DE2831178A1 - Verfahren und einrichtung zur messung des statischen druckes von gasen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur messung des statischen druckes von gasen

Info

Publication number
DE2831178A1
DE2831178A1 DE19782831178 DE2831178A DE2831178A1 DE 2831178 A1 DE2831178 A1 DE 2831178A1 DE 19782831178 DE19782831178 DE 19782831178 DE 2831178 A DE2831178 A DE 2831178A DE 2831178 A1 DE2831178 A1 DE 2831178A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
vibrating body
gas
pressure
sound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19782831178
Other languages
English (en)
Other versions
DE2831178C2 (de
Inventor
Walter Nicolai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19782831178 priority Critical patent/DE2831178C2/de
Publication of DE2831178A1 publication Critical patent/DE2831178A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2831178C2 publication Critical patent/DE2831178C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0016Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a diaphragm
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

  • BEZEICHNUNG: Verfahren und Einrichtung zur Messung
  • des statischen Druckes von Gasen.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung des statischen Drucks von Gasen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei den zahlreichen bereits bekannten Einrichtungen dieser Gattung, wie z.B. Druckmessern für Vakuumkammern, Vakuum- bzw. Druck-Leckanzeigegeräte - um nur einige zu nennen - ist bisher allgemein die Verwendung rein mechanischer Druckmesser und Druckschalter üblich, bei denen der Drucksensor, insbesondere eine Membrane, meist große und relativ langsame, vom Druck gesteuerte Bewegungen ausführt. Diese Druckmesser haben - insbesondere wenn kleine Schalthysterese und hohe Funktionssicherheit verlangt werden - einen verhältnismäßig großen Raumbedarf, oder sie erfordern, besonders wenn die Drucksensoren kleine Abmessungen aber eine hohe Anzeige- und Ansprechgenauigkeit aufweisen sollen, einen entsprechend hohen Material-und Kostenaufwand. Fernmeßeinrichtungen erfordern in Verbindung mit ihm nsch einen zusätzlichen Aufwand.
  • Auch die bisher bekannten Wärmeleitungs-Druckmesser mit starr in der Meßkammer angeordnetem, elektrisch geheiztem Drucksensor (z.B. Draht oder Thermistor), darunter auch die Bimetall-Vakuummeter, sind bei geforderter hoher Anzeige- und Ansprechgenauigkeit sehr aufwendig.
  • In der DT-AS 1 473 411 ist eine Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes von Gasen beschrieben, bei der die Drehfrequenzänderung eines rotierenden Propellers oder eines ähnlichen, Turbulenz erzeugenden Rotationskörpers, der mittels eines Elektromotors antreibbar ist, als indirektes Maß für den statischen Gasdruck des umgebenden Mediums gemessen und angezeigt wird. Eine solche rotierende Vorrichtung ist für einen unbewachten Dauerbetrieb wenig geeignet, weil die Lagerungsprobleme der rotierenden Teile bei höheren Meßgenauigkeitsanforderungen besonders aufwendige Maßnahmen erfordern und weil Turbulenz erzeugende und messende Einrichtungen ebenfalls sehr aufwendig und in der Praxis dauerhaft schwer zu eichen sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckmeßverfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die mit weniger Aufwand verbunden ist, aber mindestens den gleichen Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit der Anzeige, des Ansprechens, Einstellbarkeit und Funktionssicherheit genügt und auch eine einfachere Fernanzeige der gemessenen Werte ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Mittel gelöst. Eine Einrichtung und Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung des Umstandes, daß durch das Zusammenwirken von Masse und Steifigkeit eines elastischen Schwingkörpers, der durch einen Schwingantrieb zu erzwungenen Schwingungen angeregt wird, Resonanzerscheinungen im Bereich der Eigenfrequenz des Schwingkörpers auftreten. Dabei überträgt der Schwingkörper als "Schallstrahler" Energie auf das umgebende Gasmedium, die sich in diesem als longitudinale Druckwelle fortpflanzt. Stimmen Erregerfrequenz bei konstanter Erregeramplitude und Eigenfrequenz des Schwingkörpers überein, so ist die höchste Schwingungsamplitude des Schwingkörpers zu erwarten. anders sich jedoch unter dem Einfluß der Kräfte des umgebenden Gasmediums (z.B. Dämpfung, Rückstellkräfte des elastischen Gaspolsters od. dgl.) die Eigenfrequenz des Schwingkörpers - beispielsweise durch änderung des Gasdrucks - bei konstanter Erregerfrequenz, so wird damit auch eine änderung der-Schwingungsamplitude des Schwingkörpers bewirkt. Mit dieser Amplitudenänderung (z.B. änderung der Schwinglänge bzw. -tiefe oder des Schwingwinkels) des Schwingkörpers tritt auch eine Verschiebung der meßbaren elektrischen Werte des Schwingantriebs, z.B. der an der Schwingspule eines elektrodynamischen Schwingantriebssystems wirksamen Impedanz, Gegen-E M K, Wechselspannung, Wechselstrom usw. ein.
  • Die Messung dieser Wertverschiebung elektrischer Größen bzw. der Amplitudenänderung des Schwingkörpers als indirektes Maß für den Druckzustand des Gasmediums kann sowohl mittels bekannter Meßvorrichtungen als auch mittels erfindungsgemäßer Meßvorrichtungen erfolgen.
  • Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen vereinfacht Fig. 1 eine mit einer Blattfelder (Stahl zunge) als Schwingkörper arbeitende Ausführungsform mit zwei Thermistoren in der Meßkammer einer Einrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine mit Druck oder Unterdruck arbeitende Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit einem elektrodynamischen Membran-Schallwandler als Schwingkörper und Schwingantrieb.
  • Fig. 3 einige Betriebsdiagramme einer Einrichtung gemäß Fig. 2.
  • Fig. 4 eine mit Druck oder Unterdruck arbeitende Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit einem Druckkammer-Membran-Schallwandler als Schwingkörper und Schwingantrieb sowie einer als Schallgeschwindigkeitstransformator ausgebildeten Anordnung zweier als Temperatursensoren dienender Thermistoren.
  • Fig. 5 eine Brückenschaltanordnung als Beispiel einer Meßvorrichtung mit schwingungs- bzw. schallgekühlten Thermistoren.
  • Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Schallwellenantrieb des Schwingkörpers.
  • In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 sind der Schwingantrieb (Schwingungserreger) 2 und der Schwingkörper 1 - in diesem Falle eine elastische Stahl zunge vorbestimmter Eigenfrequenz - innerhalb der Meßkammer 6 - ggf. über eine Rohr- oder Schlauchleitung - mit der Meßstelle M 1 des druckmäßig zu überwachenden Gasmediums. Ein Niederfrequenzgenerator 3 liefert die Erregerwechselspannung für den Schwingantrieb 2. Die Frequenz dieser Wechselspannung und die Eigenfrequenz des Schwingkörpers 1 sind so aufeinander abgestimmt, daß sich die im zu überwachenden Meßbereich abspielenden Gasdruckeinwirkungen auf den Schwingkörper 1 im Resonanzbereich oder in Resonanznähe ereignen.
  • Sobald die Erregerwechselspannung den Schwingantrieb 2 in Gang setzt, wird der Schwingkörper 1 zu erzwungenen Schwingungen angeregt. Die durch den Kräfteeinfluß des Gasmediums in der Meßkammer 6 verursachte Dämpfung und die damit verbundene Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingkörpers bestimmen dessen Schwingamplitude. Bei starker Dämpfung infolge hohen Gasdrucks wird eine kleinere Amplitude gemessen als bei kleiner Dämpfung, die eine höhere Schwingamplitude zeigt.
  • Die Schwingkörperausschlagamplituden bei Erregung des Schwingkörpers durch erzwungene Schwingungen sind ein indirektes Maß flir den Druckzustand in der Meßkammer 6 und können auf der in Druckwerten eichbaren Skala 7 abgelesen werden.
  • Eine einfache Methode zur Messung der Schwingamplitude des Schwingkörpers als indirektes Maß für den Gasdruck besteht in der Anordnung eines Thermistors 20 am Schwingkörper 1, und zwar vorzugsweise an einem Ort, an dem die größten Schwingamplituden und die besten Abkühlungsbedingungen durch den Schwingvorgang im Gasmedium zu erwarten sind. Wird der Schwingkörper zu erzwungenen Schwingungen angeregt, dann wird der in einem elektrischen Stromkreis angeordnete Thermistor mehr oder weniger durch die an ihm vorbeistreichenden Gasteilchen gekühlt, je nachdem wie groß die Dichte des Gasmediums bzw. dessen Druck - und damit verbunden - die Schwingamplitude des Schwingkörpers ist. Die unterschiedliche Kühlung des Thermistors durch den Gasstrom bewirkt eine Anderung seines elektrischen Widerstands. Dieser kann mit einem elektrischen Meßinstrument als indirektes Maß für den Druck des Gasmediums gemessen werden.
  • Um die Meßempfindlichkeit der vorstehend beschriebenen Anordnung zu erhöhen und auch Temperatureinflüsse weitestgehend zu kompensieren, können der in der Meßkammer 6 zusätzlich vorgesehene, ortsfeste Thermistor 19 und der Thermistor 20 in jeweils getrennten Stromzweigen einer Meßbrücke angeordnet werden. Die Verstimmung der Meßbrücke ist dann ein Maß der Abkühlungsrate des Thermistors 20 bei schwingendem Schwingkörper. Voraussetzung für die einwandfreie Arbeitsweise einer derartigen Anordnung ist eine möglichst genaue Obereinstimmung der elektrischen Kenndaten beider Thermistoren und die Anbringung des Thermistors 19 an einen Ort in der Meßkammer 6, der nicht im Bereich störender Gasturbulenzen liegt. Ein hierzu geeigneter Anbringungsort kann beispielsweise durch eine gasdurchlässige, jedoch turbulenzhemmende Abschirmung des Thermistors 19 geschaffen werden (z.B. mittels eines Sintermetallschirms). Die Meßbrückenanordnung Fig. 5 - auf die später noch einmal eingegangen wird - zeigt beispielsweise die Möglichkeit einer Brückenmeßschaltung bekannter Art mit P T C - Widerständen als Thermistoren. Eine derartige Schaltung kann auch mit N T C - Widerständen aufgebaut werden. Ersetzt man in der Brückenmeßanordnung Fig. 5 den Thermistor 22 durch den Thermistor 20 der Fig. 1 und den Thermistor 21 der Fig. 5 durch den Thermistor 19 der Fig. 1, so entspricht diese Anordnung der vorher beschriebenen Brückenmeßanordnung für die Thermistoren 19 und 20.
  • Die Widerstände 26 und 27 liegen jeweils in den Brückenzweigen der Thermistoren, wobei der Widerstand 26 zum Abgleich der Meßbrücke dient. Auf dem elektrischen Meßinstrument kann das Maß der Brückenverstimmung bei Anderung des Widerstands der Thermistoren abgelesen werden. Die Stromquelle 29 dient zur Stromversorgung der Brücke und ihrer Bauelemente.
  • Fig. 2 stellt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung unter Verwendung eines elektrodynamischen Schallschwingungswandlers (Lautsprecher) dar. Als Schwingkörper dient eine durch den Zentrierrand 15 federnd aufgehängte Membran 16, die durch die Membranabschlußplatte 17 gasdicht gegenüber der Atmosphäre bzw. dem umgebenden Medium abgeschlossen ist. Der zwischen der Membran 16 und der Membranabschlußplatte 17 gebildete vordere Druckkammerraum 24 ist über den Rohrstutzen 5 mit der Meßstelle M 1 des druckmäßig zu überwachenden Gasmediums verbunden.
  • Als Schwingantrieb der Membran 16 dient ein elektrodynamisches Schwingspulensystem, gebildet aus der mit der Membran fest verbundenen Schwingspule 13, dem Permanentmagneten lo - in diesem Falle ein Ringmagnet -, dem Magnetkern 9, der Magnetabschlußplatte 11 und der Ringpolplatte 12. Der zwischen der Membran und dem Schwingantrieb liegende hintere Druckkammerraum 23 ist in diesem Anwendungsbeispiel über (nicht eingezeichnete) Uffnungen mit der vorderen Druckkamner 24 verbunden, und der in die Kammer 23 einmündende Rohrstutzen 31 ist verschlossen. Die Druckkammern 23 und 24 dienen somit gemeinsam als Meßkammer, in der der Membranschwingkörper 16 schwingt. Die Schwingspule 13 ist über die elektrische Leitung 14 mit dem amplitudenstabilen Niederfrequenzgenerator 3 sowie mit dem Wechselspannungs-Meßinstrument 18, das in Druck- oder Vakuumwerten eichbar ist, verbunden. Wie bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 ist die Erregerwechselspannung des Niederfrequenzgenerators 3 derart auf die Ligenfrequenz des elektrodynamisch angetriebenen Membranschwingkörpers 16 abgestimmt, daß die im zu überwachenden Meßbereich sich abspielenden Gasdruckeinwirkungen (z.B. Dämpfung, rücktreibende Kräfte des Gaspolsters) auf den Membranschwingkörper im Resonanzbereich stattfinden. Auch in diesem Anwendungsbeispiel wird der Membranschwingkörper 16 zu erzwungenen Schwingungen angeregt, sobald die Erregerwechselspannung den elektrodynamischen Schwingantrieb in Gang setzt. Dabei bestimmen wiederum die durch den Kräfteeinfluß des Gasmediums in der gemeinsamen Meßkammer 23, 24 verursachte Dämpfung und die Veränderungstendenz der Eigenfrequenz die Schwingamplitude des Membranschwingkörpers 16.
  • Mit der gasdruckabhängigen änderung der Schwingamplitude des Membranschwingkörpers 16 verändert sich auch die Impedanz der Antriebsschwingspule. Die dadurch verursachte Verschiebung der elektrischen Werte der Antriebsschwingspule, beispielsweise des Spannungsabfalls an den Schwingspulenanschlüssen, kann mit Hilfe des Meßinstruments 18 als indirektes Maß für den Druckzustand in der Meßkammer 23, 24 gemessen werden.
  • Verschließt man die Verbindungsöffnungen zwischen den Druckkammern 23 und 24 und verbindet man den geöffneten Rohrstutzen 31 mit der Atmosphäre bzw. der Meßstelle M2 des gleichen Gasmediums, das an der Meßstelle M 1 überwacht wird, so kann man die zwischen den Meßstellen M 1 und M 2 bzw. der Meßstelle M 1 und der Atmosphäre bestehende Gasdruckdifferenz mit Hilfe des Meßinstruments 18 messen.
  • Fig. 3 zeigt als Beispiel der Zusammenhänge von Schwingspulenimpedanz und Gasdruck die änderung der Schwingspulenimpedanz als Funktion der Frequenz, gemessen als Spannungsabfall an den Schwingspulenanschlüssen einer Einrichtung gemäß Fig. 2 bei verschiedenen Gasdruckparametern. Die Kurven A, B, C, D, E sind unsymmetrische Glockenkurven. In ihnen ist bei kleiner (gasdruckabhängiger) Dämpfung bzw. rücktreibender Kräfte des Gaspolsters in der Meßkammer der die Eigenfrequenz des Membranschwingkörpers einschließlich der Antriebsschwingspule umgebende Frequenzbereich durch besonders große Amplituden ausgezeichnet. Ihre höchste Amplitude (gemessen als Spannungsabfall an den Schwingspulenanschlüssen) erreichen die einzelnen Kurven im Resonanzfall. Dabei ist (wie schon vorher erwähnt), deutlich zu beobachten, daß mit abnehmender Dämpfung infolge abnehmenden Gasdrucks eine Frequenzverschiebung in Richtung höherer Frequenzen stattfindet und umgekehrt. Da die Erregerwechselspannungsfrequenz des Niederfrequenzgenerators konstant ist, handelt es sich um eine gasdruckabhängige Veränderung der Eigenfrequenz des von Schwingkörper und Schwingkörperantrieb gebildeten Systems. Bei Messung des Spannungsabfalles an der Vorderflanke der Resonanzkurven unter unterschiedlichen Druckverhältnissen ergeben sich beispielsweise fallende Tendenzen bei steigendem Gasdruck und umgekehrt.
  • Bei Messung des Spannungsabfalles an der Rückflanke der Resonanzkurven unter unterschiedlichen Druckverhältnissen in der Meßkammer ergeben sich steigende Tendenzen bei sinkendem Gasdruck und umgekehrt.
  • Der Verlauf der Diagramme gemäß Fig. 3 legt es nahe, in einem solchen Anwendungsfall (Eigenfrequenz des Schwingkörpers ca. 350 Hz bei OmWS Druck) die Erregerfrequenz etwa zwischen 380 Hz bis 420 Hz zu wählen. Besonders vorteilhaft ist hier z.B. die Erregerfrequenz 400 Hz, da diese Frequenz leicht durch Frequenzvervielfachung aus dem Wechselstromnetz gewonnen werden kann. Bei anderen Eigenfrequenbereichen des Schwingkörpers sind entsprechend angepaßte Erregerfrequenzen erforderlich.
  • Fig. 4 zeigt eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem elektrodynamischen Membran-Schallschwingungswandler als Schallgeschwindigkeitstransformator und einem Thermistor als Gasströmungssensor. Bei dieser Ausgestaltung des Schallschwingungswandlers besteht keinerlei Verbindungsöffnung zwischen den beiden Kammern 23 und 24, vielmehr ist die Kammer 24 gegenüber der Kammer 23 durch die Membran 16 dicht verschlossen und nur über den Rohrstutzen 5 mit der Meßstelle M 1 des druckmäßig zu ü6erwachenden Gasmediums verbunden. Die Kammer 23 kann über den Rohrstutzen 30 oder eine sonstige Uffnung mit dem umgebenden Medium (z.B. der Atmosphäre) oder einer weiteren Meßstelle des Gasmediums in Verbindung stehen.
  • Die Kombination der Kammer 24 und dem Membranschwingkörper 16 mit der Uffnungsverengung des Rohrstutzens 5, die im Verlauf des Rohrstutzens auch exponentiell verlaufen kann, hat die Wirkung eines Schallgeschwindigkeitstransformators. Die Transformation erfolgt durch den Obergang der größeren Membranfläche 16 bzw. Kammerquerschnittsfläche in die viel kleinere Fläche der Uffnung des Rohrstutzens 5. Die Geschwindigkeit der durch den Schwingungsvorgang der Membran 16 angeregten Gasteilchen in der kleinen Flächenebene der Uffnung des Rohrstutzens 5 oder in der unmittelbar hinter dem Stutzen ist gegenüber den Gasteilchen in der größeren Flächenausdehnung der Membran 16 stark erhöht. Schallgeschwindigkeitstransformationen sind aus der Fachliteratur der Lautsprechertechnik bekannt und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden.
  • In dem Rohrstutzen 5 sowie in der Kammer 24 sind je ein Thermistor ähnlicher elektrischer Kenndaten angeordnet und zwar beispielsweise im Rohrstutzen 5 der PTC-Widerstand 22 und in der Kammer 24 - abgeschirmt von Gasturbulenzen in der Kammer - der PTC-Widerstand 21.
  • Beide Thermistoren sind Bauelemente der Brückenmeßschaltung Fig. 5; es können auch Paare von NTC-Widerständen sein, ohne das Meßprinzip zu verlassen.
  • Infolge der Schallenergieabstrahlung der Membran 16 und der damit verursachten Bewegung der Gasteilchen zunächst in der Meßkammer und anschließend im Rohrstutzen erfolgt in Abhängigkeit von der Höhe des Gasdrucks eine mehr oder weniger starke Abkühlung des Thermistors 22. Die Schallgeschwindigkeitstransformation erhöht die Abkühlungswirkung um ein Vielfaches. Die unterschiedliche Kühlung des Thermistors 22 durch die bewegten Gasteilchen bewirkt eine änderung seines Widerstandes. Der in der Meßkammer 24 plazierte - gegen Gasturbulenzen abgeschirmte - ortsfeste Thermistor 21 erbringt gemeinsam mit dem Thermistor 22 in der Brückenschaltung nach Fig. 5 oder einer ähnlichen Meßschaltung eine große Meßempfindlichkeit zur Ermittlung des Druckes von Gasen. Auch bei dieser Anordnung kann der Gasdruck unmittelbar auf dem Brückenmeßinstrument 25 bei entsprechender Druckbereichseichung abgelesen werden. Dabei ist es in vielen Fällen gleichgültig, ob die Stromquelle 29 eine Wechselstrom- oder Gleichstromquelle ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann der Schwingantrieb des Schwingkörpers auch mittels Schallwellen erfolgen. Fig. 6 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel. Der Niederfrequenzgenerator 39 liefert die Erregerwechselspannung für die Schwingspule 32 des elektrodynamischen Schallwandlers A über die Doppelleitung 42. Dadurch wird die Membran 36 in erzwungene Schwingungen versetzt, die sich wiederum als Schallwellen über das gasförmige Medium in der Meßkammer 38 fortpflanzen und die Membran 35 des elektrodynamischen Schallwandlers B zu erzwungenen Schwingungen anregen. In der mit der Membran 35 starr verbundenen Schwingspule, die in dem Magnetfeld des Schallwandlers B hin und her schwingt, wird dann eine elektrische Wechselspannung induziert, deren Wechsel frequenz der Frequenz der Schallwellen entspricht und deren Amplitude abhängig ist vom Druck des gasförmigen Mediums in der. Meßkammer 38. Die Meßkammer 38 ist durch den Stutzen 37 mit der Meßstelle M 1 des druckmäßig zu überwachenden Gasmediums verbunden. Die Schallwandler A und B bilden zusammen eine Baueinheit.
  • Die Größe der an der Schwingspule 33 gemessenen elektrischen Werte kann mit dem elektrischen Meßinstrument 34 als indirektes Maß für den Druckzustand in der Meßkammer 38 gemessen werden.
  • Die Druckdifferenz zweier Meßstellen eines Gasmediums kann auch mittels zweier gleichartiger erfindungsgemäßer Druckmeßeinrichtungen, die jeweils mit einer der Meßstellen verbunden sind, erfolgen.
  • Beispielsweise können die elektrischen Ausgangswerte beider Druckmeßeinrichtungen, z.B. die Impedanzwerte beider Schwingspulen, mit Hilfe differenzbildender Meßschaltungen wie Brückenschaltungen usw.
  • (Maxwell-Wien-Brücke, Hay-Brücke usw.) zur Anzeige der Druckdifferenz zwischen diesen Meßstellen verwendet werden.
  • Durch Anordnung zusätzlicher Thermistoren, Dioden oder sonstiger temperaturabhängiger Widerstände innerhalb der Meßkammern können Temperatureinflüsse auf den Meßvorgang kompensiert werden; beispielsweise können die Erregerfrequenz oder die Amplitude der Erregerwechselspannung des Niederfrequenzgenerators, bzw. beide Größen als bestimmende Größen für die Schwingamplitude des Schwingkörpers, (bzw. der Impedanz der Induktivitäten des Schwingantriebs) sinngemäß durch einen im Gasmedium angeordneten Thermistor (oder eine Diode) kompensatorisch verändert werden. Darüber hinaus sind aber auch andere bekannte Kompensationsschaltungen und Anordnungen zur Elimination von Temperatureinflüssen auf einen Meßvorgang anwendbar.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sowohl im Ober- als auch im Unterdruckbereich angewendet werden.
  • Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung kann grundsätzlich der elektrische Schwingantrieb ein elektrodynamischer, elektromagnetischer, elektrostatischer, piezoelektrischer oder magnetostriktiver Schwingungswandler oder auch ein nach anderen bekannten Verfahren arbeitender Schwingantrieb sein.
  • Auch können anstelle der vorstehend beschriebenen Flachmembranschwingkörpern im Falle der Verwendung von Membranschwingkörpern auch Konusmembranschwingkörper oder Membranschwingkörper anderer Formgebung verwendet werden.
  • Der zeitliche Verlauf der Erregerwechselspannung am Ausgang des Niederfrequenzgenerators kann rechteckig, sinusförmig, dreieckig, sägezahnförmig oder sonstwie gleichmäßig impulsförmig sein. Zusätzlich kann bei einer Einrichtung gemäß Fig. 1 ein Amplitudenmesser, der bei vorgegebener Schwingamplitude des Schwingkörpers ein Signal auslöst, z.B. ein induktiver Näherungsschalter, der auf das Magnetfeld der schwingenden Stahl zunge anspricht, oder eine Lichtschranke, die von dem Schwingkörper sinngemäß beeinflußt wird - um nur einige Beispiele zu nennen - vorgesehen sein.
  • Die Erfindung kann u.a. beispielsweise zum Bau von Barometern und Höhenmessern sowie gasdruckempfindlichen Einbruchssicherungen oder -alarmapparaten vorteilhaft angewendet werden.
  • Leerseite

Claims (10)

  1. P a t e n t an s p r ü c h e Verfahren zur Messung des statischen Druckes von Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Gas in Berührung stehender Schwingkörper mittels eines Schwingantriebes in erzwungene Schwingungen versetzt wird, deren Frequenz im Bereich oder in der Nachbarschaft der Eigenfrequenz des Schwingkörpers liegt, und daß die aufgrund einer änderung des Gasdruckes sich ergebende änderung der Schwingungsamplitude des Schwingkörpers entweder unmittelbar, z.B. durch Messung einer Länge, eines Winkels oder eines Piezodruckes, oder mittelbar durch Messung der Rückwirkung der Schwingungsamplitude auf eine veränderbare elektrische Größe des Schwingantriebes, wie z.B. Impedanz, Strom, Spannung, oder eine von der Schwingungsamplitude über das Gas beeinflußte physikalische Größe, wie z.B.
    Schalldruck oder Schallgeschwindigkeit, gemessen und als indirektes Maß für den statischen Gasdruck verwendet wird.
  2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper oder Teile desselben als Blattfeder (1), z.B. Stahl zunge, Kunststoff-Biegeschwinger usw. ausgebildet ist (sind).
  3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper oder Teile desselben als Membran (16, 35) ausgebildet ist (sind).
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper in einer geschlossenen Meßkammer (23, 24, 6, 38) angeordnet ist, welche mit dem zu messenden Gasmedium (Meßstelle) in Verbindung steht.
  5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkörper mit Schwingantrieb als elektroakustischer Schwingungswandler (z.B. elektrodynamischer, elektromagnetischer, elektrostatischer, piezoelektrischer, magnetostriktiver Schallwandler) ausgebildet ist.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Längen- bzw. Winkelamplitude der erzwungenen Schwingungen des Schwingkörpers (1) mittels eines an dessen beweglichen Teilen befestigten oder eines selbst als Schwingkörper ausgebildeten Thermistors (22) bzw. sonstigen temperaturabhängigen Widerstands (z.B. Diode) erfolgt, der in einer Widerstands-Meß-Schaltung, z.B. Brückenschaltung angeordnet ist.
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der elektrischen Größen der erzwungenen Schwingungen des Schwingkörpers mittels bekannter Meßvorrichtungen zur Messung der Impedanz (z.B. Widerstand, Spannungsabfall, Stromfluß) der induktiven und/oder kapazitiven Bauelemente (z.B.
    Schwingspule, Antriebskondensator) des Schwingantriebs erfolgt.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (24) in Verbindung mit der Durchlaßöffnung bzw. Durchlaßverengung eines an ihr vorgesehenen, zum Medium führenden Rohrstutzens (5) als Schallgeschwindigkeitstransformator ausgebildet ist.
  9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Größen der erzwungenen Schwingungen des Schwingkörpers durch Messung der Kühlungsrate eines Thermistors (22) oder eines sonstigen temperaturabhängigen Widerstands (z.B.
    Diode) erfolgt, der vor, in oder hinter der Durchlaßöffnung bzw.
    Durchlaßverengung des Rohrstutzens (5), vorzugsweise in der Nähe des Obergangs zwischen Meßkammer (24) und Rohrstutzen (5) angeordnet ist und der durch die schallbewegten Gasteilchen gekühlt wird.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingantrieb des Membranschwingkörpers (35) des elektrodynamischen Schallwandlers (B) mittels Schallwellen erfolgt, die von der Membran (36) des elektrodynamischen Schallwandlers (A) abgestrahlt werden, wobei die Messung des Membranschwingkörpers (35) mittels einer bekannten Meßvorrichtung (34) zur Messung der Impedanz (z.B. Widerstand, induzierte Spannung, induzierter Stromfluß) der Schwingspule (33) erfolgt.
DE19782831178 1978-07-15 1978-07-15 Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes von Gasen Expired DE2831178C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19782831178 DE2831178C2 (de) 1978-07-15 1978-07-15 Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes von Gasen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19782831178 DE2831178C2 (de) 1978-07-15 1978-07-15 Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes von Gasen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2831178A1 true DE2831178A1 (de) 1980-01-24
DE2831178C2 DE2831178C2 (de) 1983-06-09

Family

ID=6044482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19782831178 Expired DE2831178C2 (de) 1978-07-15 1978-07-15 Vorrichtung zur Messung des statischen Druckes von Gasen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2831178C2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2504265A1 (fr) * 1981-04-15 1982-10-22 Detaint Jacques Dispositif de mesure de la pression d'un gaz
DE3130363A1 (de) * 1981-07-31 1983-03-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Druckaufnehmer
DE4316067A1 (de) * 1993-05-13 1994-11-24 Dmt Gmbh Verfahren zur Messung der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes eines Fluids und zur Durchführung geeignete Vorrichtung
DE102013015218A1 (de) * 2013-09-13 2015-03-19 Hella Kgaa Hueck & Co. Gassensor und Kraftfahrzeug mit einem Gassensor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1183594A (en) * 1981-04-22 1985-03-05 Robert C. Jaklevic Absolute pressure sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3290922A (en) * 1964-01-22 1966-12-13 Techrand Corp Of America Pressure and vacuum determinator
DE1648548B1 (de) * 1966-03-17 1972-03-09 Kollsman Instr Corp Druckmessystem
DE1473411B2 (de) * 1964-07-15 1973-08-16 Deutsche Forschungs und Versuchsan stalt fur Luft und Raumfahrt e V , 5300 Bonn Vorrichtung zur bestimmung des statischen druckes und der druckdifferenz von gasen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3290922A (en) * 1964-01-22 1966-12-13 Techrand Corp Of America Pressure and vacuum determinator
DE1473411B2 (de) * 1964-07-15 1973-08-16 Deutsche Forschungs und Versuchsan stalt fur Luft und Raumfahrt e V , 5300 Bonn Vorrichtung zur bestimmung des statischen druckes und der druckdifferenz von gasen
DE1648548B1 (de) * 1966-03-17 1972-03-09 Kollsman Instr Corp Druckmessystem

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Messen Steuern Regeln, Heft 9, 1976, S. 321-324 *
Soviet Inventions Illustrated, 10.11.76, R1:P8,P9, 491853 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2504265A1 (fr) * 1981-04-15 1982-10-22 Detaint Jacques Dispositif de mesure de la pression d'un gaz
DE3130363A1 (de) * 1981-07-31 1983-03-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Druckaufnehmer
DE4316067A1 (de) * 1993-05-13 1994-11-24 Dmt Gmbh Verfahren zur Messung der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes eines Fluids und zur Durchführung geeignete Vorrichtung
DE102013015218A1 (de) * 2013-09-13 2015-03-19 Hella Kgaa Hueck & Co. Gassensor und Kraftfahrzeug mit einem Gassensor
US9372102B2 (en) 2013-09-13 2016-06-21 Hella Kgaa Hueck & Co. Gas sensor and motor vehicle with a gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
DE2831178C2 (de) 1983-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3311982C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Volumenbestimmung
EP2041529B1 (de) VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG EINER PROZESSGRÖßE EINES MEDIUMS
DE2553638C2 (de) Vorrichtung zur Messung von Massen
DE1773815C3 (de) Vorrichtung zur Feststellung des Erreichens eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter
DE2844143A1 (de) Vorrichtung zum messen der dichte einer fluessigkeit
DE2119802A1 (de) Densitometer und Durchflußmengen überwachungseinrichtung und zugehöriges Verfahren
DE3822910A1 (de) Auf der basis der coriolis-kraft arbeitender massestroemungsmesser
DE3119759A1 (de) Industrielle verfahrensregel- bzw. -messvorrichtung und verfahren zur erzeugung eines signals an einer zentralen steuerstation
EP3692342A1 (de) MEßWANDLER FÜR EIN VIBRONISCHES MEßSYSTEM SOWIE DAMIT GEBILDETES VIBRONISCHES MEßSYSTEM
DE102014106729A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Messgerätes und Messgerät
DE102015112055A1 (de) Vibronischer Sensor zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße
DE102015122542A1 (de) Feldgerät der Prozessmesstechnik
DE2749077C2 (de) Messfühler
DE1953791B2 (de) Gerät zum Messen der Dichte für flüssige und gasförmige Medien
DE2831178A1 (de) Verfahren und einrichtung zur messung des statischen druckes von gasen
DE102013100670A1 (de) Ultraschall-Durchflußmeßgerät mit Temperaturkompensation
DE102019116779B3 (de) Messvorrichtung für schwache, langsam veränderliche Magnetfelder, insbesondere für biomagnetische Felder
DE102010002608A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Prozessgröße
EP1985974A2 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Eigenschaft eines strömenden Mediums
EP2470880B1 (de) Sensoranordnung zur messung von eigenschaften von fluiden
DE102016125243A1 (de) Vibronischer Sensor mit Temperaturkompensation
DE102020130558A1 (de) Antrieb für einen Vibrationssensor, Vibrationssensor und Verwendung von Formgedächtnismaterialien als Antriebselement in Vibrationssensoren sowie Verfahren zum Antrieb eines Vibrationssensors
DE19605923C2 (de) Durchflußmesser
EP0423143B1 (de) Füllstandsanzeiger
DE19642699A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
D2 Grant after examination
8363 Opposition against the patent
8368 Opposition refused due to inadmissibility
8339 Ceased/non-payment of the annual fee