DE3018285C2

DE3018285C2 -

Info

Publication number: DE3018285C2
Application number: DE19803018285
Authority: DE
Inventors: Gerald Robert Minneapolis Minn. Us Cucci
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1980-05-13
Publication date: 1990-12-20
Also published as: SE8003555L; SE447421B; IL60034A; JPH0219892B2; GB2049188B; DE3018285A1; JPH0551855B2; JPH03108628A; FR2456945B1; CA1141560A; JPS5629134A; GB2049188A; FR2456945A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit digitalem Ausgangssignal unter Verwendung eines Schwingbalkens als Sensorelement.The invention relates to a pressure sensor according to the preamble of claim 1 with digital output signal using a vibrating beam as a sensor element.

Ein derartiger Drucksensor ist aus der DE-AS 19 57 586 bekannt. Bei einem derartigen Drucksensor ist lediglich im Laborbetrieb eine exakte Einstellung möglich, in der Praxis treten jedoch große Toleranzen auf, die eine Nachjustierung erforderlich machen.Such a pressure sensor is from DE-AS 19 57 586 known. With such a pressure sensor is only in Laboratory operation an exact setting possible, in practice however, there are large tolerances that require readjustment make necessary.

Dies ist aber bei einer einmal in einem Flugzeug eingebauten Einheit sehr nachteilig und nur mit großem Aufwand zu bewerkstelligen.However, this is the case with one installed in an aircraft Unit very disadvantageous and can only be accomplished with great effort.

Ferner sind verschiedene Sensoren bekannt, die Schwingbalken haben. Üblicherweise wird zur Anzeige der Kraft oder des von der Kraft auf den Balken abgeleiteten Druckes ein digitaler Impuls erzeugt. Einige der Sensoren haben eine piezoelektrische Fühlanordnung, wie dies aus den US-PS 34 70 400 und 34 79 536 bekannt ist. Aus der US-PS 36 49 857 ist ein Schwenkbalken mit erzwungener Bewegungsbahn bekannt. Weitere Schwingbalken sind aus der US-PS 36 64 237 bekannt. Eine kapazitive Fühlanordnung für Schwingbalken zeigen die US-PS 31 87 579 und 3 76 223, bei denen eine Kondensatorfühlerplatte auf der gegenüberliegenden Seite eines Teils einer Antriebsspule angeordnet ist.Furthermore, various sensors are known, the vibrating beam to have. Usually the force or the the force on the pressure derived from the beam is a digital pulse generated. Some of the sensors have a piezoelectric one Sensing arrangement, such as that from US Pat. Nos. 34 70 400 and 34 79 536 is known. From the US-PS 36 49 857 is a swivel beam enforced trajectory known. Other swing beams are known from US-PS 36 64 237. A capacitive sensing arrangement for swing beams show the US-PS 31 87 579 and 3 76 223, at which a capacitor sensor plate on the opposite Side of part of a drive coil is arranged.

Einen piezoelektrischen Balken, der sich aufgrund der Beschleunigung der Masse am Ende des Balkens oder aufgrund des Aufpralls von Mikrometeroiden in Querrichtung biegt, zeigt die US-PS 33 04 773. Einen Beschleunigungsmesser unter Verwendung eines Schwingbalkens mit kapazitiver Fühleranordnung zeigt die US-PS 35 05 866. A piezoelectric bar, which is due to the Acceleration of mass at the end of the bar or due to the Bends in the transverse direction, shows the US Patent 33 04 773. Using an accelerometer of a vibrating beam with a capacitive sensor arrangement shows the U.S. Patent No. 35 05 866.

In der US-PS 41 49 422 ist ein Schwingdraht-Drucksensor mit einem dünnen Draht beschrieben, der mit einer Federlast beaufschlagt ist, um eine Vorspannung zu erzeugen. Der Draht wird durch Druck belastet, so daß sich seine Eigenfrequenz ändert. Der Hebel, der zur Belastung des Schwingdrahtes verwendet ist, ist an einem Querbiegungsanschluß befestigt, der eine relativ freie Schwenkbewegung ermöglicht. Zur Messung läßt man einen Strom eines Oszillators über den Draht fließen, der mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten zusammenwirkt, so daß sich der Draht bewegt. Auf diese Weise wird eine Gegen-EMK erzeugt, und die Mitkopplung am stromerzeugenden Oszillator hält die Schwingung des Drahtes aufrecht. Der in der US-PS 41 49 422 beschriebene Sensor verwendet somit keine kapazitive Fühlanorndung.In US-PS 41 49 422 is a vibrating wire pressure sensor with described a thin wire with a spring load is applied to generate a bias. The wire is loaded by pressure so that its natural frequency changes. The lever used to load the vibrating wire is attached to a transverse bend connector which allows a relatively free pivoting movement. Lets measure to flow a current of an oscillator over the wire that interacts with a magnetic field of a permanent magnet, so that the wire is moving. In this way, a back emf generated, and the positive feedback on the current-generating oscillator maintains the vibration of the wire. The Indian US Pat. No. 4,149,422 sensor thus uses none capacitive sensing arrangement.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, der nach Eichung sicher ist und mit verbesserter Betriebssicherheit genau mißt, wobei der Aufwand dennoch gering gehalten werden soll.In contrast, the invention is based on the object To provide pressure sensor according to the preamble of claim 1 which is safe after verification and with improved operational safety measures exactly, but the effort is still low to be held.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments result from the subclaims.

Erfindungsgemäß ist zunächst vorteilhaft, daß eine Vorfertigung der kompletten Einheit in der Fabrik möglich ist. Die sich ergebenden Fertigungstoleranzen können bei dem bekannten Drucksensor nämlich praktisch erst in komplett montiertem Zustand festgestellt werden. Durch die feste Anordnung von Antriebseinrichtung und Sensor relativ zueinander läßt sich auf überraschend einfache Weise dieser Nachteil vermeiden, und es kann eine komplette abgeglichene Einheit vorgefertigt werden. According to the invention it is initially advantageous that a prefabrication the complete unit is possible in the factory. The Resulting manufacturing tolerances in the known Pressure sensor practically only in a fully assembled state Condition. The fixed arrangement of Drive device and sensor can be relative to each other avoid this disadvantage in a surprisingly simple way, and a complete matched unit can be prefabricated will.

Durch die Zusammenanordnung von Antriebseinrichtung und Sensor als kompakte Einheit wird auch das Entstehen von Fertigungstoleranzen weniger kritisch.By arranging the drive device and sensor together The emergence of manufacturing tolerances is also a compact unit less critical.

Günsitg ist es ferner, daß sich dem erfindungsgemäßen Drucksensor die Eigenfrequenz des Schwingbalkens beeinflussen läßt. Der Sensor ist so ausgebildet, daß die erfaßte Frequenz in Form digitaler Signale dem Ausgang zugeführt und dadurch eine direkte digitale Messung bzw. Anzeige des gemessenen Drucks ermöglicht wird.Günsitg is also that the invention Pressure sensor influence the natural frequency of the vibrating beam leaves. The sensor is designed so that the detected frequency in the form of digital signals fed to the output and thereby a direct digital measurement or display of the measured Pressure is enabled.

Der Balken wird über einen schwenkbar befestigten Hebel belastet, wodurch unerwünschte Kräfte während der Belastung des Balkens abgehalten werden.The bar is attached to a pivoted lever loaded, creating undesirable forces during the load the bar are held.

Die Erregung des Balkens erfolgt mittels einer Spule, die von einem Oszillator angesteuert wird, und die Fühlanordnung ist kapazitiv. Es tritt somit nur eine geringe Wechselwirkung zwischen den Erregungs- und den Meßsignalen auf, wodurch die Genauigkeit erhöht wird.The excitation of the beam is carried out by means of a coil, which by an oscillator is driven, and the sensing arrangement is capacitive. There is therefore only a slight interaction between the excitation and the measurement signals, whereby the Accuracy is increased.

Die Erregungsspule und der Aufnahmekondensator können auf der gleichen Seite des Schwingbalkens angeordnet sein, wodurch die Montage und auch die Einstellung des Abstandes zwischen der Antriebsspule, dem Fühlerkondensator und dem Schwingbalken vereinfacht wird. Weitere Vorteile sind die geringere Anzahl von Teilen, die bessere Kontrolle von Störresonanzen und die Tatsache, daß Bauteile der Sensorschaltung an der Fühleranordnung angeordnet werden können. The excitation coil and the pickup capacitor can on the be arranged on the same side of the oscillating beam, as a result of which Assembly and also adjusting the distance between the Drive coil, the sensor capacitor and the vibrating beam is simplified. Other advantages are the lower number of parts, the better control of interference and the The fact that components of the sensor circuit on the sensor arrangement can be arranged.

Bei der erläuterten Befestigung des Schwingbalkens tritt im wesentlichen kein Strom im Balken auf, so daß dieser nur einen geringen unerwünschten Einfluß auf die Arbeitsweise der Antriebsspule oder des Fühlerkondensators hat.In the explained attachment of the swing beam occurs essentially no current in the bar, so this only a slight undesirable influence on the way of working the drive coil or the sensor capacitor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 9 beispielsweise erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to FIGS. 1 to 9, for example. It shows

Fig. 1 eine Aufsicht des Drucksensors, Fig. 1 is a plan view of the pressure sensor,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei bestimmte Teile weggelassen sind, Fig. 2 shows a section along the line 2-2 in Fig. 1, with certain parts omitted,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 3 is a section along the line 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 4 shows a section along the line 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 1, Fig. 5 is a section along the line 5-5 in Fig. 1,

Fig. 6 eine Teilaufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6 is a partial plan view of another embodiment of the invention,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Spulen- und Fühleranordnung der Vorrichtung der Fig. 6 in einem Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6, Fig. 7 is a side view of the coil and probe assembly of the apparatus of Fig. 6 in a section along the line 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7, und Fig. 8 is a section along the line 8-8 in Fig. 7, and

Fig. 9 eine vereinfachte Antriebs- und Fühlerschaltung des Sensors. Fig. 9 shows a simplified drive and sensor circuit of the sensor.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist der Sensor 10 ein Außengehäuse 11 auf, das eine Grundplatte 12 zur Befestigung der verschiedenen Bauteile bildet. Die Grundplatte 12 ist flach, und das Gehäuse hat Seitenwände 13 und 14. Die Außenfläche des Gehäuses 11 hatvorzugsweise eine Silikongummibeschichtung mit einer Dicke von etwa 1,57 mm, um äußere Schwingungen zu dämpfen. Die Wände 13 haben Öffnungen und Befestigungseinrichtungen zur Befestigung zweier Druckdsoen 15 und 16.As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor 10 includes an outer housing 11 forming a base plate 12 for attaching the various components. The base plate 12 is flat and the housing has side walls 13 and 14 . The outer surface of the housing 11 preferably has a silicone rubber coating approximately 1.57 mm thick to dampen external vibrations. The walls 13 have openings and fastening devices for fastening two pressure nozzles 15 and 16 .

Die Druckdose 16 hat einen kleinen Abschlußring 17, der teilweise in eine Ausnehmung einer Klemme 23A greift und in dieser gehalten ist. Die Klemme 23A greift gleitbeweglich über einen Zapfen, der einen Teil einer Schwenk- und Belastungshebelanordnung 24 bildet. Der Zapfen 23 erstreckt sich zwischen die Druckdosen 15 und 16. Die Druckdose 15 hat einen Abschlußring 17A, der teilweise in eine Öffnung im Zapfen 23 greift und so mit diesem verbunden ist. Die Druckdosen 15 und 16 übertragen Kräfte aufgrund des Druckes, der die Druckdosen in axialer Richtung expandiert, auf den Zapfen 23. Der Zapfen 23 hat schwalbenschwanzförmige Randteile, über die die Klemme 23A greift und auf diesen gleitet. Die Druckdosen sind von üblicher Konstruktion, wie sie bei Sensoren angewandt wird, und sind normalerweise in der Ruhe- bzw. Gleichgewichtsstellung, wie gezeigt ist. Ein erster Druckanschluß 20 ist mit der Druckdose 15 und ein zweiter Druckanschluß 21 mit der Druckdose 16 verbunden. Wenn die Druckdosen mit Druck beaufschlagt werden, haben sie das Bestreben, sich axial zu expandieren und ihre inneren Enden nahe dem Zapfen 23 und der Klemme 23A nach außen zu schieben. Druckdifferenzen bewirken somit eine Verschiebung des Zapfens 23.The pressure cell 16 has a small end ring 17 which partially engages in a recess of a clamp 23 A and is held in this. The clamp 23 A slidably engages over a pin which forms part of a pivot and loading lever arrangement 24 . The pin 23 extends between the pressure sockets 15 and 16 . The pressure cell 15 has an end ring 17 A, which partially engages in an opening in the pin 23 and is connected to it. The pressure sockets 15 and 16 transmit forces to the pin 23 due to the pressure that expands the pressure sockets in the axial direction. The pin 23 has dovetail-shaped edge parts over which the clamp 23 A engages and slides on it. The pressure cells are of conventional design as used in sensors and are normally in the rest or equilibrium position as shown. A first pressure connection 20 is connected to the pressure cell 15 and a second pressure connection 21 to the pressure cell 16 . When the pressure cans are pressurized, they have to expand axially and push their inner ends near the pins 23 and the terminal 23 A to the outside the effort. Pressure differences thus cause the pin 23 to shift.

Die Klemme 23A kann quer zur Bewegungsrichtung der Druckdosen längs des Zapfens 23 verschoben und eingestellt werden, so daß das Moment der Druckdose 16 um das bei 27 gezeigte scharnierartige Gelenk bezüglich des Moments der Druckdose 15 um das Gelenk 27 verschoben werden kann. Diese Bewegung der Klemme 23A längs des Zapfens 23 ermöglicht die Einstellung der Kraft der einen oder anderen Druckdose, so daß, wenn der gleiche Druck auf die Druckdosen 15 und 16 wirkt, die sich ergebende Kraft (das sich ergebende Moment) Null ist.The clamp 23 A can be moved and adjusted transversely to the direction of movement of the pressure cells along the pin 23 , so that the moment of the pressure cell 16 can be moved by the hinge-like joint shown at 27 with respect to the moment of the pressure cell 15 by the joint 27 . This movement of the clamp 23 A along the pin 23 allows adjustment of the force of one or the other pressure cell, so that when the same pressure acts on the pressure cells 15 and 16 , the resulting force (the resulting moment) is zero.

Die Hebelanordnung 24 hat, wie die Aufsicht zeigt, einen Befestigungsblock 25, der an der Grundplatte 12 des Gehäuses 11 befestigt ist. Die Hebelanordnung 24 besteht aus einem einstückigen Metallteil. Ein beweglicher Hebel 30 ist mit dem Block 25 über das Gelenk 27 verbunden. Das Gelenk ist als ein den Block 25 und den Hebel 30 längs der Schwenkachse verbindender Abschnitt mit stark verringertem Querschnitt gebildet. Die Hebelanordnung umfaßt somit den Befestigungsblock 25 und den Schwenkhebel 30. Der Schwenkhebel 30 ist von der Platte 12 des Gehäuses so entfernt, daß er bei Druckdifferenzen schwenken kann. Unter dem Block 25 können Abstandshalter angeordnet sein, um den Hebel 30 von der Grundplatte 12 zu heben.The lever arrangement 24 , as the top view shows, has a fastening block 25 which is fastened to the base plate 12 of the housing 11 . The lever arrangement 24 consists of a one-piece metal part. A movable lever 30 is connected to the block 25 via the joint 27 . The joint is formed as a section with a greatly reduced cross section connecting the block 25 and the lever 30 along the pivot axis. The lever arrangement thus includes the mounting block 25 and the pivot lever 30 . The pivot lever 30 is removed from the plate 12 of the housing so that it can pivot at pressure differences. Spacers can be arranged under the block 25 in order to lift the lever 30 from the base plate 12 .

Der Hebel 30 schwenkt um das Gelenk 27, das nur eine geringe Biegefestigkeit, jedoch eine hohe Drehfestigkeit aufweist, die einer Verdrehung des Hebels 30 um eine Achse parallel zur Ebene der Schwenkbewegung entgegenwirkt. Diese Festigkeit wirkt auch einer Beschleunigung in Richtung der Schwenkachse entgegen. Der Hebel ist mit dem Zapfen 23 durch einen Verbindungsabschnitt 31 verbunden.The lever 30 pivots about the joint 27 , which has only a low bending strength but a high torsional strength, which counteracts a rotation of the lever 30 about an axis parallel to the plane of the pivoting movement. This strength also counteracts acceleration in the direction of the swivel axis. The lever is connected to the pin 23 by a connecting section 31 .

Ein Belastungsbalken 35 aus einem einzigen Block aus magnetischem Material, vorzugsweise Ni-Span C, Legierung 902, hat einen mittleren Schwingbalkenabschnitt 42, der zwischen einem ersten und zweiten Isolierabschnitt 43 und 44, die den Balkenabschnitt 42 tragen, angeordnet und mit diesen verbunden ist. Der Isolierabschnitt 43 ist an seinem äußeren Ende gegenüber seiner Verbindung mit dem Schwingbalken bei 36 mit einem Tragansatz 37 verbunden, der Teil des Blocks 25 sein kann. Das äußere Ende des Isolierabschnitts 43 kann auch getrennt an der Grundplatte 12 des Gehäuses befestigt sein. Die Verbindung mit dem Ansatz 37 ist eine feste Verbindung wie eine Schweiß- oder Lötverbindung. Das äußere Ende des Isolierabschnitts 43 kann auch durch Stifte oder Schrauben befestigt sein.A load beam 35 from a single block of magnetic material, preferably Ni-Span C, alloy 902 has a central vibrating beam portion 42 which is between first and second insulating section 43 and 44 which support the bar portion 42, and connected with these. The insulating section 43 is connected at its outer end opposite to its connection to the oscillating beam at 36 with a support projection 37 , which can be part of the block 25 . The outer end of the insulating section 43 can also be separately attached to the base plate 12 of the housing. The connection to the extension 37 is a fixed connection, such as a welded or soldered connection. The outer end of the insulating portion 43 can also be fixed by pins or screws.

Das äußere Ende des Isolatorabschnitts 44, das dem Ende des Belastungsbalkens gegenüber liegt, ist bei 40 an einer Halterung 41 befestigt, die vom Schwenkhebel 30 vorsteht. Die Halterung kann in gewünschter Weise ausgebildet sein.The outer end of the insulator portion 44 , which is opposite the end of the load beam, is attached at 40 to a bracket 41 which projects from the pivot lever 30 . The holder can be designed in the desired manner.

Die Sensoranordnung ist in wenigstens zwei Achsen beschleunigungsmäßig im Gleichgewicht, d. h. eine Beschleunigung in Richtung der Achse X und Y in Fig. 1 hat wenig oder nur keinen Einfluß, da die Summe der Drehmomente der Sensorseite der Schwenkachse gleich der der Drehmomente auf der Druckdosenseite ist. Der Sensor ist in der Achse Z (Fig. 7) nicht im Gleichgewicht, da die Steifigkeit des Gelenks Beschleunigungswirkungen von einer längs dieser Achse wirkenden Kraft wesentlich verringert. Es ist auch möglich, die Drehmomente um diese Achse auszugleichen. Infolge der Toleranzen hat jede Sensoranordnung ein unterschiedliches Drehmoment. Die Wirkung dieser Toleranzen bezüglich einer Beschleunigung wird vorzugsweise dadurch verringert, daß geringe Materialmengen, vorzugsweise Lötzinn, in Bereichen nahe dem Gelenk 27 aufgebracht werden, und die Drehmomente um diese Achse zu verringern, wie bei 27A in Fig. 1 gezeigt ist.The sensor arrangement is balanced in terms of acceleration in at least two axes, ie an acceleration in the direction of the axes X and Y in FIG. 1 has little or no influence, since the sum of the torques on the sensor side of the swivel axis is equal to that of the torques on the pressure can side. The sensor is not in equilibrium in the Z axis ( FIG. 7) since the stiffness of the joint significantly reduces the acceleration effects of a force acting along this axis. It is also possible to balance the torques around this axis. Due to the tolerances, each sensor arrangement has a different torque. The effect of these tolerances on acceleration is preferably reduced by applying small amounts of material, preferably solder, in areas near the joint 27 and reducing the torques about this axis, as shown at 27 A in FIG. 1.

Der Schwingbalkenabschnitt 42 ist somit durch die Isolierabschnitte 43 und 44 zwischen den Halterungen 37 und 41 gelagert. Der Abschnitt 42 ist somit Kräften ausgesetzt, die durch die Bewegung des Schwenkhebels 30 ausgeübt werden. Die Isolierabschnitte 43 und 44 sind in ihrem mittleren Teil ausgeschnitten, um zwei dünne Streifen zu bilden.The vibrating beam section 42 is thus supported by the insulating sections 43 and 44 between the brackets 37 and 41 . The section 42 is thus exposed to forces which are exerted by the movement of the pivot lever 30 . The insulating portions 43 and 44 are cut out in their central part to form two thin strips.

Jede Bewegung des Zapfens 23 zwischen den Druckdosen 15 und 16 veranlaßt somit wegen der Verformung bzw. Bewegung der Druckdosen den Zapfen 23, den Schwenkhebel 30 um das Gelenk 27 zu schwenken. Die Bewegung bewirkt eine Änderung der Spannung bzw. Kompression bzw. Belastung des Schwingbalkenabschnitts 42. Die Änderung der Belastung des Abschnitts 42 ändert dessen Resonanzfrequenz. Die Änderung der Resonanzfrequenz ist proportional der Druckdifferenz an den Druckanschlüssen 20 und 21 und damit an den Druckdosen 15 und 16. Ein Druckanschluß kann zur Atmosphäre geöffnet oder evakuiert werden, so daß auch ein einzelner Druckwert gemessen werden kann. Es ist auch möglich, eine der Druckdosen wegzulassen.Each movement of the pin 23 between the pressure sockets 15 and 16 thus causes the pin 23 to pivot the pivot lever 30 about the joint 27 because of the deformation or movement of the pressure sockets. The movement causes a change in the tension or compression or loading of the oscillating beam section 42 . The change in the load of section 42 changes its resonant frequency. The change in the resonance frequency is proportional to the pressure difference at the pressure connections 20 and 21 and thus at the pressure sockets 15 and 16 . A pressure connection can be opened to the atmosphere or evacuated so that a single pressure value can also be measured. It is also possible to omit one of the sockets.

Der Balken wird durch eine Spule angetrieben bzw. zur Resonanz erregt, die wiederum von einem Wechselspannungssignal erregt wird, das auf die Resonanzfrequenz gesteuert wird. Im Ruhezustand ist der Balken im Gleichgewicht und wird nicht auf Druck oder Zug beansprucht. Die Tragkonstruktion und der Balken unterliegen somit keiner Kriechbeanspruchung und Entspannung, die zu Stabilitätsproblemen führen könnten. Der Balken wird vorzugsweise bei niedrigen Kräften innerhalb der elastischen Grenzen des Balkenmaterials betrieben.The bar is driven by a coil Resonance excited, which in turn from an AC signal is excited, which is controlled to the resonance frequency becomes. At rest, the bar is in balance and is not subjected to pressure or tension. The supporting structure and the beam is therefore not subject to creep stress and relaxation leading to stability problems could lead. The bar is preferred at low Forces within the elastic limits of the beam material operated.

Die Isolierabschnitte 43 und 44 haben jeweils eine Masse 43A und 44A, die senkrecht zum Balkenabschnitt 42 verläuft, und jede Masse hat getrennte Isolierfedern 43B und 43C bzw. 44B und 44C. Die Isolierabschnitte entkoppeln den Balkenabschnitt 42 von den Endbefestigungen, um Energieverluste zu verringern, die die Güte Q des Balkens verringern. Am Übergang zwischen dem Balkenabschnitt 42 und den Massen 43A und 44A sind kleine, kräftereduzierende Radien vorgesehen.The insulating sections 43 and 44 each have a mass 43 A and 44 A, which is perpendicular to the beam section 42 , and each mass has separate insulating springs 43 B and 43 C and 44 B and 44 C. The insulating sections decouple the beam section 42 from the end fastenings to reduce energy losses that reduce the Q of the beam. Small, force-reducing radii are provided at the transition between the beam section 42 and the masses 43 A and 44 A.

Bei der Konstruktion des Balkenabschnitts 42 und der Isolierabschnitte 43 und 44 ist wichtig, daß kein einzelnes Element eine Eigenfrequenz hat, die vom Balkenabschnitt 42 leicht erregt werden kann, der einen großen Frequenzbereich haben muß. Wenn die anderen Elemente eine Eigenfrequenz haben, die vom Balkenabschnitt 42 erregt werden kann, erregt er dieses Element im System, insbesondere, wenn seine Eigenfrequenz gleich der oder ein Vielfaches der Balkenfrequenz ist. Wenn dies eintritt, wird die Wirksamkeit der Isolatoren verringert, so daß die Güte H verringert und seine Schwingungsfrequenz geändert wird. Das Ergebnis hiervon ist eine scharfe Diskontinuität in der Linearität des Balkens bei Beanspruchung. Der mittlere Balkenabschnitt kann leicht bei seiner Resonanzfrequenz und der zweifachen Resonanzfrequenz erregt werden, da mit jeder Halbperiode des Balkens ein Zug auf die Enden des Balkenabschnittes 42 wirkt. Der Balken biegt sich auf die gegenüberliegenden Seiten seiner Ruheebene während des Betriebs durch.In the construction of the beam section 42 and the insulating sections 43 and 44, it is important that no single element has a natural frequency that can be easily excited by the beam section 42 , which must have a wide frequency range. If the other elements have a natural frequency that can be excited by the beam section 42 , it excites that element in the system, particularly if its natural frequency is equal to or a multiple of the beam frequency. When this occurs, the effectiveness of the isolators is reduced, so that the quality H is reduced and its oscillation frequency is changed. The result of this is a sharp discontinuity in the linearity of the beam when under stress. The central bar section can be easily excited at its resonant frequency and twice the resonant frequency, since a tension acts on the ends of the bar section 42 with each half period of the bar. The bar bends to the opposite side of its resting level during operation.

In der Praxis ist es nicht möglich, den Isolierabschnitten eine solch niedrige Frequenz zu verleihen, daß sie durch den Schwingbalken nicht angeregt werden, da sie sonst sehr lang und dünn sein müßten. Die Gesamtsensorgröße wäre damit groß, und das System wäre schwierig herzustellen. Wie oben erläutert, ist es möglich, daß der Schwingbalkenabschnitt die Isolierfedern mit ihrer zweiten, dritten oder höheren Harmonischen erregt.In practice, it is not possible to use the insulating sections to lend such a low frequency that the vibrating beam are not excited, otherwise they will be very should be long and thin. The total sensor size would be large, and the system would be difficult to manufacture. As above explained, it is possible that the vibrating beam section the insulating springs with their second, third or higher Harmonics excited.

In der Praxis ist es ebenfalls nicht möglich, diesen Isolierfedern eine so hohe Frequenz zu verleihen, daß sie nicht erregt werden und dennoch die notwenige Niederfrequenzisolierung bewirken. Die Frequenz der Isolierfedern muß somit so gewählt werden, daß sich ein "Fenster" ergibt, um nicht den Schwingbalkenabschnitt 42 in seinem Frequenzbereich bei Beanspruchung zu stören. Wenn der Balkenabschnitt 42 mit Kraft beaufschlagt wird, sollte seine Eigenfrequenz und die zweifache Freqeunz hiervon mit keiner Resonanzfrequenz der Isolierfedern 43B, 43C, 44B, 44C übereinstimmen. Das breiteste Fenster ergibt sich, wenn die Grundisolierfederfrequenz für jede der vier Federn größer als die höchste Schwingbalkenabschnittsfrequenz ist, die bei voller Beanspruchung auftritt, jedoch niedriger als die zweifache Ruhefrequenz des Abschnitts 42.In practice, it is also not possible to give these insulating springs such a high frequency that they are not excited and still cause the necessary low-frequency insulation. The frequency of the insulating springs must therefore be chosen so that there is a "window" so as not to disturb the oscillating beam section 42 in its frequency range when subjected to stress. When force is applied to the beam section 42 , its natural frequency and twice the frequency thereof should not match any resonance frequency of the insulating springs 43 B, 43 C, 44 B, 44 C. The widest window results when the base isolating spring frequency for each of the four springs is greater than the highest vibrating beam section frequency that occurs when fully loaded, but lower than twice the rest frequency of section 42 .

Ein spezielles Beispiel des Balkenabschnitts 42 hat einen Balkenabschnitt mit einer Dicke von etwa 0,12 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 0,02 mm und nicht mehr als etwa 0,2 mm. Der Balkenabschnitt hat eine Länge von etwa 6,35 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 2,5 mm und nicht mehr als etwa 12,7 mm, sowie eine Breite von etwa 1,06 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 0,5 mm und nicht mehr als etwa 2,5 mm.A specific example of the beam section 42 has a beam section approximately 0.12 mm thick with approximate limits of not less than about 0.02 mm and not more than about 0.2 mm. The bar section has a length of approximately 6.35 mm with proximity limits of not less than approximately 2.5 mm and not more than approximately 12.7 mm, and a width of approximately 1.06 mm for proximity limits of not less than approximately 0. 5 mm and not more than about 2.5 mm.

Ohne Beanspruchung ist die Frequenz direkt der Balkendicke proportional und dem Quadrat der Balkenlänge umgekehrt proportional und beträgt etwa 14,5 kHz bei einem geeigneten Material wie Ni-Span C. Ni-Span C ergibt ausgezeichnete Federeigenschaften und im wesentlichen keinen Temperaturkoeffizienten in einem großen Temperaturbereich. Es können auch andere Eigenfrequenzen gewählt werden.Without stress, the frequency is directly the bar thickness proportional and inversely the square of the bar length proportional and is about 14.5 kHz at a suitable one Material like Ni-Span C. Ni-Span C gives excellent results Spring properties and essentially no temperature coefficient in a wide temperature range. It can other natural frequencies can also be selected.

Die Änderung der Frequenz wird durch die Beanspruchung des Balkens bestimmt, die durch die Kraft hervorgerufen wird, die durch die Hebelanordnung 24 erzeugt wird. Bei einem Beispiel beträgt diese etwa 1,13 kg, hervorgerufen durch Druckdosen mit einem Durchmesser von etwa 27,7 mm bei einer Atmosphäre. Die Beanspruchung des Schwingbalkenabschnitts 42 kann ohne Änderung der Frequenz ohne Beanspruchung durch Änderung der Breite eingestellt werden. Bei dem Beispiel wurde die Beanspruchung auf etwa 700 kg/cm² bei Verwendung von Ni-Span C eingestellt. Diese Beanspruchung ist ideal, da sie im Vergleich zur Streckgrenze von Ni-Span C sehr niedrig ist, und sich damit extrem niedrige Systemhysteresefehler ergeben. Außerdem treten keine Langzeitänderungen der Frequenz auf. Die sich ergebende Frequenzänderung Schwingbalkenabschnitts 42 beträgt etwa 2300 Hz oder etwa 16% der Maximalfrequenz, die entweder durch Beanspruchung des Balkens auf Druck oder Zug erreicht werden kann. Bei diesem Beispiel ergibt somit eine Druckänderung von 0 bis einer Atmosphäre eine Resonanzfrequenzänderung von 14,5 bis 16,8 kHz.The change in frequency is determined by the stress on the beam caused by the force generated by the lever assembly 24 . In one example, this is approximately 1.13 kg, caused by pressure cans with a diameter of approximately 27.7 mm in one atmosphere. The stress on the vibrating beam section 42 can be adjusted without changing the frequency and without stress by changing the width. In the example, the stress was set to about 700 kg / cm² using Ni-Span C. This stress is ideal because it is very low compared to the yield strength of Ni-Span C, which results in extremely low system hysteresis errors. In addition, there are no long-term changes in frequency. The resulting frequency change of the vibrating beam section 42 is approximately 2300 Hz or approximately 16% of the maximum frequency that can be achieved either by applying pressure or tension to the beam. In this example, a pressure change from 0 to one atmosphere results in a resonance frequency change from 14.5 to 16.8 kHz.

Für die Isolierfedern werden die Frequenzen in der gleichen Weise wie für den Schwingbalkenabschnitt 42 eingestellt, und zwar so, daß sie größer als 16,8 kHz, jedoch kleiner als 2×14,5 kHz, d. h. 29 kHz sind. In der Praxis wurde festgestellt, daß eine Isolierfederfrequenz von 22 bis 24 kHz zufriedenstellend ist. Die Federn 43B, 43C, 44B und 44C haben zur einfacheren Konstruktion eine Dicke von etwa 0,3 mm und eine Länge von etwa 8 mm. Die Isoliermasse 43A und 44A wird so eingestellt, daß sich eine Isoliersystemfrequenz von 2600 Hz ergibt, die ein ausgezeichnetes Isolator/Schwingbalkenabschnitt-Frequenzverhältnis und damit ein sehr niedriges Übertragungsvermögen ergibt.For the insulating springs, the frequencies are set in the same way as for the oscillating beam section 42 , in such a way that they are greater than 16.8 kHz, but less than 2 × 14.5 kHz, ie 29 kHz. In practice it has been found that an insulating spring frequency of 22 to 24 kHz is satisfactory. The springs 43 B, 43 C, 44 B and 44 C have a thickness of about 0.3 mm and a length of about 8 mm for simpler construction. The insulating compound 43 A and 44 A is set so that there is an insulating system frequency of 2600 Hz, which gives an excellent isolator / vibrating beam section frequency ratio and thus a very low transmission capacity.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen den mechanischen Aufbau der Spule und der Sensoranordnung im einzelnen. Ein Keramikbefestigungsblock 50 ist auf einer Scheibe 51 angeordnet. Die Scheibe besteht aus Metall und kann am Block 50 angelötet sein. Der Block kann auch durch Stifte mit der Scheibe verbunden sein. Die Scheibe 51 paßt so in eine Ausnehmung 52 in der Grundplatte 12 (Fig. 2) des Gehäuses, daß der Block 50 in das Gehäuse vorsteht. Die Scheibe kann in der Ausnehmung 52 in eine gewünschte Lage gedreht und dann durch Löten befestigt werden, um sie während des Betriebs drehfest zu halten. Der Block 50 besteht aus einem unmagnetischen, elektrisch nicht leitenden massiven Material wie gesintertem Aluminiumoxyd oder einem ähnlichen Keramikmaterial. Der Block 50 hat einen Vorsprung 53, der eine Fläche 53A hat, die nahe und parallel zur Ebene des Balkenabschnitts 42 verläuft. Der Block 53 paßt zwischen die Enden der Isolierabschnitte 43 und 44. Der Block 53 hat eine zylindrische Ausnehmung 54, die sich von einer Fläche 57 gegenüber der Fläche 53A (Fig. 3) aus nach innen erstreckt. Ein Dorn 55 ist in der Ausnehmung befestigt und kann mit dem Block 53 durch elektrisch leitenden Epoxyharz oder Lötmaterial verbunden werden. Der Dorn 55 besteht vorzugsweise aus magnetischem rostfreien Stahl und vorzugsweise aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität. Figs. 1 to 4 show the mechanical structure of the coil and the sensor arrangement in detail. A ceramic mounting block 50 is arranged on a disc 51 . The disc is made of metal and can be soldered to block 50 . The block can also be connected to the disk by pins. The washer 51 fits into a recess 52 in the base plate 12 ( Fig. 2) of the housing such that the block 50 protrudes into the housing. The disc can be rotated into a desired position in the recess 52 and then fixed by soldering to keep it rotationally fixed during operation. The block 50 consists of a non-magnetic, electrically non-conductive solid material such as sintered aluminum oxide or a similar ceramic material. The block 50 has a projection 53 which has a surface 53 A which runs close and parallel to the plane of the beam section 42 . The block 53 fits between the ends of the insulating portions 43 and 44 . The block 53 has a cylindrical recess 54 which extends inwards from a surface 57 opposite the surface 53 A ( FIG. 3). A mandrel 55 is secured in the recess and can be connected to the block 53 by electrically conductive epoxy or solder. The mandrel 55 is preferably made of magnetic stainless steel and preferably of a material of high magnetic permeability.

Der Dorn hat am Ende eine Scheibe 56, und zwischen der Fläche 57 des Blocks 53 und der Scheibe 56 ist eine Spule 58 aufgewickelt, die eine zur Erzeugung der notwendigen magnetischen Kraft geeignete Windungszahl hat, um den Balken anzutreiben, wie erläutert wird.The mandrel has a washer 56 at the end, and a coil 58 is wound between the surface 57 of the block 53 and the washer 56 and has a number of turns suitable for generating the necessary magnetic force to drive the beam, as will be explained.

Auf der Fläche 53A des Blocks 53, d. h. nahe und gegenüber dem Schwingbalkenabschnitt 42 ist ein elektrisch leitender Streifen 61, der eine Kondensatorplatte bildet, auf dem Keramikmaterial befestigt. Die Kondensatorplatte 61 ist in Fig. 4 gezeigt. Zusätzliche elektrische Bauteile können direkt an der Oberfläche des Keramikblocks 50 befestigt werden, und die verschiedenen Bauteile können an die Kondensatorplatte durch aufgebrachte Streifen aus leitendem Material angeschlossen werden. Diese Bauteile werden nachstehend erläutert.On the surface 53 A of the block 53 , ie close to and opposite the vibrating beam section 42 , an electrically conductive strip 61 , which forms a capacitor plate, is fastened to the ceramic material. The capacitor plate 61 is shown in FIG. 4. Additional electrical components can be attached directly to the surface of the ceramic block 50 , and the various components can be connected to the capacitor plate through applied strips of conductive material. These components are explained below.

Die Fläche 57 des Blocks 53, die nahe der Spule 58 ist, und die Fläche auf der gegenüberliegenden Seite des Blocks 53 von der Kondensatorplatte 6 aus können metallisiert sein, um eine Abschirmung zu schaffen und zu verhindern, daß eine Störung des Stroms in der Spule 58 die zwischen dem Schwingbalkenabschnitt 42 und der Kondensatorplatte 61 gemessene Kapazität beeinträchtigt.The surface 57 of the block 53 that is near the coil 58 and the surface on the opposite side of the block 53 from the capacitor plate 6 may be metallized to provide shielding and to prevent disturbance of the current in the coil 58 affects the capacitance measured between the oscillating beam section 42 and the capacitor plate 61 .

Durch Drehen der Scheibe 51 kann der Abstand zwischen der Kondensatorplatte und dem Schwingbalkenabschnitt 42 beim Zusammenbau eingestellt werden. Der Block 50 und die Platte oder die Scheibe 51 werden nach dem Einbau des Balkens 35 eingesetzt. Der Abstand zwischen der Platte 61 und dem Balkenabschnitt 42 beträgt etwa 0,13 mm.By rotating the disk 51 , the distance between the capacitor plate and the vibrating beam section 42 can be adjusted during assembly. Block 50 and plate or washer 51 are inserted after beam 35 is installed. The distance between the plate 61 and the beam section 42 is approximately 0.13 mm.

Der Balkenabschnitt 42 des Balkens bildet die andere Platte eines veränderbaren Kondensators in Verbindung mit der Platte 61. Der Balkenabschnitt 42 liegt an Masse. Der Block 50 kann über den Stift 50A und Stecköffnungen 50B gespeist werden.The beam section 42 of the beam forms the other plate of a variable capacitor in connection with the plate 61 . The beam section 42 is grounded. The block 50 can be fed via the pin 50 A and plug openings 50 B.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine abgewandelte Konstruktion. Der Balken 35 und die Hebelanordnung 24, insbesondere das Gelenk 30, und die Druckdosen sind im wesentlichen in der gleichen Weise befestigt. Der Block 25 ist zur Befestigung einer abgewandelten Antriebs- und Fühleranordnung 74 geändert. Eine Welle 75 ist in einer Öffnung des Blocks 25 gelagert, wie Fig. 6 zeigt, und Einstellschrauben 76 ermöglichen die Längseinstellung der Welle 75 relativ zum Schwingbalkenabschnitt 42. Die Welle 75 wiederum ist an einer Scheibe 79 befestigt, die eine Stange 78 hat. Die Scheibe 79 kann mit dem Ende der Welle 75 in üblicher Weise durch Epoxyharz oder einem anderen Klebstoff verbunden sein. Eine Spule 82 ist auf die Stange 78 zwischen der inneren Fläche der Scheibe 79 und einer Fläche 83 einer Keramikscheibe 84 gewickelt. Die Stange 78 erstreckt sich in eine Ausnehmung in der Keramikscheibe 84 und ist mit dieser verbunden, um die beiden Teile zusammenzuhalten, nachdem die Spule auf die Stange gewickelt worden ist. FIGS. 6 and 7 show a modified construction. The beam 35 and the lever arrangement 24 , in particular the joint 30 , and the pressure cells are fastened in essentially the same way. The block 25 has been changed to attach a modified drive and sensor arrangement 74 . A shaft 75 is supported in an opening of the block 25 , as shown in FIG. 6, and adjusting screws 76 enable the shaft 75 to be adjusted longitudinally relative to the oscillating beam section 42 . The shaft 75 is in turn attached to a disc 79 which has a rod 78 . Disk 79 may be connected to the end of shaft 75 in a conventional manner by epoxy or other adhesive. A coil 82 is wound on the rod 78 between the inner surface of the disc 79 and a surface 83 of a ceramic disc 84 . The rod 78 extends into and is connected to a recess in the ceramic disc 84 to hold the two parts together after the coil has been wound on the rod.

Die Keramikscheibe 84 hat auch elektrisch leitende Flächen, die in Fig. 8 schattiert gezeigt sind und die die Anordnung der Schaltung oder Teilen hiervon nahe dem Schwingbalken ermöglichen. Die auf der Scheibe 84 angeordneten Bauteile umfassen vorzugsweise eine Kondensatorplatte 85, die der Platte 61 entspricht, mit Anschlußstreifen 86, die zu einem Dickfilmwiderstand 87 führen, und einen Dickfilmkondensator 88, der an den Streifen 86 angeklebt und mit diesen elektrisch verbunden sein kann. Kontaktpunkte 87A und 88A können zum Anschluß der anderen Enden des Kondensators 88 und des Widerstandes 87 vorgesehen sein. Der Kondensator 88 und der Widerstand 87 sind nahe der Kondensatorplatte 85 angeordnet und stehen von der Keramikscheibe vor, so daß der Schwingbalkenabschnitt 82 zwischen diese beiden Bauteile paßt. Der Schwingbalkenabschnitt 82 befindet sich nahe der Kondensatorplatte 85 und verläuft parallel zu dieser.The ceramic disc 84 also has electrically conductive surfaces, which are shown shaded in FIG. 8, and which allow the circuit or parts thereof to be located near the oscillating beam. Arranged on the disc 84 components preferably comprise a condenser plate 85, which corresponds to the plate 61, with terminal strips 86, which lead to a thick-film resistor 87, and a thick-film capacitor 88, which may be adhered to the strip 86 and electrically connected thereto. Contact points 87 A and 88 A can be provided for connecting the other ends of the capacitor 88 and the resistor 87 . The capacitor 88 and the resistor 87 are arranged near the capacitor plate 85 and protrude from the ceramic disk, so that the oscillating beam section 82 fits between these two components. The vibrating beam section 82 is located near the capacitor plate 85 and runs parallel to the latter.

Im Betrieb wird der Schwingbalken beider Ausführungsformen durch Erregen der zugehörigen Spule in Schwingung versetzt. Ein Magnetfluß wird erzeugt und bewirkt die Durchbiegung des Schwingbalkenabschnitts 42 in entgegengesetzten Richtungen senkrecht zu seiner Längsebene. Der Dorn 55 oder 78 erstreckt sich eine bestimmte Strecke durch den Keramikblock 53 bzw. 84, so daß das Magnetfeld auf den Balkenabschnitt 42 übertragen wird. Die Änderungen der Kapazität des Kondensators werden erfaßt und steuern den Antriebskreis, um den Balkenabschnitt in Resonanz zu bringen und ein Frequenzausgangssignal zu erzeugen. Jede Änderung der Druckdifferenz bewirkt eine Verschiebung des Zapfens, der zu einer Schwenkbewegung des Hebels 30 um das Gelenk 27 führt, um die Druck- oder Zugbeanspruchung des Balkenabschnitts 42 und damit die Resonanzfrequenz des Balkens zu ändern. Die Änderung wird durch die Änderung der Frequenz des Signals des Kondensators erfaßt, der zwischen dem Balkenabschnitt 42 und der Platte 61 bzw. 85 gebildet ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Sensor, der nahe dem Balken angeordnet ist. Diese Signaländerung ist für die Druckdifferenz relativ zu der Bezugsdruckfrequenz charakteristisch. Der Balken wird vorzugsweise mit seiner Grundfrequenz erregt, jedoch kann der Aufnahmekondensator so angeordnet werden, daß er auf irgendeine Harmonische der Grundfrequenz oder eine andere Frequenz anspricht.In operation, the vibrating beam of both embodiments is made to vibrate by exciting the associated coil. A magnetic flux is generated and causes the vibrating beam section 42 to bend in opposite directions perpendicular to its longitudinal plane. The mandrel 55 or 78 extends a certain distance through the ceramic block 53 or 84 , so that the magnetic field is transmitted to the beam section 42 . The changes in the capacitance of the capacitor are sensed and control the drive circuit to resonate the beam section and generate a frequency output signal. Any change in the pressure difference causes a displacement of the pin, which leads to a pivoting movement of the lever 30 around the joint 27 in order to change the pressure or tensile stress on the beam section 42 and thus the resonance frequency of the beam. The change is detected by the change in the frequency of the signal from the capacitor formed between the beam section 42 and the plate 61 or 85 , depending on the sensor located near the beam. This signal change is characteristic of the pressure difference relative to the reference pressure frequency. The bar is preferably excited at its fundamental frequency, but the pick-up capacitor can be arranged to respond to any harmonic of the fundamental frequency or some other frequency.

Fig. 9 zeigt eine vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Schaltung zur Erzeugung eines Frequenzausgangssignals vom Schwingbalken. In Fig. 9 ist der Schwingbalkenabschnitt 42 als zwischen Isolatoren 43 und 44 gehalten gezeigt, wie zuvor beschrieben. Eine kapazitive Aufnahmeelektrode 61 (es könnte auch die Elektrode 85 sein) ist mit Abstand vom Balkenabschnitt 42 angeordnet, um einen veränderbaren Kondensator zu bilden. Fig. 9 is a simplified electrical diagram showing a circuit for generating a frequency output signal from the vibrating beam. In Fig. 9, the walking beam section 42 is shown as held between insulators 43 and 44, as previously described. A capacitive pick-up electrode 61 (it could also be electrode 85 ) is spaced from beam section 42 to form a variable capacitor.

Die Schaltung in Fig. 9 hat einen Betriebsspannungsanschluß 90, einen Masseanschluß 91 und einen Ausgang 92. Eine Betriebsspannungsquelle V+ (nicht gezeigt) ist an den Spannungsanschluß 90 angeschlossen. Zwischen den Anschluß 90 und den Masseanschluß 91 sind ein Widerstand 93 und eine Spule 58 (oder 82) geschaltet. Durch den Widerstand 93 und die Spule 58 fließt Gleichstrom und erzeugt ein vom Dorn bzw. Kern 54 (oder 75) ausgehendes magnetisches Gleichfeld. Das von dem Gleichstrom durch die Spule 58 erzeugte magnetische Gleichfeld könnte auch von einem Permanentmagneten erzeugt werden.The circuit in FIG. 9 has an operating voltage connection 90 , a ground connection 91 and an output 92 . An operating voltage source V + (not shown) is connected to the voltage terminal 90 . A resistor 93 and a coil 58 (or 82 ) are connected between the terminal 90 and the ground terminal 91 . Direct current flows through resistor 93 and coil 58 and generates a direct magnetic field emanating from mandrel 54 (or 75 ). The direct magnetic field generated by the direct current through the coil 58 could also be generated by a permanent magnet.

Zwischen den Anschluß 90 und die Aufnahmeelektrode 81 ist auch ein Vorspannungswiderstand 88 (als auf der Keramikscheibe in Fig. 7 angeordnet gezeigt) geschaltet. Der Vorspannungswiderstand 88 erzeugt am Verbindungspunkt 95 des Widerstands 88 und der Elektrode 61 einen Vorstrom in Form eines Gleichstroms. Die Spannung über dem veränderbaren Kondensator, der durch den Balkenabschnitt 42 und die Aufnahmeelektrode 61 gebildet ist, ist somit eine Funktion des Gleichstroms und der Frequenz der Schwingung des Balkenabschnitts 42.A bias resistor 88 (shown as disposed on the ceramic disc in FIG. 7) is also connected between the terminal 90 and the receiving electrode 81 . The bias resistor 88 generates a bias current in the form of a direct current at the connection point 95 of the resistor 88 and the electrode 61 . The voltage across the variable capacitor, which is formed by the beam section 42 and the receiving electrode 61 , is thus a function of the direct current and the frequency of the oscillation of the beam section 42 .

Das am Verbindungspunkt 95 abgegebene Signal wird über einen Filterkondensator 87 (in Fig. 7 gezeigt) zu einem Verstärker 97 übertragen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 97 wird als Ausgangssignal der Schaltung zum Ausgang 92 übertragen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 97 wird auch über einen Rückkopplungskondensator 98 zum Verbindungspunkt 94 des Widerstands 93 und der Antriebsspule 58 übertragen. The signal output at connection point 95 is transmitted to an amplifier 97 via a filter capacitor 87 (shown in FIG. 7). The output signal of the amplifier 97 is transmitted as the output signal of the circuit to the output 92 . The output signal of the amplifier 97 is also transmitted via a feedback capacitor 98 to the connection point 94 of the resistor 93 and the drive coil 58 .

Wenn die Schaltung eingeschaltet wird, verschiebt das Magnetfeld der Spule 58 den Balkenabschnitt 42. Der Kondensator zwischen dem Balkenabschnitt 42 und der Platte 61 beeinflußt das Eingangssignal des Verstärkers 97 über den Vorspannungswiderstand 88 und den Kondensator 87. Das Ausgangssignal des Verstärkers 87 ändert das Rückkopplungssignal am Kondensator 98, das wiederum den Strom durch die Spule 58 beeinflußt. Jede Änderung des Stroms durch die Spule 58 ändert das Magnetfeld durch den Balkenabschnitt 42, der wieder verschoben wird. Der Balkenabschnitt 42 wird so bei seiner Eigenfrequenz erregt, und das Ausgangssignal des Verstärkers 97 ändert sich mit dieser Frequenz. Die Beuteile sind so gewählt, daß sie eine geeignete Phasenbeziehung bewirken, um die Schwingung im gewünschten Frequenzbereich zu erzeugen.When the circuit is turned on, the magnetic field of coil 58 shifts beam section 42 . The capacitor between the beam section 42 and the plate 61 influences the input signal of the amplifier 97 via the bias resistor 88 and the capacitor 87 . The output signal of amplifier 87 changes the feedback signal on capacitor 98 , which in turn affects the current through coil 58 . Any change in the current through the coil 58 changes the magnetic field through the beam section 42 , which is shifted again. The beam section 42 is thus excited at its natural frequency, and the output signal of the amplifier 97 changes at this frequency. The components are selected so that they create a suitable phase relationship in order to generate the oscillation in the desired frequency range.

Die Schaltung in Fig. 9 erzeugt somit ein sich zeitlich änderndes Ausgangssignal, dessen Frequenz eine Funktion der Frequenz des Balkenabschnitts 42 ist. Dieses Ausgangssignal kann dann in ein digitales oder ein analoges Signal umgewandelt werden und erzeugt eine Anzeige der Spannung oder Kompression im Balkenabschnitt 42, deren Frequenz sich ändert und die eine Funktion des zu messenden Druckes ist.The circuit in FIG. 9 thus generates an output signal that changes over time, the frequency of which is a function of the frequency of the bar section 42 . This output signal can then be converted to a digital or an analog signal and produces an indication of the voltage or compression in the bar section 42 , the frequency of which changes and which is a function of the pressure to be measured.

Die Bauteile des Verstärkers 97 und die übrigen Bauteile zur Umwandlung des Signals am Ausgang 92 in ein digitales oder analoges Signal können wie in Fig. 1 oder alle Bauteile können wie in Fig. 4 am Block 50 angeordnet sein.The components of the amplifier 97 and the other components for converting the signal at the output 92 into a digital or analog signal can be arranged as in FIG. 1 or all components can be arranged at block 50 as in FIG. 4.

Wenn niederfrequente Schwingungen von externen Quellen (wie Flugzeugschwingungen bei Verwendung des Sensors in einem Flugzeug) eine niederfrequente Schwingung im Ausgangssignal verursachen, können Filter verwendet werden, um solche unerwünschten Schwingungen zu beseitigen.When low frequency vibrations from external sources (like aircraft vibrations when using the sensor in an aircraft) a low-frequency vibration in the output signal cause filters can be used to eliminate such unwanted vibrations.

Claims

1. Pressure sensor for generating an output signal which is proportional to the natural frequency of a vibrating beam, with a base plate to which one end of the vibrating beam is attached, an actuating element, one end of which is coupled to the other end of the vibrating beam, a pressurizing device for actuating the actuating element with a pressure signal to change the force that is exerted by the actuating element in the direction of the longitudinal axis of the oscillating beam, with a drive device whose longitudinal axis extends perpendicular to the longitudinal axis of the oscillating beam and with which a drive signal can be generated and the oscillating beam without contact with it Natural frequency can be set into vibration, and with a special sensor that responds to changes in the distance to the vibrating beam, with which the oscillation frequency of the vibrating beam can be detected, the drive device and the sensor being relatively in operation are fixedly arranged, characterized in that the drive device ( 48 ) and the sensor ( 61 ) form a unit which can be adjusted jointly with respect to the base plate ( 12 ).

2. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the drive device ( 58 ) is an electromagnetic drive device.

3. Pressure sensor according to claim 2, characterized in that the sensor ( 51, 53 ) lies in a plane parallel to the oscillating beam ( 35 ) and has a capacitor plate ( 51 ).

4. Pressure sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the actuating element ( 30 ) consists of a pivotally attached to the base plate ( 12 ) lever.

5. Pressure sensor according to claim 4, characterized in that the extension of the lever ( 30 ) along its pivot axis is substantially larger than the width of the oscillating beam ( 35 ) in the same direction that a support block ( 25 ) for the lever ( 30 ) the base plate ( 12 ) is fixed, that the support block and the lever are integrally formed, and that the pivotable attachment of the lever ( 30 ) consists of a material section ( 27 ) of substantially less thickness in the direction perpendicular to the pivot axis and to the longitudinal axis of the oscillating beam to form a hinge-like joint that extends along the pivot axis between the lever and the support block.

6. Pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor ( 51, 53 ) has a block ( 53 ) made of electrically non-conductive material, on which a capacitor plate ( 51 ) is applied, which in the direction of the oscillating beam ( 35 ) and that the vibrating beam has a flat surface facing the capacitor plate.

7. Pressure sensor according to claim 1, characterized in that the drive device is an electromagnetic drive with a current coil ( 58 ), a core ( 54 ) on which the coil is wound, and a block ( 53 ) made of electrically non-conductive material which is arranged on the core between the coil and the vibrating beam and has a surface near the beam.

8. Pressure sensor according to claim 7, characterized in that the core has a section extending into the core to form a magnetic flux path to the vibrating beam ( 35 ).

9. Pressure sensor according to claim 7, characterized in that the surface ( 57 ) of the block near the coil has a metallized layer on the side facing the coil.

10. Pressure sensor according to claim 6, characterized in that the block ( 53 ) has a surface near the oscillating beam ( 35 ) which is larger in the transverse direction than the utilized part of the oscillating beam, and in that electrical components are electrically connected to the capacitor plate ( 51 ) and are not arranged on the block ( 53 ) in alignment with the oscillating beam.

11. Pressure sensor according to one of claims 1 to 3, characterized characterized that essentially no current flows through the vibrating beam.

12. Pressure sensor according to claim 1 or 10, characterized in that the vibrating beam ( 35 ) has a central beam section ( 42 ) with a changing natural frequency with the stress and is connected to a pressure-responsive device, the voltage in the central section from a first state, when the pressure to be measured is minimal, to a full load state, when the pressure to be measured is maximum, that the central beam section ( 42 ) is attached to the base plate ( 12 ) and with the actuating element at both ends via a first and second spring assemblies ( 43 A, 43 B, 44 A, 44 B) are coupled to form first and second insulators ( 43, 44 ) that one end of the first insulator has one end of the central beam section and the other end the first insulator is connected to the base plate ( 12 ) in that one end of the second insulator is connected to the other end of the central beam section and that the other end of the second insulator is connected to the actuator ( 30 ) and that the spring assemblies have a fundamental natural frequency which is greater than the natural frequency of the central beam section when fully loaded and lower than twice the natural frequency of the central beam section when this is in its first load state.

13. Pressure sensor according to claim 12, characterized in that the isolators ( 43, 44 ) are two parallel spaced spring leaves connected at their opposite ends, and that each spring leaf has a fundamental natural frequency which is greater than the natural frequency of the central bar section, when it is fully stressed and less than twice the natural frequency of the central beam section when it is in its first load state.

14. Pressure sensor according to claim 3, characterized in that the two spring leaves connecting near the central beam section has a mass ( 27 A) to select the isolator frequency so that it is significantly lower in operation than the lowest natural frequency of the central beam section .

15. Pressure sensor according to claim 1, 2 or 4, characterized in that the actuating element ( 30 ) has a pivot lever made of metal which is pivotable about a pivot axis perpendicular to the longitudinal axis of the oscillating beam ( 35 ) in order to stress the beam under tension and pressure that the lever can be subjected to acceleration forces in the direction pivoting it about the pivot axis in order to change the load on the oscillating beam, and that a mass ( 27 A) of solder material is arranged on the lever relative to the pivot axis in such a way that they produce about the pivot axis Moments are in balance when the lever is subjected to acceleration forces.