-
-
Passiver Druckaufnehmer für Rohrleitungen
-
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der passiven MeBwertaufnehmer (Sensoren)
und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung von Meßwertaufnehmern zur Erfassung
des Druckverlaufes in einer Rohrleitung, die von einem flüssigen oder gasförmigen
Medium durchströmt wird, anzuwenden. Spezielles Anwendungsgebiet sind Druckaufnehmer
für Brennstoffzuleitungen von Dieselmotoren.
-
Zur Uberwachung, Regelung und Uberprüfung von technischen Geräten
und Anlagen, in denen Flüssigkeiten oder Gase transportiert werden, sind Meßwertaufnehmer
erforderlich, mit denen der Flüssigkeitsdruck in den entsprechenden Rohrleitungen
erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Dabei können entweder der
Druck selbst oder vom Druck abhängige Vorgänge von Interesse sein. Beispielsweise
bei der Diagnose von Dieselbrennkraftmaschinen kann über den Druckverlauf in der
Brennstoffzuleitung der Einspritzbeginn des Kraftstoffes in den Brennraum festgestellt
werden.
-
Zur Ermittlung des Druckverlaufes in den Brennstoffzuleitungen von
Dieselmotoren ist ein aktiver Druckaufnehmer bekannt, der auf elastische Durchmesserveränderungen
der Brennstoffzuleitung anspricht. Der aktive Druckaufnehmer besteht aus einem piezoelektrischen
Bauelement, das radial an die Brennstoffzuleitung angekoppelt ist (DE-OS 19 39 332,
DE-OS 25 36 381).
-
Zur Ermittlung des Druckverlaufes in der Einspritzleitung eines Dieselmotors
ist weiterhin ein passiver Druckaufnehmer bekannt, der aus einem die Rohrleitung
umfassenden starren Gehäuse besteht, das über eine elastische, isolierende Zwischenschicht
an die Rohrleitung angekoppelt ist und wenigstens ein Sensorelement enthält oder
selbst Teil des Sensors ist. Hierzu bildet das Gehäuse entweder gemeinsam mit der
elektrisch leitenden Rohrleitung und der isolierenden Zwischenschicht einen Zylinderkondensator,
oder in das Gehäuse ist wenigstens ein induktiver Geber eingebettet, der aus Je
einem mit einer Wicklung versehenen, einmal durchtrennten Ringkern aus Ferritmaterial
besteht; die Durchtrennungsstelle des Ringkernes liegt an der Isolierschicht zum
Rohr (DE-OS 27 47 949).
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen passiven Neßwertaufnehmer
zu schaffen, bei dem zur Erfassung des Druckverlaufes in einer Rohrleitung, die
von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt wird, insbesondere zur Erfassung
des Druckverlaufes in der Brennstoffzuleitung eines Dieselmotors, ein analoges MeB-signal
auf magnetischem Wege erzeugt wird.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Meßwertaufnehmer
aus, der aus einem die magnetisierbare Rohrleitung umfassenden starren Gehäuse mit
wenigstens
einem Magneten besteht, der im Bereich seines Luftspaltes
über eine elastische, isolierende Zwischenschicht an die Rohrleitung angekoppelt
ist. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Polschuhe des Magneten radial zur
Rohrleitung angeordnet sind und daß zwischen dem einen Pol des Magneten und der
Rohrleitung ein auf magnetische Induktion reagierendes Sensorelement (Hallsonde
oder Feldplatte) angeordnet ist.
-
Bei einem derart ausgebildeten Meßwertaufnehmer fUhren Druckänderungen
in der Rohrleitung, die mIt Dickenänderungen des Rohres verbunden sind, zu einer
Änderung des mit der elastischen, isolierenden Zwischenschicht ausgefüllten Luftspaltes
zwischen den Pol schuhen des Magneten und der Rohrleitung und damit zu einer Anderung
der magnetischen Induktion. Die Änderung der magnetischen Induktion erzeugt in dem
zwischen dem einen Pol des Magneten und der Rohrleitung angeordneten Sensorelement
eine Änderung der Meßgröße, d. h. des ohmschen Widerstandes oder des Stromes.
-
Hinsichtlich der Wirksamkeit des neuen Meßwertaufnehmers ist - wie
es auch bei den bekannten Meßwertaufnehmern der Fall ist - wesentlich, daß das in
dem starren Gehäuse angeordnete Sensorelement einen konstanten Abstand zur Achse
der Rohrleitung aufweist. Dem muß die Spanneinrichtung, mit der das Gehäuse an der
Rohrleitung befestigt wird, Rechnung tragen.
-
Bei der weiteren konstruktiven Ausgestaltung des Meßwertaufnehmers
kann man einen U-förmigen Magneten verwenden, dessen Polschuhe in Achsrichtung der
Rohrleitung hintereinander angeordnet sind. In diesem Fall verlaufen die Feldlinien
außerhalb des Magneten in Längsrichtung des Rohres. Als elastische Zwischenschicht
bei der An-
kopplung des Magneten an die Rohrleitung, d. h. als
kompressibles Luftspaltmaterial wird zweckmäßig ein wärmebeständiger isolierender
Kunststoff verwendet. Geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Polyolefine auf
der Basis von fluoriertem Äthylen, beispielsweise Tetrafluoräthylen.
-
Anstelle einer axialen Anordnung des Sensors kann man auch eine konstruktive
Ausgestaltung vorsehen, bei der die Polschuhe des Magneten in Umfangsrichtung der
Rohrleitung hintereinander, also zirkular angeordnet sind.
-
Eine diametrale Anordnung der Pol schuhe gewährleistet dabei, daß
bei Rohrvibrationen (in Achsrichtung der Polschuhe) die Gesamtbreite des Luftspaltes
zwischen Magnet und Rohrleitung konstant bleibt; auf diese Weise lassen sich Störsignale
unterdrücken.
-
Sowohl die axiale als auch die zirkulare Anordnung ermöglichen es,
den Massenschwerpunkt des Meßwertaufnehmers in die Achse der Rohrleitung zu legen
und den Sensor symmetrisch zur Rohrleitung aufzubauen. Dadurch lassen sich Signal
störungen infolge von Eigenschwingungen des Meßwertaufnehmers unabhängig von der
Schwingungsrichtung unterdrücken. Hierzu ist es vorteilhaft, drei Sensoren, die
Jeweils aus einem Magneten mit zugeordnetem Sensorelement bestehen, in Umfangsrichtung
der Rohrleitung um Je 120 ° versetzt anzuordnen und die Sensorelemente elektrisch
in Reihe zu schalten. Die elektrische Reihenschaltung der Sensorelemente führt bei
einer Relativbewegung des Meßwertaufnehmers zur Rohrleitung zu einer Kompensation
des dadurch erzeugten Störsignals. Andererseits wird bei Druckschwankungen in der
Druckleitung durch die gleichphasige Erregung der drei Sensoren eine Addition der
einzelnen Signalspannungen herbeigeführt.
-
Ausführungsbeispiele des neuen Meßwertaufnehmers sind in den Figuren
1 bis 5 schematisch dargestellt.
-
Fig. 1 zeigt einen Sensor 3, der mittels einer nicht näher dargestellten
Spannvorrichtung, die im wesentlichen ein starres Gehäuse bildet, an die die Bohrung
2 aufweisende Einspritzleitung 1 eines Dieselmotors angekoppelt ist. Der Sensor
3 besteht aus einem Permanentmagneten mit den beiden Polen M und S, wobei der Pol
M als Pol schuh ausgebildet und radial zur Rohrleitung 1 angeordnet ist. Dem Pol
S ist der Polschuh 5 zugeordnet, der ebenfalls radial zur Rohrleitung 1 angeordnet
ist.
-
Die Ankopplung der Pol schuhe 4 und 5 an die Rohrleitung 1 erfolgt
über die isolierenden, elastischen Zwischenschichten 6 und 7. Zwischen dem Polschuh
5 und dem Pol S des Permanentmagneten ist die Hallsonde oder Feldplatte 8 mit den
Zuleitungen 9 und 10 angeordnet. Man kann das Sensorelement 8 aber auch zwischen
dem Polschuh 5 und der Rohrleitung 1, wie mit dem gestrichelt dargestellten Element
8' wiedergegeben, oder auch zwischen dem Pol N und der Rohrleitung 1 anordnen.
-
Die Rohrleitung 1 besteht aus einem magnetischen Material, so daß
die Feldlinien des Dauermagneten 3 über die Rohrleitung 1 geschlossen werden. Die
isolierenden elastischen Polster 6 und 7 stellen dabei den in seiner Spaltbreite
veränderbaren Luftspalt des Permanentmagneten dar.
-
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsforin, bei der drei Sensoren 3 zirkular
zur Rohrleitung 1 im Winkelabstand von Jeweils 120 ° angeordnet sind. Den Sensoren
3 ist ein Gehäuse 11 zugeordnet, das gleichzeitig als Spannvorrichtung ausgebildet
ist.
-
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die in Umfangsrichtung
der Rohrleitung 1 angeordneten Sensoren nicht axial zur Rohrleitung 1, sondern zirkular
zur Rohrleitung angeordnet sind. Hierzu ist der mit sechs glei imäßig am Umfang
verteilten, nach innen gerichteten Polschuhen 13 und 14 versehene magnetische Kern
12 vorgesehen, dessen Polschuhe abwechselnd als Nordpol und Südpol ausgebildet sind.
Jeweils ein Nordpol und ein Südpol sind diametral zueinander angeordnet. Die magnetische
Erregung erfolgt im vorliegenden Fall fremd über die Wicklungen 16 mit Hilfe des
magnetischen Flußerzeugers 15. Die Wicklungen 16 der Polschuhe 14 sind hierzu in
Reihe geschaltet. Die Ankopplung des magnetischen Kerns 12 an die Rohrleitung 1
erfolgt über die fastischen Polster 6 bzw. 7, wie es in den Figuren 4 und 5 in vergrößerter
Darstellung wiedergegeben ist. Die Sensorelemente 8' sind dabei Jeweils zwischen
den Polschuhen 13 und der isolierenden elastischen Zwischenschicht 6 angeordnet.
-
Gegebenenfalls kann Jedem Pol schuh eines Magneten ein Sensorelement
zugeordnet sein.
-
5 Ansprüche 5 Figuren