DE2937882A1

DE2937882A1 - Druckaufnehmer fuer rohrleitungen

Info

Publication number: DE2937882A1
Application number: DE19792937882
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Albert 7500 Karlsruhe Maringer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-19
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2937882B2; JPS5654330A

Description

Druckaufnehmer fUr Rohrleitungen
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der eßwertaufnehmer (Sensoren) und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung von Meßwertaufnehmern für Druckverläufe in Rohrleitungen, die von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt werden, anzuwenden. Spezielles Anwendungsgebiet sind Druckaufnehmer für Einspritzleitungen von Dieselmotoren.
Zur Überwachung, Regelung und Überprüfung von technischen Geräten und Anlagen, in denen Flüssigkeiten oder Gase transportiert werden, sind Meßwertaufnehmer erforderlich, mit denen der Flüssigkeits- oder Gasdruck in den entsprechenden Rohrleitungen 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 Einspritzleitung der Einspritzbeginn des Kraftstoffes in den Brennraum festgestellt werden.
Zur Ermittlung des Druckverlaufes in den Einspritzleitungen von Dieselmotoren ist ein aktiver Druckaufnehmer bekannt, der auf elastische Durchmesserveränderungen der Einspritzleitung anspricht. Hierzu ist ein piezokeramisches Bauelement radial an die Einspritzleitung angekoppelt (DE-OS 19 39 332).
Zur Ermittlung des Druckverlaufes in der Einspritzleitung eines Dieselmotors ist weiterhin ein passiver Druckaufnehmer bekannt, der aus einem die Rohrleitung symmetrisch 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 isolitienden Zwischenschicht einen Zylinderkondensator, oder in die beiden Hälften des aus zwei Halbschalen bestehenden Gehäuses ist Je ein induktiver Geber eingebettet, der aus Je einem mit einer Wicklung versehenen, einmal durchtrennten Kern aus Ferritmaterial besteht. Hierbei liegt die Durchtrennungsstelle des Kernes an der Isolierschicht zum Rohr (DE-OS 27 47 949).
Bei den bekannten aktiven und passiven Meßwertaufnehmern kann siEh dem erzeugten Meßsignal durch Vibrationen der Rohrleitung ein Störsignal überlagern; dies kann insbesondere bei kleinem Meßsignal zu einem Überdecken des Meßsignals durch das Störsignal führen. Damit bereitet es beispielsweise bei Dieselmotoren Schwierigkeiten, den Beginn und das Ende des Einspritzvorganges genau zu bestimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aktiven oder passiven Meßwertaufnehmer zur Erfassung des Druck- verlaufes in einer Rohrleitung, die von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt wird, konstruktiv so auszugestalten, daß Störsignale, die von Vibrationen der Rohrleitung herrühren, weitestgehend unterdrückt sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Meßwertaufnehmer aus, der aus einem die Rohrleitung symmetrisch umfassenden Gehäuse mit symmetrisch zur Rohrleitung angeordneten, an die Rohrleitung radial angekoppelten Sensorelementen besteht. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß drei Sensorelemente in Umfangsrichtung 0 der Rohrleitung gegeneinander um Je 120 ° versetzt angeordnet sind und daß die Signal ausgänge der Sensorelemente entweder elektrisch in Reihe geschaltet oder parallel an den Eingang eines Additionsverstärkers geschaltet sind.
Bei einem derart ausgebildeten eßwertaufnehmer liegt der Massenschwerpunkt des Meßwertaufnehmers in der Achse der Rohrleitung. Durch die radialsymmetrische Anordnung der drei Sensorelemente sowie durch deren elektrische Zuordnung wird dabei auf elektrischem Wege eine Kompensation der in den einzelnen Sensorelementen durch eine Relativbewegung des Massenschwerpurktes zur Achse der Rohrleitung bewirkten Störsignale herbeigeführt. Gleichzeitig wird durch eine Addition dreier Meßsignale die Amplitude des erwünschten Meßsignals verstärkt.
Bei der weiteren Ausgestaltung des neuen MeBwertaufnehmers kann man hinsichtlich der Zuordnung der Sensorelemente zum Gehäuse derart vorgehen, daß die Sensorelemente in einem aus zwei Halbschalen bestehenden Gehäuse angeordnet sind. Hierbei sind die beiden Halbschalen des Gehäuses zweckmäßig einerseits gelenkig miteinander verbunden und andererseits miteinander verspannbar. Dadurch wird ein leichtes An- und Abklemmen des Meßwertaufnehmers an die Jeweilige Rohrleitung gewährleistet. Bei der Ausgestaltung des Gehäuses kann es im übrigen von Vorteil sein, wenn die Sensorelemente mittels polschuhartiger, radial nach innen gerichteter Ausbuchtungen des Gehäuses an die Rohrleitung angepreßt werden. Hierbei empfiehlt es sich dann auch, das Gehäuse aus drei Gehäuseteilen aufzubauen, die im wesentlichen gleichartig ausgebildet und über in Umfangsrichtung der Rohrleitung wirkende Federelemente miteinander verbunden sind. Hierbei ist je ein Sensorelement einem Gehäuseteil zugeordnet. Die federnde Verbindung der Gehäuseteile untereinander ermöglicht dabei, den Meßwertaufnehmer für verschiedene Rohrdurchmesser einsetzen zu können.
Für den neuen Meßwertaufnehmer wird neben passiven Sensorelementen wie Feldplatte, Hallsonde, kapazitivem oder induktivem Aufnehmer bevorzugt ein aktives Sensorelement aus piezokeramischen Teilen eingesetzt. Bei einer elektrischen Reihenschaltung derartiger Sensorelemente ist darauf zu achten, daß die Sensorplättchen absolut identisch sind, d. h. aus der gleichen Grundplatte herausgeschnitten sind, damit eine Kompensation der Störsignale eintritt. Sieht man dagegen eine elektronische Summation der einzelnen Ausgangssignale durch eine Parallelschaltung der Sensorelemente am Eingang eines Additionsverstärkers vor, so können die Sensorplättchen unterschiedliche Eigenschaften haben und individuell durch Abgleich von Eingangswiderständen abgeglichen werden. Weiterhin bietet die elektronische Summation der Signale bei der konstruktiven Ausgestaltung des Meßwertaufnehmers Vorteile, da die Sensor- elemente einseitig geerdet sind. Demgegenüber müssen die Sensorelemente bei einer elektrischen Reihenschaltung beidseitig isoliert sein.
Ausführungsbeispiele des neuen Neßwertaufnehmers sind in den Figuren 1 bis 5 dargestellt.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Zuordnung von drei piezokeramischen Sensorelementen 2, 3 und 4 zur Einspritzleitung 1 eines Dieselmotors. Die Sensorelemente sind radialsymmetrisch am Umgang der Rohrleitung 1 angeordnet, d. h. sie haben gegeneinander einen Winkelabstand von Jeweils 120 °.
Fig. 2 zeigt eine mögliche elektrische Zuordnung der drei Sensorelemente, die bei Druck- oder Zugbeanspruchungen eine elektrische Spannung abheben. In Fig. 2 sind die drei Sensorelemente in Reihe geschaltet.
Fig. 3 zeigt eine elektrisch parallele Zuordnung der drei piezokeramischen Sensorelemente 2, 3 und 4. Hierbei ist vorgesehen, die Sensorelemente über abgleichbare Vorwiderstände 5, 6 und 7 an den Eingang eines Additionsverstärkers 8 zu schalten. Die Sensorelemente sind dabei einseitig geerdet.
Fig. 4 zeigt eine mögliche konstruktive Ausgestaltung des die Sensorelemente aufnehmenden und gegen die Rohrleitung 1 pressenden Gehäuses. Das Gehäuse besteht hierzu aus zwei Halbschalen 9 und 10, die über ein Scharnier 11 miteinander verbunden und mittels der federnden Spanneinrichtung 12 miteinander verspannt sind. Die Halbschalen 9 und 10 weisen radial nach innen ragende polschuhartige Ausbuchtungen 13, 14 und 15 auf, an deren Enden sich die Sensorelemente 2, 3 und 4 befinden.
Eine ähnliche Zuordnung der Sensorelemente 2, 3 und 4 ist bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Hierbei ist Jedoch das Gehäuse dreigeteilt, wobei die drei Teile 16, 17 und 18 im wesentlichen gleichartig, d. h. symmetrisch zu den Polschuhen 13, 14 und 15 ausgebildet sind. Die Gehäuseteile 16 und 17 sowie 17 und 18 sind über Federbügel 19 miteinander verbunden, während die Gehäuseteile 16 und 18 über den Spannbügel 12 miteinander verbunden sind. Die Anordnung gemäß Fg. 5 ermöglicht insbesondere, den Meßwertaufnehmer für unterschiedliche Durchmesser der Rohrleitung 1 zu verwenden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Sensorelemente 2, 3 und 4 elektrisch in Reihe geschaltet.
4 Ansprüche 5 Figuren

Claims

PatentansDrüche 1. Aktiver oder passiver Meßwertaufnebmer (Sensor) zur Erfassung des Druckverlaufes in einer Rohrleitung, die von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt wird, insbesondere in einer Einspritzleitung eines Dieselmotors, bestehend aus einem die Rohrleitung symmetrisch umfassenden Gehäuse mit symmetrisch zur Rohrleitung angeordneten, an die Rohrleitung radial angekoppelten Sensorelementen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß drei Sensorelemente (2,3,4) in Umfangsrichtung der Rohrleitung (1) gegeneinander um 120 ° versetzt angeordnet sind und daß die Signalausgänge der Sensorelemente entweder elektrisch in Reihe geschaltet (Fig. 2) oder parallel an den Eingang eines Additionsverstärkers (8) geschaltet sind (Fig. 3).
2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sensorelemente (2,3,4) in einem aus zwei Halbschalen (9,10) bestehenden Gehäuse angeordnet sind.
3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sensorelemente (2,3,4) je einem von drei im wesentlichen gleichartig ausgebildeten Gehäuseteilen (16,17,18) zugeordnet sind und daß die drei Gehäuseteile über in Umfangsrichtung der Rohrleitung wirkende Federelemente (12,19) miteinander verbunden sind.
4. Meßwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sensorelemente (2,3,4) aus piezokeramischen Teilen bestehen.