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Druckmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmeßeinrichtung
mit einem Meßwertwandler zur Umsetzung der Position eines Schwimmerkörpers in eine
entsprechende elektrische Größe und mit swei Feldplatten, die im Fluß eines Dauermagneten
angeordnet sind.
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In einer Druckmeßeinrichtung nach der deutschen Auslegeschrift 1290
346 ist eine Peldplatte im Luftspalt eines Permanentmagneten beweglich gelagert.
Ihre Lage ändert sich in Abhängigkeit vom Druck auf das Gehäuse, das zum Teil als
Federbalg ausgebildet ist. Der vom Magnetfluß durchsetzte Teil der Feldplatte ändert
sich in Abhängigkeit vom Druck, weil die Feldplatte mit dem Federbalg verbunden
ist. In dieser Binrichtung bleibt die Größe des Luftspaltes mit der Bewegung der
Peldplatte nur dann angenähert konstant, wenn nur die Feldplatte allein im Luftspalt
bewegt wird. Eine ausreichende mechanische Stabilität der Feldplatte erhält man
aber im nur durch ihre Anordnung auf einem Träger oder zwischen zwei Trägerplatten.
Da mit dieser Einfassung die Dicke des die Feldplatte enthaltenden Meßkörpers wesentlich
erhöht wird, so erhält man einen mit der Bewegung der Peldplatte veränderbaren Luftspalt
und eine entsprechende Änderung des magnetischen Widerstandes im Magnetkreis mit
entsprechenden Reaktionskräften. Es ist ferner bekannt, durch elektrische Signalübertragung
den Inhalt oder das Niveau von Flüssigkeitsbehältern anzuzeigen. In einer aus der
deuJssehen Auslegeschrift 1276 919 bekannten Einrichtung ist ein stabförmiger Auftriebskörper
an einer Meßfeder aufgehängt. D-' verh>' tnismäßig kleine Weg dieser Meßfeder
wird auf einen elektris;hen Tastindikator übertragen, der die
WegverschieSung
und damit den Tankinhalt in vergrößertem Maßstab anzeigt. Die Positionsänderung
des etwa stabförmigen Auftriebskörpers wird über einen elektrischen Meßwertwandler
auf ein Anzeigeinstrument übertragen. Der Meßwertwandler enthält zwei magnetfeldabhängige
Halbleiterwiderstände, sogenannte Feldplatten, deren Magnetfluß sich mit der Verschiebung
des ferromagnetischen Elementes bzw. eines Permanentmagneten ändert. Aus dieser
Flußänderung wird das Ausgangssignal der Meßeinrichtung abgeleitet. Die Verschiebung
kann in der Größenordnung von nur etwa 1/10 mm liegen. Die beiden Feldplatten arbeiten
gegenläufig, so daß die Bewegung des als Steuerkörper dienenden Auftriebskörpers
den Fluß in den beiden Feldplatten entgegengesetzt ändert. Mit der Bewegung des
Steuerkörpers ändert sich auch seine Entfernung von den Feldplatten. Es entsteht
nämlich ein mit der Bewegung veränderlicher Luftspalt. Mit der Änderung des Luftspaltes
erhält man auch eine entsprechende Änderung des magnetischen Widerstandes im Magnetkreis
und damit entsprechende Reaktionskräfte. Die Abstandsänderung des Steuerkörpers
von den Feldplatten bewirkt nämlich im empind1ichen Meßbereich eine mehr als quadratische
Plußanderung in den Peliplatten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den bekannten Signalgeber
zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der magnetische
Fluß in wenigstens einer der Feldplatten sich mit der Bewegung des Schwimmerkörpere
ändert, die vom Flüssigkeitsspiegel eines Hohlkörpers vorgegeben ist, und daß sich
der Flüssigkeitsspiegel in Abhängigkeit vom Druck auf die Oberfläche einer Flüssigkeitssäule
ändert, die nach Art kommunizierender Röhren mit der Flüssigkeit unter dem Schwimmerkörper
in Verbindung steht, und daß die beiden Feldplatten in der Bewegungsrichtung des
Schwimmerkörpers derart hintereinander angeordnet sind, daß sich ihr Abstand vom
zchwimmerkörper mit dessen Bewegung nicht ändert. Die druckempfindliche Flüssigkeitssäule
steht mit der Flussigkeit in Verbindung, auf deren Oberfläche der Schwimmerkörper
ruht. Seine Position ist
somit direkt abhängig vom Druck, und auch
geringe Druckänderungen wirken sich als Positionsänderung aus. Ein mit dem Flüssigkeitsspiegel
bewegter ferromagnetischer Körper ändert mit seiner Bewegung den Fluß in den Feldplatten.
Die Feldplatten liegen elektrisch in Reihe und können vorzugsweise als Potentiometer
geschaltet sein oder mit weiteren Widerständen eine Widerstandsanordnung in Brückenschaltung
bilden, an deren Brückendiagonale das-Ausgangssignal abgenommen werden kann. Der
Schwimmerkörper bewegt sich parallel zur Ebene der beiden Feldplatten, und der Abstand
des ferromagnetischen Steuerkörpers ändert sich mit seiner Bewegung im Empfindlichkeitsbereich
der Einrichtung praktisch nicht.
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Man erhält somit eine besonders einfache und empfindliche Druckmeßeinrichtung.
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In einer Ausführungsform des Meßwertwandlers kann der Schwimmerkörper
beispielsweise aus einem ferromagnetischen Hohlkörper bestehen, der sich im Streufluß
eines offenen Magnetkreises bewegt. Es kann aber auch ein ferromagnetischer Steuerkörper
an dem Schwimmerkörper befestigt sein und mit der Bewegung des Schwimmers im Streufluß
des offenen Magnetkreises bewegt werden, in dem die beiden Feldplatten angeordnet
sind. Die Feldplatten können dann jeweils auf einer Stirnfläche eines hörnerartigen
Fortsatzes des gleichen Polschuhs eines Permanentmagneten angeordnet sein. Mit der
Bewegung des Steuerkörpers ändert sich dann die Flußverteilung auf die beiden Feldplatten
und damit das Ausgangssignal der Meßeinrichtung.
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Ferner kann ein permanentmagnetischer Steuerkörper vorgesehen sein,
in dessen Magnetfluß sich die Feldplatten befinden. Der Fluß des Steuerkörpers überlagert
sich dann jeweils dem Fluß eines permanentmagnetischen Vorspannungskreises, in dem
sich die betreffende Feldplatte befindet. Die Feldplatten sind in den getrennten
Vorspannungekreisen derart angeordnet, daß sie gegenläufig arbeiten. Mit der Bewegung
des Steuerkörpers erhält man jeweils in wenigstens einer der Pelaplatten eine PluBvermi:derung
mit entsprechender Widerstandsänderung,
wie es beispielsweise in
der Patentanmeldung P 20 42 491, Fig.18,(VPA 70/7539) vorgeschlagen ist.
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Die beiden magnetischen Vorspannungskreise der Feldplatten können
auch mit einem gemeinsamen magnetischen Rückschlußkörper versehen sein, und sie
können auch auf einer gemeinsamen Polplatte angeordnet sein, die zugleich als Grundplatte
dienen kann.
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In einer besonderen Ausführungsform des Meßwandlers kann der magnetische
Steuerkörper als Stab- oder Ringmagnet ausgebildet sein, der quer zu seiner Bewegungsrichtung
magnetisiert ist. Dieser Magnet kann dann von einem U-förmigen ferromagtischen Rückschlußkörper
umgeben sein, dessen mittlerer Schenkel parallel zur Stirnfläche des von den Feldplatten
abgewandten Pols des Steuermagneten verläuft und dessen Enden den Feldplatten zugewandt
sind, wie es in der deutschen Patentschrift (Patentanmeldung . . . . . ., VPA 72/7553)
vorgeschlagen ist. Mit diesem Rückschlußkörper erhält man eine besondere Flußkonzentration
im Bereich der Feldplatten des Meßwandlers und damit eine exakte Kennlinie des Ausgangssignals
der eßeinriehtung.
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Zur weiteren Erläuterung der Brfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der zwei Ausführungsbeispiele einer Einrichtung nach der Erfindung
schematisch veranschaulicht sind.
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In Fig.1 ist ein Meßwandler mit 2 bezeichnet, der einen Vorspannungsmagneten
4 mit einem Polschuh 6 und auf diesem Polschuh zwei hörnerartige Fortsätze 8 und
10 enthält. Auf den Stirnflachen der Fortsätze 8 und 10 ist jeweils eine Feldplatte
12 bzw. 13 befestigt, deren elektrische Verbindungsleiter in der Figur nicht dargestellt
sind. Es sind lediglich drei elektrische Anschlußleiter 15, 16 und 17 in der Figur
angedeutet. Der Meßwandler 2 kann zweckmäßig mit den elektrischen Verbindungeleitern
der Feldplatten 12 und 13 in einem Gehäuse 19 angeschlossen sein, das vorzugsweise
aus einem selbsthärtenden Gießharz bestehen kann und gegebenenfalls
auch
noch von einem Mantel aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Messing, bestehen
kann, das in der figur nicht dargestellt ist.
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Der Meßwandler 2 ist in einem Durchbruch eines zylindrischen Gehäuses
20 der Druckmeßeinrichtung derart angeordnet, daß die beiden Feldplatten 12 und
13 parallel zum Innenmantel des zylindrischen Gehäuses nebeneinander angeordnet
sind0 Das Gehäuse 20 ist mit einem Deckel 22 verschlossen, der in das Gehäuse 20
eingeschraubt sein kann und gegen das Gehäuse 20 mittels einer Dichtung 24 abgedichtet
ist, Der Deckel enthält eine zentrale Bohrung, durch die ein Rohr 26 geführt ist,
das an seinem oberen Ende mit einem Schlauchsnschluß 28 versehen ist. Das Rohr 26
ist an seinem unteren Ende mit einem Gewindefortsatz 30 versehen, der im Boden 32
des Gehäuses 20 durch eine Bohrung geführt und mit einer Mutter 54 verschraubt ist
Zur BeSestigung des Gehäuses sind am Boden zwei Sackbohrungen 34 und 36 vorgesehen.
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Das Rohr 26 ist an seinem unteren Ende mit zwei Bohrungen 36 und 38
versehen, die eine Verbindung zwischen einem Iznenraum innerhalb des zylindrischen
Gehäuses 20 und dem Ienenraum des Rohres 26 herstellen. Der untere Teil des Rohres
26 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die eine Flüssigkeitssäule 42 bildet. Diese
Säule steht über die Bohrungen 36 und 38 mit einer hohlzylindrischen Flüssigkeitssäule
40 in Verbindung, die den unteren Teil des Rohres 26 umgibt. Die Oberflächspiegel
der beiden Flüssigkeitssäulen 40 und 42 sind nach Art kommunizierender Röhren gleicht
solange kein äußerer Druck auf eine der Oberflächen wirkt. Auf der oberfläche der
Flüssigkeitssäule 40 liegt ein Schwimmer 44, der beispielsweise aus einen porösen
Kunststoff bestehen karn oder auch als Hohlkörper gestaltet sein kann. Er ist mit
einem Ringkörper 46 aus ferromagnetischem Material verbunden, der als Steuerkörper
für den Meßwandler 2 dient und der sich mit einer Änderung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels
der Säule 40 im Streufeld des magneten 4 bewegt und während dieser Beweg gung den
magnetischen Streufluß in wenigstens einem der
hörnerartigen Fortsätze
8 und 10 und dementsprechend den Fluß in wenigstens einer der Feldplatten 12 und
13 ändert.
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Wird auf den Schlauchansatz 28 ein Druck ausgeübt, der durch einen
Pfeil 48 angedeutet ist, so erscheint dieser Druck auch auf dem Flüssigkeltsspiegel
der Flüssigkeitssäule 42, wie durch einen Pfeil 49 angedeutet ist. Die Flüssigkeitssäule
senkt sich entsprechend der Größe des Druckes nach unten und ein entsprechender
Teil der Plüssigkeit tritt durch die Öffnungen 36 und 36 zur Flüssigkeitssäule 40
über, deren nicht näher bezeichneter Flüssigkeitsspiegel mit dem Schwimmer 44 und
dem Steuerkörper 46 nach dem Prinzip kommunizierender Röhren entsprechend angehoben
wird, wie durch zwei Pfeile 50 und 51 angedeutet ist. Mit der Änderung des Oberflächenspiegels
der Flüssigkeitssäule 40 bewegt sich auch der ferromagnetische Steuerkörper 46 in
der dargestellten Stellung nach oben und verändert dadurch die Verteilung des Streuflusses
auf die beiden Forts-tze 8 und 10 und dementsprechend den magnetischen Fluß in den
beiden Feldpiatten 12 und 13. Zuzugleich erhöbt er mit seiner Bewegung nach oben
seine Wirkung uf den Streufluß des Fortsatzes 8 und damit seine Wirkung auff den
Fluß in der Feldplatte 12, Während dieser Bewegung des Steuerkörpers 46 nach oben
wird damit der magnetische Fluß in der Feldplatte 17 vermindert und somit auch ihr
Widerstandswert entsprechend vermindert und zugleich der Widerstandswert in der
Feldplatte 12 entsprechend ihrer Flußverstärkung erhöht.
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Die beiden Feldplatten 12 und 13 sind elektrisch in Reihe geschaltet
und die Leitungsverbindung dieser Reihenschaltung ist mit einem Anschlußleiter 16
versehen In der Figur sind lediglich dieser mittlere Anschlußleiter 16 und die beiden
äußeren Anschlußleiter 15 und 17, jedoch nicht die Leitungsverbindung selbst dargestellt.
Die Schaltung der beiden Feldplatten stellt sommt ein Po@@ ometer dar mit den beiden
Feldplatte 12 und 13 als veranderbare elektrische Widerstände. Unter Umständen kann
es zwe@kmäßig sein, diese Potentiometer mit Hilfe @@eier weiteren elektrischer Widerstände
in
an sich bekannter Weise zu einer Brückenschaltung zu ergänzen, an deren Brückendiagonale
ein in Abhängigkeit vom Druck auf den Schlauchanschluß 28 veränderbares Ausgangssignal
abgenommen werden kann.
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In Fig.2 ist ein Teil der Fig.1 mit einer weiteren Ausführungsform
eines Meßwandlers 52 dargestellt. In Verbindung mit diesem Meßwandler ist der Steuerkörper
56 selbst als Dauermagnet ausgebildet, dessen Magnetfluß wenigstens eine der beiden
Feldplatten 62, 63 dúrchsetzt. Die beiden Feldplatten sind jeweils in einem getrennten
magnetischen Vorspannungskreis 54, 55 angeordnet. Jeder dieser Magnetkreise hat
einen Permanentmagneten 57 bzw. 58 mit kleiner Permeabilität, d.h. einem hohen magnetischen
Widerstand und an dessen Polenden anliegende ferromagnetische Polplatten, die mit
64 bis 67 bezeichnet sind. Die Polplatten jedes der Widerstandsanordnungen 54 und
55 sind jeweils über einen magnetischen Rückschlußkörper 68 bzw. 69 sowie die betreffende
Feldplatte 62 bzw. 63 miteinander verbunden. Durch den°S'uB der Permanentmagnete
57-bzw. 58 erhalten die beiden yeldplatten jeweils eine magnetische Vorspannung,
die so gerichtet ist, daß die Feldplatten in Bezug auf den mit der Bewegung des
Steuerkörpers 56 veränderbaren Steuerfluß gegenläufig arbeiten, wie es in der deutschen
Offenlegungsschrift 2042 491 bereits vorgeschlagen ist. Der Fluß des Steuerkörpers
56 bildet dann ein Mit- oder Gegenfeld zu dem Vorspannungsfeld wenigstens einer
der beiden Feldplatten 63 und 64 und ändert dementsprechend auch den Widerstand
in wenigstens einer der Feldplatten. Die Differenz der Widerstandswerte der Feldplatten
63 und 64 wird entsprechend geändert, und diese Differenz dient als Ausgangssignal
für die Druckmeßeinrichtung. In der dargestellten Ausführungsform ist der Abstand
der Feldplatten 63 und 64 und die Dimensionierung der magnetischen Vorspannungskreise
in Verbindung mit der Größe des Steuerflußgebers 56 und seinem Magnetfluß so gewählt,
daß der Steuerfluß im wesentlichen beide Feldplatten 63 und 64 durchsetzt. Mit seiner
Bewegung ändert sich somit
seine Wirkung auf beide Feldplatten.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Druckmeßeinrichtung
erhält man dadurch, daß der Steuerflußgeber 56 mit einem U-förmigen ferromagnetischen
Rückschlußkörper 76 versehen wird, dessen mittlerer Schenkel parallel zum Südpol
des Steuerflußgebers 56 verläuft, insbesondere an der Stirnfläche des Südpols anliegt.
Die Enden der freien Schenkel des Rückschlußkörpers 76 sind dann den Polplatten
63 und 66 und damit auch den Feldplatten 62 und 64 der Widerstandsanordnungen 54
und 55 zugewandt, und die Schenkel selbst bilden mit dem Steuerkörper 56 einen Luftspalt,
wie es in der deutschen Offenlegungsschrift . . . . . (VPA 72/7552) vorgeschlagen
ist. Mit diesem magnetischen Rückschluß des Steuerkörpers 56 erhält man eine exakte
Kennlinie des Ausgangssignals der Druckmeßeinrichtung in Abhängigkeit von der Bewegung
des Schwimmerkörpers 44 und damit der Bewegung des Steuerkörpers 56.
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Die Meßwertwandler 2 bzw. 52 werden in einem entsprechenden Durchbruch
des Gehäuses 20 jeweils von einer Stopfbuchse 45 bzw. 75 gehalten, die mittels einer
nicht näher bezeichneten Schraubverbindung am Gehäuse 20 befestigt sein können und
die zugleich mit Hilfe einer nicht näher bezeichneten Dichtung die Einfassung 19
bzw. 79 des Meßwertwandlers 2 bzw. 52 gegen das Gehäuse 20 abdichten. Das Gehäuse
19 bzw. 79 kann zweckmäßig aus einem selbsthärtenden Kunststoff oder aus einem nichtmagnetischen
Metall, beispielsweise Messing, bestehen oder auch zusätzlich noch mit einem Metallgehäuse
aus nichtmagnetischem Material umgeben sein.
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8 Patentansprüche 2 Figuren