DE2954227C2

DE2954227C2 - Drucksensor mit angeschlossenem Oszillator

Info

Publication number: DE2954227C2
Application number: DE2954227A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Yamatokoriyama Nara Miyamae
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-01-11
Filing date: 1979-01-09
Publication date: 1987-01-22
Also published as: DE2900628C2; US4206655A; JPS5495279A; DE2900628A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Drucksensor der genannten Art wird insbesondere in Blutdruckmeßgeräten mit digitaler Anzeigeeinrichtung verwendet. Bei der Umwandlung einer druckbedingten, durch ein Element des druckabhängigen Wandlers ausgeführten Bewegung in ein durch den angeschlossenen Oszillator abgegebenes elektrisches Signal werden in an sich bekannter Weise elektrische Kennwerte, z. B. die Induktivität, eines frequenzbestimmenden Bestandteils des Oszillators verändert (siehe z. B. Sov. Inv. III. SU-R1, p2, Week 33). Es hat sich gezeigt, daß unabhängig von Schwankungen des abgetasteten Drucks die Frequenz des Ausgangssignals Änderungen unterworfen ist, die auf Änderungen der Umgebungstemperatur zurückzuführen sind. Diese äußere Beeinflussung ist unerwünscht; sie verhindert eine genaue Blutdruckmessung.
Im Zusammenhang mit rein mechanischen Meßeinrichtungen, nämlich Uhren, ist es schon bekannt, temperaturbedingte Einflüsse auf das Meßelement, d. h. das Pendel, so zu kompensieren, daß trotz thermisch bedingter Längenänderungen die Gesamtlänge des Pendels unverändert bleibt. So ist beispielsweise bei einem sogenannten Rostpendel, das rostähnlich aus Eisenstäben und mit diesen verbundenen Zinkstangen aufgebaut ist, die Pendellinse derart aufgehängt, daß sie durch die thermisch bedingte Längenänderung der Eisenstäbe nach unten und durch die entsprechende Ausdehnung der Zinkstangen im gleichen Ausmaß nach oben bewegt wird, so daß die Gesamtlänge des Pendels von Temperatureinflüssen unabhängig ist (siehe Bergman- Schaefer "Experimentalphysik I", 7. Aufl., Walter de Gruyter & Co., Berlin 1965, Seite 458).
Aus der US-PS 35 43 585 ist es bereits bekannt, auch bei Druckmeßgeräten thermische Längenänderungen zu kompensieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Temperatureinflüsse durch baulich einfache Mittel ausgeschlossen sind.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläutert.
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel eines Drucksensors besitzt einen von einem abzutastenden Druck P abhängigen Faltenbalg 4, der mit einem Ende an einem aufragenden Stützabschnitt 2 einer Tragplatte 1 befestigt und mit seinem gegenüberliegenden Ende mit einem Kern 5 verbunden ist, welcher verschiebbar in einen Spulenkörper 6 eintaucht, der mit seinem gegenüberliegenden Ende an einem zweiten aufragenden Stützabschnitt 3 der Tragplatte 1 befestigt ist. Um den Spulenkörper 6 ist ein Spulenwickel 7 herumgelegt.
Der Spulenwickel 7 steht in elektrischer Verbindung mit einem Oszillator 16&min;, dessen Frequenz sich in Abhängigkeit von der Verschiebung des Kerns 5 im Spulenkörper 6 ändert. Ein Ausgangssignal des Oszillators 16&min; geht in einen Zähler 24&min;, dessen pro Zeiteinheit gespeicherter Inhalt dem festgestellten Druck P entspricht.
Die Tragplatte 1 ist aus Aluminium, der Faltenbalg 4 aus Phosphorbronze, der Kern 5 aus Ferrit und der Spulenkörper 6 aus einem Phenolharz-Material hergestellt. Diese Elemente sind ebenfalls so bemessen, daß sie die nachstehend aufgeführten thermischen Expansionswerte α, β, γ bzw. δ aufweisen, wenn sich die Temperatur um 1°C erhöht, und zwar in einer mit der Verschiebebewegung des Kerns 5 übereinstimmenden Richtung:

(α) Tragplatte 1 . . . 2,7 × 10^-3 mm
(β) Faltenbalg 4 . . . 4 × 10^-4 mm
(γ) Kern 5 . . . 2 × 10^-4 mm
(δ) Spulenkörper 6 . . . 2,1 × 10^-3 mm.

Genauer gesagt ist die Gesamt-Wärmeausdehnung von Faltenbalg 4, Kern 5 und Spulenkörper 6 gleich β + γ + δ oder 4 ×10^-4 mm + 2 × 10^-4 mm + 2,1 × 10^-3 mm. Dieser Summenwert ist identisch mit der Wärmeausdehnung α der Tragplatte 1, die 2,7 ×10^-3 mm beträgt.
Je nach Änderung des von dem Faltenbalg 4 abgetasteten Druckes P verlängert oder verkürzt sich der Faltenbalg 4 und überträgt eine entsprechende Verschiebebewegung auf den Kern 5. Folglich verschiebt sich der Kern 5 im Spulenkörper 6 in Abhängigkeit von Änderungen des Druckes P. Dabei ändert sich entsprechend der Induktivitätswert des Spulenwickels 7 und in gleicher Weise die Oszillatorfrequenz des Oszillators 16&min;.
Ändert sich beispielsweise die Temperatur, dann werden der Faltenbalg 4, der Kern 5 und der Spulenkörper 6 je einer bestimmten thermischen Expansion oder Schrumpfung unterzogen, und diese thermische Expansion oder Schrumpfung ist jeweils identisch mit derjenigen der Tragplatte 1.
Auf diese Weise werden beim Drucksensor Temperaturänderungen kompensiert. Die Verschiebebewegung des Kerns 5 im Spulenkörper 6 unterliegt keinen Einflüssen durch Temperaturänderungen.
Bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel werden Induktivitätsänderungen zur Druckmessung herangezogen. Es ist jedoch auch möglich, statt dessen eine Kapazitäts- oder eine Widerstandsänderung zur Druckmessung heranzuziehen.

Claims

1. Drucksensor mit einem an einem druckabhängigen Wandler angeschlossenen Oszillator, der ein Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz sich in Abhängigkeit von Druckänderungen ändert, wobei mit dem druckabhängigen Wandler (4) ein verschiebbarer Kern (5) verbunden ist, dessen Position sich bei Druckänderungen relativ zu einem die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators (16&min;) bestimmenden, mit einer Spule umwickelten Spulenkörper (6, 7) in dessen Innenraum in Längsrichtung ändert und damit die Frequenz des Ausgangssignals beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tragplatte (1) mit einstückig an entgegengesetzten Enden mit ihr verbundenen Stützabschnitten (2, 3) vorgesehen ist, von denen der eine (2) den druckabhängigen Wandler (4) und damit den mit ihm verbundenen verschiebbaren Kern (5) und der andere (3) den frequenzbestimmenden Spulenkörper mit Spule (6, 7) hält, und daß die geometrischen Dimensionen der Tragplatte (1) im Hinblick auf deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten so festgelegt sind, daß sie einer thermischen Expansion α unterworfen ist, die der thermischen Gesamtexpansion der von ihr gehaltenen Elemente β + γ + δ von druckabhängigem Wandler (4), Kern (5) und Spule mit Spulenkörper (6, 7) gleicht:

α/°C = β/°C + γ/°C + δ/°C.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der druckabhängige Wandler ein Faltenbalg (4) ist, der mit einem Ende an dem einen Stützabschnitt (2) der integralen Tragplatte (1) befestigt und an seinem entgegengesetzten Ende mit dem verschiebbaren Kern (5) verbunden ist, so daß sich der Kern in Abhängigkeit von Druckänderungen im Verlauf seiner Längsachse verschiebt.

3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Expansionswerte α, β, γ und δ die folgenden Werte aufweisen:

α = 2,7 × 10^-3 mm (/°C)

β = 4 × 10^-4 mm (/°C)

γ = 2 × 10^-4 mm (/°C)

δ = 1,2 × 10^-3 mm (/°C).

4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (4) aus einer Phosphorbronze, der Kern (5) aus Ferrit, der Spulenkörper (6) aus einem Phenolharz und die einzige integrale Tragplatte (1) aus Aluminium hergestellt sind.