DE3133057A1

DE3133057A1 - Druckfuehler

Info

Publication number: DE3133057A1
Application number: DE19813133057
Authority: DE
Inventors: Iwasaki 48057 Auburn Heights Mich. Shinichiro
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-06-16
Also published as: JPH0418256B2; US4351191A; JPS5772038A

Description

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Öipl.-Chem. G* BüWing Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring4, Postfach 20 2403 8000 München 2

Tel.: 0 89-5396

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

21. August 1981 DE 1301 case W-1628

Aisin Seiki Kabushiki Kaisha

Kariya city, Japan

Druckfühler

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Druckfühler, der einen Gas- oder Flüssigkeitsdruck in ein elektrisches Signal umsetzt, und insbesondere auf einen Druck- " _C; fühler, der einen "bewegbaren Körper aufweist, welcher

einem Gas- oder Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist, und _i;

"bei dem eine Versetzung des "bewegbaren Körpers in ein elektrisches Signal umgesetzt wird.

Es ist eine herkömmliche Vorrichtung bekannt, bei der eine Membran mit einem Gas- oder Flüssigkeitsdruck beaufschlagt ist und normalerweise mittels einer Schraubenfeder in Gegenrichtung zu dem Gas- oder Flüssigkeitsdruck vorgespannt ist, wobei die Membran mit einem Schleifer eines Potentiometers verbunden ist. Wenn bei dieser Vorrichtung die Membran mit einem Gas- oder Flüssigkeitsdruck beaufschlagt ist, gibt das Potentiometer eine der Bewegungsstrecke der Membran entsprechende Analogspannung ab. Bei dieser bekannten Druckfühler-Vorriehtung ist es anzustreben, daß ein das Potentiometer bildender T)ünnf ilm-Widerstand ejne hohe Abriebfeö ti^keit 7,o.ir;t und Tür eine b^ π 1.5 mint, ο \',c.\\\ oi Γ«πι t<: I I ur\i^r, "In r. I "1 <-himii.! i *\

ges Abgreifen einer Ausgangsspannung ergibt. Weiterhin

Deutsche Bank (München) Klo-51/61070 Dresdner Bnnk (München) K!o 3939 84Ί Posischeck (München) Kto 670-Ί3 804

-X- °de"i3oi

ist gewünscht, daß der bewegbare Körper und der Schleifer mechanisch mit einem minimalen Spiel miteinander verbunden sind und daß zwischen dem Schleifer und dem Dünnfilm-Widerstand bei Vibrationen oder Stoßen ein gleichförmiger Kontakt aufrechterhalten ist. Da jedoch der Schleifer mit dem Dünnfilm-Widerstand unter Anpressen .in Kontakt gebracht wird,kann der Abrieb oder es körnen Vibrationen die Abgabe einer bezüglich eines Gas- oder Flüssigkeitsdrucks ungleichmäßigen Ausgangsspannung ver-Ursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckfühler zu schaffen, der eine berührungsfreie Umsetzvorrichtung aufweist, bei der kein mechanischer Kontaktmechanismus in einem mechanisch/elektrischen Umsetzungssystem enthalten ist, das eine einen Druck anzeigende mechanische Versetzung in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzt.

Ferner soll der erfindungsgemäße Druckfühler haltbar aufgebaut sein und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen bzw. Schwingungen und Stoßen haben.

Weiterhin soll mit der Erfindung·ein Druckfühler geschaffen werden, der nur eine verhältnismäßig einfache Verarbeitung eines Druckmeßsignals erforderlich macht.

Ferner soll es der erfindungsgemäße Druckfühler ermöglichen, Gas- oder Flüssigkeitsdruckdaten mit einer verhältnismäßig einfachen Ausleselogik in Form einer integrierten Schaltung mit hohem Integrationsgrad (ISI) wie eines Mikrocomputers auszulesen, dessen Technologie in der letzten Zeit außerordentlich weiterentwickelt wurde.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Druckfühler gelöst, der ein Gehäuse hat, dessen Innenraum

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mittels eines bewegbaren Körpers in einen ersten Raum, in den ein zu bestimmender Gas- oder Flüssigkeitsdruck eingegeben wird, und einen zweiten Raum aufgeteilt ist, in dem ein Fluid bzw. ein Gas oder eine Flüssigkeit, nämlieh normalerweise Luft mit einem vorgegebenen Druck, und zwar normalerweise Atmosphärendruck eingeschlossen ist oder durchgeleitet wird. In einem der Räume sind ein magnetisch weiches Teil mit einer daran angebrachten elektrischen Spule und ein Permanentmagnet angeordnet, in deren Nähe ein ferromagnetisches Teil angeordnet ist, das an dem bewegbaren Körper fest angebracht ist, Das magnetisch weiche Teil hat eine kleine Querschnittsfläche , so daß eine magnetische Sättigung leicht erreichbar ist. Dementsprechend kann das bewegbare ferromagnetische.

Teil, das den durch ein äußeres Feld hervorgerufenen, über das magnetisch weiche Teil verlaufenden Fluß steuert, eine verringerte Querschnittsfläche haben. Die elektrische Spule hat eine große Windungszahl, so daß das magnetisch weiche Teil durch Anlegen einer verhältnismäßig niedrigen Spannung bzw. bei einer verhältnismäßig . geringen Stromstärke magnetisch gesättigt werden kann. Der Permanentmagnet ist in seinen Körperabmessungen verkleinert, während er die Bedingungen für das Anlegen ei~ nea Magnetfelds an das magnetisch weiche Teil in einer Stärke erfüllt, die von der Bewegungsstrecke des ferromagnetischen Teils innerhalb eines vorbestimmten Ausmaßes der Bewegung desselben abhängt.

Eine Zeit T, die von dem Zeitpunkt des Anlegens einer Spannung an eine an dem magnetisch weichen Teil angebrachte Spule an dafür notwendig ist, das in einem vorgegebenen Abstand von dem feststehenden Permanentmagneten angeordnete magnetisch weiche Teil zu sättigen, kann annähernd folgendermaßen ausgedrückt werden;

τ - — (4, - Ji_x) ... (D J¹I

wobei E die angelegte Spannung ist, K die Windungszahl

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der Spule ist, φ der maximale Fluß ist, der annähernd gleich dem Sättigungsfluß ist, und φ ein Fluß ist, der auf einem äußeren Magnetfeld beruht, das über das ferromagnetische Teil an das magnetisch weiche Teil angelegt wird. Da sich der Wert von φ im Ansprechen auf eine Bewegung des ferromagnetischen Teils ändert, ändert sich auch die Zeit T. Sobald daher das ferromagnetische Teil entsprechend einem Gas- oder Flüssigkeitsdruck versetzt wird, um eine Änderung hinsichtlich des an das magnetisch weiche Teil angelegten äußeren Flusses φ herbeizuführen, ändert sich die Zeitdauer T von dem Anlegen einer Spannung an die Spule an bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Spulenstrom eine vorgegebene Stärke erreicht. Demzufolge ist bei dem erfindungsgemaßen Druckfühler eine elektrische Schaltung oder eine elektronische Halbleiter-Einheit vorgesehen, die den Wert der Zeit T erfaßt und ein elektrisches Signal in Form eines Spannungspegels oder eines digitalen Codes abgibt, das diesen Wert angibt. Bei einem vorzugsweise gewählten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemaßen Druckfühlers wird zur Bildung des magnetisch weichen Teils ein amorphes magnetisches Material.verwendet. Da ein amorphes magnetisches Material durch Abschrecken aus einem Metall in der Flüssigphase gewonnen werden muß, hat es die Form eines dünnen Blatts. Es zeigt Ferromagnetismus und hat einen hohen Wert der magnetischen Sättigung, hohe.Permeabilität (μ max>1(K) und eine geringe Koerzitivkraft (< 1 ,0 Oe), während es zugleich eine sehr hohe Bruchfestigkeit; hervorragende Elastizität und hervorragende Beständigkeit zeigt. Diese Eigenschaften eines amorphen Materials sind' für die Anwendung bei dem erfindungsgemaßen Druckfühler sehr vorteilhaft. Die "Verwendung des amorphen Materials erleichtert in vorteilhafter Weise die Signalverarbeitung und ergibt eine Steigerung der Genauigkeit bei der Bestimmung des Werts der Zeit T. Ferner wird in mechanischer Hinsicht die Herstellung vereinfacht, während die Widerstandsfähigkeit gegenüber Schwingungen bzw. Vibrationen oder Stoßen verbessert wird. Bei einem Vorzugs-

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weise gewählten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen .Druckfühlers wird das ferromagnetische Teil aus amorphem Weicheisen geformt. Es zeigt hohe Permeabili-. tat, die selbst "bei einer geringen Versetzung eine große Änderung hinsichtlich des an das magnetisch weiche Teil angelegten äußeren Flusses gewährleistet.

Einige magnetisch weiche Materialien sind in dem Artikel "Soft Magnetic Properties of Metallic Glasses Recent Developments", J. Appl. Phys» 50(3), März 1979, Seiten 1551-1556, von Hasegawa und anderen "beschrieben* ■ Magnetisch weiche Materialien werden unter der Handelsbezeichnung METGLAS (TM) von der Allied Chemical Corp. vertrieben. ·

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

20 Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Druckfühlers gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2a ist ein Schaltbild einer an den in Fig. 1 gezeigten Druckfühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung einer Analogspannung mit einem Pegel, der dem ermittelten Druck entspricht.

Fig. 2b ist"eine graphische Darstellung, die Kurven-. formen von Eingangs- und AusgangsSignalen der in Fig. 2a gezeigten Verarbeitungssohaltung zeigt.

Fig. 3a ist ein Schaltbild einer weiteren, an eine elektrische Spule des in Fig. 1 gezeigten Druckfühlers angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung eines verzögerten Impulses mit einer Verzögerungszeit, die dem ermittelten Druck entspricht.

Fig«, 3b ist eine graphische Darstellung, die Ein-

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gangs- -und Ausgangssignale der in Fig. 3a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung zeigt.

Pig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Zählerschaltung, die die Verzögerungszeit zwischen den\Eingangsimpulsen und den Ausgangsimpulsen der in Fig. 3a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung in einen digitalen Code umsetzt.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer elektronischen Verarbeitung^einheit, die einen Einzelbaustein-Mikrocomputer aufweist und an die elektrische Spule des in Fig. 1 gezeigten Druckfühlers angeschlossen ist, um auf digitale Weise die Verzögerungszeit von dem Anlegen eines • 15 Eingangsimpulses an bis zu der Anstiegsflanke eines durch die elektrische Spule fließenden Stroms zu zählen bzw. zu messen.

Fig.. 6a ist eine perspektivische Ansicht eines Aufbaus mit einem weichmagnetischen Teil, einem Permanentmagneten ' und einem ferromagnetischen Teil und "zeigt Abmessungen, die bei einem Versuch zur Ermittlung einer Anzeige-Spannung Vx und einer Impuls-Verzögerungszeit t , verwendet woprliTi, wo 1 ehe* anfallen, worin das f erromaj'.net. i sch«. Teil '2S t>owoj',L w.i rc\.

Fig. 6b ist eine graphische Darstellung, die eine Anzeigespannung Vx, welche eine Verzögerungszeit t, darstellt, in Bezug auf eine Wegstrecke χ eines 50 mm langen ferromagnetischen Teils in X-X-Richtung unter Verwendung des in Fig. 6a gezeigten Aufbaus zeigt, wobei die elektrische Spule mit der in Fig. 2a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung verbunden ist.

Fig. 6c ist eine graphische Darstellung, die eine Impulsbreite bzw. Verzögerungszeit t, in Bezug auf die Wegstrecke χ des 50 mm langen ferromagnetischen Teils in der X-X-Richtung unter Verwendung des in Fig. 6a ge-

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T zeigten Aufbaus und Verbindung der elektrischen Spule mit der in Pig. 3a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung darstellt.

Pig» 7 ist ein Längsschnitt eines Druckfühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Pig.-8a ist ein Schaltbild einer mit dem in Fig. gezeigten Druckfühler verbundenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung einer Analogspannung mit einem Pegel, der von dem ermittelten.Druck abhängt.

Pig. 8b ist ein Blockschaltbild einer mit dem in Pig. 7 gezeigten Druckfühler verbundenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung eines digitalen Codes, der den ermittelten Druck darstellt.

Pig. 8c ist ein Blockschaltbild einer mit dem in Fig. 7 gezeigten Druckfühler verbundenen elektronischen logischen Verarbeitungseinheit zur Erzeugung eines digitalen Codes, der den ermittelten Druck angibt.

Pig. 9a ist eine perspektivische Ansicht, die die Relativlage eines ferromagnetischen Teils in Bezug auf ein Paar magnetisch weicher Teile.und einen Permanentmagneten bei einer Anordnung zeigt, die zur Ermittlung einer Verzögerungszeit an zugeordneten elektrischen Spulen in Übereinstimmung mit der Relativlage verwendet wird.

Pig. 9b ist eine graphische Darstellung, die Spannungsdaten zur Angabe einer Verzögerungszeit t. zeigt, die sich in Übereinstimmung mit einer Wegstrecke χ eines 25 mm langen ferromagnetischen Teils in X-X-Richtung verändert, wobei die in Pig. 9a gezeigte Anordnung und ein Paar elektrischer Spulen verwendet wird, die in einem Abstand von 50 mm angeordnet und mit der in Pig. 8a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung verbunden

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1 sind.

Pig. 9o ist eine graphische Darstellung, die die Impulsbreite der Verzögerungszeit t-, in μβ in Bezug auf die Wegstrecke χ des 25 mm langen £ erromagnetischen .Teils in der X-X-Richtung zeigt, wobei der in Fig. 9a gezeigte Aufbau verwendet wird und zwischen den elektrischen Spulen, die an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach Fig. 3a angeschlossen sind, ein Abstand von.50 mm gebildet wird.

Pig. 10 ist eine Längsschnittansicht eines Druckfühlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Pig. 11 ist eine graphische Darstellung, die die Spannung Vx, welche die Verzögerungszeit t^ darstellt, in Bezug auf die Wegstrecke X eines ferromagnetischen Teils, nach Pig. 10 zeigt.

Fig. 12 ist ein Längsschnitt eines Druckfühlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Pig. 13a ist eine perspektivische Ansicht, die die Relativlage eines ferromagnetischen Teils in Bezug auf ein magnetisch weiches Teil und einen Permanentmagneten nach Pig. 12 bei einer Anordnung zeigt, die zum experimentellen Ermitteln der Impuls-Verzögerungszeit t^ verwendet wird, welche von der Stellung des ferromagnetiechen Teils 14 in Bezug auf das magnetisch weiche Teil

30 und den. Permanentmagneten abhängt.

Pig. 1313 ist eine graphische Darstellung, die. die Anzeige-Spannung Vx, welche die Verzögerungszeit t-, darstellt, in Bezug auf die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils nach Pig. 12 zeigt.

Pig. H ist eine Längsschnittansicht eines Druckfühlers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

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1. Fig. 15 ist eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Pig. H.

Pig. 16a ist eine perspektivische Ansicht, die die Relativlage eines ferromagnetischen Teils in Bezug auf ein magnetisch weiches Teil und den Permanentmagneten gemäß den Fig. 14 und 15 "bei einer Anordnung zeigt, die zur experimentellen Bestimmung der Impuls-Verzögerungszeit t, verwendet wird, welche von der Stellung des ferromagnetischen Teils in Bezug auf das magnetisch weiche Teil und den Permanentmagneten abhängt.

Fig. 16b ist eine graphische Darstellung, die die Spannung Vx, welche die Verzögerungszeit t, darstellt, in Bezug auf die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils gemäß den Fig. H und 15 zeigt.

Fig. 17 ist eine Längsschnittansicht eines Druckfühlers gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. 20

Fig. 18 ist eine Schnittansicht längs der Linie B-B in Fig. 17.

Fig. 19 ist eine Längsschnittansicht eines Druckfühlers gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel.

Fig. 20 ist eine Längsschnittansicht eines Druckfühlers gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.

in der Zeichnung sind durchgehend identische oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Erstes Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 6c) 35

Nachstehend wird anhand der Fig. 1 bis 6o ein erstes Ausführungsbeispiel des Druckfühlers beschrieben. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat ein

Druckfühler 1 einen ersten Gehäusekörper 3, der aus Harzmaterial gebildet ist und einen Einlaß 2 hat, in den ein in dem Ansaugsammler einer Fahrzeugmaschine herrschender Unterdruck eingegeben wird, und einen zweiten Gehäusekörper 4, der gleichfalls aus Harzmaterial gebildet ist und durch Ultraschallschweißen mit dem Gehäusekörper 3 verbunden ist. Eine Membran 6 ist an ihrem Umfang zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäusekörper 3 bzw. 4 festgehalten und hat einen mittigen ebenen Bereich, durch den ein daran befestigter Ferromagnetteil-Halter 7 ragt. Die Zusammensetzung aus der Membran 6 und dem Halter 7 teilt den durch den ersten und den zweiten Gehäusekörper 3 und 4 begrenzten inneren Raum in einen • ersten Innenraum 8, der mit dem Einlaß 2 in Verbindung steht, und einen zweiten Innenraum 9 auf, der mit der Atmosphäre bzw. Umgebungsluft in Verbindung steht. Der Halter 7 ist normalerweise mittels einer Schraubendruckfeder 10, die in dem ersten Innenraum 8 angeordnet ist, in eine Richtung zur Verkleinerung des zweiten Innenraums 9 bzw. nach rechts gemäß der Ansicht in Eig. 1 vorgespannt. Wenn in dem ersten Innenraum 8 Atmosphärendruck herrscht, stößt ein an dem freien Ende eines rohrförmigen Ausläufers der Rückseite des Halters 7 ausgebildeter Haken 11 gegen einen Plansch 13, der an dem Bolzen bzw'. Schaft einer Schraube 12 ausgebildet ist, die in Schraubverbindung mit dem ersten Gehäusekörper 3 steht (siehe Fig. 1). Es ist ersichtlich, daß die Schraube 12 bei ihrem Drehen zur Membran 6 hin oder von dieser weg bewegbar ist.. D.h. mittels der Schraube 12 wird eine

on

Rechtsbewegung des Halters 7 an einer Stelle begrenzt, die durch Drehen der Schraube 12 einstellbar ist. Ein An-. schlag 15 begrenzt die linksbewegung des Halters 7. An seiner Stirnseite hat der Halter einen stabförmigen Ausläufer, an dessen freiem Ende ein ferromagnetisches Teil 14 befestigt ist. An seiner Rückseite ist der Halter 7 mit einem ringförmigen Vorsprung 16 ausgebildet, der in einen kreisförmigen Ring 17 eingesetzt ist; welcher aus dem ersten Gehäusekörper 3 herausragt. Auf diese Weise

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führt der "Ring 17 den Halter 7 "bei dessen axialer Bewegung. An dem zweiten Gehäusekörper 4 sind innerhalb des zweiten Innenraums ein permanentmagnet 19 und ein Teil 20 aus einem amorphen, magnetisch weichen Metallmaterial· fest angebracht, die zueinander parallel sind und sich in .einer zur Richtung der Verschiebung bzw. Versetzung des •ferromagnetischen Teils H senkrechten Richtung erstrecken, wobei zwischen den Gehäusekörper 4 und den Permanentmagneten 19 sowie das Teil 20 ein Joch 18 gesetzt ist. Diese Teile werden mittels eines nichtmagnetischen Trägers 25 gehalten, der mittels einer Peststellschraube 24 an dem G-ehäusekörper 4 befestigt ist. Das magnetisch weiche Teil 20 erstreckt sich durch einen Spulenkörper 34 hindurch, an dem eins elektrische Spule 22 angeordnet ist.

Die einander gegenüberliegenden Wicklungsenden der Spule 22 sind an ein Paar Anschlüsse 26 und 27 angeschlossen, welche ihrerseits an ein Paar Zuleitungsdrähte 28 und angeschlossen sind, die aus dem Gehäusekörper 4 herausführen. Auf diese Weise' ist mittels des mechanisch weichen Teils 20, des Permanentmagneten 19 und des ferromagnetischen Teils 14 ein Magnetkreis gebildet.

Wenn der erste Innenraum 8 über den Einlaß 2 mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, dessen Höhe einen vorgegebenen Wert übersteigt, werden sowohl die Membran 6 als auch der Halter 7 nach links zu bzw. in einer Richtung zur Verkleinerung des Volumens des ersten Innenraums 8 gegen die Federkraft der Feder 10 bewegt, wodurch sich das ferromagnetische Teil 14 axial nach links zu bewegt, während es in Bezug auf das magnetisch weiche Teil 20 und den permanenten 19 die senkrechte Relativlage beibehält. Eine Versetzungsstellung des ferromagnetischen Teils 14 wird mittels einer elektrischen Verarbeitungsschaltung oder einer elektronischen logischen Verarbeitungseinheit ermittelt.

Die Eig. 2a zeigt eine Ausführungsform einer elektrischen Verarbeitungsschaltung 100. Die Schaltung 100

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hat einen Anschluß 101, der an eine vorgegebene Gleichspannung Vcc in der Größenordnung von beispielsweise +5 V angeschlossen wird. Ferner hat die Schaltung einen Eingangsanschluß 102, an den Spannungsimpulse mit einer Frequenz in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt werden. Ein mit seiner Basis an den Eingangsanschluß 102 angeschlossener UPF-Transistor 103 ist während der Zeit durchgeschaltet, während der die Impulsspannung positiv bleibt, und wird gesperrt, wenn die Impulsspannung Massepegel annimmt. Wenn der Transistor 103 ein- und ausgeschaltet bzw. durchgeschaltet und gesperrt .wird, wird ein PNP-Transistor 104· ein- bzw. ausgeschaltet. Damit wird während der Zeit, während der die an den Eingangsanschluß 102 angelegte Impulsspannung positiv ■ 15 bleibt, die Versorgungsspannung Vcc an die elektrische Spule 22 angelegt, während an diese bei Massepgel der Impulsspannung keine Spannung angelegt wird. An einem Widerstand 105 entsteht eine zu dem über die Spule 22 fließenden Strom proportionale Spannung, die mittels eines Integrators aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird, wobei die integrierte Spannung an einem Ausgangsanschluß 108 erscheint.

• Die Fig. 2b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und Ausgangsspannungen der in Fig. 2a gezeigten Schaltung. Die Verzögerungszeit t-, von dem Anstieg der Eingangsspannung IU bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Spannung an dem Widerstand 105 einen vorgegebenen Pegel übersteigt, sowie die integrierte Spannung Vx., die den integralwert der Spannung an dem Widerstand 105 darstellt, hängen beide von der Stellung bzw. Versetzung des ferromagnetischen Teils H ab.

Die Fig. 3a zeigt eine weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 120. In diesem Fall sind ein NPU-Transistor 103 und ein PHP-Transistor 104- während der Zeit durchgeschaltet, während der die Impulsspannung bzw. Eingangsspannung IU positiv bleibt; auf diese Weise

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wird die Versorgungsspannung Vco an. die Spule 22 angelegt. Während der Zeitdauer des Massepegels der Eingangsspannung IN sind die Transistoren 103 und 104 gesperrt, so daß das Anlegen der Versorgungsspannung Vce an die Spule 22 unterbunden ist. Ein Paar von U-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FET 1 und PET 2 "bildet eine Konstantstromquelle, die Taei durchgeschalteten Transistoren 103 und 104 einen konstanten Stromfluß über die Spule aufrechterhält. Die Stromstärke des ü"ber den Feldeffekttransistor FET 2 fließenden Stroms kann mittels eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die an dem mit den Feldeffekttransistoren FET 1 und FET 2 verbundenen Anschluß der Spule entstehende Spannung wird einem Paar von in Kaskade geschalteten invertierenden Verstärkern IU 1 und IN 2 zugeführt, die diese Spannung verstärken und formen.

Die Fig. 3b zeigt auf graphische Weise die Kurvenformen der Eingangs- und Ausgangsspannungen der Schal-

tung nach Fig. 3a. Die Schaltung 120 gibt ein Ausgangssignal OTJT in Form von Spannungsimpuls en ab, die jeweilsum eine Verzögerungszeit tj in Bezug auf Eingangsimpulse IN verzögert sind, wohei die Länge der Verzögerungszeit von der Lage "bzw. Versetzung des ferromagnetischen

²⁵ Teils H ahhängt.-

Die Fig. 4 zeigt eine Zählerschaltung I40, die das Ausmaß der Verzögerungszeit t, in einen entsprechenden' -

digitalen Code umsetzt. Bei der Schaltung nach Fig. 4

wird durch die Anstiegsflanke einer Eingangs spannung IBT ein Flipflop F1 gesetzt, wodurch dessen Q-Ausgangssignal auf. hohen Pegel "1" wechselt, durch den ein TMD-Glied A1 für den Durchlaß von mittels eines Taktimpulsoszillators 141 erzeugten Impulsen zu einem Zählimpulseingang CK eines Zählers 142 durchgeschaltet wird. Ein Ausgangsimpuls OUT und das Q-Ausgangssignal des Flipflops F1 werden an ein UND-Glied A2 angelegt, das hohen Pegel "1" a"bgibt, wenn der Ausgangsimpuls OUT auf hohen Pegel ansteigt.

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Zu diesem Zeltpunkt wird das Flipflop P1 rückgesetzt, wobei sein Q-Ausgangssignal auf niedrigen Pegel "0" zurückkehrt. Dadurch wird das UND-Glied A1 gesperrt, so daß die Zufuhr von Taktimpulsen zu dem Zähler 142 unter-"brochen wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das UND-Glied A2 ein Ausgangssignal mit dem Pegel "1" abgibt, wird ein den Zählstand des Zählers 14-2 darstellender Code in einem Zwischenspeicher 145 gespeichert. Nach dem Rücksetzen des Flipflops F1 und dem Beschicken des Zwischen-Speichers 143 mit dem Zählstandcode läßt ein TJTJD-Glied A3 Taktimpulse zürn Löschen des Zählers 142 durch. Ein Codeausgangssignal bzw. Datenausgangssignal des Zwi- ' schenspeichers 143 gibt somit die Anzahl der während des Intervalls der Verzögerungszeit t. durchgelassenen Taktimpulse an und stellt damit die Größe der Verzögerungszeit t_d dar.

Eine in Fig. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit .160 weist einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (integrierte Halbleitereinheit mit hohem Integrationsgrad, ISI) 161, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor FET 1, der als Konr • stantstromquelle arbeitet, einen Widerstand 163, einen Kondensator 164, einen Verstärker 165 und einen Taktim-.25 pulsoszillator 166 auf. Die Zusammenschaltung aus dem Widerstand 163 und dem Kondensator 164 bildet ein Filter, das Spannungsschwingungen mit Frequenzen unterdrückt , die höher als die Frequenz der Eingangs- und . Ausgangsimpulse sind. Der Mikrocomputer 161 bildet aufgrund der Taktimpulse aus dem Taktimpulsoszillator Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich von 5 bis 30 kHz und führt diese Impulse dem Verstärker 162 zu. Andererseits überwacht der Mikrocomputer 161 die an dem Verbindungspunkt zwischen dem F-Kanal-Feldeffekttransistor.FET 1 und einem Wicklungsende der Spule 22 entstehende Spannung bzw. die Ausgangsspannung des Verstärkers 165 und zählt die Taktimpulse, die während der Zeit von der Anstiegsflanke des vom Mikrocomputer abge-

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gebenen Impulses bis zum Ansteigen der Ausgangsspannung des Verstärkers 165 auf einen vorgegebenen Pegel erzeugt, werden. Dieses Zeitintervall entspricht der Verzö'gerungszeit t,-, wobei der Mikrocomputer ein Codeausgangssignal bzw. Datenausgangssignal bildet, das den Wert der Verzögerungszeit t_d angibt.

Gemäß den vorangehenden Erläuterungen kann der Druckfühler nach Fig. 1 mit verschiedenen elektrischen Verarbeitungsschaltungen oder einer elektronischen logischen Verarbeitungseinheit verbunden werden, um ein elektrisches Signal zu gewinnen, das die Lage bzw. Versetzung des ferromagnetischen Teils H innerhalb des Druckfühlers 1 angibt. Die Anwendung des in Fig. 1 gezeigten Druckfühlers 1 in Verbindung mit einer der elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und HO oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 erlaubt es, ein elektrisches Signal zu erzielen, daa von dem negativen Gas- oder Flüssigkeitsdruck abhängt. Zunächst wird der an dem Einlaß 2 herrschende negative bzw. Unterdruck mittels der Membran 6, des Halters 7 und der Feder 10 des Druckfühlers 1 in eine Stellung bzw. Versetzung des fer-■ r©magnetischen Teils 14 umgesetzt.

Das Umsetzen der Versetzung des ferromagnetischen Teils 14 in ein entsprechendes elektrisches Signal wird anhand von Versuchsdaten beschrieben, die in den Fig. 6b und 6c dargestellt sind.

Nach Fig. 6a sind das magnetisch weiche Teil 20 und der Permanentmagnet 19 parallel zueinander fest angebracht. Senkrecht zu den Längsachsen des magnetisch wei-. chen Teils 20 und des Permanentmagneten 19 wird eine Achse Xo-Xo gewählt. Das ferromagnetische Teil 14 wird auf einer Achse X-X ausgerichtet, die zu der Achse Xo-Xo parallel ist und in einem vorgegebenen Abstand j von dem magnetisch weichen Teil 20 liegt. Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Anordnung wird die Spannung

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Vx, die die Verzögerungszeit und die Impulsbreite angibt, in Bezug auf die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 14 iD- der X-X-Richtung bestimmt, wobei der Ursprung (x = O) als Ausrichtung des nach Fig. 6a linken Endes des ferromagnetischen Teils 14 mit einer Verlängerung der "Längsachse des magnetisch weichen Teils 20 definiert w ird . Verschiedenerlei Abmessungen a bis j und das verwendete Material sind zusammen mit der Bezeichnung der Figur, in der die erzielten Daten dargestellt sind, in der Tabelle 1 aufgeführt.

ω ο

cn

to ο

Tabelle 1

Pail Nr.	magnetisch weiche Teile 20	Dicke mm	a mm	nun	Slatt- anz.	Spule 22	Kagnet 19	TTlTTl	nun	mm
1	Material Atomgew.$	0,058	40	1,8	4'	W la dung s ans.	40	5·	5.
2	amorph	H	tt	Il	11	1000	η	π	11
5	M	It	I!	Ii	ti	π	tt	It	tt
6	11	It	Il	Il	It	ti	ti	ti	11
7	(I	Il	Il .	Il	Il	It	11	Il	11
11	ti

OO CO O

(θ

(Jl

Si O

Ul

Tabelle 1

Pall Nr.	ferromagnetische3 Teil 14	TTlF	ff mm	mm	Abstände	» TTlTJI	Meßyorr. und Sing.- Impuls—	Spannungs- Pol.	Daten
1	Material Atomgew.fo '	50	10	2	mm	2	Schltg.100	N-N	«.«
2	^Pe81^B13,5 ^Si3,5^C2 amorph	ti	Il	Il	40	It	Schltg.120 5kHz	N-N	Pig.6c
5	II	25	Il	It	It ·	X	Schltg.100	N-N	Pig.11
6	It	Il	ti	Il	30	X	Schltg.100	N-N .	Pig.13a
7	Il	50	30	2	5	X	π	N-N	pig.16a
It	15

-§€"- DE 1501

.In der Tabelle zeigt die Spannungspolarität "N-N" an, daß in der elektrischen Schaltung die Spule 22 so geschaltet ist, daß das obere Ende des magnetisch weichen Teils einen N-PoI bildet.

Die Daten nach Fig. 6b zeigen, daß bei dem Fall

Nr. 1 eine Spannung Vx mit guter Linearität und hoher Genauigkeit für eine Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils in der X-X-Richtung in einem Bereich von 0 bis 45 nua, insbesondere von 10 bis 40 mm und am günstigsten von 20 bis 35 mm erzielbar ist. Bei dem in der Fig. 6c veranschaulichten Fall wird eine Impulsbreite der Verzögerungszeit t-, in μθ mit guter Linearität und hoher Genauigkeit für eine Wegstrecke des ferromagnetischen Teils von 0 bis 45 mm, insbesondere von 0 bis 30 mm und am günstigsten von 0 bis 15 mm erzielt.

Zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 7 bis 9b)

. Der in Fig. 7 gezeigte Druckfühler ist dem in Fig. 1 gezeigten insofern gleichartig, als das ferromagnetische Teil 14 in der X-X-Richtung in Übereinstimmung mit dem Ausmaß des in dem Einlaß 2 herrschenden negativen Gas- oder Flüssigkeitsdrucks zu dem magnetisch weichen Teil 20 hin oder von diesem weg bewegt wird, unterscheidet sich jedoch von letzterem dadurch, daß dem magnetisch weichen Teil 20 unter Zwischensetzung des Permanentmagneten 19 ein weiteres magnetisch weiches Teil 21 gegenübergesetz-t ist. Das magnetisch weiche Teil 21 erstreckt sich durch einen Spulenkörper 35 hindurch, an dem eine elektrische Spule 23 angebracht ist. Die einander gegenüberliegenden Wicklungsenden der Spule 23 sind an ein Paar Anschlüsse 30 und 31 angeschlossen, welche ihrerseits an ein Paar ZuIeitungsdrähte 32 und 33 angeschlossen sind.

Der übrige Aufbau ist zu dem in Fig. 1 gezeigten gleichartig, so daß er im Hinblick auf die Bezeichnung einander entsprechender Teile mit gleichen Bezugszeiohen nicht beschrieben wird.

T)TC 1301

Die Fig. 8a zeigt eine elektrische Verarbeitungsschaltung 180, die zur Abgabe einer Analogspannung Vx verwendbar ist, welche der Lage des ferromagnetischen . Teils 14 in dem in Fig. 7 gezeigten Druckfühler 1 entspricht. Im einzelnen ist "bei der Schaltung 180 ein NPN-Transistor 103 während der Zeit durchgeschaltet, während der ein Eingangsspannungsimpuls ITT auf seinem positiven Pegel verbleibt, und während der Zeit gesperrt, während der der Eingangsspannungsimpuls Massepegel annimmt. Die Kollektorspannung des Transistors 103 wird vor ihrem Anlegen an die Basis eines NPN-Transistors mittels eines Paars invertierender Verstärker IN3 und IN4 verstärkt und geformt. Wenn, daher der Eingangs spannungsimpuls IN seinen positiven Pegel annimmt, wird der Transistor 103 durchgeschaltet, während der Transistor 121 gesperrt wird. Demzufolge wird während dieses Zeitintervalls ein PNP-Transistor 104 gesperrt. Dagegen ist während des Massepegels des Eingangsspannungsimpulses der Transistor 103 gesperrt, während, die Transistoren

•20 121 und 104 durchgeschaltet sind. D.h., es wird auf gleichartige Weise wie bei der Schaltung 120 nach Fig. 3a an die Spule 22 eine Impulsspannung angelegt, wodurch an einem Widerstand 105 ein Spannungsimpuls mit einer Verzögerungszeit t,* gegenüber der abfallenden Flanke des Eingangsspannungsimpulses IN in der Weise auftritt, daß die Verzögerungszeit einem Abstand x^ des ferromagnetischen Teils 14 von dem magnetisch weichen Teil bei der Relativbewegung des Teils 14 gegenüber dem Magneten 19 und dem Teil 20 entspricht. An die zweite elektrische Spule 23 wird eine Konstantspannung über einen " PNP-Transistor 181 angelegt. Da während der Zeit positiven Pegels des Eingangsspannungsimpulses IN der Transistor 103 durchgeschaltet ist, so daß ein"invertierender Verstärker IN5 ein positives Ausgangssignal abgibt, welehes seinerseits einen NPN-Transistor 182 durchschaltet,

ist auch der Transistor 181 durchgeschaltet, während dieser gesperrt wird, wenn der Eingangsspannungsimpuls IN Massepegel annimmt. Demzufolge wird an die zweite

DE 1301

Spule 23 eine konstante Versorgungsspannung Ycc angelegt, wenn an die erste Spule 22 keine Spannung angelegt wird, während an die zweite Spule 23 keine Spannung angelegt wird, wenn an die Spule 22 die konstante Versorgungsspannung Ycc angelegt wird. D.h., die konstante Versorgungsspannung wird atiwechselnd in Übereinstimmung mit den Eingangsspannungsimpulsen IU an die erste Spule 22 und die zweite Spule 23 angelegt. Die zweite Spule 23 ist an einen widerstand 183 angeschlossen, an dem ein Spannungsimpuls erscheint, dessen Anstiegsflanke gegenüber der Anstiegsflanke des Eingangsspannungsimpulses IU um das Intervall einer Verzögerungszeit t-,ρ "verzögert ist, die "bei der Relativbewegung des Teils H gegenüber dem Magneten 19 und dem Teil 21 von einem Abstand X₂ ^des ferromagnetischen Teils 14 von dem magnetisch weichen Teil 21 abhängt. Die an dem Widerstand 105 entstehende Spannung Vx1 ist an einen Belag eines Kondensators angelegt, während die an dem Widerstand 183 auftretende Spannung Vx2 an den anderen Belag des Kondensators angelegt ist. Da der Abstand zwischen dem ferromagnetisehen Teil 14 einerseits und dem ersten und zweiten magnetisch weichen Teil 20 bzw. 21 andererseits durch X₁ bzw. Xg dargestellt ist, wobei x* + x₂ = k (Konstante) gilt, und da die Spannungen Vx1 und Vx2 den Größen von χ. bzw. Xp proportional sind, entspricht die Potentialdifferenz an dem Kondensator 184 der Größe (x.. -X₂). Der Kondensator 184 bildet zusammen mit einem widerstand 185 einen integrator, so daß an dem Kondensator eine Spannung entsteht, die der Größe (x* -X₂) entspricht.

Da X₂ = k - x.. ist, ist x., - X₂ = 2x^ + k. Daher entspricht die Spannung an dem Kondensator 184 der Größe 2x.j. D.h., es wird eine Analogspannung erzielt, die der doppelten Wegstrecke x.. des ferromagnetischen Teils in Bezug auf das erste weichmagnetische Teil 20 entspricht. Die gegenpoligen Anschlüsse des Kondensators 184 sind mit den beiden Eingängen eines Rechenverstärkerß 186 verbunden, der als Differenzverstärker ausgebildet ist. Der Verstärker 186 gibt eine Analogspannung

T)V 1301

1 Yx ab, die dem Wert 2x^ entspricht.

Die Fig. 8t» zeigt eine weitere elektrische Verarme itungs schaltung 200, die ein Paar von Impulsen liefert, welche der Anstiegsflanke des Eingangsimpulses um Zeitintervalle t·,.. bzw. t^2 verzögert nachfolgen. Diese Impulse werden jeweils an ein Paar von Zählerschaltungen HO angelegt, wo sie in ein Paar Codes S20 bzw. S21 umgesetzt werden, die die Verzögerungszeiten t-,., bzw. t-,ρ darstellen. Diese Codesignale werden einem Subtrahierer 201 zugeführt, der den Wert (t,^ - t-,ρ) berechnet und ein digitales Codeausgangssignal Sx = S20 - S21 abgibt, das den Wert (t-,.. - t,p) bzw. 2x^ darstellt.

Die Pig. 8c zeigt eine elektronische logische Verarbeitungseinheit 220 mit einem Einzelbaustein-Mikrocomputer 221, der einen Einzelimpuls an die mit der ■ elektrischen Spule 22 verbundene Schaltung 120 anlegt, während er einen Zeitzählvorgang von der Anstiegsflanke des Impulses an beginnt, um Zähldaten S20 für die Verzögerungszeit t-,.. zu erzielen, die gespeichert werden. Darauffolgend legt der Mikrocomputer einen Einzelimpuls an die mit der elektrischen Spule 23 verbundene Schaltung 120 an, während er den ZeitZählvorgang von der Anstiegsflanke dieses Impulses an beginnt, um Zähldaten S21 für die Verzögerungszeit t-,ρ ^zu erhalten. -Danach berechnet der Mikrocomputer die Differenz (t-,-. - iop) uM erzeugt ein entsprechendes Cοdeausgangssignal Sx = S20 S21. Solange ein Meßbefehl-Steuersignal vorliegt, .30 setztder Mikrocomputer diesen Punktionsablauf fort.

Nach Pig. 9a sind die magnetisch weichen Teile 20 und 21 parallel zueinander fest angebracht, wobei der Permanentmagnet 19 in der Mitte zwischen diesen Teilen fest angebracht ist. Eine Achse Xo-Xo wird so gewählt, daß sie zu den Längsachsen der magnetisch weichen Teile 20 und 21 sowie des Permanentmagneten 19 senkrecht steht; das ferromagnetische Teil H ist längs einer

■■■■■ 25 ■,.:. ■■'■

■ -&6- "DE 1301

Achse X-X "bewegbar, die zu der Achse Xo-Xo parallel ist und von den -weichmagnetischen Teilen 20 -und 21 einen vorgegebenen Abstand j hat. Unter Verwendung dieses Aufbaus wurde die die Zeitverzögerung und die Impulsbreite in μβ darstellende Spannung Vx in Bezug auf die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 14 in der X-X-Richtung bestimmt, wobei der Ursprung (x = 0) als die Stellung des ferromagnetischen Teils H festgelegt wurde, bei der das Teil genau in der Mitte zwischen den magnetisch weichen Teilen 20 und 21 steht. Verschiedene Dimensionen a bis j und verwendete Materialien sind zusammen mit der Bezeichnung der Figuren, die die erzielten Daten darstellen, in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.

Die Spannungspolarität S-IT gibt an, daß die Spule derart an die elektrische Schaltung angeschlossen ist, daß die nach,Fig. 9a oberen Enden der magnetisch weichen Teile jeweils einen S-PoI darstellen, während die

20 Spannungspolarität N-N angibt, daß der Anschluß der

Spule an die elektrische Schaltung in der Weise erfolgt, daß jeweils die oberen Enden der magnetisch weichen Tel-Ie einen N-PoI darstellen.

Die in der Fig. 9b dargestellten Versuchsdaten zeigen, daß eine Spannung Vx mit guter Linearität und hoher Genauigkeit für eine Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 14 von -10 bis +10 mm, von -30 bis -12 mm oder von +10 bis +30 mm erzielt wird. Die Daten nach der Fig. 9c stellen die Differenz zwischen der Impulsbreite für die einzelnen Verzögerungszeiten t* in |xs dar und werden dadurch gewonnen, daß die elektrische Verarbeitungsschaltung 120 nach Fig. 3a mit den in Fig. 8b gezeigten elektrischen Spulen 22 und 23 verbunden wird. Es ist ersieht-.

*" lieh, daß die Impulsbreite bzw. Verzögerungszeit in μ3 mit guter Linearität und hoher Genauigkeit für eine Wegstrecke χ des ferromagnetisehen Teils 14 in einem Bereich von -15 bis +15 nun, von -30 bis -15 mm oder von +10 bis +25 mm erzielt wird.

ω ο

to

to O

Tabelle 2

co co O CT

Pall Ur.	magnetisch weiche Teile'20 und 2i	Dicke mm	mm	mm	Blatt- anz.	S "DUl en 22.25	Magnet 19	mm	^dmm	■ mm
5	Material Atomgew. <?o	0,058	40	5	4	Win dung sanz.	40	5	5
4	^Pe A(FHo*Ί 4^B6 amorph	π	I!		ti	800	Il	Il	Il
It	π

Ln

Oi

Pall Nr.	ferromagnetisches' Teil 14	•ta* "UM	10	CVJ	A"b stände	"mm	Meßvorr. und Eing.- Impuls- Prequenz	Spannungs- POl.	Baten
3	Material Atomgew.^fa	25	Il	ti	mm	5	Schltg.180 5kHz	N-S	Pig. 9b
4	^Ile4O^Ni4O^pH^B6 amorpli	11		50	It	Paar aus Schltgn. 120 JkHz.	N-N	Pig. 9c ,,. ·- .". L
ti		It

Tabelle 2

Ca) CD

-ί*Τ- I)R 1*501

AuuriAhrun^üboiaplel (Fl^. 10 und 1I ₁ )

Der in. Fig. 10 gezeigte Druckfühler 1 hat ein. erstes und ein zweites Teil 40 "bzw. 41, die an dem Innenumfang der Membran 6 befestigt sind und mit dieser zusammen einen bewegbaren Körper "bilden. Das zweite Teil 41 ist an seiner rechten Seite mit einem Verbindungsteil 42 für die Verbindung mit einem Vorsprung eines Verbindungsglieds 45 versehen, das einen weiteren Vorsprung für die Verbindung mit einem Verbindungsteil 43 hat, welches an dem ferromagnetischen Teil 14 fest angebracht ist; dadurch wird im Ansprechen auf eine Versetzung des bewegbaren Körpers das ferromagnetische Teil 14 versetzt- bzw. verschoben. Im einzelnen ist dabei gemaß der Darstellung bei 47 das obere Ende des ferromagnetischen Teils 14 schwenkbar an einem weiteren ferromagnetischen Teil 46 angelenkt, das fest an" dem Gehäusekörper 4 angebracht ist und als Joch wirkt. Auf diese ■ Weise ist das ferromagnetische Teil 14 im Ansprechen auf eine Verschiebung bzw. Versetzung des bewegbaren Körpers um den Anlenkpunkt in einem Winkel nach links gemäß Fig. 10 zu schwenkbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Längsachsen des Permanentmagneten 19, der fest an dem ferromagnetischen Teil 46 angebracht ist, und des magnetisch weichen Teils 20, an dem die elektrische Spule 22 angebracht ist, parallel zu der Versetzungsrichtung des bewegbaren Körpers bzw. der in Fig. 6a gezeigten X-X-Richtung angeordnet, so daß das ferromagnetische Teil 14 in Richtung der Längsachsen des Permanent^ magneten 19 und der elektrischen Spule 22 bzw. in der X-X-Richtung versetzt wird.

Die Feder 10 stößt mit ihrem einen Ende gegen eine Haltehülse 48, welche in ihrer Lage mittels der Einstell-Schraube 12 eingestellt ist, wodurch die Federkraft der Feder einstellbar ist. Die Versetzung des bewegbaren Körpers aus der Membran 6 und dem ersten und zweiten Teil 40 und 41 nach rechts zu ist bei der Übertragung

-3-Θ-- "DE 1501

"!· der Versetzung über das Verbindungsglied 45 durch den Anstoß des ferromagnetischen Teils 14 gegen das magnetisch weiche Teil 20 "begrenzt. Andererseits ist die Versetzung des bewegbaren Körpers nach links zu durch den Anstoß einer Schulter 49 an dem ersten Teil 40 gegen den ersten Gehäusekörper 3 begrenzt. Es ist ersichtlich,, daß zu den vorangehend beschriebenen Teilen gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ohne daß ihre Beschreibung wiederholt ist.

"Die bei der Versetzung des ferromagnetischen Teils 14 erzielten Versuchsdaten sind in der Fig. 11 darge- . stellt, während der Aufbau, die Dimensionen und die Anordnung in der Tabelle 1 als Pall Nr. 5 angeführt sind.

Wenn als Ursprung (x = 0) die Stellung bzw. Versetzung gewählt ist, bei d.er das ferromagnetische Teil 14 gegen · das magnetisch weiche Teil 20 stößt, ist aus den in Fig. 11 dargestellten Daten ersichtlich, daß für eine kürzere Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils mit einer guten Linearität der Spannungsänderung in Bezug auf die Wegstrecke eine Ausgangsspannung Vx mit hoher Genauigkeit erzielt wird. ' .

Viertes Ausführungsbeispiel (Flg. 12 bis 13b) 25

Bei dem in der Pig. 12 gezeigten Drückfühler ist das ferromagnetische Teil 14, das fest an dem bewegbaren Körper aus der.Membran 6 und dem Halter 7 angebracht ist, zwischen den Permanentmagneten 19 und das magnetisch wei-_Gne ipeil 20 gesetzt. Das magnetisch weiche Teil 20 und das ferromagnetische Teil 14 sind mit ihren Längsachsen auf die gleiche Weise wie in Fig. 1 ausgerichtet (nämlich in Y-Y- bzw. X-X-Richtung), während der permanentmagnet 19 mit seiner Achse in Z-Z-Richtung ausgerichtet ist. Dieser Zusammenhang int in der Piß. 13a dargestellt. Kin an dem zweiten (Joh/iuoukMrpor 4 !«sat un^obr/iob t.<;n magnetisches Teil 50 wirkt als Führung für die Rewotfunp; des ferromagnetischen Teils 14 oöwie auch als Joch eineo

ie 1301

Nagnetkreises, der von dem Permanentmagneten 19 über das ferromagnetische Teil 14 und die an dem magnetisch weichen Teil 20 angebrachte elektrische Spule 22 verläuft. In anderer Hinsicht ist die Anordnung zu den vorangehend "beschriebenen Anordnungen gleichartig, so daß daher einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen "bezeichnet sind, ohne daß ihre Beschreibung wiederholt ist.

Versuchsdaten, die als Ergebnis der vorangehend beschriebenen Versetzung des ferromagnetischen Teils 14- erzielt werden, sind in der Fig. 13b dargestellt, während die Dimensionen und der Aufbau in der Tabelle 1 als Fall Nr. 6 angegeben sind. Gemäß der Darstellung in der Pig.

13a ist die Achse des magnetisch weichen Teils 20 in der Y-Y-Richtung ausgerichtet, die Achse des ferromagnetischen Teils 14 in der X-X-Richtung ausgerichtet und die Achse des Permanentmagneten iy in der Z-Z-Richtung ausgerichtet; der Ursprung (x = 0) wird so gewählt, daß . dabei der Abstand j zwischen dem ferromagnetischen Teil 14 und dem"magnetisch weichen Teil 20 gleich Null ist (siehe Pig. 13a), wobei die Achse des ferromagnetischen Teils 14 in der Mitte zwischen dem magnetisch weichen · Teil 20 und dem linken Ende des Permanentmagneten 19 liegt. Unter Verwendung dieses Aufbaus wurde die die Verzögerungszeit darstellende Spannung-Vx in Bezug auf die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 14 in der X-X-Richtung bezüglich des magnetisch weichen Teils 20 ermittelt. Die Pig. 13b zeigt die erzielten Ergebnis-" daten, aus denen festzustellen ist, daß für die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 14 zwischen 0 und 10 mm eine Ausgangsspannung Vx mit guter Linearität und hoher Genauigkeit erzielt wird.

Fünftes Ausführungsbeispiel (Pig. 14 bis 16b)

Der in den Pig. 14 und 15 gezeigte Druckfühler 1 unterscheidet sich von dem in Pig. 1.2 gezeigten Ausfüh-

DE 1301

rungsbeispiel dahingehend, daß die Achsen des Permanentmagneten 19, des magnetisch weichen Teils 20 und des ferromagnetischen Teils Η in der Y-Y-Richtung ausgerichtet sind. Die bei dieser Betriebsart erzielten Versuchsdaten sind in der Fig. 16b dargestellt, während die Dimensionen und der verwendete Aufbau in der Tabelle 1 als Pall Hr. 7 angeführt sind.

Nach-Pig. 16a sind das magnetisch weiche Teil 20, der permanentmagnet 19 und das ferromagnetische Teil mit ihren Längsachsen in Ausrichtung mit der Y-Y-Richtung angeordnet, wobei die Achse des f err omagne. tischen Teils Η in der Mitte· zwischen den Achsen des magnetisch weichen Teils 20 und des Permanentmagneten 19 angeordnet ist. Das ferromagnetische Teil 14 ist in der X-X-Richtung bewegbar, wobei der Ursprung (x = O) an der Stelle gewählt ist, an der der Abstand j zwischen dem ferromagnetischen Teil 14 und dem magnetisch weichen Teil 20 gleich Null ist (siehe Fig. 16a). Unter Verwendung dieses Aufbaus wurde die die Yerzögerungszeit darstellende Spannung Yx in Bezug auf die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 14 in der X-X-Richtung relativ zu dem magnetisch weichen Teil 20 ermittelt. Die Daten nach Fig. 16b zeigen, daß für eine Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 14 in einem Bereich von 5 bis 15 mm eine Ausgangsspannung mit guter Linearität und hoher Genauigkeit erzielt wird.

Sechstes Ausführungsbeispiel (Fig. 17 und 1B) 30

Der in den Flg. 17 und 18 gezeigte Druckfühler 1 ist zu dem in den Fig. 14 und 15 gezeigten Druckfühler mit der Ausnahme gleichartig aufgebaut, daß gemäß den vorangehenden Ausführungen hinsichtlich der Anordnung nach Fig. 7 ein Paar magnetisch weicher Teile 20 und vorgesehen ist, die jeweils eine elektrische Spule 22 bzw. 23 tragen. Hs ist ersichtlich, daß bei dienern Λυπ-f ührungsbeispiel i'Ur die Punktion aJ ο bruokfUh I or wlodor

DE 1301

die Meß- bzw. Verarbeitungsschaltung gemäß der Darstel- .;.>.■/ ir. yU-· ^e. ^b oder 8c anwendbar ist.

Siebentes Ausführungsbeispiel (Fig» 19) 5 '

Bei dem in der Fig. 19 gezeigten Druckfühler ist das magnetisch weiche Teil 20, an dem eine elektrische Spule 22 angebracht ist, an einer Seite des Permanentmagneten 19 angeordnet, während das ferromagnetische Teil 14 an der anderen Seite des Magneten angeordnet ist, Das ferromagnetische Teil 14 ist mit seiner Längsachse in einer Richtung senkrecht zu den Längsachsen des Permanentmagneten 19 und der elektrischen Spule 22 angeord-" net. Das ferromagnetische Teil 14 hat eine Fläche 14a, die sich parallel zu den Achsen .des Permanentmagneten 19 und der elektrischen Spule 22 erstreckt. Diese Anordnung ergibt gleichfalls eine nutzvolle Funktion als Druckfühler auf gleichartige Weise wie bei den vorangehend

beschriebenen Ausführungsbeispielen. 20

Achtes Ausführungsbeispiel (Fig. 20)

Der in Fig. 20 gezeigte Druckfühler 1 ist dem nach Fig. 19 mit der Ausnahme gleichartig, daß ein weiteres, eine elektrische Spule 23 tragendes, magnetisch weiches Teil 21 und ein weiterer permanentmagnet 19a an der der Ausgangszusammensetzung aus dem Permanentmagneten 19 und dem magnetisch weichen Teil 20 entgegengesetzten Seite des ferromagnetischen Teils 14 angeordnet sind. Auch dies er Druckfühler arbeitet sehr wirkungsvoll auf die im vorangehend beschriebene Weise. Es ist anzumerken, daß die magnetisch weichen Teile 20 und 21 mit Hilfe von Schrauben 60 und 61 gehalten werden, die in den zweiten Gehäusekörper 4 eingeschraubt sind.

Bei jedem der vorangehend genannten Ausführungsbeispiele hat das magnetisch weiche Teil eine hohe magnetische Permeabilität und ist aus einer Mehrzahl von Blät-

DE 1301

"I tern eines amorphen magnetischen Materials geformt, das in hohem Ausmaß gegenüber Verformung unempfindlich ist. Pur daa magnetisch weiche Teil des Druckfühlers können jedoch auch andere magnetische Materialien vorwendet werden. Beispielsweise kann μ-Metall wie NigQFe^gMo. oder Supermalloy wie Ni₈₀Pe₂Q verwendet werden. Ferner ist anzumerken, daß die Atomgewicht-Prozentanteile der für das magnetisch weiche Teil verwendeten Materialien einschließlich des amorphen Materials nicht auf die vorangehend genannten bestimmten Werte "beschränkt sind,, sondern auf geeignete Weise verändert werden können. Für Anwendungszwecke, hei denen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Schwingungen "bzw. Vibrationen oder Verformung notwendig ist, wird vorzugsweise ein amor-

15 phes magnetisches Material verwendet. Als bewegbarer

Körper ist zwar die Zusammensetzung aus der Membran und dem Halter beschrieben, jedoch kann der bewegbare Körper allein durch einen Kolben oder durch eine Zusammensetzung aus einem Kolben und einem Halter gebildet sein.

Die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden im Hinblick auf die Ermittlung eines negativen Gas- oder Flüssigkeitsdrucks beschrieben; es ist jedoch leicht ersichtlich, daß auch ein Druckfühler zur Ermittlung einer Änderung hinsichtlich eines positiven bzw. Überdrucks dadurch erzielbar ist, daß die die Membran und den Halter vorspannende Feder in dem zweiten Raum angeordnet wird, in dem die TJmgebungsluft oder ein Gas

• eines vorgegebenen Drucks eingeschlossen ist oder der

^O mit der Umgebungsluft oder diesem Gas in Verbindung

steht. Statt eines Gasdrucks kann auf gleichartige Weise ein Flüssigkeitsdruck ermittelt werden.

Es wird ein Druckfühler angegeben, der einen Druck/ ^OJ Versetzungs-wandlermechanismus mit einem von einem zu ermittelten Gas- oder Flüssigkeitsdruck versetzten bewegbaren Körper und einer Federvorrichtung zum Vorspannen des bewegbaren Körpers in Gegenrichtung zu dem

-35- ' 'de 'ΐ3υι

Druck sowie eine Versetzungs/lmpulsphasen-TImsetzeinheit aufweist, welche ein an dem "bewegbaren Körper "befestigtes ferromagnetisch.es Teil, ein magnetisch weiches Teil, das eine elektrische Spule trägt und an einer ortsfesten Stelle in der Nähe des Bewegungs"bereichs des ferromagnetischen Teils angeordnet ist, und einen Permanentmagnet aufweist. Eine Impulsspannung wird an ein Ende der elektrischen Spule angelegt, deren anderes Ende in Reihe zu einem Widerstand geschaltet ist. An dem Widerstand wird ein Spannungsabfall erfaßt, dessen auf die Impulsspannung "bezogene Verzögerungszeit, die eine "Versetzung des ferromagnetischen Teils im Ansprechen auf eine Änderung des Gas- oder Fitissigkeitsdrucks darstellt, "bestimmt
und in der form einer Analogspannung oder eines digita-

15 len Codes -abgegeben wird.

Claims

10 . Patentansprüche

Druckfühler, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (3j 4), das einen Innenraum begrenzt, einen bewegbaren Körper (6, 7; 6, 40 bis 45), der den Innenraum des Gehäuses in einen ersten und einen zweiten Raum (8 bzw. 9) aufteilt, wobei der erste Raum mit einem zu ermittelnden Gar;- oder iMüaeigkeitBdrucJc beauf oohJ ag t wird, eine Feder (10), die den bewegbaren Körper in Gegenrichtung zu dem Gas- oder Flüssigkeitsdruck vorspannt, ein ferromagnetisches Teil (H), das fest an dem bewegbaren Körper angebracht ist, einen Permanentmagneten (19) und eine Kernvorrichtung (20; 20, 21) aus magnetisch weichem Material, die beide in der Nähe eines Bewegungsbereichs des ferromagnetischen Teils angeordnet sind, um mit diesem einen Magnetkreis zu bilden, eine an der Kernvorrichtung angeordnete elektrische Spule (22; 22, 23) und eine Meßeinrichtung (100; 120; HO; 160; 180; 200; 220), die an die elektrische Spule eine vorgegebene Impulsspannung anlegt, um damit eine einer Versetzung des ferromagnetisehen Teils entsprechende Änderung der Stärke des von dom Permanentmagneten in der Kernvorrichtung erzeugten äußeren Magnetfelds zu erfassen.

2. Druckfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Körper eine Membran (6) und einen an der Membran befestigten Halter (7; 41 bis 45) aufweist, an dem das ferromagnetische Teil (H) fest angebracht ist.

Deutsche Bank (München) Kto 51/61070 - Dresdner Bank (Munchnn) Kto 3939 844 Postscheck (München) Kto 670 43 804

J133UbV

20 25

-r- de 1301

3. Druckfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (20; 20, 21) ein amorphes magnetisches Material aufweist.

4. Druckfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Teil . (14) ein amorphes magnetisches Material aufweist.

5. Druckfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (20, 21) ein Paar aus magnetisch weichen Teilen aufweist, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten (19) angeordnet sind.

15

30