DE2354307C2

DE2354307C2 - Device for measuring pressure

Info

Publication number: DE2354307C2
Application number: DE19732354307
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. Dr. 4797 Schlangen Pollmann; Horst Prof. Dr. 4790 Paderborn Stegemeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-27
Filing date: 1973-10-27
Publication date: 1984-09-06
Also published as: DE2354307A1

Description

a) daß mehrere Meßzellen derart zusammengeschaltet sind, daß sie gleichzeitig dem zu messenden Druck ausgesetzt sind, unda) that several measuring cells are interconnected in such a way that they are to be measured at the same time Are exposed to pressure, and

b) daß im Gemisch der Gehalt an Cholesterylchlorid von Meßzelle zu Meßzelle verschieden ist.b) that the content of cholesteryl chloride in the mixture differs from measuring cell to measuring cell.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Cholesterylchlorid im Bereich von etwa 5 Mol-% bis etwa 26 Mol-% liegt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the content of cholesteryl chloride in the Ranges from about 5 mole percent to about 26 mole percent.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,'dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzellenwand jeder Meßzelle zwei plattenförmige Scheiben (4, 4a) umfaßt, zwischen denen die Mesophase (8) als dünne Schicht angeordnet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, 'characterized in that the measuring cell wall of each measuring cell comprises two plate-shaped disks (4, 4a) , between which the mesophase (8) is arranged as a thin layer.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht eine Dicke von nicht mehr als 20 μπι hat.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the thin layer has a thickness of not has more than 20 μπι.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Druck gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a device for measuring pressure according to the preamble of patent claim 1.

Eine Zelle mit den im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen der Meßzelle ist durch die FR-PS 21 05 524 bekannt, wobei allerdings im Zusammenhang mit der bekannten Zelle Cholesterylmyristat und Cholesterylnonanoat als Gemischkomponente nicht genannt sind.A cell with the features of the measuring cell specified in the preamble of claim 1 is known from FR-PS 21 05 524, although in connection with the known cell cholesteryl myristate and cholesteryl nonanoate are not mentioned as a mixture component.

Im Zusammenhang mit der bekannten Zelle ist als Anwendungsfall deren Gebrauch als Verkaufsständer oder Aufsteller beschrieben. Dabei ist ausgenutzt, daß bestimmte cholesterinische Mesophasen bei nur geringer Temperaturabhängigkeit der Reflexionsfarben eine sehr starke Abhängigkeit der Refelxionsfarben von dem allseitig auf die Mesophase einwirkenden statischen Druck zeigen, und zwar daß ein steigender Druck eine deutliche Rotverschiebung des reflektierten Lichtes bewirkt. In connection with the known cell, an application is its use as a sales stand or stand described. This makes use of the fact that certain cholesterol mesophases are only low Temperature dependence of the reflection colors a very strong dependence of the reflection colors on the show static pressure acting on all sides of the mesophase, namely that a rising pressure a causes a clear red shift of the reflected light.

Die bei den bekannten Zellen vorhandene Eigenschaft ermöglicht es, eine solche Zelle als Meßzelle zum Messen von Druck zu benutzen, weil aus dem Maximum der Reflexionskurve eindeutig auf den angelegten Druck geschlossen werden kann, so daß die Lage des Maximums der Reflexionskurve ein Maß für den Druck ist. Zu den Vorteilen einer solchen Meßzelle gehört, daß sie Druckmessungen an unzugänglichen Stellen ermöglicht und daß eine allein optische Weiterleitung der den Meßergebnissen entsprechenden Signale möglich ist. Das durch das Fenster der Meßzelle austretende reflektierte Licht kann aufgenommen und mit Hilfe von Lichtleitern auch über größere Entfernungen gleitet, analysiert und in eine Druckauzeige umgewandelt werden, ohne daß eine körperliche Verbindung zwischen der Meßzelle einerseits und dem Lichtleiter und/oder der Auswertvorrichtung andererseits zu bestehen braucht. Ein Nachteil der Verwendung der bekannten Zelle als Meßzelle zum Messen von Druck liegt darin, daß ihre Empfindlichkeit, d. h. die sich pro Druckeinheit einstellende Änderung der Reflexionswellenlänge, nur in einem verhältnismäßig schmalen Druckbereich hoch ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen von Druck unter Ausnutzung der beschriebenen Eigenschaften cholesterinischer Mesophasen zu schaffen, wobei jedoch dafür gesorgt sein soll, daß der nutzbare Meßbereich, d. h. derjenige Bereich, in dem die Empfindlichkeit hoch ist, möglichst groß istThe property present in the known cells makes it possible to use such a cell as a measuring cell for measuring pressure, because the applied pressure can be clearly deduced from the maximum of the reflection curve, so that the position of the maximum of the reflection curve is a measure of the pressure is. One of the advantages of such a measuring cell is that it enables pressure measurements to be taken at inaccessible places and that the signals corresponding to the measurement results can only be passed on optically. The reflected light emerging through the window of the measuring cell can be picked up and, with the help of optical fibers, glides over longer distances, analyzed and converted into a pressure display without there being a physical connection between the measuring cell on the one hand and the optical fiber and / or the evaluation device on the other needs. A disadvantage of using the known cell as a measuring cell for measuring pressure is that its sensitivity, ie the change in the reflection wavelength that occurs per pressure unit, is high only in a relatively narrow pressure range.
The invention is based on the object of creating a device for measuring pressure utilizing the properties of cholesteric mesophases described, although care should be taken to ensure that the usable measuring range, ie that range in which the sensitivity is high, is as large as possible

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmaie im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöstAccording to the invention, this object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1 solved

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Meßzellen miteinander gekoppelt, wobei durch den unterschiedlichen Gehalt an Cholesterylchlorid in den verschiedenen Meßzellen dafür gesorgt ist, daß jede Meßzelle ihre größte Empfindlichkeit in einem anderen Druckbeseich als die übrigen Meßzellen hat. Dies ermöglicht, den einzelnen Meßzellen aneinander angrenzende optimale Meßbereiche, d. h. Meßbereiche mit größter Empfindlichkeit, zu geben, so daß dann innerhalb eines sehr weiten Gesamtmeßbereiches die Anzeige von der gerade in dem bestimmten Druckbereich empfindlichsten Meßzelle abgenommen werden kann.In the device according to the invention, several measuring cells are coupled to one another, with the different content of cholesteryl chloride in the different measuring cells ensures that each The measuring cell has its greatest sensitivity in a different pressure range than the other measuring cells. This makes possible, the individual measuring cells adjoining optimal measuring ranges, d. H. Measuring ranges with greatest sensitivity, so that the display is then within a very wide total measuring range can be removed from the measuring cell that is most sensitive in the specific pressure range.

Aus der FR-PS 21 05 327 ist bereits eine gattungsähnliche Vorrichtung zum Messen von Druck bekannt, bei der die Mesophase Cholesteryloleylcarbonat, Cholesierylmyristat und/oder Cholesterylnonanoat enthält.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.From FR-PS 21 05 327 a generic device for measuring pressure is already known in which the mesophase contains cholesteryl oleyl carbonate, cholesteryl myristate and / or cholesteryl nonanoate.
Advantageous further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated below with reference to FIGS. 1 and 2 explained in more detail. It shows

F i g. I eine mögliche Ausführungsform einer Meßzel-Ic im Querschnitt; undF i g. I a possible embodiment of a Meßzel-Ic in cross section; and

Fig.2 graphisch die Abhängigkeit des Maximums der reflektierten Wellenlänge vom Druck für zwei unterschiedliche cholesterinische Mesophasen.Fig.2 graphically shows the dependence of the maximum of the reflected wavelength on the pressure for two different cholesteric mesophases.

Für eine im Sinne der Erfindung brauchbare Meßzelle ist es erforderlich, die druckabhängige cholesterinische Mesophase derart in ein Gehäuse einzubetten, daß eine Übertragung des zu messenden Druckes auf die Mesophase gewährleistet ist und eine Möglichkeit besteht, durch ein Fenster die Mesophase zu belichten und das austretende reflektierte Licht zu empfangen. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist die Mesophase 8 in sehr dünner Schicht zwischen zwei Scheiben 4 und 4a eingebettet, von denen die Scheibe 4, die aus Metall bestehen kann, mit einer oder mehreren Bohrungen 5 versehen ist, während die Scheibe 4a aus Quarzglas oder einem anderen, optisch transparenten Material besteht. Die beiden Scheiben sind in einem Spannrahmen 1 gehalten und besitzen einen feststehenden Abstand von nicht mehr als 20 μπι voneinander, der durch einen Abstandhalter 6 gewährleistet ist. Die durchbohrte ScheibeFor a measuring cell that can be used for the purposes of the invention, it is necessary to use the pressure-dependent cholesteric Embed mesophase in a housing in such a way that the pressure to be measured is transferred to the mesophase is guaranteed and there is a possibility to expose the mesophase through a window and that to receive emerging reflected light. In the embodiment according to FIG. 1, the mesophase is 8 in very thin layer embedded between two disks 4 and 4a, one of which the disk 4 being made of metal may exist, is provided with one or more bores 5, while the disk 4a made of quartz glass or another, optically transparent material. The two panes are held in a clamping frame 1 and have a fixed distance of no more than 20 μπι from each other, which is through a spacer 6 is guaranteed. The pierced disc

b5 4 ist bedeckt von einer Membran 3, die die Bohrungen 5 in der Scheibe verschließt und es gestattet, im Bereich der Bohrungen 5 einen äußeren Druck auf die Mesophase 8 statisch zu übertragen. Im Einbau aller Teile in denb5 4 is covered by a membrane 3, which the holes 5 closes in the disk and it allows an external pressure on the mesophase in the area of the bores 5 8 statically transmitted. In installing all parts in the

Rahmen 1 dienen Anpreßschrauben 7, wobei Aus-"leichsscheiben 2 für einen Spannungsausgleich sorgen. Im übrigen sind die Bohrungen 5 mit der darüberliegenden Membran 3 dann nicht erforderlich, wenr eine oder beide der Scheiben 4 oder 4a so dünn ausgebildet sind, daß sie selbst den zu messenden Druck auf die Mesophase 8 übertragen können.Frames 1 are used for pressure screws 7, with shim washers 2 ensuring tension equalization. Otherwise, the bores 5 with the overlying membrane 3 are not required if one or both of the washers 4 or 4a are so thin that they themselves the pressure to be measured can be transferred to the mesophase 8.

Die Meßzelle gemäß F i g. 1 kann den Teil der Wandung eines Druckraumes bilden (mit den Bohrungen 5 nach innen), sie kann aber auch innerhalb eines Druckraumes angeordnet sein. In jedem Fall erfolgt die Druckmessung mittels Belichtung der Meßeinheit durch die Quarzscheibe 4a hindurch und mittels Messung des durch diese Scheibe wieder austretenden, in der Mesophase 8 reflektierten Lichtes. Zweckmäßig ist es dabei, die der Mesophase 8 zugekehrte Fläche der Scheibe 4 nichtreflektierend auszubilden, um die Messung nicht durch Reflexion von der Oberfläche der Scheibe 4 zu stören.The measuring cell according to FIG. 1 can form part of the wall of a pressure chamber (with the holes 5 to the inside), but it can also be arranged within a pressure chamber. In any case, the Pressure measurement by means of exposure of the measuring unit through the quartz disk 4a and by means of measurement of the through this disk again exiting, in the mesophase 8 reflected light. It is useful the surface of the disk 4 facing the mesophase 8 is to be designed to be non-reflective in order not to take the measurement to disturb by reflection from the surface of the disc 4.

Ein Beispiel für eine druckabhängige cholesterinische Mesophase ist ein Gemisch aus Cholesteryloleylcarbonat und ChoSesterylchlorid. Bei diesem Gemisch hängt der für eine Druckmessung nutzbare Druckbereich, d. h. derjenige Druckbereich, bei dem sich pro Druckeinheit eine starke Änderung der Reflexionswellenlänge bemerkbar macht, eindeutig vom Mischungsverhältnis ab, und zwar derart, daß mit zunehmendem Gehalt an Cholesterylchlorid der nutzbare Druckbereich zu höheren Werten hin verschoben wird. Das ist anhand der F i g. 2 für zwei spezielle Mischungen veranschaulicht.An example of a pressure dependent cholesteric Mesophase is a mixture of cholesteryl oleyl carbonate and ChoSesteryl chloride. This mixture depends the pressure range that can be used for a pressure measurement, d. H. the pressure range in which per pressure unit makes a strong change in the reflection wavelength noticeable, clearly from the mixing ratio, in such a way that, with increasing content of cholesteryl chloride, the usable pressure range becomes higher Is shifted towards the values. This is based on FIG. Fig. 2 illustrates for two special mixes.

Die Kurve A der F i g. 2 wurde gewonnen mit einem Gemisch aus 74,8 Mol-% Cholesteryloleylcarbonat und 25,2 Mol-% Cholesterylchlorid. Eine Probe dieser Mesophase wurde in der Meßzelle gemäß F i g. 1 verschiedenen Drücken ausgesetzt, und es wurde das Maximum der jeweils reflektierten Wellenlänge mit einem UV ViS-Spektrophotometer Perkin-Elmer, Modell 139, durch Messung der Lichtabsorption bestimmt. Die erhaltene Verschiebung des Reflexionsmaximums in Abhängigkeit vom Druck zeigt die Kurve A der F i g. 2, die somit gewissermaßen als »Eichkurve« für diese bestimmte Mesophase angesehen werden kann. In gleicher Weise wurde die Kurve B der F i g. 2 gewonnen mit einem Gemisch aus 80,1 Mol-% Cholesteryloleylcarbonai und 19,9 Mol-% Cholesterylchlorid. Es ist zu erkennen, daß die Mesophase »B« in einem niedrigeren Druckbereich empfindlicher ist als die Mesophase »A«. Die Grenzwerte liegen bei einem Gehalt der Mischung von etwa 26 Mol-% Cholesterylchlorid als obere Grenze und von etwa 5 Mol-% Cholesterylchlorid als untere Grenze.Curve A of FIG. 2 was obtained with a mixture of 74.8 mole percent cholesteryl oleyl carbonate and 25.2 mole percent cholesteryl chloride. A sample of this mesophase was in the measuring cell according to FIG. 1 exposed to different pressures, and the maximum of the respectively reflected wavelength was determined with a UV ViS spectrophotometer Perkin-Elmer, model 139, by measuring the light absorption. The resulting shift in the reflection maximum as a function of the pressure is shown by curve A in FIG. 2, which can thus be viewed as a "calibration curve" for this particular mesophase. In the same way, curve B of FIG. 2 obtained with a mixture of 80.1 mol% cholesteryl oleyl carbonai and 19.9 mol% cholesteryl chloride. It can be seen that mesophase "B" is more sensitive than mesophase "A" in a lower pressure range. The limit values are at a content of the mixture of about 26 mol% cholesteryl chloride as the upper limit and about 5 mol% cholesteryl chloride as the lower limit.

Das Gemisch aus Cholesteryloleylcarbonat und Cholesterylchlorid ist nicht die einzige für die Zwecke der Erfindung brauchbare Mesophase. Vielmehr lassen sich für die Zwecke der Erfindung auch Gemische einsetzen von Cholesterylmyristat mit Cholesterylchlorid oder Cholesterylnonanoat mit Cholesterylchlorid. Auch für diese Gemische läßt sich der für die Messung nutzbare Druckbereich durch Änderung des Mischungsverhältnisses auf unterschiedliche Werte einstellen.The mixture of cholesteryl oleyl carbonate and cholesteryl chloride is not the only one for the purposes of the Invention useful mesophase. Rather, mixtures can also be used for the purposes of the invention of cholesteryl myristate with cholesteryl chloride or cholesteryl nonanoate with cholesteryl chloride. Also for These mixtures can be used for the measurement pressure range by changing the mixing ratio set to different values.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring pressure, with a measuring cell that has a cholesteric mesophase reversible, pressure-dependent reflection colors tightly encloses, with a measuring cell wall that at least allows the pressure to be measured to be transferred to the mesophase in a partial area, and with a window formed in the measuring cell wall for exposure of the mesophase and for passage of the light reflected by the mesophase, the mesophase being a mixture and one of the Components of the mixture from the group of cholesteryl oleyl carbonate, Cholesteryl myristate and cholesteryl nonanoate is chosen while a second Component of the mixture is cholesteryl chloride, characterized in that