DE3132848A1

DE3132848A1 - Mechanisch-elektrischer wandler zur messung von druecken

Info

Publication number: DE3132848A1
Application number: DE19813132848
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7145 Markgröningen Dillmann; Günter Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen Hönig; Immanuel Dipl.-Ing. 7151 Erbstetten Krauter; Jürgen 7141 Freiberg Würth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1983-03-03

Description

Mechanisch-elektrischer Wandler zur Messung von Drücken
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Messung von Drücker, insbesondere des Ansaugluftdruckes einer Brennkraftmaschine, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE-OS 28 42 140 ist ein Druckwandler bekannt, der eine Wellmembran aus magnetisch nicht leitendem Material aufweist. Auf dieser Membran ist ein Dauermagnet befestigt, dem ein zweiter Dauermagnet gegenübersteht, wobei die einander gegenüberstehenden Stirnflächen gleiche Polarität aufweisen. Zwischen den beiden Magneten ist ein Hallelement vorgesehen, das in Abhängigkeit von der am Ort des Hallelements herrschenden magnetischen Induktion eine elektrische Größe liefert. Dieser Druckwandler hat den Nachteil, daß durch die Anbringung des Magneten auf der Membran der Abgleich des Wandlers aufwendig ist. Die Membran wird zusätzlich durch den Magneten mechanisch belastet. Durch die Bewegung der Membran kann der Magnet abreißen.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Druckwandler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Anordnung der Magnete ein einfacher Abgleich möglich ist. Die Membranen werden mechanisch nicht durch den Magneten-belastet, so daß die Masse der Membran kleiner ist. Die Magnete können gleichzeitig zur Halterung und Einspannung der Membrane dienen.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen angegeben. Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Anbringung von Zusatzebenen zwischen den Membranen eine höhere Empfindlichkeit erreicht wird. Durch besondere Ausbildung der Membranen und der Zusatz ebene kann eine beliebige Feldverzerrung hervorgerufen werden, so daß ein beliebiger Zusammenhang zwischen Druck und elektrischer Meßgröße einstellbar ist.
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 und 2 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Wandler, wobei unterschiedliche Anordnungen des magnetfeldabhängigen Sensors vorgesehen sind, Figur 3 den Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckwandlers mit Zusatzebene und Figur 4 den Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels in einer Ebene senkrecht zu den Schnittebenen aus Figur 1 und 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die in Figur 1 bis 4 schematisch dargestellten Druckwandler sind zum Einbau in die Ansaugleitung eines nicht dargestellten Fahrzeugmotors bestimmt.
Der in Figur 1 dargestellte Druckwandler weist einen hohlzylinderförmigen Dauermagneten 1 auf. Die Stirnflächen des von dem Dauermagneten 1 gebildeten Hohlzylinder wird durch jeweils eine Membran 2, 3 abgeschlossen. Die Membranen 2 und 3 bestehen aus amorphem Metall, das heißt, einem Metall, daß nach Erhitzung einer extrem schnellen Abkühlung unterzogen wurde und deshalb seinen amorphen Zustand beibehalten hat. Dieses amorphe Metall ist magnetisch leitend. Der Dauermagnet weist über seine gesamte Höhe einen segmentartigen Ausschnitt auf. Innerhalb dieses Ausschnittes sind die Membranen2, 3 zu Laschen 4, 5 in der Weise umgebogen, daß sie zueinander parallel liegen und außerdem parallel zu den Stirnflächen des Hohlzylinders sind. Zwischen den beiden Laschen 4, 5 liegt ein magnetfeldabhängiger Sensor 6, der als Magnetfeldsonde, z. B. als Hallsensor oder Feldplatte oder als Induktionsspule ausgebildet ist.
Zwischen den Membranen 2, 3 und entsprechend zwischen den Laschen 4, 5 befindet sich ein Magnetfeld, das durch den Dauermagneten 1 gebildet wird. Zwischen den Laschen 4, 5 ist das Magnetfeld homogen. Die Membran 2 wird mit dem im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine herrschenden Ansaugluftdruck beaufschlagt, während auf die Membran 2 wird mit dem im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine herrschenden Ansaugluftdruck beaufschlagt, während auf die Membrane 3 der Außenluftdruck wirkt. Durch Änderung des Druckes verändert sich das zwischen den Membranen 2, 3 liegende Magnetfeld und damit ändert sich das Magnetfeld zwischen den Laschen 4, 5. Der magnetfeldabhängige Sensor 6 liefert ein der Änderung des Magnetfeldes entsprechendes elektrisches Signal.
Die Verwendung von amorphen Metallen ist für den Druckwandler besonders geeignet. Amorphe Metalle weisen eine sehr hohe Permeabilitat auf (~ 200 000). Außerdem weist amorphes Metall eine hohe Zugfestigkeit auf, so daß es als Federstahl verwendet werden kann. Durch die spezielle Materialzusammensetzung ist der Temperaturkoeffizient von amorphem Metall sehr gering.
In der Figur 1 sind gestrichelt weitere Membranen angedeutet, so daß sich Doppeldruckdosen ergeben. Mit der Anordnung nach Figur 1 wird eine Druckdifferenz zwischen P1 und p2 gemessen; der Druckwandler ist aber auch für Absolutdruckmessungen geeignet.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind zwei hohlzylinderförmige Dauermagneten 7, 8 vorgesehen, die sich gegenüberliegen und zwischen denen sich ein Luftspalt 9 befindet. Die Dauermagneten 7, 8 stehen sich mit gleichnamigen Polen gegenüber. Die sich nicht gegenüberliegenden Stirnflächen der Dauermagnete 7, 8 werden jeweils durch die Membran 2 und durch die Membran 3 abgeschlossen. Der magnetfeldabhängige Sensor 6 ist zwischen den Membranen 2, 3 angeordnet, vorzugsweise in der Mitte. Sind die Abstände zwischen magnetfeldabhängigem Sensor 6 und den Membranen 2, 3 ohne Druckbeaufschlagung gleich, so ist der Fluß durch den magnetfeldabhängigem Sensor 6 und den Membranen 2, 3 und der Magnetfluß durch den magnetfeldabhängigen Sensor 6 wird in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Figur 3 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus Figur 1. Zusätzlich zu diesem Ausführungsbeispiel.ist eine Zusatzebene 10 aus magnetisch leitendem Material vorgesehen, die zwischen den Membranen 2 und 3 liegt und die im oder am Dauermagneten 1 befestigt ist.
Die Zusatzebene 10 ist in zwei Teilebenen 11 und 12 unterteilt,,die sich in einem Teilbereich überlappen, das heißt, die Teilebenen 11, 12 stehen sich in diesem Überlappungsbereich parallel gegenüber und weisen einen Luftspalt auf. In diesem Luftspalt ist der magnetfeldabhängige Sensor 6 an der Teilebene 11 befestigt. Die Teilebenen 11, 12 bilden magnetische Potentialebenen, deren Werte von dem Abstand zwischen Membran und entsprechender Zusatzebene abhängen. Ist der Abstand zwischen den jeweiligen Teilebenen und der Membran 2 gleich dem Abstand zwischen den jeweiligen Teilebenen und der Membran 2 gleich dem Abstand zwischen den jeweiligen Teilebenen 11, 12 und der Membran 3, so ist der Fluß durch den magnetfeldabhängigen Sensor 6 ohne Druckaufschlagung gleich Null. Wird auf die Membran 2 der Druck Pl aufgebracht, so ändert sich der Luftspalt zwischen Membran 2 und Zusatzebene 12 und somit ändert sich der Fluß durch den magnetfeldabhängigen Sensor 6. Durch die in Figur 3 gezeigte Anordnung gibt. es schon bei kleinen Änderungen des Abstandes zwischen Membranen 2 und 3 und Zusatzebene 10 eine große Flußänderung durch den magnetfeldabhängigen Sensor 6.
Der in Figur 3 angegebene Druckwandler kann in der Weise abgewandelt werden, daß die Zusatzebene 10 durchgehend ist und der magnetfeldabhängige Sensor 6 im Bereich der Zusatzebene 10 direkt am Magneten 1 befestigt ist. Auch in diesem Fall gibt es am Ort des Sensors 6 eine Verlagerung des Flusses durch Magnet 1, Membran 2 über den Luftspalt zur Zwischenebene 10 und von dem Fluß durch Magnet 1 Membran 3tLuftspalt und Zusatzebene 10. Bei gleichem Abstand zwischen Zusatzebene und Membran 2, 3 hebt sich der Fluß durch den Sensor 6 auf, während bei ungleichen Abstanden ein Fluß durch den Sensor 6 gemessen werden kann.
Durch besondere Ausbildungen der Membrane 2, 3 und der Zusatzebene 10 kann die Empfindlichkeit des Druckwandlers erhöht werden. Außerdem lassen sich durch die Ausbildungen für die Membrane 2, 3 und dieser Zusatzebene 10 beliebige gewünschte Feldverzerrungen vornehmen, so daß sich spezielle Kurvenverläufe zwischen dem Druck und dem gemessenen Fluß, das heißt dem elektrischen Signal realisieren.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckwandlers dargestellt, bei dem ein Hohlzylinder 13 aus nichtmagnetischem Material, z.B. aus Glas oder Quarzglas vorgesehen ist. Dieser Hohlzylinder ist ebenso wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen durch die Membranen2 und 3 abgeschlossen, wobei die Membranen2, 3 zick-zack-förmig ausgebildet sind, was in der Figur 4 durch die Kreisringe 14 angedeutet ist.
Der Hohlzylinder 13 weist ebenso wie der Dauermagnet in Figur 1 einen segmentförmigen Ausschnitt auf, in dem ein Dauermagnet 15 angeordnet ist, der magnetisch leitend mit den Membranen 2, 3 verbunden ist. Als magnetfeldabhängiger Sensor dient im vorliegenden Fall eine Spule 16, die um den Dauermagneten 15 herum angeordnet ist. Bei Änderung des Druckes und damit des Abstandes zwischen den zwei Membranen 2, 3 ändert sich die Spuleninduktivität und damit das von der Spule 16 abgegebene Signal.
Der Hohlzylinder aus magnetisch nicht leitendem Material 13 kann für die Ausführungsbeispiele nach Figur 1 bis 3 zusätzlich vorgesehen sein, um die mechanische Stabilität des Druckwandlers zu erhöhen. Außerdem kann sie als Halterung für die Zusatzebene dienen.
Als weitere Ausgestaltung kann in dem Hohlzylinder aus magnetisch nicht leitendem Material eine Zusatzbohrung vorgesehen sein, die in den Raum zwischen den beiden Membran 2, 3 führt. Über diese Bohrung kann der Raum zwischen den Membranen 2, 3 führt. Über diese Bohrung kann der Raum zwischen den Membranen 2, 3 z. B. den Druck P2 annehmen, und der Druck p1 kann dann symmetrisch auf die Membranen 2 und 3 wirken. Das hat den Vorteil, daß die Membranen 2 und 3 immer gleich ausgelenkt werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen nach Figur 1 bis 4 ist es selbstverständlich, daß der Innenraum zwischen den Membranen 2, 3 druckdicht gegen den Außenraum verschlossen ist. Die hohlzylinderförmigen Dauermagnete 1, 7, 8 und der Hohlzylinder aus magnetisch nicht leitendem Material 13 sind als Kreiszylinder ausgebildet. Dies ist nur beispielhaft angegeben, die Hohlzylinder können jede beliebige andere Form aufweisen.

Claims

Mechanisch-elektrischer--Wandler zur Messung von Drücken Ansprüche 1. Mechanisch-elektrischer Wandler zur Messung von Drücken, insbesondere des Ansaugluftdruckes einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer von dem zu messenden Druck beaufschlagbaren Membran, mit einem magnetfeldabhängigen Sensor und mit einem Magnetsystem, dessen Magnetfeld am Ausgang des magnetfeldabhängigen Sensors eine in Abhängigkeit vom Druck sich ändernde elektrische Größe liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran2, 3)aus amorphem Metall besteht.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Hohlzylinder ausgebildeter Dauermagneti1)vorgesehen ist, dessen Stirnflächen von jeweils mindestens einer Membrant2, 34abgeschlossen sind.
3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dauermagneten(1)eine Aussparung vorgesehen ist, in deren Bereich die Membranen (2, umgebogene Laschen(4, 5) aufweisen, die parallel zueinander und parallel zu den Stirnflächen des hohlzylinderförmigen Dauermagneten (1) liegen und daß zwischen den Laschen(4, 5)der magnetfeldabhängige Sensor (6) angeordnet ist.
4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei als Hohlzylinder ausgebildete Dauermagnete(7, 85 vorgesehen sind, die sich mit gleichnamigen Polen gegenüberstehen, zwischen denen sich ein Luftspalt(9)befindet und deren sich nicht gegenüberliegende Stirnflächen von jeweils mindestens einer Membran abgeschlossen sind.
5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Sensor (6) im Luftspalt (9) angeordnet ist.
6. Wandler nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Sensor innerhalb des bzw. der als Hohlzylinder ausgebildeten DauermagneteÇ1, 7, 8) zwischen den Membranen (2, 3) liegt.
7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Membranen (2, 3) mindestens eine Zusatzebene (iO)aus magnetisch leitendem Material angeordnet ist.
8. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Sensor (6) auf der mindestens einen Zusatzebene (10) angeordnet ist.
9. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Sensor im Bereich der mindestens einen Zusatzebene (10) am Dauermagneten (1) angeordnet ist.
10. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzebene (10ßin mindestens zwei Teilebenen (11, 12) unterteilt ist, die sich teilweise überlappen und zwischen denen ein Luftspalt vorgesehen ist, in dem der magnetfeldabhängige Sensor (6)angeordnet ist.
11. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlzylinder (13) aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise aus Glas oder Keramik, vorgesehen ist, dessen Stirnflächen mit jeweils mindestens einer Membran (2, 35 abgeschlossen sind, daß in dem Hohlzylinder(13)eine Aussparung vorgesehen ist, in der ein Dauermagnet (i)angeordnet und magnetisch leitend mit den Membranen(2, 3) verbunden ist und daß als magnetfeldabhängiger Sensor eine Spule(16)vorgesehen ist.
12. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der mechanischen Stabilität zusätzlich ein Hohlzylinder 134aus magnetisch nicht leitendem Material innerhalb oder außerhalb des bzw. der hohlzylinderförmigen Dauermagnete(1, 7, 8)vorgesehen ist.
13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (13) aus magnetisch nicht leitendem Material zur Halterung der Zusatzebene dient.
14. Wandler nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Hohlzylinders(135 aus magnetisch nicht leitendem Material eine Bohrung vorgesehen ist.
15. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (2, zu gewellt sind.
16. Wandler nach einem der-Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (2, 3)zick-zack-förmig ausgebildet sind.
17. Wandler nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzebene zick-zack-förmig ausgebildet ist.