DE2214752A1

DE2214752A1 - Mediumdruckwandler

Info

Publication number: DE2214752A1
Application number: DE19722214752
Authority: DE
Inventors: Alan Stratford-on-Avon; Heath Ronald Alfred Harborne Birmingham; Thomas (Großbritannien)
Original assignee: Joseph Lucas Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1971-03-26
Filing date: 1972-03-25
Publication date: 1972-10-12
Also published as: IT954391B; FR2130728B1; US3777570A; FR2130728A1

Description

DipUng. WERNER COHAUSZ · DipUng.WILHELM FLORACK. DipUng. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Sdiumannstraße 97

Jeseph Lucas (Industries) Limited Great Xing Street GB-Birmimrham 24« Mrs 197' Mediumdruckwandl er

Sie Erfindung betrifft einen Mediumdruckwandler, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler in zweckmäßiger Form vorzusehen.

Ein Mediumdruckwandler gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse, zwei im Abstand angeordnete Kondensatorplatten» die am Gehäuse angeordnet sind, eine weitere Kondensatorplatte, Mittel zur Anordnung der weiteren Kondensatorplatte zwischen den beiden, im Abstand angeordneten Kendensatorplatten zur Bewegung in einer Bichtung quer zu den Ebenen derselben, auf Druck ansprechende Mittel am Gehäuse, die mit der weiteren Kondensatorplatte verbunden sind, derart, daß sie sie in der genannten Biohtung verlagern, und auf die Verlagerung der weiteren Kendensatorplatte ansprechende Mittel zum Anlegen einer Kompensationskraft an die weitere Kondensatorplatte und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Kompensationskraft.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sindt

fig. 1 eine Seitenansicht eines Mediumdruckwandlers als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Pig. 2 eine Endansieht des Wandlers, Pig. 3 ein vergrößerter Schnitt an der Linie 3-3 der Pig. 2,

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Fig. 4 ein Schnitt an der Lini· 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 eine Einzelheit im Schnitt an der Linie 5-5 der Fig. 3» Fig. 6 ein Sohaubild eines Teils einer eine elektromagnetische

Kraft ausübenden Einrichtung, die im Wandler eingebaut ist, Fig. 7 ein Sehaubild von Teilen einer Faltenbalgstabilisierungsein-

riohtung, die im Wandler eingebaut ist, Fig. θ ein Sohaubild einer Kondensatorplatten-Lageranordnung, die

ia Wandler verwendet wird, und Fig. 9 ein elektrisches Schaltbild des Wandlers.

Der dargestellte Wandler weist ein Gehäuse mit drei Grundteilen auf, ntalion einem Hauptteil 10, einer Scharnierhalt«rung 11 und einer Faltenbalglagerhalterung 12, wobei die Halterungen 11, 12 durch Sehrauben 15 bzw. 14 am Hauptteil des Gehäuses befestigt sind. Sie Halterung.11 hat eine Gabelform und endet an einem Ende in zwei im Abstand liegenden parallelen Schenkeln 11a. Sie gegabelte Halterung 11 dient zur Schaffung einer Schwenklagerung für einen Hebel 15 und einen langgestreckten gegabelten Arm 16. Sie beiden Enden des Arms 16 sind gelenkig mit den beiden Sehenkeln 11a durch bekannte gekreuzte Blattfederscharnier 17 verbunden. Entsprechende Scharniere 18 verbinden den Hebel 15 mit dem gegenüberliegenden Ende der Halterung 11, so daß der Hebel 15 und der Arm 16 um im Abstand liegende parallele Achsen versohwenkbar sind. Sas freie Ende des Arms 16 ist mit dem Hebel 15 mittels eines ffexiblen Metallverbindungsstreifens 19 verbunden. Sie Länge des Arms 16 ist wesentlich größer als die Länge des Arms des Hebels 15, an dem der Streifen 19 angreift.

Sie Halterung 12 ist mit einem Ende eines flexiblen, federnden Metallfaltenbalge 20 unter Zwischenschalten eines Stöpsels 21 verbunden, der diohtend mit dem Ende des Faltenbalg· verbunden «ist. Ein entsprechender Stöpsel 22 ist diohtend in das andere Ende des Balgs 22 eingesetzt und ist am Arm 16 an dessen freiem Ende befestigt. Ser Faltenbalg ist leergesaugt und spricht damit auf den Sruok jedes AKediums an, z.S. Luft, das den Slag umgibt. Ser Arm 16 dient

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zur Stabilisierung· des Balgs 20 durch Verhinderung einer seitlichen Vibration des anderen Endes desselben, was geschehen würde, wenn der Balgstöpsel 22 nur mit dem flexiblen Streifen 19 verbunden wäre. Die Länge des Arms ist derart, daß die begrenzte Verlagerung, die der Stöpsel 22 ausführen kann (was nachstehend noch ' im einzelnen klargestellt wird), keine ausreichende Verformung des Faltenbalgs bewirkt, um irgendeinen signifikanten Wechsel in der effektiven Federcharakteristik desselben hervorzurufen.

Der Hebel 15 ist mit seinem kttrzeren Arm mit dem Streifen 10 verbunden, wie vorstehend erwähnt. Der längere Arm endet in einem Ring 15a, der einen Bohranker 23 der kraftausübenden Einrichtung 24 umschließt. Der Ring 15a weist Ansätze auf, die mit entsprechenden SAnsätzen am Anker 25 fluchten und durch Schrauben damit verbunden sind. Sie Einrichtung 24 weist einen Kern 25 auf, der einstellbar am Hauptteil 10 des Gehäuses gelagert ist. Gemäß der Sarstellung in Fig. 3 sitzt eine Kugel 26 in gegenüberliegenden konischen Ausnehmungen in einem Ende des Kerns 25 und eines Einsatzes 27, der im Hauptteil 10 des Gehäuses eingesetzt ist. Im gleichen Winkelabstand um diese Kugel herum sind drei Schrauben 28 angeordnet, deren Schäfte frei durch Löcher in dem Gehäusehauptteil gehenk und die in den Kern 25 eingeschraubt sind. Indem der relative Anzug der Schrauben 28 geändert wird, wird die Orientierung der Achse des Kerns 25 um die Kugel 26 herum geändert. Ser Kern 25 hat im wesentlichen die Form eines Zylinders mit Endflanschen 25a, 25b und mit einem Zwischenflansch 25c. Ser Kern trägt zwei Wicklungen in jedem der zwei Ringräume, die zwischen den Flanschen gebildet sind. Eine Wicklung ist im gleichen Sinne in beiden Zwischenräumen gewickelt, und diese beiden Teile der Wicklung sind in Reihe miteinander verbunden. Sie beiden Seile der anderen Wicklung sind ebenfalls in Reihe miteinander verbunden, jedoch in entgegengesetztem Sinne gewickelt.

Die erstgenannte Wicklung hat einen konstanten Strom, der durch sie

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durchfließt, und sie dient zur magnetischen Polarisierung des Kerns 25. Die andere Wicklung hat einen veränderlichen Strom, der durch sie durchfließt, «was noch im einzelnen zu erläutern sein wird. Als Folge davon unterscheidet sich der Fluß in den Spalten zwischen den Flanschen 25a und 25b davon um ein Maß, das von der Größe und der Sichtung des veränderlichen Stroms abhängt, und auf den Anker 23 wird eine axiale Kraft ausgeübt, die von dem veränderlichen Strom abhängit, um damit ein Moment auf den Hebel 15 auszuüben.

Am Hauptteil 10 des Gehäuses ist eine Kondensatorplatten-Lageranordnung gelagert, wie das in Fig. θ gezeigt ist. Diese Anordnung weist einen flachen U-förmigen Teil 29 auf, der einen Abstandshalter zwischen zwei im Abstand angeordneten parallelen Kondensatorplatteneinheiten 30 und 31 bildet. Jede dieser Einheiten weist eine Stützplatte 32, eine Isolierscheibe 33 an der Stützplatte 32 und eine leitende Scheibe 34 an der Isolierscheibe auf. Die Scheiben 34 bilden die eigentlichen Kondensatorplatten, und an sie sind elektrische Verbindungen (nicht dargestellt) angeschlossen. Die beiden Scheiben 34 haben ebene Flächen, die parallel zueinander liegen und im Abstand zueinander in der Sichtung angeordnet sind, in der der Stöpsel 22 bewegbar ist.

Eine weitere Kondensatorplatte 35 sitzt zwischen den Scheiben 34 und ist am Arm 16 gelagert. Zu diesem Zweck weisen die Platte 35 und der Arm 16 Ansätze 36, 37 auf, zwischen denen sich elektrisch isolierende Zwischenräume 38 befinden, um die Platte 35 genau mittig auszurichten, wenn der Wandler geeicht wird, können verschiedene Unterlegblättchen zwischen dem U-förmigen Teil 29 und dem Hauptteil 10 des Gehäuses oder der einen oder der anderen der Platteneinheiten 30 eingesetzt werden.

Gemäß Fig. 9 bilden die Platten 30, 31 und 35 zwei Kondensatoren in nebeneinanderliegenden Zweigen einer hochfrequenzresonanten Wechselstrombrückensohaltung. Ein Oszillator 40 ist durch einen Umformer 41 mit der Platte 35 gekoppelt, ferner mit der Verbindung zwischen

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zwei Induktivitäten 42 bzw. 43. Die anderen Enden dieser Induktivitäten sind mit der Scheibe 34 der Platten 30 und 3I verbunden, und sie bilden außerdem die Ausgänge der Brückenschaltung. Die Verbindung zwischen den beiden Induktivitäten 42» 43 ist ferner mit einer -Erdungeschiene 44 über einen Widerstand 45 und mit einer Schiene 50 über einen Regelwiderstand 47 verbunden. Die Schiene 50 ist über einen Widerstand 548 und 80 in Reihe mit dem Pluspol 46 einer Gleichstromquelle verbunden. Eine Zenerdiode 49 ist mit ihrer Kathode mit der Schiene 50 verbunden, und mit ihrer Anode ist sie mit der Schiene 44 verbunden, so daß ein bekannter Gleichstromspannungswert, der von der Einstellung des Regelwiderstands 47 abhängt, an die Verbindung zwischen den Induktivitäten 42, 43 angelegt wird.

Eine Hochfrequenzverstärkerstufe, bestehend aus zwei n-p-n-Transistören 51 und 52, ist zur Verstärkung des Ausgange von der Brückenschaltung vorgesehen1 dabei sind die Steuerelektroden dieser beiden Transistoren mit den äußeren Enden der Induktivitäten 42, 43 verbunden, während deren Kollektoren miteinander und über einen Kondensator 53 mit der Schiene 44 und über einen Widerstand 54 mit der Schiene 50 verbunden sind. Die Emissionselektrodendieser beiden Transistoren sind durch einen Kondensator 55 parallel zur Primärwicklung eines Umformers 56 miteinander verbunden. Diese Primärwicklung hat eine Mittelabzapfstelle, die über einen Widerstand 57 mit der Schiene 44 verbunden ist.

Die Sekundärwicklung des Umformers 56 treibt eine Phasendiskriminatorsohaltung an. Diese Sekundärwicklung hat eine Hittelzapfstelle, die mit einer weiteren Sekundärwicklung des Umformers 41 verbunden ist. Zwei Dioden 58, 59 sind mit ihren Anoden mit den beiden Enden der Sekundärwicklung des Umformers 56 verbunden, und mit ihren Kathoden sind sie mit den Widerständen 60 bzw. 61 verbunden. Die Widerstände sind mit zwei Kondensatoren 62, 63 in Reihe verbunden, wobei jeder Kondensator einen Widerstand 64t 65 parallel dazu aufweist. Die Verbindung zwischen den Kondensatoren 52, 63 ist mit der weiteren Sekun-

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därvioklung des Umformers 41 verbunden» um ein PhasenbezugssignaT zur Phasendiskriminatorschaltung zu liefern.

Im Betrieb werden die Kondensatoren 63» 62 während abwechselnder Halbperioden des Strome vom umformer 41 geladen. Venn die Brückenschal tung auskompensiert ist, geht kein Wechselstromeignal vom Umformer in die Phasendiskriminatorschaltung. Beide Kondensatoren 62 und 63 werden also gleich geladen» jedoch im entgegengesetzten Sinne» so daß kein Ausgang von der Phasendiskriminatorschaltung auftritt. Wenn die Platte 35 in einer Sichtung verlagert wird» erzeugt die Brückenschaltung einen Ausgang in Phase mit dem Eingangsstrom, und in diesem Fall bewirkt der additive Effekt der beiden Veohselstromsignale in der Phasendiskriminatorschaltung» daß der eine der Kondensatoren 62» 63 eine größere Ladung als der andere kerhält» so daß man einen Gleichetromausgang einer Polairät erhält. Entsprechend erhält man einen Gleichstromauegang entgegengesetzter Polarätit» wenn die Platte 35 in entgegengesetzte Richtung verlagert wird, um zu bewirken, daß die Brückeneohaltung einen Ausgang erz«eugt» der 180° außer Phase dem Eingangsstrom gegenüber ist.

Der Ausgang von der Phasendiskriminatorschaltung wird verstärkt» und er wird zum Treiben der kraftausübenden Einrichtung 24 verwendet. Zu diesem Zweck ist die Verbindung zwischen den Widerständen 61 und 65 mit der Schiene 44 entweder über einen Widerstand 66 gemäß der Darstellung oder direkt verbunden. Wenn der Widerstand 66 eingesetzt wird» ist auch ein Kondensator 67 mit einer Platte mit dieser Verbindung verbunden. Die Verbindung zwischen den Widerständen 60 und 54 ist mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistore 68 über einen Widerstand 69 verbunden. Die Emissionselektrode des !Transistors 68 ist mit der Sohiene 44 verbunden» und dessen Kollektor ist über einen Widerstand 70 mit der Sohiene 50 verbunden. Der Kollektor dears Transistors 68 ist ferner mit der Anode einer Diode 71 verbunden, deren Kakthode mit der Steuerelektrode eines n-p-n-Transistore 72 über einen Widerstand 73 verbunden ist. Sin Widerstand 74 verbindet die Steuerelektrode des Transistors 72 mit der Schiene 44» und de»ie

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Emissionselektrode des Transistors 12 ist auch mit der Schiene 44 verbunden. Die andere Platte des Kondensators 6f ist, wenn dieser eingesefet wird, mit dem Kollektor des !Transistors 12 verbunden, der auch mit einem Ende der in Reihe geschalteten umgekehrt gewickelten Wicklungen 75» 76 in der Einrichtung 24 verbunden ist. Das andere Ende dieser beiden Wicklungen ist über einen Widerstand 77 ^m^ &em Anschluß 46 über den Widerstand 48 verbunden. Sie Ausgangsanschlüsse 78, 79 der Schaltung sind mit gegenüberliegenden Enden des Widerstands 77 verbunden. Sie Spannung an der Reihenschaltung, besteh hend aus dem Widerstand 77» den Wicklungen 75» 76 und dem Kollektor/Emissionselektrodenweg des Transistors 72, ist durch eine Zenerdiode 81 stabilisiert, die mit ihrer Anode geerdet ist und deren Kathode mit dem Anschluß 18 verbunden ist.

Sie anderen Wicklungen 82, 83 der Einrichtung 24 sind in Eeihe zwischen den Anschluß 78 und eine Konstantstromquelle 84 geschaltet. Eine Siode 85 ist zu den Wicklungen 75 und 76 parallelgeschaltet, und eine weitere Siode 86 ist zu den Wicklungen 82, 83 parallelgeschaltet, us die Schaltunν vor eventuellen hohen EMK-Werten zu schützen, die induziert werden können, wenn der durch die Wicklungen fließende Strom unterbrochen wird.

Wie vorstehend erwähnt, hängt die Größe und Polarität der Spannung, die an den Widerständen 64 und 65 der Diskriminatorschaltung erscheint, von der Größe und der Richtung der Verlagerung der Mittelplatte 35 aus ihrer Uullposition ab (in der die Brückenschaltung ausgeglichen ist). Da jedoch der Faltenbalg 20 leergepumpt ist, braucht in der Praxis lediglich die Einrichtung 23 eine Kraft in eine Richtung auszuüben, nämlich nach unten auf den Hebel 15» vie das in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn also kein Signal vorhanden ist (d.h. wenn die Brückenschaltung ausgeglichen ist) oder wenn ein Signal mit negativer Polarität an der Steuerelektrode des !Transistors 68 vorhanden ist, ist er nicht leitend, und es tritt ein größtes Signal, bestimmt durch die Widerstände 70, 73 und 74, an der Steuerelektrode des Transistors 72 lauf. Es fließt also ein höchster Strom-

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wert durch die Wicklungen 76, 75, um den Anker 23 nach unten su drücken und eine nach oben wirkende Zugkraft auf das obere Ende des Faltenbalgs 20 auszuüben. Mit der größer werdenden Verlagerung der Platte 35 nach oben verstärkt sich der Strom durch den Transistor $8,* und der Strom durch die Wicklungen 75, 76 nimmt ab. Im gleichgewichtszustand nimmt die Platte 35 eine Position ein, in der die Kraft, die auf den Faltenbalg 20 durch die Einrichtung 24 ausgeübt wird, gleich und entgegengesetzt zu der Summe der Kräfte ist, die von dem Außendruck auf den Faltenbalg und von seiner Eigenfederung herrühren. Die Kraft ist im übrigen direkt proportional zum Stromdurchgang durch die Wicklungen 75» 76, und die Ausgangsspannung am Widerstand 77 ist damit direkt proportional zum Strom. Es besteht damit eine lineare Beziehung zwischen dem Ausgang des Wandlers und dem gemessenen Druck.

Die Schaltkreisverstärkung des beschriebenen Systems ist derart, daß nur eine kleinste Verlagerung der Platte 35 erforderlich ist, um den gesamten Druckbereich zu bestreichen, der von der Einrichtung gemessen werden soll. Die größte Verlagerung der Platte 35 kann also bis zu einem Zehntel der Breite der Luftspalte betragen, die zwischen der Platte 35 und den beiden Scheibe 34 #e%vorhanden sind. Jede Änderung in der Dielektrizitätskonstanten der die Platte 35 umgebenden Luft als Folge von Änderungen im Druok, in der Temperatur oder in der Luftfeuchtigkeit hat also einen«zu vernachlässigenden Effekt auf die Arbeit des Wandlers. Entsprechend ist auch der Effekt der Verlagerung des Ante rs 23 auf die ausgeübte Kraft vernachlässigbar.

Der Widerstand 66 und der Kondensator 67 sind vorgesehen, wenn es erforderlich ist, das System zu stabilisieren. Diese Bauteile arbeiten in bekannter Weise, um eine negative Bückkopplung für den Transistor 68 zu schaffen, die sich mit dem Maß der Änderung des Eingangssignal s zum Transistor 66 ändert.

In einer Variante der Erfindung kann der SaIg den zu messenden Druok

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innen aufnehmen, oder unterschiedliche Drücke können den Balg innen oder außen beaufschlagen» wenn eine Druckdifferenz gemessen werden soll.

Pat entan spräche

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Claims

22H752 Patentansprüche

1. Mediumdruckwandler, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, zwei im Abstand angeordnete Kondensatorplatten (30,31), die am Gehäuse angeordnet sind, eine weitere Kondensatorplatte (35), Mittel zur Anordnug der veiteren Kondensatorplatte (35) zwischen den beiden im Abstand angeordneten Kondensatorplatten (30,31) zur Bewegung in einer Sichtung quer zu den Ebenen derselben, auf Druck ansprechende Mittel (20) am Gehäuse, die mit der weiteren Kondensatorplatte (35) verbunden sind, derart, daß sie sie in der genannten Richtung verlagern, und auf die Verlagerung der weiteren K#ndensatorplatte (35) ansprechende Mittel zum Anlegen einer Kompensationskraft an die weitere Kondensatorplatte (35) und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Kompensationskraft.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden im Abstand angeordneten Kondensatorplatten (30,31) und die weitere Kondensatorplatte (35) Kondensatoren in zwei Zweigen einer hochfrequenzresonanten Wechselstrombrückenschaltung bilden.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Platte (35) und die Verbindung zwischen zwei Induktivitäten (42,43)» die die beiden anderen AZweige der !Brückenschaltung bilden, mit den Ausgangsanschlüssen eines Hochfrequenzoszillators (40) gekoppelt sind, wobei die beiden im Abstand angeordneten Platten (30,31) und die Induktivitäten (42,43) zum Bilden der Ausgangsanschlüsse der Brüokenschaltung verbunden sind.

4. Wandler nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Widerstandskette, die zu einer Gleichstromquelle parallelgeschaltet ist und einen bekannten Gleichstromspannungswert an die Verbindung zwischen den Induktivitäten anliegt.

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5. Wandler nach Anspruch 3 oder 4» gekennzeichnet durch eine Hochfrequenzverstärker stufe, bestehend aus zwei Transistoren (51,52), deren Steuerelektroden jeweils mit den Ausgangsanschlüssen der Brückenschaltung verbunden sind.

6. Wandler nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch einen Kondensator (55)» der die Emissionselektroden der Transistoren (51,52) miteinander verbindet, und durch einen Umformer (56)» dessen Primärwicklung parallel zu dem Kondensator (55) geschaltet ist.

7· Wandler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Phasendiskriminatorschaltung, die von dem Umformer (56) angetrieben ist und mit dem Oszillator (40) gekoppelt ist.

8. Wandlernach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendiskriminator schaltung durch zwei Dioden (58,59) gebildet ist, die die SQden der Sekundärwicklung mit zwei Widerständen (6O,61) verbinden, welche durch zwei Kondensatoren (62,65) in Eeihe miteinander verbunden sind, zu denen jeweils ein weiterer Widerstand (64t65) parallelgeschaltet ist, wobei eine Mittelabzapfstelle an der Sekundärwicklung und die Verbindung zwischen den Kondensatoren (62,63) mit dem Oscillator (40) gekoppelt sind und der Ausgang der Phasendiskriminatorschaltung die Spannung an den in Eeihe geschalteten Kondensatoren (62,63) ist.

9. Wandler nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Gleichstromverstärker tufe, die von der Phasendiskriminatorschaltung angetrieben ist und die die elektromagnetische Kraft ausübende Einrichtung (24) antreibt.

10. Wandler nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, daß die die elektromagnetische Kraft ausübende Einrichtung (24) zwei Paare Wicklungen 75,76,82,83) aufweist, von den ein Paar (82,83) in einen Strömkreis mit einer Konstantstromquelle (84) geschaltet ist, während das andere Paar (75,76) in einen Stromkreis mit der Gleichstromverstärkerfstufe geschaltet ist.

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