DE2241085A1 - Druckmesseinrichtung - Google Patents

Description

• Druckmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmeßeinrichtung mit einem Meßwertwandler zur Umsetzung der Lageänderung eines ferromagnetischen Steuerkörpers in ein elektrisches Signal mit zwei Xeldplatten, die im magnetischen Fluß eines Danermagneten angeordnet sind.
• In einer aus der deutschen Auslegeschrift 1290 346 bekannten Druckmeßeinrichtung ist ein magnetfeldabhängiger Xalbleiterwiderstand, eine sogenannte Feldplatte, im Luftspalt eines Permanentmagneten beweglich gelagert. Ihre Lage ändert sich in Abhängigkeit vom Druck auf das Gehäuse einer Meßdose, das zum Teil als Federball ausgebildet ist. Der vom Magnetfluß durchsetzte Teil der Feldplatte ändert sich in Abhängigkeit vom Druck, weil die Feldplatte mit dem Pederbalg verbunden ist, Tn dieser Binrichtung bleibt die Größe des Luftspaltes mit der Bewegung der Feldplatte nur dann angenähert konstant, wenn nur die Feldplatte allein im Luftspalt bewegt wird.
• Eine ausreichende mechanische Stabilität der Feldplatte erhält man aber im allgemeinen nur durch ihre Anordnung auf einem Träger aus nichtmagnetischem Material oder zwischen zwei solchen Trägerplatten Mit dieser Einfassung wird die Dicke des die Feldplatte enthaltenden Meßkörpers wesentlich erhöht.
• Er kann somit auch nur einem entsprechend großen Luftspalt bewegt werden, durch den die Empfindlichkeit der Anordnung erheblich geringer wird, weil eine Vergrößerung der Länge des Luftspaltes eine mehr als quadratische Verminderen des magnetischen Flusses bewirkt.
• ?3 ist ie ferner bekannt, durch elektrische Signalübertragung den Inhalt oder das Niveau von Flüssigkeitsbehältern anlzuzeigen In einer aus der deutschen Auslegeschrift 1276 919 bekannten Einrichtung ist ein stabförmiger Auftriebskörper an einer Meßfeder aufgehängt. Der verhältnismäßig kleine Weg dieser Meßfeder wird auf einen elektrischen Meßwertwandler übertragen, der die Wegverschlebung des Auftriebskörpers in vergrößertem Maßstab anzeigt. Die Positionsänderung des Auftriebskörpers wird über den Meßwertwandler auf ein Anzeigeinstrument übertragen. Der Meßwertwandler enthält zwei Feldplatten, deren Magnetfluß sich mit der Verschiebung einer als ferromagnetischer Steuerkörper dienenden Membran 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 der als Steuerkörper dienenden Membran den Fluß in den beiden Feldplatten entgegengesetzt ändert. Mit der Bewegung des Steuerkörpers ändert sich auch seine Entfernung von den Feldplatten.
• Zwischen dem Steuerkörper und den Feldplatten wird namlich ein veränderlicher Luftspalt gebildet. Mit der Anderung 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 empfindlichen Meßbereich eine mehr als quadratische Flußänderung in den Feldplatten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine empfindliche Druckmeßeinrichtung mit einem einfachen Aufbau zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der magnetische Fluß in wenigstens einer der Feldplatten sich mit der Bewegung eines ferromagnetischen Steuerkörpers ändert, der mit der Membran einer Membrandose kraftschlüssig verbunden ist, deren Auslenkung vom zu messenden Druck vorgegeben ist, und daß die beiden Feldplatten in der Bewegungsrichtung des Steuerkörpers derart hintereinander angeordnet sind, daß cli wiLhrend der Bewegung de. Steuerkörpers dessen Abstand von dcn Feldplatterl im Empfindlichkeitsbereich des Meßwertwandlers nicht wesentlien anders. Der Meinbrandose wird der ru messende Druck zuf,eftihrt. Die Auslenkung ihrer Membran überträgt sich auf den Steuerkörper, der sich im Magnetfluß des Meßwertwandlers bewegt und mit dieser Bewegung den Fluß in wenigstens einer der beiden Feldplatten und dementsprechend deren Widerstandswert ändert. Aus dieser 5.tvriderstandsanderung wird das Signal der Druckmeßeinrichtung abgeleitet.
• In einer Ausführungsform der Meßeinrichtung können die beiden Peldplatten im Streufluß eines offenen Magnetkreises angeordnet sein. Die Feldplatten sind dann vorzugsweise jeweils auf einer Stirnfläche eines hörnerartigen Fortsatzes des gleichen Pols eines quer zur Bewegu~ngsrichtung des Steuerkörpers magnetisierten Permanentmagneten derart angeordnet, daß ihre Flachseiten in einer Ebene liegen. Der Steuerkörper bewegt sich mit der Auslenkung der Membran parallel zu dieser Ebene. Der Luftspalt zwischen dem-Steuerkörper und den Peidplatten ändert sich somit im Empfindlichkeitsbereich des Meßwertwandlers nicht. Der Permanentmagnet bildet mit den hörnerartigen Fortsätzen auf einem-seiner Pole einen offenen Magnetkreis. In den hörnerartigen Fortsätzen ist jeweils ein Teil des Magnetflusses konzentriert und dieser Teil durchsetzt jeweils die zugeordnete Feldplatte. Kit der Bewegung des ferromagnetischen Steuerkörpers wird die Verteilung des Gesamtflusses auf die beiden Feldplatten und damit das Widerstandsverhältnis geändert. Die Änderung dieses Flußanteils in einer der Feldplatten dient als Ausgangs signal der Druckmeßeinrichtung.
• Die Reihenschaltung der Feldplatten kann mit Hilfe eines Mittelansch'usses als Potentiometer gestaltet sein. Die beiden Feldplatten können aber auch jeweils in einem Brückenzweig einer YViderstandsanordnung in Brückenschaltung angeordnet sein, an deren Brückendiagonale das Ausgangssignal abgenommen wird.
• Die beiden zur Flußkonzentration dienenden Portsätze, auf deren Stirnflächen die Feldplatten angeordnet sind, können zweckmäßig auf einem Perromagnetischen Polschut des Permanentmagneten angeordnet sein.
• In einer weiteren Ausführungsform der Meßeinrichtung kann der Steuerkörper selbst als Permanentmagnet ausgebildet sein, dessen Fluß sich dem magnetischen Vorspannungsfluß der beiden Feldplatten überlagert, die jeweils in einem geschlossenen magnetischen Vorspannungskreis angeordnet sind. Dieser magnetische Vorspannungsfluß schließt sich über zwei an den Polflächen eines Dauermagneten anliegende ferromagnetische Polplatten und einen magnetischen Rückschlußkörper sowie die betreffende Feldplatte. Diese magnetischen Vorspannungskreise sind in Bezug auf den magnetischen Steuerkörper derart angeordnet, daß die Feldplatten gegenläufig arbeiten. Mit der Bewegung des magnetischen Steuerkörpers, dessen Fluß mit dem Vorspannungsfluß in der einen Feldplatte gleichgerichtet und dem Vorspannungsfluß in der anderen Feldplatte entgegengerichtet ist, wird somit in Bezug auf die eine Feldplatte ein Mit- und in Bezug auf die andere Feldplatte ein Gegenfeld gebildet. Eine Flußerhöhung in der einen Feldplatte ergibt somit zugleich eine entsprechende Flußverminderung in der anderen Feldplatte. Diese Flußänderung in den ges hlossenen Magnetkreisen der beiden Feldplatten ändert das Ausgangssignal der Druckmeßeinrichtung entsprechend einer Druck änderung in der Membrandose.
• Die beiden geschlossenen magnetischen Vorspannungskreise des Meßwertwandlers können zweckmäßig mit einem gemeInsamen magnetischen Rückschlußkörper und gegebenenfalls auch mit einer gemeinsamen Polplatte versehen sein. Es ist aber auch möglich, die beiden magnetischen Rückschlußkörper In einem vorbestimmten Abstand voneinander anzuordnen. Die Rückschlußkörper bilden dann einen Spalt, der mit diamagnetischem Blaterial, beispielsweise Luft, gefüllt ist. ttit dieser Gestaltung wird die Empfindlichkeit des Meßwertandlers in einem weiten Bereich nahezu unabhängig vom Abstand der Feldplatten von dem magnetischen Steuerkörper.
• Eine besonders exakte KennlInie des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Bewegung des Steuerkörpers erhält man d:tdurch, daß ein quer zu seiner Bewegungsrichtung magnetisierter Permanentmagnet als Steuerkörper vorgesehen ist, der mit einem U-förmigen ferromagnetischen Rückschlußkörper versehen ist. Der mittlere Schenkel des Rückschlußkörpers verläuft parallel zur Stirnflache des von den Peldplatten abgewandten Pols des Steuerkörpers. Der Schenkel kann auch direkt auf dem Pol des Steuerkörpers aufliegen.
• Die Enden der freien Schenkel des Rückschlußkörpers sind dem Meßwertwandler und damit den Feldplatten zugewandt.
• Die Aus lenkung der Meßdose kann sich auch in Abhängigkeit von einer Temperatur ändern. Die Druckmeßeinrichtung kann deshalb sowohl als Druckgeber als auch als Demperatur-Veggeber oder auch als Druck-Weggeber verwendet werden. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsbeispiele einer Druckmeßeinrichtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.
• Nach Fig.1 sind in einem Gehäuse 2 zwei Meßwertwandler 22 und 23 angeordnet, deren Feldplatten 4 und 5 jeweils auf einem hörnerartigen Fortsatz 6 bzw. 7 des Nordpols X eines Permanentmagneten 8 angeordnet sind. Die Fortsätze 6 und 7 sind auf einem Polschuh 9 des Nordpols N befestigt und dienen zur Flußkonzentration des Magneten 8. Der Magnet ist in einem Gehäuse 10 angeordnet, durch dessen Boden die drei Anschlußleiter 11,12 und 13 der Feldplatten 4 und 5 hindurchgeführt sind, die beispielsweise als Potentiometer geschaltet sein sollen.
• Zum Schutz gegen mechanische Beschädigungen können wenigstens die empfindlichenTeile des Meßwertwandlers 22 von einem selbsthärtenden Kunststoff, beispielsweise Gießharz 14, eingeschlossen sein.
• Im Streufluß der Fortsätze 6 und 7 und damit der Feldplatten 4 und 5 bewegt sich ein ferromagnetischer Steuerkörper 24, wie durch einen Pfeil 25 angedeutet ist. Der Steuerkörper 24 ist mittels einer Welle 26 mit einer Meßdose 28 kraftschlüssig verbunden, die über eine Schlauchleitung 30 mit einem Druckanschluß 32 verbunden ist, der im Deckel 3 des Gehäuses 2 der Einrichtung befestigt, vorzugsweise verschraubt ist.
• Die Membrandose 28 ist ebenfalls am Deckel 3 befestigt und ihre Lage kann mittels einer Justiereinrichtung, die aus einem Justierkörper 34 und einer Justierschraube 35 bestehen soll, eingestellt werden.
• Die zur Halterung des Steuerkörpers 24 dienende Welle 26 kann zweckmäßig noch im Boden des Gehäuses 2 geführt sein.
• Diese Führung ist als Stab 38 angedeutet, der in einem Gleitlager 40 gehalten wird, das mittels einer Verschraubung 42 im Boden des Gehäuses 2 befestigt ist.
• Die beiden Meßwertwandler 22 und 23 sollen in gleicher Weise aufgebaut sein. Sie sind in einem nicht näher bezeichneten Durchbruch des Gehäuses 2 angeordnet und werden von einer Büchse 44 gehalten, die mittels zweier Schrauben 46 und 48 in dem Gehäuseciurchbruch befestigt ist.
• In der dargestellten Lage des Steuerkörpers 24 wirkt der Fangeffekt des Steuerkörpers etwa in gleicher Weise auf den Streufluß der beiden Feldplatten 4 und 5. Wird im Falle einer Druckerhöhung mit entsprechender Auslenkung der beiden als Membran ausgebildeten Flachseiten der Meßdose 28 der Steuerkörper 24 in der Figur nach rechts abgedeckt, so wird der magnetische Widerstand im Streufeld über der Feldplatte 4 durch das ferromagnetische Material des Steuerkörpers vermindert. Dementsprechend erhöht sich der Flußanteil des Magneten 8 im Fortsatz 6 und damit auch der Fluß in der Feldplatte 4. In gleicher Weise wird der magnetische Widerstand für den Streufluß oberhalb des Fortsatzes 7 erhöht und damit auch der Fluß in der Feldplatte entsprechend erhöht. Mit der Bewegung des Steuerkörpers 24 wird somit der elektrische Widerstand der Feldplatte 4 erhöht und der Widerstand in der Feldplatte 5 vermindert. Das Ausgangssignal der Meßwertwandler 22 und 23 ändert sich mit der Bewegung des ferromagnetischen Steuerkörpers 24 nach Art einer Sinusschwingung. Der gerade Teil dieser Kennlinie beiderseits des Nulldurchganges der Sinusschwingung kann zweckmäßig für die Ableitung des Ausgangssignals der Druckmeßeinrichtung verwendet werden.
• Mit der Anordnung der beiden Meßwertwandler 22 und 23 erhält man eine Vergrößerung des Ausgangssignals und damit eine entsprechende Erhöhung.der Empfindlichkeiten der Druckmeßeinrichtung.
• In Fig.2 ist ein Teil der Anordnung nach ig.1 mit einer weiteren Ausführungsform eines Meßwertwandlers dargestellt, der mit 52 bezeichnet ist. Der Meßwertwandler enthält zwei Feldplatten 53 und 54, die jeweils in einem magnetischen Vorspannungskreis einer magnetfeldabhängigen Widerstandsanordnung 56 und 57 angeordnet sind. Diese magnetischen Vorspannungskreise enthalten jeweils einen Permanentmagneten 58 bzw. 59 mit geringer Permeabilität, d.h. einem hohen magnetischen Widerstand.
• Der magnetische Vorspannungsfluß schließt sich jeweils über an den Polflächen der Permanentmagnete anliegende ferromagnetische Polplatten 60 und 61 bzw0 62 und 63 sowie einen magnetischen Rückschlußkörper 65 bzw0 66 und die betreffende Feldplatte 53 bzw. 54. Die magnetfeldabhängigen Widerstandsanord nungen 56 und 57 sind in Bezug auf einen permanentmagnetischen Steuerkörper 64 derart angeordnet, daß sie gegenläufig arbeiten. Die beiden magnetfelaabhängigen Widerstandsanordnungen 56 und 57 können zweckmäßig in einem Gehäuse aus nichtmagnetischem Material angeordnet sein oder auch von einem Kunststoffkörper 68 eingeschlossen sein.
• Die beiden Feldplatten 53 und 54 können als Potentiometer geschaltet sein oder auch jeweils in einem Brückenzweig einer Widerstandsanordnung in Brückenschaltung angeordnet sein, an deren Brückendiagonale das Ausgangs signal der Druckmeßeinrichtung abgenommen wird. Die beiden äußeren Anschlüsse 70 und 71 der Reihenschaltung der beiden Feldplatten 53, 54 sowie ein Anschluß 72 ihres Verbindungsleiters sind unterhalb des Meßwertwandlers 52 angedeutet.
• In einer Ausführungsform der Druckmeßeinrichtung mit zwei EleSwertwandlern kann der permanentmagnetische Steuerkörper 64 zweckmäßig als Ringmagnet ausgebildet sein. Der Ringmagnet 64 ist auf die Scheibe 24 aufgesetzt, die entsprechend der Ausführungsform nach Fig.1 über eine Welle 26 mit der Druckmeßdose 28 verbunden sein soll, und die auf der gegenüberliegenden Seite mittels eines Führungsstabes 38 geführt sein soll.
• Mit der Bewegung des permanentmagnetischen Stuerkörpers 64 ändert sich die Größe des Gesamtflusses in den beiden Feldplatten 53 und 54. In der Lage des Steuerkörpers 64 nach Fig.2 ist der Flußanteil des Steuerkörpers 64 in den beiden Feldplatten 53, 54 etwa gleich groß. Da der Fluß des Steuerflußgebers 64 in der Feldplatte 53 dem Fluß des Vorspannungsmagneten 58 entgegengerichtet ist, wird der Gesamtfluß in dieser Feldplatte vermindert. Der Gesamtfluß in der Feldplatte 54 wird ebenfalls vermindert, weil der Steuerfluß auch dem Voispannungsfluß des Permanentmagneten 9 entgegengerichtet ist. In der dargestellten symmetrischen Lage des Steuerkörpers 64 zu den beiden magnetfeldabhängigen Widerstandsanordnungen 56 und 57 ist der Einfluß des Steuerkörpers auf die beiden Feldplatten 53 und 54 praktisch gleich und ihr Widerstandswert wird durch den Steuerfluß vermindert.
• Bewegt sich der Steuerkörper 64 in Richtung des Pfeils 76 nach rechts, so ist der Steuerfluß in der Feldplatte 53 mit dem Fluß des Vorspannungsmagneten 58 gleichgerichtet und der Fluß in der Feldplatte 53 und ihr Widerstandswert wird somit entsprechend erhöht. Dagegen bleibt der Steuerfluß in der Feldplatte 54 dem Fluß des Vorspannungsmagneten 59 entgegengerichtet.
• Im Falle einer Bewegung des Steuerkörpers 64 in der entgegengesetzten Richtung aus der dargestellten Lage ist der Steuerfluß in der Feldplatte 54 mit dem Fluß des Vorspannungsmagneten 59 gleichgerichtet. Man erhält somit eine entsprechende Flußverstärkung in dieser Feldplatte 54. Demgegenüber bleibt der Steuerfluß in der Feldplatte 53 dem magnetischen Vorspannungsfluß in dieser Feldplatte entgegengerichtet. Mit der Bewegung des Steuerkörpers 64 erhält man ein Ausgangssignal des Meßwertwandlers 52, dessen Kennlinie mit ausgeprägten, abwechselnd positiven und negativen Maxima und Minima versehen ist.
• Eine besonders vrteilhafte weitere Ausgestaltung des Meßwertwandlers 52 erhält man dadurch, daß der Steuerflußgeber 64 mit einem magnetischen Rückschluß 74 versehen ist, wie es in der deutschen Patentschrift (Patentanmeldung . . .
• VPA 72/7553 vorgeschlagen ist. Dieser U-förmige magnetische Rückschluß, der den stabförmigen oder auch ringförmigen Magneten 64 derart einschließt, daß die Enden seiner freien Schenkel den Widerstandsanordnungen 56 und 57 zugewandt sind; bewirkt eine Bündelung des Steuerflusses mit einer entsprechend ausgeprägten Kennlinie des Ausgangssignals.
• In einer weiteren verbesserten Ausführungsform des Meßwertwandlers 52 können die Rückschlußkörper 65 und 66 derart in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sein, daß sie einen Spalt bilden, der mit einem diamagnetischen Medium, beispielsweise Messing oder Luft, gefüllt ist, wie es in der deutschen Patentschrift (patentanmeldung . . . . .
• VPA 72/7552 vorgeschlagen ist. In dieser Ausführungsform ist die Emgfindlichkeit der Einrichtung in einem verhältnismässig weiten Bereich praktisch unabhängig vom Abstand der Polfläche des Steuermagneten 64 von der Oberfläche der Polplatten 6Q und 62.
• +) 8 Patentansprüche 2 Figuren +) Die im Ausführungsbeispiel nach Fig.i vorgesehen&iMeßwertwandler 22 und 23 können auch unabhängig von der Druckmeßeinrichtung nach der Erfindung allgemein als Positionsgeber für die Lage eines ferromagnetischen Steuerkörpers im magnetischen Streufluß des Permanentmagneten des Wandlers verwendet werden.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Druckmeßeinrichtung mit einem Meßwertwandler zur Umsetzung der Lageänderung eines ferromagnetischen Steuerkörpers in ein entsprechendes elektrisches Signal mit zwei Feldplatten, die im magnetischen Fluß eines Dauermagneten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet daß der magnetische Fluß in wenigstens einer der Feldplatten (4,5; 53,54) sich mit der Bewegung eines ferromagnetischen Steuerkörpers (24,64) ändert, der mit der Membran einer Membrandose (28) kraftschlüssig verbunden ist, deren Auslenkung vom zu messenden Druck vorgegeben ist, und daß die beiden Feldplatten (4,5 bzw. 53,54) in der Bewegungsrichtung des Steuerkörpers (24,64) derart hintereinander angeordnet sind, daß sich während der Bewegung des Steuerkörpers (24,64) dessen Abstand von den Feldplatten (4,5; 53,54) im Empfindlichkeitsbereich des Meßwertwandlers (22,52) nicht wesentlich ändert.

2. Druckmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß der Steuerkörper (24) sich im Streufluß eines offenen Magnetkreises bewegt und mit seiner Bewegung die Flußverteilung auf die beiden Feldplatten (4,5) ändert.

3. Druckmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatten (4,5) jeweils auf einer Stirnfläche eines hörnerartigen Fortsatzes (6,7) des gleichen Pols (N) des quer zur Bewegangsrichtung des Steuerkörpers (24) magnetisierten Permanentmagneten (8) derart angeordnet sind, daß ihre Flachseiten in einer in der Bewegungsrichtung des Steuerkörpers (24) ausgedehnten Ebene liegen (zig.1).

4. Druckmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (6,7) auf einem Polschuh (9) des Permanentmagneten (8) angeordnet sind (Fig.i).

5. Druckmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet (64) als Steuerkörper vorgesehen ist, der quer zu seiner Bewegungsrichtung magnetisiert ist und dessen Fluß sich dem Fluß in wenigstens einer der Feldplatten (53,54) überlagert, die jeweils in einem magnetischen Vorspannungskreis (56,57) angeordnet sind, der sich über zwei an den Polflächen eines Dauermagneten (58,59) anliegende ferromagnetische Polplatten und einen magnetischen Rückschlußkörper (65,66) sowie die betreffende Feldplatte (53 bzw. 54) schließt, und daß die magnetischen Vorspannungskreise in Bezug auf den Steuerkörper (64) derart angeordnet sind, daß die Feldplatten (5D,54) gegenläufig arbeiten (Fig.2)

6. Druckmeßeinrichtung nach Anspruch 59 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden magnetischen Vorspannungskreise (56, 57) mit einem gemeS.næamen magnetischen Rückschlußkörper versehen sind.

7. Druckmeßeinrichtung nach Anspruch 59 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rückschlußkörper (65,66) der magnetischen Vorspannungskreise (56,57) in einem vorbestimmten Abstand voneinander derart angeordnet sind, daß sie einen Spalt bilden, der mit einem diamagnetischen Material gefüllt ist.

8. Druckmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerkörper (64) ein quer zu. seiner BeweguWngsrichtung magnebtisierter Permanentmagnet vorgesehen ist, der mit einem t-förmigen ferromagnetischen Rückschlußkörper versehen ist, dessen mittlerer Schenkel parallel zur Stirnfläche des von den Feldplatten (53,54) abgewandten Pols (S) des Steuerkörpers (64) verläuft und dessen Enden den magnetischen Vorspannungskreisen (56,57) des Meßwertwandlers (52) zugewandt sind (Fig.2).

L e e r s e i t e