DE2842140A1 - MECHANICAL-ELECTRIC PRESSURE CONVERTER - Google Patents
MECHANICAL-ELECTRIC PRESSURE CONVERTERInfo
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Description
2842H0 3- 2842H0 3-
R. 5012
22.9.1978 Lr/SmR. 5012
9/22/1978 Lr / Sm
Mechanisch-elektrischer Druckwandler Stand der TechnikState-of-the-art mechanical-electrical pressure transducer
Die Erfindung betrifft einen mechanisch-elektrischen Wandler zur Messung von Drücken, insbesondere zur Messung des Saugrohrunterdruckes in einer Brennkraftmaschine, welcher zur Gattung des Hauptanspruchs gehört.The invention relates to a mechanical-electrical converter for measuring pressures, in particular for measuring the intake manifold vacuum in an internal combustion engine, which belongs to the genus of the main claim.
Bei den seither bekannten Druckwandler dieser Art, beispielsweise nach der DE-OS 16 73 938 ist ein Dauermagnet in einem Eisenkreis vorgesehen, in welchem das magnetfeldabhängige Halbleiter-Bauelement (Hall-Generator) und außerdem ein Luftspalt angeordnet ist, in welchen ein Regulierstück eintaucht, welches die Kraftlinien im Luftspalt beein-In the pressure transducer of this type known since then, for example according to DE-OS 16 73 938, a permanent magnet is used provided in an iron circuit in which the magnetic field-dependent semiconductor component (Hall generator) and also an air gap is arranged, in which a regulating piece is immersed, which affects the lines of force in the air gap
030D16/01Θ3030D16 / 01Θ3
2842U02842U0
R. 5012 Lr/SmR. 5012 Lr / Sm
flußt. Derartige Wandler erfordern jedoch eine sehr hohe Präzision bei der Herstellung und Einstellung und haben außerdem den Nachteil, daß sie beim Betrieb auf Kraftfahrzeugen nur mit erheblichem Aufwand gegen Verschmutzung geschützt werden können.flows. However, such converters require a very high one Precision in manufacture and adjustment and also have the disadvantage that they are used on motor vehicles can only be protected against contamination with considerable effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vor allem zur Messung des Ansaugluftdruckes in Brennkraftmaschinen geeigneten Druckwandler zu schaffen, welcher trotz einfachen, konstruktiven Aufbaus eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Druckwerte aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäße die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen. The invention is based on the object, above all, of measuring the intake air pressure in internal combustion engines To create suitable pressure transducers, which despite a simple, structural design, a high level of accuracy and Has reproducibility of the pressure values. To solve this problem, the invention are in the characterizing Part of the main claim specified measures provided.
Zweckmäßig können die Magnete in bekannter Weise aus einer Verbindung von Kobald mit Seltenenerden insbesondere aus Kobald und Samarium (CoSm) bestehen.The magnets can expediently in a known manner from a compound of cobalt with rare earths in particular consist of cobalt and samarium (CoSm).
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims in connection with the following Embodiments described, which are shown schematically in the drawing.
Der Druckwandler nach Fig. 1 ist zum Einbau in die Ansaugleitung eines nicht dargestellten Fahrzeugmotors bestimmt und erhält ein metallisches Gehäuse 1 mit einer zentralen Längsbohrung 2 und einem Schraubgewinde 3 zum Eindrehen des Druckwandlers in die Luftansaugleitung. Hierzu ist am unteren Endabschnitt des Gehäuses 1 ein Außensechskant 4 vorgesehen.The pressure transducer according to FIG. 1 is for installation in the intake line a vehicle engine, not shown, is determined and given a metallic housing 1 with a central Longitudinal bore 2 and a screw thread 3 for screwing the pressure transducer into the air intake line. This is an external hexagon 4 is provided on the lower end portion of the housing 1.
../3 030015/0193../3 030015/0193
2842U0 7&- 2842U0 7 & -
R. 5012 Lr/SmR. 5012 Lr / Sm
Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich eine an ihrem Rand eingespannte Wellmembran 5. Diese trägt an ihrer von einer stirnseitigen, zentralen Einlaßbohrung 6 abgekehrten Unterseite einen niedrigen, zylindrischen Dauermagnet 7, der aus einer Kobald-Seltene-Erde-Verbindung hergestellt ist und sich beim Auftreten wechselnder, auf die Membran 5 wirkender Drucke in Richtung der LängsachseIn the interior of the housing 1 there is a corrugated membrane 5 clamped at its edge a low, cylindrical permanent magnet facing away from an end face, central inlet bore 6 underside 7, which comes from a cobalt-rare earth compound is established and when alternating pressures acting on the membrane 5 occur in the direction of the longitudinal axis
8 des Druckwandlers bewegt. Diesem oberen Dauermagneten steht mit geringem axialen Abstand ein ebenfalls in der Längsachse 8 angeordneter, zweiter Dauermagnet 9 gegenüber, welcher ebenso wie der Magnet 7 aus CoSm hergestellt ist. Beide Magnete 7 und 9 sind derart längsmagnetisiert, daß ihre einander gegenüberstehenden Stirnflächen gleiche Polarität aufweisen.8 of the pressure transducer moves. This upper permanent magnet is also in the with a small axial distance Longitudinal axis 8 arranged, second permanent magnet 9 opposite, which, like the magnet 7, is made of CoSm is. Both magnets 7 and 9 are longitudinally magnetized in such a way that their opposite end faces have the same polarity.
Etwa in der Mitte zwischen beiden Magneten ist ein Hallelement 10 vorgesehen, das bei einer bevorzugten Ausführungsform Teil eines monolithischen, integrierten Halbleiterschaltkreises (IC) ausgebildet ist, welcher zusätzlich zum Hall-Element eine Konstantstromquelle, einen Verstärker und eine Temperaturkompensation enthält. Der integrierte Schaltkreis liefert eine Ausgangsspannung, welche zu der am Ort des Hall-Elementes herrschenden magnetischen Induktion proportional ist und einer bei 11 angedeuteten Auswerteschaltung 11 zugeführt wird. Diese ermöglicht den Abgleich und erlaubt es,den Nullpunkt und die Steigung so einzustellen, daß bei der Axialbewegung des oberen Dauermagneten ein bestimmter linearer Kennlinienbereich durchfahren wird. Die Auswerteschaltung 11 kann als Hybrid-Schaltung ausgebildet sein und ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einer gummielastischen Dämpfungsmasse 12 zum Schutz gegen Schwingungseinflüsse gelagert. Der untere, zur Kompensation dienende DauermagnetA Hall element 10 is provided approximately in the middle between the two magnets, which in a preferred embodiment Part of a monolithic, integrated semiconductor circuit (IC) is formed, which in addition to the Hall element contains a constant current source, an amplifier and a temperature compensation. Of the integrated circuit provides an output voltage, which is proportional to the magnetic induction prevailing at the location of the Hall element and one at 11 indicated evaluation circuit 11 is supplied. This enables the adjustment and allows the zero point and adjust the slope in such a way that a certain linear range of the characteristic curve occurs during the axial movement of the upper permanent magnet is driven through. The evaluation circuit 11 can be designed as a hybrid circuit and is at illustrated embodiment in a rubber-elastic damping mass 12 for protection against the effects of vibrations stored. The lower permanent magnet used for compensation
9 sitzt am freien Ende einer Stellschraube 13, die es ermöglicht den Magneten 9 axial zu justieren und die NuIl-9 sits at the free end of an adjusting screw 13, which allows the magnet 9 to be axially adjusted and the NuIl-
030015/0193 /4 030015/0193 / 4
2842U02842U0
- / - R. 5012- / - R. 5012
Lr /SmLr / Sm
induktion einzustellen. Hierdurch ist es ohne weiteres möglich, bei einer maximalen Auslenkung von ca 0,5 nun des oberen Dauermagneten 7 einen annähernd linearen Zusammenhang zwischen dem auf die Membran 5 wirkenden Druck und der Ausgangsspannung zu erreichen. An der Unterseite des Gehäuses sind drei elektrische Anschlußkontakte vorgesehen, von denen nur die beiden Anschlußkontakte Ik und 15 dargestellt sind.adjust induction. This makes it possible to achieve an approximately linear relationship between the pressure acting on the membrane 5 and the output voltage with a maximum deflection of approximately 0.5 of the upper permanent magnet 7. On the underside of the housing three electrical connection contacts are provided, of which only the two connection contacts Ik and 15 are shown.
Der besondere Vorteil des dargestellten Druckgebers liegt im folgenden:The particular advantage of the pressure transducer shown is as follows:
1. Die Stelle der magnetischen Induktion B=O liegt in der Mitte zwischen den beiden Magneten 7 und 9·1. The point of magnetic induction B = O is in the middle between the two magnets 7 and 9 ·
2. Die Induktion B=O ist leicht mechanisch justierbar durch Verschieben des Kompensationsmagneten S3 insbesondere, wenn die Schraube 13 mit einem Peingewinde versehen ist.2. The induction B = O can easily be adjusted mechanically by moving the compensation magnet S 3, in particular if the screw 13 is provided with a peen thread.
3. Die Aussteuerung kann von B=O ausgehen, was dazu führt, daß man sich im gut linearen Bereich des Hall-IC befindet,3. The modulation can start from B = O, which means that you are in the well-linear area of the Hall IC,
4. Die Erkennung von Über- oder Unterdruck ergibt sich in einfacher Weise aus B>0 oder B<0.4. The detection of overpressure or underpressure results in simply from B> 0 or B <0.
5. Bei Auslenkung im Bereiche der Nullinduktion ergibt sich eine sehr gute Linearität der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Induktion.5. If the deflection is in the range of zero induction, the output voltage is very linear as a function of the output from induction.
6. Da keine Grundinduktion vorhanden ist (Offset), ist eine hohe Verstärkung möglich und demzufolge eine höhere Genauigkeit.6. Since there is no basic induction (offset), one is high gain possible and consequently higher accuracy.
7. Durch Befestigung des ersten Magneten an der Membran ist keine mechanische Führung für den Magneten erforderlich. 7. By attaching the first magnet to the membrane, no mechanical guidance is required for the magnet.
In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckwandlers dargestellt, wobei gleiche oder gleichwirkende Teile mit den gleichen BezugszeichenIn Fig. 2 is another embodiment of one according to the invention Pressure transducer shown, with the same or equivalent parts having the same reference numerals
030015/Ό193 /c-030015 / Ό193 / c -
* ~ R· 5012 * ~ R 5012
Lr/SmLr / Sm
wie in Pig. 1 versehen sind. Abweichend von Pig. 1 ist hier statt einer Membran eine Druckdose 17 verwendet, an deren Unterseite der obere Magnet 7 befestigt ist. Die übrigen Bauteile des zweiten Ausführungsbeispieles stimmen mit denjenigen nach Pig. 1 überein.like in Pig. 1 are provided. Different from Pig. 1 is Here, instead of a membrane, a pressure cell 17 is used, on the underside of which the upper magnet 7 is attached. the the other components of the second exemplary embodiment agree with those according to Pig. 1 match.
Beim Ausführungsbeispiel nach Pig. 3 ist ebenfalls eine Druckdose 17 verwendet. An der Unterseite der Druckdose 17 ist ein Haltestift 18 befestigt, an welchem der Hall-IC 10 sitzt und bei wechselndem Druck P in Richtung der Pfeile 19 nach oben oder unten bewegt wird. Der obere Dauermagnet 7 ist ebenso wie der untere Dauermagnet 9 ortsfest bzw. raumfest angeordnet und enthält eine zentrale Durchgangsbohrung 20 für den Haltestift 18.In the Pig. 3, a pressure cell 17 is also used. At the bottom of the pressurized can 17, a retaining pin 18 is attached to which the Hall IC 10 sits and with changing pressure P in the direction of Arrows 19 is moved up or down. The upper permanent magnet 7 is just like the lower permanent magnet 9 Arranged in a stationary or spatially fixed manner and contains a central through-hole 20 for the retaining pin 18.
Pig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckgebers mit einer Membran 5} welche im Gegensatz zu Pig. 1 an ihrer Unterseite den Hall-IC 10 trägt. Der obere Dauermagnet 7 ist oberhalb der Membran 5j der untere Magnet 9 unterhalb der Membran 5 im gleichen axialen Abstand von dem Hall-IC 10 angeordnet wie der obere Dauermagnet 7· Ebenso wie in den seither beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dieser IC mit flexiblen Anschlußleitungen 21 verbunden, welche zu einer in den Fig. 1 und 2 bei 11 angedeuteten Auswerteschaltung führen.Pig. 4 shows another embodiment of a pressure transmitter according to the invention with a membrane 5 } which, in contrast to Pig. 1 carries the Hall IC 10 on its underside. The upper permanent magnet 7 is arranged above the membrane 5j, the lower magnet 9 below the membrane 5 at the same axial distance from the Hall IC 10 as the upper permanent magnet 7. As in the exemplary embodiments described since, this IC is connected to flexible connection lines 21, which lead to an evaluation circuit indicated at 11 in FIGS. 1 and 2.
Beim Ausführungsbeispiel nach Pig. 5 sind die beiden Dauermagnete 7 und 9 zusammen mit dem Hall-IC 10 gleichachsig zueinander auf einer quer zur Längsachse 8 verlaufenden Querachse 23 raumfest angeordnet. Zur druckabhängigen Beeinflussung der am Ort des Hall-IC 10 wirkenden magnetischen Induktion ist an der Unterseite der Druckdose ein weichmagnetisches, keilförmiges Leitstück 24 vorgesehen, welches mehr oder weniger tief in den Zwischenraum zwischen den linken Dauermagneten 7 und dem Hall-IC 10 hineinragt und sich in Richtung der Pfeile 25 parallelIn the Pig. 5, the two permanent magnets 7 and 9 are coaxial with the Hall IC 10 to each other on a transverse axis 23 extending transversely to the longitudinal axis 8 in a spatially fixed manner. For pressure-dependent The influence of the magnetic induction acting at the location of the Hall IC 10 is on the underside of the pressure cell a soft magnetic, wedge-shaped guide piece 24 is provided, which more or less deeply into the space between the left permanent magnet 7 and the Hall IC 10 protrudes and is parallel in the direction of arrows 25
030016/0193030016/0193
28A2U028A2U0
- / - R. 5012 - / - R. 5012
Lr/SmLr / Sm
zur Längsachse 8 des Druckwandlers 8 bewegt, wenn der zu messende Druck sich ändert.moved to the longitudinal axis 8 of the pressure transducer 8 when the pressure to be measured changes.
Für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 bis 5 gelten die gleichen, im Zusammenhang mit Fig. 1 genannten Vorteile. For the embodiments according to FIGS. 2 to 5 apply the same advantages mentioned in connection with FIG.
Die Ausführungsbeispiele nach Figur 3 und Figur U weisen infolge der Tatsache, daß sich nur das Hallelement auf einer Membrane oder Membrandose bewegt, eine besonders gute Linearität der Ausgangsspannung als Funktion des Druckes auf.As a result of the fact that only the Hall element moves on a diaphragm or diaphragm box, the exemplary embodiments according to FIG. 3 and FIG. U have a particularly good linearity of the output voltage as a function of the pressure.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Dort ist ebenso wie in Figur 3 und Figur 5 eine Druckdose 17 vorgesehen, welche an einem mit einer Längsbohrung 25 versehenen Gewindezapfen 26 sitzt, welcher in den Boden 27 des Gehäuses 1 zur Justierung der Druckdose 17 mehr oder weniger tief eingedreht und in der Justierstellung durch eine Gegenmutter 28 fixiert werden kann. An der Innenseite der mit dem Gewindezapfen verbundenen Membran der Druckdose 17 ist der erste CoSm-Magnet 7 ortsfestThe exemplary embodiment according to FIG. 6 represents a preferred embodiment of the arrangement according to the invention there, as in Figure 3 and Figure 5, a pressure cell 17 is provided, which on a with a longitudinal bore 25 provided threaded pin 26 sits, which in the bottom 27 of the housing 1 to Adjustment of the pressure cell 17 screwed in more or less deeply and in the adjustment position by a Lock nut 28 can be fixed. On the inside of the membrane connected to the threaded pin of the Pressurized cell 17 is the first CoSm magnet 7 stationary
angeordnet. Diesem steht mit gleichnamigem, stirnseitigem Pol der zweite CoSm-Magnet 9 gegenüber, welcher auf einem in Richtung der Achse 8 des Gehäuses verstellbaren Gewindezapfen 29 sitzt, welcher in eine Querwand 30 eingedreht ist. Zwischen den beiden Magneten 7 und 9 ist das Hall-Element 10 angeordnet und im Zentrum der Druckdose 17 an deren von dem Magneten 7 abgekehrten Membran befestigt. In Verlängerung der •Achse 8 ist ein integrierter Schaltkreis 11 zur Auswertung der vom Hall-Element 10 gelieferten Spannung vorgesehen und mittels einer Dämpfungsmasse 12 befestigt.arranged. Opposite this is the second CoSm magnet 9 with the same name on the end face, which sits on an adjustable in the direction of the axis 8 of the housing threaded pin 29, which in a Transverse wall 30 is screwed in. Between the two magnets 7 and 9, the Hall element 10 is arranged and in the Center of the pressure cell 17 attached to the membrane facing away from the magnet 7. In extension of the • Axis 8 is an integrated circuit 11 for evaluating the voltage supplied by Hall element 10 and attached by means of a damping mass 12.
030016/0193030016/0193
..Il..Il
-/- R. 5012 - / - R. 5012
Lr/SmLr / Sm
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 bietet folgende Vorteile:The exemplary embodiment according to FIG. 6 offers the following advantages:
1. Sehr gute Linearität, da das Hall-Element 10 bewegt wird und die beiden Magnete 7 und 9 raumfest angeordnet sind,1. Very good linearity, since the Hall element 10 is moved and the two magnets 7 and 9 are fixed in space are,
2. die Verwendung einer Membrandose ist hinsichtlich Linearität und Genauigkeit günstiger als eine Einzelmembran; 2. the use of a diaphragm box is more favorable in terms of linearity and accuracy than a single diaphragm;
3· sehr einfache Herstellung.3 · very easy to manufacture.
Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 2, 3» 5 und mit einer Wellmembrandose 17 können selbstverständlich anstelle des in diesen Figuren vorgesehenen Differenzdrucks auch Absolutdruck messen, wenn die Dose 17 verschlossen wird.The embodiments according to Figures 2, 3 »5 and with a corrugated membrane can 17 can of course instead of the differential pressure provided in these figures also measure the absolute pressure when the can 17 is closed.
030015/0193030015/0193
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