DE2110522A1

DE2110522A1 - Pressure transducer for the electrical measurement of static and dynamic pressure forces with a membrane and a bolt

Info

Publication number: DE2110522A1
Application number: DE19712110522
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing Schnedler
Original assignee: SCHNEDLER WOLFGANG DIPL ING
Current assignee: SCHNEDLER WOLFGANG DIPL ING
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1971-03-05
Publication date: 1972-09-07

Description

Titel: Druckaufnehmer zum elektrischen Messen von statischen und dynamischen Druckkräften mit einer Membran und einem Bolzen' Die Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer zum elektrischen Messen von statischen und dynamischen Druckkräften, insbesondere von flüssigen und gasförmigen Medien in Rohrleitungs- und Energieversorgungssystemen in Raketen, Raumfahrzeugen, Turbinen- und Hydraulikanlagen u.s.w. mit einer Membran und einem säulenförmigen Bolzen, dessen Dehnung als Maß ftlr den zu messenden Druck verwendet wird und an dessen abgeflachten Flächen Dehnungsmeßstreifen befestigt sind, die zu einer Wheatstonschen Brücke zusammengeschaltet sind.Title: Pressure transducers for electrical measurement of static and dynamic Pressure forces with a membrane and a bolt The invention relates to a pressure transducer for electrical measurement of static and dynamic compressive forces, in particular of liquid and gaseous media in pipeline and energy supply systems in rockets, spacecraft, turbine and hydraulic systems, etc. with a membrane and a columnar bolt, the elongation of which is a measure of the pressure to be measured is used and attached to its flattened surfaces strain gauges that are interconnected to form a Wheatstone bridge.

Bei bekannten Druckaufnehmern dieser Art werden entweder Dehnungsmeßstreifen oder Halbleitergeber direkt auf die mediumbeaufschlagte Membran befestigt ( Rohrbach, Ch.: Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, 1967 , S. 532...538 ).In known pressure transducers of this type, either strain gauges are used or semiconductor transducers attached directly to the membrane exposed to the medium (Rohrbach, Ch .: Handbook for electrical measurement of mechanical quantities, 1967, pp. 532 ... 538).

Bekannte Druckaufnehmer haben jedoch den Nachteil, daß sie Linearitätsfehler aufweisen, da die Membran insbesondere bei dynamischer Druckbeaufschlagung durch ihre Nullage schwingt. Weiterhin kann bei bekannten Druckaufnehmern die Eigenfrequenz und die Empfindlichkeit nicht der vorliegenden Meßaufgabe angepaßt werden. Ein weiterer Nachteil bei bekannten Druckaufnehmern ist, daß die Abdichtung gegen das Medium, konstruktiv bestimmt, ein Problem darstellt, d.h. wartungsanfällig bzw, störanfällig ist und somit die Funktionssicherheit in Frage stellt. Schließlich ist ein weiterer Nachteil bei bekannten Druckaufnehmern, daß sie sehr teuer sind Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, die Nachteile der bekannten Druckaufnehmer zur elektrischen Messung der statischen und dynamischen Druckkräfte zu beheben, insbesondere einen solchen Druckaufnehmer auszubilden, der Linearitätsfehler im Meßergebnis ausschaltet, dessen Eigenfrequenz und Empfindlichkeit ohne großen Aufwand schnell der Jeweiligen Meßaufgabe angepaßt werden können und dessen Funktionssicherheit gewährleistet ißt und dessen Preis gegenüber bekannten Druckaufnehmern sehr niedrig ist.Known pressure transducers, however, have the disadvantage that they have linearity errors have, since the membrane through especially when dynamic pressure is applied their zero position oscillates. Furthermore, in known pressure sensors, the natural frequency and the sensitivity cannot be adapted to the measurement task at hand. Another The disadvantage of known pressure transducers is that the seal against the medium, structurally determined, represents a problem, i.e. susceptible to maintenance or failure and thus calls into question the functional reliability. Finally is another Disadvantage of known pressure transducers that they are very expensive Invention, which is based on the object, the disadvantages of the known pressure transducers to fix the electrical measurement of static and dynamic compressive forces, in particular to train such a pressure transducer, the linearity error in Measurement result switches off, its natural frequency and sensitivity without large effort can be quickly adapted to the respective measuring task and its Functional reliability is guaranteed and its price compared to known pressure transducers is very low.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Membran über den säulenförmigen Bolzen, der an seinem freien Ende ein Gewinde trägt, mit der Vorspannmutter derart über das Obergehäuse vorgespannt ist, daß einerseits die durch die Druckkräfte des Mediums beaufschlagte Membran sich nicht durch ihre Nullage bewegt und andererseits die Eigenfrequenz und die Empfindlichkeit der jeweiligen Meßaufgabe angepaßt ist. Um die Funktionssicherheit des Druckaufnehmers zu' gewährleisten, d.h. eine wartungsfreie und störunanfällige Abdichtung zwischen der Membran und dem säulenförmigen Bolzen zu garantieren, besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Membran und der säulenförmige Bolzen aus einem Teil.This object is achieved according to the invention in that the membrane over the columnar bolt, which has a thread at its free end the preload nut is pretensioned over the upper housing in such a way that on the one hand the diaphragm acted upon by the pressure forces of the medium does not move through its zero position moves and on the other hand the natural frequency and the sensitivity of the respective Measurement task is adapted. To ensure the functional reliability of the pressure transducer, i.e. a maintenance-free and failure-prone seal between the membrane and To guarantee the columnar bolt is another feature of the Invention the membrane and the columnar bolt from one part.

Die mit der Erfindung bewirkten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den Wegfall der Linearitätsfehler ein wesentlich genaueres Meßergebnis vorliegt. Die durch die Vorspannmutter einstellbare Eigenfrequenz und Empfindlichkeit des Druckaufnehmers vergrößern seinen Anwendungsbereich beträchtlich, d.h. mit einem Druckaufnehmer können mehrere Druckbereiche erfaßt werden.The advantages brought about by the invention are, in particular, that by eliminating the linearity error a much more accurate measurement result is present. The natural frequency and sensitivity that can be adjusted using the preload nut of the pressure transducer increase its field of application considerably, i.e. with a Pressure transducers can record several pressure areas.

Durch die konstruktive und fertigungstechnische Ausbildung der Membran und des säulenförmigen Bolzens aus einem Teil entfallen jegliche austauschbaren Dichtelemente, da eine Schweißnaht in angebrachter Weise als problemlos gilt, d.h. die Punktionssicherheit wird entscheidend verbessert. Schließlich ist ein weiterer Vorteil in dem geringen Preis zu sehen.Due to the design and manufacturing of the membrane and the one-piece columnar bolt eliminates any replaceable ones Sealing elements, since a weld seam is considered to be problem-free in an appropriate manner, i.e. the puncture security is decisively improved. Finally is another The advantage can be seen in the low price.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar, Fig. 1 zeigt im Längaschnitt eine bevorzugte Ausführungsform des Druckaufnehmers zum elektrischen Messen von statischen und dynamischen Druckkräften mit einer Membran und einem säulenförmigen Bolzen, während Fig. 2 einen Querschnitt des Druokaufnehmers längs der Schnittlinie A--B von Fig. 1 zeigt.The drawing represents an embodiment of the subject matter of Invention, Fig. 1 shows a preferred embodiment of the in longitudinal section Pressure transducer for electrical measurement of static and dynamic Compressive forces with a membrane and a columnar bolt, while Fig. 2 shows a cross section of the pressure transducer along the section line A - B of FIG.

Der gezeigte Druckaufnehmer* der insgesamt mit dem Bezugsseichen(1) versehen ist, besteht aus dem Untergehäuse (2), dem Zwischengehäuse (3), dem Obergehäuse (4), dem mehrpoligen Anschlußstecker (5), der Vorspannmutter (6), der Schutzkappe (7), den aktiven Dehnungsmeßstreifen (8) und den passiven Dehnungsmeßstreifen (9).The pressure transducer shown *, together with the reference symbol (1) is provided, consists of the lower housing (2), the intermediate housing (3), the upper housing (4), the multi-pole connector (5), the preload nut (6), the protective cap (7), the active strain gauge (8) and the passive strain gauge (9).

Das Untergehäuse (2) ist aus einem Teil gefertigt und besteht aus der Membran (10) und dem säulenförmigen Bolzen (11). Das Untergehäuse (2) ist mit der Schweißnaht (12) mit dem Zwischengehäuse (3) dicht verschweißt. Der säulenförmige Bolzen (11) trägt an seinem freien Ende ein Gewinde (13) auf dem die Vorspannmutter (6) sitzt. Mit dieser Vorspannmutter (6) wird der säulenförmige Bolzen (11) über das Obergehäuse (4) vorgespannt. Die Größe der Vorspannung richtet sich Je nach der vorliegenden Meßaufgabe.The lower housing (2) is made of one part and consists of the membrane (10) and the columnar bolt (11). The lower housing (2) is with the weld seam (12) is welded tightly to the intermediate housing (3). The columnar Bolt (11) has a thread (13) on its free end on which the pretensioning nut (6) sits. With this preload nut (6) the columnar bolt (11) is over the upper housing (4) is pretensioned. The size of the preload depends on of the present measurement task.

Der mittlere rechteckförmige Abschnitt des säulenförmigen Bolzens (11) ist gegenüber den beiden äußeren zylindrischen Abschnitten (15) und (16) im Querschnitt derart verjüngt, daß ein dünner Steg (14) vorhanden ist. Auf diesem dünnen Steg (14) befinden sich die aktiven Dehnungsmeßstreifen <8). Der Ubergang (17) vom dünnen Steg (14) zum zylindrischen Teil (15) bzv. (16)' des Bolzens ( ist mit einem großen Radius derart ausgebildet, daß keine Spannungskonz entrationen infolge der Krafte inleitung auf treten können, die das Meßergebnis verfälschen würden Am Obergehäuse (4) ist ein dünnwandiges Rohr,angearbeitet, das die passiven Dehnungsmeßstreifen zur Temperaturkompensation (9) trägt, Eine Durchbiegung der Membran (10) infolge von statischen und dynamischen Druckkräften bewirkt in jedem Falle eine tängenänderung des Steges (14) des säulenförmigen Bolzens (11), die durch die aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen (8,9) , die über die Kontakte (19) des Anschlußsteckers (5) mit einer MMeatstonschen Brücke verbunden sind, elektrisch erfaßt wird. Um den Druckaufnehmer gegen Umwelteinflüsse zu schützen, ist eine zylindrische Schutzkappe (7)aus Kunststoff auf das Obergehäuse (4) aufgesteckt, aus der der Anschlußstecker (5) führt.The central rectangular section of the columnar bolt (11) is opposite the two outer cylindrical sections (15) and (16) in Cross-section tapered in such a way that a thin web (14) is present. On this one The active strain gauges <8) are located on the thin bar (14). The transition (17) from the thin web (14) to the cylindrical part (15) or. (16) 'of the bolt (is formed with a large radius such that no stress concentrations entrations as a result of the forces initiation can occur that falsify the measurement result A thin-walled tube is attached to the upper housing (4) that supports the passive Strain gauge for temperature compensation (9) carries a deflection of the Membrane (10) as a result of static and dynamic compressive forces effects in each If there is a change in length of the web (14) of the columnar bolt (11), which occurs through the applied strain gauges (8,9), which over the contacts (19) of the connector (5) with a Meatstone Bridge are connected, electrically detected will. In order to protect the pressure transducer against environmental influences, a cylindrical one is used Protective cap (7) made of plastic placed on the upper housing (4), from which the connector (5) leads.

Claims

Claim:

W Pressure transducer for electrical measurement of static and dynamic Pressure forces, especially of liquid and gaseous media with a membrane and a bolt, the expansion of which is used as a measure of the pressure to be measured and strain gauges are attached to its flattened surfaces, which form a Wheatstone bridges are interconnected, characterized in that the membrane (10) over the columnar bolt (11) which has a thread at its free end (6) is preloaded with the preloading nut (6) over the top housing (4) is that on the one hand the diaphragm acted upon by the pressure forces of the medium does not move through its zero position and on the other hand the natural frequency and the Sensitivity is adapted to the respective measuring task, 2. pressure transducer according to claim 1, characterized in that the membrane (10) and the columnar bolt (11) consist of one part.

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