sinuskurve aufweisenden
Verlauf der magnetischen Induktion B in Abhängigkeit des Drehwinkels α.
Im Bereich 20° ≦ α ≦ +20° ist der Zusammenhang zwischen magnetischer
Induktion B und Drehwinkel u in guter Näherung linear. Außerdem ist
die Steigung in diesem Bereich maximal. Dies führt zu einem hohen
elektrischen Ausgangssignal des HALL-Sensors 3 bei gleichzeitig hoher
Linearität. Die Werte für die magnetische Induktion erreichen in den
Winkellagen ±90° Maximalwerte von etwa 290 mT. Dieser Wert ist abhängig
vom eingesetzten magnetischen Wertstoff und vom Abstand des HALL-Sensors
3 zum Magneten 4.
Die Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 101 zum
Messen von Druckdifferenzen. Die BOURDON-Feder 102 weist in diesem Fall
etwa 2¾ Windungen auf. Die Verbindung zwischen der BOURDON-Feder 102
und der nur teilweise dargestellten, um die Drehachse 107 drehbaren
Koppeleinrichtung 108 erfolgt mittels einer gekrümmten Verbindungsstange
120. Derartige Vorrichtungen mit mehrfach gewundenen BOURDON-Federn
102 sind insbesondere für den Einsatz im Hochdruckbereich geeignet.
Claims (15)
1. Vorrichtung (1) zum Messen von Druckdifferenzen mit:
- - einem Druckwandlerelement (2), das die Druckdifferenz in eine Auslenkung (13) wandelt,
- - einem Wandlermittel (3, 4), das die Auslenkung (13) in ein elektrisches Signal wandelt, und
- - einer mechanischen Anzeigeeinrichtung (5, 6), die mittels einer Koppeleinrichtung (8, 9) mit dem Druckwandlerelement (2) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlermittel (3, 4) an der Koppeleinrichtung (8, 9) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Koppeleinrichtung (8, 9) um eine Drehachse (7) drehbar angelenkt ist
und daß das Wandlermittel (3, 4) an der Drehachse (7) der
Koppeleinrichtung (8, 9) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wandlermittel (3, 4) einen Permanentmagneten (4) und einen HALL-
Sensor (3) umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Permanentmagnet (4) auf der Drehachse (7) der Koppeleinrichtung (8, 9)
und mit dieser verdrehbar angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Permanentmagnet (4) eine kreiszylindrische Bauform mit einer mit einer
Drehachse (7) der Koppeleinrichtung (8, 9) zusammenfallenden
Zylinderachse (21) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Permanentmagnet (4) in Umfangsrichtung mindestens zwei Sektoren (22,
23) mit unterschiedlicher magnetischer Polarisation aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der HALL-Sensor (3) in unmittelbarer Nähe und in Bezug auf
die Drehachse (7) in radialem Abstand von dem Permanentmagneten (4)
angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckwandlerelement (2) eine BOURDON-Feder ist,
vorzugsweise mit einem flachovalen, spitzovalen oder anderen, von der
exakt runden Form abweichenden Querschnitt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die mechanische Anzeigevorrichtung (5, 6) einen um eine
Zeigerachse (18) drehbaren Zeiger (5) umfaßt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Koppeleinrichtung (8, 9) ein um die Drehachse (7) drehbares
Drehelement (8) und ein dieses mit dem Druckwandlerelement (2)
koppelndes Verbindungselement (9) umfaßt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verbindungselement (9) an einem Ende (9a) an dem
Druckwandlerelement (2) und an einem anderen Ende (9b) an dem
Drehelement (8) derart festlegbar ist, daß der in Bezug auf die Drehachse
(7) wirksame Hebelarm des Verbindungselementes (9) einstellbar ist,
insbesondere stufenlos einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge des Verbindungselementes (9) einstellbar ist, vorzugsweise
stufenlos einstellbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verbindungselement (9) zwischen seinen Enden (9a, 9b) eine verformbare
Öse (9c) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Drehelement (8) mindestens ein Segment (16)
eines Zahnkranzes aufweist, der in ein an einer Zeigerachse (18) der
mechanischen Anzeigeeinrichtung (5, 6) festgelegtes Zahnrad (19)
eingreift.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
das Übersetzungsverhältnis der Drehbewegungen Drehelement (8):
Zeigerachse (18) zwischen 1 : 10 und 1 : 20 beträgt.
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DE1998143551 Expired - Fee Related DE19843551B4 (de) | 1998-09-23 | 1998-09-23 | Vorrichtung zum Messen von Druckdifferenzen |
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DE19843551B4 (de) | 2004-07-08 |
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