DE2727221A1 - Physiological pressure transducer using elastomeric resistance - has element sandwiched between base and load plates forming electrical contacts - Google Patents
Physiological pressure transducer using elastomeric resistance - has element sandwiched between base and load plates forming electrical contactsInfo
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Abstract
Description
Druckmeßvorrichtung Pressure measuring device
Die Erfindung betrifft eine Druckmevorrichtung mit AbstUtzplatte, Druckaufnahmcpltte und zwischen Abstützplatte und Druckaufnahmeplatte angeordnetem elektrischen Widerstandselement, dessen Widerstand sich druckabhängig ändert.The invention relates to a pressure device with a support plate, Pressure receiving plate and arranged between the support plate and pressure receiving plate electrical resistance element, the resistance of which changes depending on the pressure.
Druckmeßvorrichtungen der beschriebenen Gattung arbeiten grundsätzlich so, daß der auf Abstützplatte einerseits und Druckaufnahmeplatte andererseits von außen eindrückende Druck zu einer änderung des Abstandes zwischen diesen Platten führt. Die Abstandsänderung kann auf unterschiedliche Weise, insbesondere auch mittels eines elektrischen Widerstandselementes (beispielsweise in Form von Dehnungsmeßstreifen ) meßtechnisch erfaßt werden. Derartige Druckmeßvorrichtungen sind in den verschiedensten Bereichen der Technik gebräuchlich, beispielsweise im Bergbau zur Messung der vom Grubenausbau aufgenommenen Belastung, im Maschinenbau zur Messung von Fundamentbelastungen und Vibrationen usw Diese bekannten Druckmeßvorrichtungen der eingangs beschriebenen Gattung haben sich innerhalb ihrer jeweiligen üblichen Anwendungsgebiete durchaus bewährt. Diese Anwendungsgebiete sind allgemein dadurch charakterisiert, daß verhältnismäßig hohe Drucke zu messen sind, und daß im übrigen ein verhältnismäßig hoher Aufwand für Signalerfassung und -verarbeitung getrieben werden kann.Pressure measuring devices of the type described work in principle so that the support plate on the one hand and pressure receiving plate on the other hand of outside pressure to a change in the distance between these plates leads. The change in distance can be done in different ways, in particular also by means of an electrical resistance element (for example in the form of strain gauges ) can be detected by measurement. Such pressure measuring devices are in the most varied Usual areas of technology, for example in mining to measure the from Load recorded in pit lining, in mechanical engineering for measuring foundation loads and vibrations, etc. These known pressure measuring devices of the type described above Genus have definitely become within their respective usual areas of application proven. These areas of application are generally characterized by the fact that relatively high pressures are to be measured, and that, moreover, a relatively high expenditure can be driven for signal acquisition and processing.
Auf dem Gebiet der Medizin, beispielsweise und insbesondere in der Orthopädie, erweist es sich vielfach als wünschenswert oder notwendig, Drucke mittels Druckmeßvorrichtung zu messen. Das ist bisher praktisch nicht möglich gewesen, weil keine Druckmeßvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung bekannt ist, die einerseits beL den physiologisch auftretenden Drucken mit vernünftigem Aufwand auswertbare Signale abgibt, die sich auch im Körperinneren einsetzen läßt und die sich schließlich mit geringem Aufwand herstellen läßt.In the field of medicine, for example and in particular in the In orthopedics, it is often found desirable or necessary to use prints Measure pressure measuring device. So far this has not been possible in practice because no pressure measuring device of the type described above is known that on the one hand beL the physiologically occurring pressures evaluable with reasonable effort Emits signals that can also be used inside the body and that can ultimately be used Can be produced with little effort.
Der Erfindung liegt zunächst und vor allem die Aufgabe zugrunde, eine Druckmeßvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die bei im physiologischen Bereich liegenden Drucken reproduzierbare und mit geringem Aufwand auswertbare elektrische Meßsignale abgibt und sich mit geringem Aufwand herstellen läßt.The invention is first and foremost the object of a To create pressure measuring device of the type described above, which is used in the physiological Area lying prints reproducible and with little effort evaluable emits electrical measurement signals and can be produced with little effort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Widerstandselement aus einem elektrisch leitfähigen Elastomer besteht und daß die Abstützplatte sowie die Druckaufnahmeplatte als Kontaktplatten für das Widerstandselement ausgebildet und geschaltet sind. - Die erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtungen beruht grundsätzlich darauf, daß druckbedingte hnderungen der gegenseitigen Lage von Abstützplatte und Druckaufnahmeplatte eine elastische Deformation des Widerstandselementes zur Folge haben. Diese Deforrnation besteht nur in untergeordnetem Maße in einer Volumenänderung im Sinne einer Kompression, und vor allem in einer elastischen Formänderung im Sinne einer linderung des Verhältnisses z.Jlschen Leitungsquerschnitt und Leitungslänge des durch das Widerstandselement gebildeten elektrischen Leiters. Die Tatsache, das Volumenänderungen nur einen vernachlässigbaren Anteil ausmachen, hat zur Folge, daß die erfindungsgemäße Druc;meßvorrichtung mit guter Reproduzierbarkeit und geringer Hysterese arbeitet. - Weiter erfolgt die Deformation elastisch d. h. bei Druckentlastung nimmt das Widerstandselerrient seine ursprüngliche Konfiguration wieder an. Das Widerstandselement übernimmt damit eine Doppelfunktion, indem es einerseits Meßorgan ist und andererseits eine elastische Rückstellung bewirkt.According to the invention, this object is achieved in that the resistance element consists of an electrically conductive elastomer and that the support plate as well the pressure receiving plate designed as contact plates for the resistance element and are switched. - The pressure measuring devices according to the invention are based in principle that pressure-related changes in the mutual position of the support plate and Pressure receiving plate results in an elastic deformation of the resistance element to have. This deformation consists of only a minor change in volume in the sense of a compression, and above all in an elastic change in shape in the sense a reduction in the relationship between the cable cross-section and the cable length of the electrical conductor formed by the resistance element. The fact, that changes in volume only make up a negligible proportion, has the consequence that the pressure measuring device according to the invention with good reproducibility and less Hysteresis works. - Furthermore, the deformation takes place elastically d. H. with pressure relief the resistance element returns to its original configuration. That Resistance element thus takes on a double function in that it is a measuring element on the one hand and on the other hand causes an elastic return.
Leitfähiges Elastomer im Sinne der Erfindung ist jeder eLastisclle Stoff, wie Gummi, weichelastischer Kunststoff od. dgl., der durch geeignete Zusatze (Ru!3, Graphit, iletallstaub od. dgl.) eine mehr oder minder große elektrische Leitrihigkeit besitzt. Durch Abstimmung der elektrischen Leitfähigkeit unter Berücksichtigpng der Geometrie des Widerstandselementes läßt sich dessen Widerstand optimal an ein nachgeschaltetes Meßgerät anpassen.Conductive elastomer within the meaning of the invention is any elastic element Substance such as rubber, flexible plastic or the like. By suitable additives (Ru! 3, graphite, metallic dust or the like) a more or less large one has electrical conductivity. By adjusting the electrical conductivity taking into account the geometry of the resistance element, its resistance can be determined optimally adapt to a downstream measuring device.
In jedem Fall sind Abstützplatte und Druckaufnahmeplatte zugleich als Kontaktplatten für das Widerstandselement ausgebildet und geschaltet. Ausbildung als Kontaktplatte meint dabei, daß die ontatplatten zumindest an ihren dem Widerstandselement zugewandten Innenpiatten elektrisch leitiähig und im übrigen mit entsprechenden Zuleitungen versehen sind.In any case, the support plate and the pressure absorbing plate are at the same time designed and switched as contact plates for the resistance element. education as a contact plate means that the ontatplatten at least on their the resistance element facing inner plates electrically conductive and otherwise with corresponding Leads are provided.
Schaltung als Kontaktplatte bedeutet, daß eine externe Spannungsquelle über die Kontaktplatten an das Widerstandselement angeschlossen wird, und daß der unter der jeweiligen Druckeinwirkung fließende elektrische Strom durch ein in geeigneter Weise angeschlossenes Meßgerät gemessen wird.Circuit as a contact plate means that an external voltage source is connected via the contact plates to the resistance element, and that the Electric current flowing under the respective pressure through a suitable one Way connected measuring device is measured.
Der Ausgangswert des elektrischen Widerstandselements bestimmt sich - wie erläutert - durch Leitfähigkeit und Geometrie des Widerstandselements. Die Kennlinie der erfindungsgemäßen Druckmeßvorrichtung, d. h. die Beziehung zwischen relativer Widerstandsänderung einerseits und anliegendem Druck andererseits, läßt sich in weiten Grenzen durch die Abstimmung des Widerstandselements einstellen. Die Abstimmung bezieht sich dabei insbesondere auf die elastischen Eigensohaften des Elastomers und auf seine Abmessungen.The output value of the electrical resistance element is determined - as explained - by conductivity and geometry of the resistance element. the Characteristic curve of the pressure measuring device according to the invention, d. H. the relationship between relative change in resistance on the one hand and applied pressure on the other adjust within wide limits through the coordination of the resistance element. The coordination relates in particular to the elastic properties of the elastomer and its dimensions.
Grundsätzlich kann als Widerstandselement im Rahmen der Erfindung eine einfache Scheibe aus einem geeigneten Elastomer eingesetzt werden. Zu bevorzugen ist aber eine Ausführungsform, bei der das Widerstandselement ringförmig, beispielsweise als Rundschnurring, ausgeführt ist, weil dabei besonders gute Linearität erreicht wird und außerdem optimale Anpassungsmöglichkeiten an die unter physiologischen Bedingungen vorliegenden Drucke bestehen. In dieser Hinsicht ist besonders zu bevorzugen eine Ausführungsform, bei der das ringförmige Widerstandselement ovalen Querschnitt aufweist und die Richtung größter Querschnittsausdehnung senkrecht zu den Kontaktplatten liegt. Damit wird besonders günstiges Verformungsverhalten mit hoher Empfindlichkeit und großem linearen Meßbereich erzielt, Die Erfindung lehrt weiter als besonders vorteilhaft, daß die Abstützplatte einerseits und die Druckaufnahmeplatte ands rerseits mit dem Widerstandselement adhäsiv verbunden sind.In principle, it can be used as a resistance element within the scope of the invention a simple washer made from a suitable elastomer used will. However, an embodiment in which the resistance element ring-shaped, for example as an O-ring, is designed because it is special good linearity is achieved and also optimal adaptability to the exist under physiological conditions. In this regard is particularly preferred an embodiment in which the annular resistance element has an oval cross-section and the direction of greatest cross-sectional dimension is perpendicular to the contact plates. This results in particularly favorable deformation behavior achieved with high sensitivity and large linear measurement range, the invention further teaches as particularly advantageous that the support plate on the one hand and the Pressure receiving plate on the other hand are adhesively connected to the resistance element.
Das kann beispielsweise durch Vulkanisieren mit einem elektrisch leitenden Gummi oder durch Verkleben mit einem leitfähigen Klebstoff erfolgen. Das hat zur Folge, daß das Widerstandselement zusätzlich zu seinen bereits erläuterten Funktionen eine weitere Funktion übernimmt, nämlich gleichsam den Verbund der ganzen Druckmeßvorrichtung herstellt.This can be done, for example, by vulcanizing with an electrically conductive Rubber or by gluing with a conductive adhesive. That has to Consequence that the resistance element in addition to its functions already explained takes on another function, namely, as it were, the composite of the entire pressure measuring device manufactures.
Das schafft zunächst die Möglichkeit einer außerordentlich einfachen und damit kostengünstigen Herstellung. Außerdem ergibt sich damit die Möglichkeit, nicht nur Drucke, sondern auch Zugkräfte zu messen. Weiter läßt sich dabei ohne weiteres erreichen, daß der durch Abstütz- und Druckaufnahmeplatte sowie das ringförmige Widerstandselement umschlossene Hohlraum hermetisch abgedichtet ist und beispielsweise auch unter tlber- oder Unterdruck gesetzt werden kann, womit eine weitere Abstimmungs- und Anpassungsmöglichkeit an unterschiedlichen Meßaufgaben besteht.That initially creates the possibility of an extraordinarily simple one and thus cost-effective production. In addition, there is the possibility of to measure not only pressures but also tensile forces. You can continue without achieve further that the support and pressure-absorbing plate and the annular Resistance element enclosed cavity is hermetically sealed and for example even can be put under pressure or under pressure, with which a further options for coordination and adaptation to different measurement tasks consists.
Die Erfindung empfiehlt reiter die Kontaktplatten mit je einer ringformigen Sicke zu versehen. Das führt einerseits zu einer höheren Eigensteifigkeit der Kontaktplatten und bewirkt andererseits eine zuverlässige, eindeutige entrierung des Widerstandselements. Ferner besteht die Möglichkeit, zumindest eine derKontaktplatten mit einer zentralen Auswölbung zu versehen, die der anderen Kontaktpiattc zugewandt ist. Damit kann der Kompressionsweg begrenzet werden, so daß irreversible Deformationen des Widerstandselements durch Uberbelastlmg ausgeschlossen sind. Außerdem kann durch den bei Berührung eintretenden Kurzschluß zwischen den Kontaktplatten der ÜberMstungsfall elektrisch signalisiert werden.The invention recommends reiter the contact plates each with an annular one To provide bead. On the one hand, this leads to a higher inherent rigidity of the contact plates and on the other hand causes a reliable, unambiguous unlocking of the resistance element. It is also possible to have at least one of the contact plates with a central To provide bulge that is facing the other Kontaktpiattc. So that can the compression path can be limited, so that irreversible deformation of the resistance element are excluded by overloading. It can also be caused by the occurrence of contact Short circuit between the contact plates is signaled electrically in the event of an overthrow will.
Weiter sind die Abstützplatte und die Druckaufnahmeplatte für ihre Funktion als Kontaktplatten entsprechend auszubilden.Next are the support plate and the pressure receiving plate for their Train function as contact plates accordingly.
Sie können dazu vollständig aus elektrisch leitendem t;aterial, insbesondere aus einem geeigneten Metall bestehen. Die Korn.You can do this completely from electrically conductive material, in particular consist of a suitable metal. The grain.
taktplatten können aber auch aus Lsoliermaterial, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff hergestellt und an den dem Widerstandselement zugewandten Seiten mit je einem elektrischen leitenden Überzug versehen sein. Von besonderer Bedeutung ist jedenfalls die Tatsache, daß die erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtung sich aufgrund ihrer beschriebenen Eigenschaften vorzüglich für Messungen im Körperinneren eignet. In dieser Hinsicht empfiehlt die Erfindung weiter, daß die Druckmeßvorrichtung zumindest an ihrer Außenseite aus gewebeverträglichem Material besteht. Andererseits besteht die - insbesondere bei Ausführung der Kontaktplatten aus Metall - vorteilhafte Moglidhkeit, die Druckmeßvorrichtung insgesamt zu kapseln, beispielsweise in einen gewebeverträglichen Kunststoff einzuschweiBen. Die Zuleitungsdrähte für die Kontaktplatten sind dabei selbstverständlich herausgeführt und gegebenenfalls entsprechend isoliert.But tact plates can also be made of insulating material, for example a made of suitable plastic and facing the resistor element Each side should be provided with an electrically conductive coating. Of special In any case, the fact that the pressure measuring device according to the invention is significant Due to the properties described, they are ideal for measurements inside the body suitable. In this regard, the invention further recommends that the pressure measuring device, at least on its outside, made of tissue-compatible material consists. On the other hand, there is the - especially when designing the contact plates made of metal - advantageous possibility of encapsulating the pressure measuring device as a whole, for example, to be welded into a tissue-compatible plastic. The lead wires for the contact plates are of course brought out and if necessary insulated accordingly.
Weiter bietet die erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise die Möglichkeit, die Druckverteilung über ausgedehntere Bereiche zu ermitteln.Furthermore, the pressure measuring device according to the invention offers in particular advantageously the possibility of the pressure distribution over larger areas to investigate.
Dazu lehrt die Erfindung, daß eine Mehrzahl von Druckmeßvorrichtungen nebeneinander zwischen flexiblen Folien eingeklebt werden. Insbesondere kann es sich bei den Folien um übliche, selbstklebende Folien handeln.To this end, the invention teaches that a plurality of pressure measuring devices be glued next to each other between flexible foils. In particular, it can The films are conventional, self-adhesive films.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß eine Druckmeßvorrichtung geschaffen wird, die sich zur Messung von Drucken im physiologischen Bereich besonders gut eignet, nur geringe Hysterese aufweist und dabei ein ohne weiteres und mit geringem Aufwand auswertbares, weitgehend lineares und reproduzierbares elektrisches Signal abgibt. Zudem läßt die erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtung sich in einfacher Weise und mit äußerst geringern Aufwand herstellen.The advantages achieved by the invention consist essentially in that a pressure measuring device is provided which is useful for measuring pressures Particularly suitable in the physiological field, has only low hysteresis and a largely linear one that can be evaluated easily and with little effort and emits a reproducible electrical signal. In addition, the invention Pressure measuring device can be produced in a simple manner and with extremely little effort.
Eine Anpassung an unterschiedliche Meßaufgaben ist in einem weiten Bereich von zu messenden Drucken möglich. Dabei kann insbesonder der Bereich derjenigen Drucke abgedeckt werden, die unter physiologischen Bedingungen ilblicherweise auftreten, - beispielsweise können einerseits Pulsfrequenz bzw.An adaptation to different measuring tasks is in a wide range Range of prints to be measured possible. Here can especially the range of those prints that are covered under physiological conditions Usually occur - for example, on the one hand pulse frequency or
Pulsdruckkurve und andererseits Gebrauchsbelastungen von Prothesen gemessen werden. Die Anpassung erfolgt einerseits durch entsprechende Abstimmung der elastischen Eigenschaften, insbesondere der Shore-Härte und der elektrischen Leitfahigkeit des Elastomers. Andererseits ist eine Anpassung in weitem Maße durch Wahl einer entsprechenden Geometrie des Widerstandselementes möglich. So wird die erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtung für die Messung hoher Drucke zweckmäßigerweise einen hohen Innenraum von verhältnismäßig kleinem Durchmesser und für die Messung kleiner Drucke einen flachen Innenraum mit verhältnismäßig großem Durchmesser aufweisen. Außerdem können erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtungen je nach Anwendungsfall wasserdicht oder auch für die Implantation im Körpergewebe geeignet ausgeführt werden.Pulse pressure curve and on the other hand usage loads of prostheses be measured. The adjustment takes place on the one hand by appropriate coordination the elastic properties, especially the Shore hardness and the electrical properties Conductivity of the elastomer. On the other hand, an adjustment is to a large extent through Choice of a corresponding geometry of the resistance element is possible. This is how the pressure measuring device according to the invention for the measurement of high pressures expediently a high interior space of relatively small diameter and for measurement Small prints have a flat interior with a relatively large diameter. In addition, pressure measuring devices according to the invention can be watertight depending on the application or can also be designed to be suitable for implantation in body tissue.
Dabei besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die Druckmeßvorrichtung sich im Röntgenbild deutlich abzeichnet, zumindest wenn die Kontaktplatten aus Metall bestehen.Another advantage is that the pressure measuring device is clearly visible in the X-ray image, at least if the contact plates are made of metal exist.
Erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtungen eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen. Sie lassen sich einsetzen zum Messen des Anlagedruckes eines Amputationsstumpfs in Prothesenschäften, insbesondere im Bereich des Tubers, Stumpfendes oder auch zum Messen der Stumpfstreck-, Beuge-, An- und Abspreizkräfte während des Gehens, zur Messung der Druckverteilung an korrigierenden Pelotten, vor allem bei Rumpforthesen, oder auch bei korrigierenden Orthesen. Die beschriebene, aus mehreren Druckmeßvorrichtungen aufgebaute Meßanordnung eignet sich beispielsweise in Form einer Einlegesohle dazu, die Druckverteilung während des Gehens an der Fußsohle bei gesunden und bei Prothesen-Füßen außerordentlich genau zu messen. Es besteht damit die Möglichkeit, den Einfluß der Position von Prothesen-Paßteilen auf die Stand- und Gehstabilität von Amputierten und die notwendigen Gegenregulationen zu bestimmen.Pressure measuring devices according to the invention are suitable for a large number of purposes of applications. They can be used to measure the contact pressure of an amputation stump in prosthesis sockets, especially in the area of the tube, stump end or else for measuring residual limb extension, flexion, splay and splay forces while walking, for measuring the pressure distribution on corrective pads, especially for trunk orthoses, or with corrective orthoses. The described, from several pressure measuring devices built up Measuring arrangement is suitable, for example, in the form of a Insole to the pressure distribution during walking on the sole of the foot in healthy and to measure extremely precisely on prosthetic feet. There is thus the possibility of the influence of the position of prosthesis fitting parts on the standing and walking stability of amputees and to determine the necessary counter-regulations.
Bei entsprechender Auslegung des Meßbereichs eignen erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtungen sich weiter zur Messung von Pulsfrequenz und Puidruckkurve, von Blutdruck, Atemdruck, zur Druckmessung in der Markhöhle von Röhrenknochen oder in Muskeln zur Messung der Schwerkraftauswirkung usw..With an appropriate design of the measuring range according to the invention are suitable Pressure measuring devices are further used to measure pulse frequency and pressure curve, of blood pressure, respiratory pressure, for pressure measurement in the medullary cavity of long bones or in muscles to measure the effect of gravity, etc.
Weiter eignen erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtungen sich als Meßgeber im Rahmen von biotechnisohen Steuer- und Regelsystemen, beispielsweise für Belastungsrückmeldungen mit dem Ziel der Vermeidung von Überlastungen, in dem eine Druckmeßvorrichtung mit einem Summer oder einem anderen geeigneten Warngerät zusammengeschaltet wird. Ein derartiges System kann beispielsweise als vollständiges Gerät in Form von Einlegesohlen, Druckpelotten, Handstöcken usw. vorgesehen werden. Eine andere, besonders günstige Möglichkeit besteht darin, die Druckmeßvorrichtungen als Steuergeber für Elektro-Prothesen, -Orthesen und ähnlichen teohnischen Hilfen Onzusetzen, Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausrührungsbeispiele darstellenden Zeichnung weiter erläutert.Pressure measuring devices according to the invention are also suitable as measuring transducers within the framework of biotechnological control and regulation systems, for example for load feedback with the aim of avoiding overloads, in which a pressure measuring device with a buzzer or other suitable warning device. A Such a system can be used, for example, as a complete device in the form of insoles, Pressure pads, hand sticks, etc. are provided. Another, particularly cheap The possibility is to use the pressure measuring devices as control transmitters for electrical prostheses, -Ortheses and similar dental aids, the following is the invention further explained on the basis of a drawing which merely represents exemplary embodiments.
Es zeigen Fig. 1 eine Druckmeßvorrichtung im querschnitt Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 unter Druckeinwirkung, Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Druckmeßvorrichtung im Querschnitt, Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 unter Druckeinwirkung.Show it Fig. 1 shows a pressure measuring device in cross section FIG. 2 shows the object of FIG. 1 under the action of pressure, FIG. 3 shows another embodiment a pressure measuring device in cross section, Fig. 4 the subject of Fig. 3 below Pressure.
Die in den Figuren dargestellte Druckmeßvorrichtung besteht zunächst grundsätzlich aus einer Abstützplatte 1, einer Druckaufnahmeplatte 2 und einem zwischen diesen angeordrleten Widerstandselement ,. Das Wiederstandslement ) besteht aus einem elektrisch leitfähigen Elastomer, beispielsweise auf durch geeignete Zusätze leitfähig gemachtem Gummi. Zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses an das Widerstandselement 3 sind die Abstützplatte 1 und die Druckaufnahmeplatte 2 als Konta!tplatten 4 ausgebildet und entsprechend geschaltet, d. h. mittels angelöteter Zuleitungsdrähte 5 an eine (nicht dargestellte) Meßeinrichtung angeschlossen, die im wesentlichen aus einer Spannungsquelle und einem Strommeßgerät besteht und zur Messung von durch Druckbeaufschlagung verursachten Widerstandsänderungen des Widerstandselementes 3 eingerichtet ist.The pressure measuring device shown in the figures consists initially basically from a support plate 1, a pressure receiving plate 2 and one between this arranged resistance element,. The resistance element consists of an electrically conductive elastomer, for example through suitable additives made conductive rubber. To establish an electrical connection to the Resistance element 3 are the support plate 1 and the pressure receiving plate 2 as Contact plates 4 formed and switched accordingly, d. H. by means of soldered Lead wires 5 connected to a (not shown) measuring device which consists essentially of a voltage source and an ammeter and for Measurement of changes in resistance of the resistance element caused by the application of pressure 3 is set up.
Das Widerstandselement )? ist bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ringrörmig, nämlich als Rundschnurring (O-Ring), ausgeführt und mit den Kontaktplatten 4 adhäsiv verbunden, beispielsweise mittels eines elektrisch leitrahigen Klebers verklebt.The resistance element)? is in the illustrated embodiments ring-shaped, namely as a round cord ring (O-ring), and with the contact plates 4 adhesively connected, for example by means of an electrically conductive adhesive glued.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten AusfiUhrungsbeispiel weist das ringförmige Widerstandselement 3 in unbelastetem Zustand (Fig. 1) einen kreisförmigen Querschnitt auf. Unter Druckbelastung (Fig. 2) nimmt der Querschnitt des Widerstandselements 3in seiner Höhe ab und in seiner Breite zu. Das führt im Ergebnis zu einer Verringerung des eleictrischen Widerstandes, die vor allem auf einer Formänderung und nur in untergeordnetem Maße auf einer Volumenverringerung beruht. Die Abhängigkeit des Widerstandes von der Druckbelastung erweist sich dabei als weitgehend linear und zeigt gute Reproduzierbarkeit bei geringer ftysterese. Abmessungen und Materialeigenscharten (insbesondere elektrische Leitfähigkeit und Shore-Härte) des Widerstandselementes 3 variieren selbstverständlich entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall.In the AusfiUhrungsbeispiel shown in Figs. 1 and 2 has the annular resistance element 3 in the unloaded state (Fig. 1) is circular Cross-section on. Under pressure (Fig. 2) the cross section of the resistance element increases 3 in its height from and in its width to. As a result, this leads to a reduction of electrical resistance, which is mainly due to a change in shape and only in to a lesser extent is based on a reduction in volume. The dependence of the Resistance from the pressure load proves to be largely linear and shows good reproducibility with low ftysteresis. Dimensions and material properties (especially electrical conductivity and Shore hardness) of the resistance element 3 of course vary according to the respective application.
Die Kontaktplatten 4 bestehen bei dem AusfUhrungsbelsplel gemäß Fig. 1 und 2 aus einem isolierenden Kunststoff und sind an den dem Widerstandselement 3 zugewandten Innenseiten mit einem elektrisch leitenden Überzug 6 versehen, an den die Zuleitungsdrähte 5 angeschlossen sind. Die Ueberzüge 6 umfassen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen die ganze Innenseite der Kontaktplatten 4, es genügt aber auch, wenn sie entsprechend dem Widerstandselement 3 ringförmig ausgebildet sind. Im übrigen sind die Kontaktplatten 4 umrangseitigmit umlaufenden, einander zugewandten Kragen 7 verstehen, die das Widerstandselement 3 zentrieren und außerdem die Kontaktplatten 4 versteifen, und die in gegenseitiger Anlage eine weitere Kompression mit Uberbeanspruchung des Widerstandselements 3 verhüten. Die Zuleitungsdrähte 5 sind durch entsprechende Ausnetsungen 8 der Kragen hindurchgeführt.The contact plates 4 exist in the execution bracket according to FIG. 1 and 2 made of an insulating plastic and are attached to the resistor element 3 facing inner sides provided with an electrically conductive coating 6 on which the lead wires 5 are connected. The coatings 6 include in the illustrated embodiment essentially the entire inside of the contact plates 4, but it is also sufficient if they are ring-shaped in accordance with the resistance element 3 are trained. In addition, the contact plates 4 are circumferentially with circumferential, Understand collars 7 facing one another, which center the resistance element 3 and also stiffen the contact plates 4, and the one in mutual contact Prevent further compression with overstressing of the resistance element 3. the Lead wires 5 are by appropriate Ausnetsungen 8 of the Collar passed through.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 ist das Widerstandselement 3 gleichfalls ringförmig ausgeführt. Das Widerstandselement 5 weist hier in drucklosem Zustand (Fig.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the resistance element is 3 also made ring-shaped. The resistance element 5 is depressurized here State (Fig.
5) einen ovalen Querschnitt auf, dessen Richtung größter Querschnittsausdehnung sich senkrecht zu den Kontaktplatten erstreckt. Das führt zu einem besonders günstigen Verformungsverhalten mit hoher Empfindlichkeit und großem Meßbereich.5) has an oval cross-section, the direction of which is the greatest cross-sectional dimension extends perpendicular to the contact plates. That leads to a particularly favorable one Deformation behavior with high sensitivity and large measuring range.
Man erkennt anhand der Fig. 4 wie unter Druckbelastung der Quep schnitt des Widerstandselementes sich in eine angenäherte Kreisform und gegebenenfalls darüber hinaus elastisch verformt. Die Kontaktplatten 4 bestehen bei diesem Ausführungsbeispiel ganz aus Metall, beispielsweise aus einer entsprechend geprägten Blechscheibe und sind gleichfalls mit dem ringförmigen Widerstandselement 3 adhäsiv durch Kleben mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers verbunden sowie durch Zuleitungsdrähte 5 an eine (nicht dargestellte) Meßeinrichtung angeschlossen. Die Kontaktplatten 4 weisen hier je eine ringförmige Sicke auf, die zur Zentrierung des ringförmigen Widerstandselements 3 sowie zur Aussteifung der Kontaktplatten 4 dient. Außerdem ist an jeder der Kontaktplatten 4 eine zentrale Auswölbung lo vorgesehen, die der Jeweils anderen Kontaktplatte 4 zugewandt ist. Die Auswölbungen lo verhüten bei gegenseitigem Anschlag eine weitere Kompression mit Überbeanspruchung des Widerstandselements 3 und führen in diesem Fall zugleich zu einem Kurzschluß, der den Überlastungsfall elektrisch signalisiert.It can be seen from FIG. 4 how the Quep cut under pressure of the resistance element turns into an approximate circular shape and possibly above it also elastically deformed. The contact plates 4 exist in this embodiment made entirely of metal, for example from a correspondingly embossed sheet metal disc and are also adhesive to the annular resistance element 3 by gluing connected by means of an electrically conductive adhesive and lead wires 5 connected to a (not shown) measuring device. The contact plates 4 each have an annular bead here, which is used to center the annular Resistance element 3 as well as for stiffening the contact plates 4 is used. aside from that a central bulge lo is provided on each of the contact plates 4, which the Each other contact plate 4 faces. Avoid the bulges lo mutual stop a further compression with overstressing of the resistance element 3 and lead in this case at the same time to a short circuit, the overload case electrically signaled.
In den Figuren ist nicht dargestellt, daß eine Druckmeßvorrichtung, wenn sie im Körper implantiert werden soll, mit gewebeverträglichem Material gekapselt, beispielsweise zwischen Folien aus gewebeverträglichem Kunststoff eingeschweißt werden kann - sofern die Druckmeßvorrichtung nicht bereits selbst aus gewebeverträglichem Material besteht.In the figures it is not shown that a pressure measuring device, if it is to be implanted in the body, encapsulated with tissue-compatible material, for example, welded between foils made of fabric-compatible plastic can be - provided that the pressure measuring device is not already tissue-compatible Material.
Im Rahmen der Erfindung liegt eine Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Widerstandselement 3 als Faltenblag ausgeführt ist. Das ist eine Ausführungsform zur Messung besonders kleiner Kräfte bzw. Drücke. Die einzelnen Faltungen des Faltenbalgs legen sich bei Belastung mehr oder weniger aufeinander und schließen sich dadurch kurz.An embodiment which is characterized is within the scope of the invention is that the resistance element 3 is designed as a fold cover. This is an embodiment for measuring particularly small forces or pressures. The individual folds of the bellows more or less lie on top of each other when under stress and thereby close short.
Claims (11)
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| DE19772727221 DE2727221A1 (en) | 1977-06-16 | 1977-06-16 | Physiological pressure transducer using elastomeric resistance - has element sandwiched between base and load plates forming electrical contacts |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19772727221 Pending DE2727221A1 (en) | 1977-06-16 | 1977-06-16 | Physiological pressure transducer using elastomeric resistance - has element sandwiched between base and load plates forming electrical contacts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2727221A1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0119673A1 (en) * | 1983-01-03 | 1984-09-26 | Illinois Tool Works Inc. | Transducers |
| EP0200555A2 (en) * | 1985-05-01 | 1986-11-05 | John Bell | Training aid |
| EP0219631A2 (en) * | 1985-09-25 | 1987-04-29 | Robert Bosch Gmbh | Resistive-pressure sensor |
| WO1988008523A1 (en) * | 1987-04-27 | 1988-11-03 | Licencia Találmányokat Értékesito^" És Innovációs | Sensor for converting pressure and/or expansion into an electrical signal |
| DE3818190A1 (en) * | 1988-05-28 | 1989-12-07 | Bosch Gmbh Robert | SENSOR |
| DE3912280A1 (en) * | 1989-04-14 | 1990-10-18 | Bosch Gmbh Robert | METHOD FOR PRODUCING A SENSOR FOR DETERMINING PRESSURE FORCES |
| CN110411618A (en) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | A kind of point contact type flexibility dynamometer |
-
1977
- 1977-06-16 DE DE19772727221 patent/DE2727221A1/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0119673A1 (en) * | 1983-01-03 | 1984-09-26 | Illinois Tool Works Inc. | Transducers |
| EP0200555A2 (en) * | 1985-05-01 | 1986-11-05 | John Bell | Training aid |
| EP0200555A3 (en) * | 1985-05-01 | 1987-10-28 | John Bell | Training aid |
| EP0219631A2 (en) * | 1985-09-25 | 1987-04-29 | Robert Bosch Gmbh | Resistive-pressure sensor |
| EP0219631A3 (en) * | 1985-09-25 | 1989-07-12 | Robert Bosch Gmbh | Resistive-pressure sensor |
| WO1988008523A1 (en) * | 1987-04-27 | 1988-11-03 | Licencia Találmányokat Értékesito^" És Innovációs | Sensor for converting pressure and/or expansion into an electrical signal |
| DE3818190A1 (en) * | 1988-05-28 | 1989-12-07 | Bosch Gmbh Robert | SENSOR |
| DE3912280A1 (en) * | 1989-04-14 | 1990-10-18 | Bosch Gmbh Robert | METHOD FOR PRODUCING A SENSOR FOR DETERMINING PRESSURE FORCES |
| CN110411618A (en) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | A kind of point contact type flexibility dynamometer |
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| OHJ | Non-payment of the annual fee |