DE3409306A1

DE3409306A1 - Messeinrichtung

Info

Publication number: DE3409306A1
Application number: DE19843409306
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 7016 Gerlingen Dobler; Hansjörg 7251 Weissach Hachtel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1984-09-20

Description

Meßeinrichtunn
Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Meßeinrichtungen zur Bestimmung von Impedanzanderungen unter Verwendung des Wirbel strom- oder induktiven Verfahrens sind bereits bekannt.
Aus der DE-OS 30 23 351 ist ferner bereits eine Meßeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt.
Diese hat aber den Nachteil, daß mit ihr nur die radialen Schwingbewegungen einer rotierenden Welle erfaßt werden können.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs ist demgegenüber zur Erfassung des Drucks eines flüssigen oder gasförmigen Mediums bestimmt.
Anspruch 2 bringt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Meßgerätes, das zur Erfassung der Differenz der über den Sensorspulen entstehenden Teilspannungen dient. Die Ansprüche 3 und 4 liefern besonders vorteilhafte Anordnungen der beiden Sensorspulen zueinander und zur Membran. Gemäß Anspruch 5 wird ein zweiteiliges Gebergehäuse vorgeschlagen. Anspruch 6 bringt den Vorteil, daß die Membran durch Lösen der Befestigung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil ausgetauscht werden kann. Außerdem ist es möglich, Membranen verschiedener Stärke oder verschiedener Federeigenschaften einzusetzen, so daß dadurch Geber mit unterschiedlichem Druckbereich geschaffen werden konnen. Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 kann der Kraftschluß zwischen der Membran und der umlaufenden Randzone des ersten Bauteils verbessert werden. Anspruch 8 bringt eine besonders vorteilhfate Möglichkeit zur lösbaren Befestigung des zweiten Bauteils am ersten Bauteil. Mit den Merkmalen des Anspruchs 9 ist es möglich, den Druckgeber an der Gehausewand eines Behälters anzubringen, der das Medium enthält, dessen Druck gemessen werden soll.
Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 das elektrische Schaltbild einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Differenz der Impedanzänderungen einer Meßspule und einer Referenzspule, Figur 2 einen Druckgeber, der gemäß der Erfindung mit einer Meßspule und einer Referenzspule ausgestattet ist, Figur 3 Teile des Druckgebers nach Figur 2 in vergrößerter Darstellung, Figur 4 Teile eines Druckgebers ähnlich dem der Figuren 2 und 3, ebenfalls in vergrößerter Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist im wesetnlichen aus zwei nahezu gleichwertigen Schaltungshälften H1 und H2 zusammengesetzt, welche in Figur 1 jeweils mit strichpunktierten Linien umrandet sind. Die dargestellte Schaltungsanordnung enthält im einzelnen einen Generator G, der eine hochfrequente Wechselspannung liefert (z.B.
20 kHz bis 10 MHz), deren zeitlicher Verlauf sinus-, rechteck- oder dreieckförmig ausgebildet sein kann.
Der Generator G ist mit einer Ausgangsklemme an den Verbindungspunkt M zwischen der bei 2 angedeuteten ersten Sensorspule und der bei 12 angedeuteten zweiten Sensorspule angeschlossen. Die erste. Sensorspule 2 bildet dabei die Meßspule, die zweite Sensorspule 12 die Referenzspule eines Wirbelstromsensors. Die andere Ausgangsklemme des Generators G, dessen Innenwiderstand bei R. angedeutet ist, liegt über einen veränderbaren ersten Brückenwiderstand 1 an dem bei F angedeuteten ersten Eckpunkt der aus der Meßspule 2 und der Referenzspule 12 gebildeten Brückenzweige, deren zweiter Eckpunkt K über einen zweiten Brückenwiderstand 11 mit dem Generator G verbunden ist.
Der erste Eckpunkt F ist über einen Gleichrichter 3 mit einem Speicherkondensator 4 verbunden, an welchen im Verbindungspunkt D ein Entladewiderstand 5 angeschlossen ist, der ebenso wie der Kondensator 4 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt M verbunden ist. An den Entladewider stand 5 schließt sich im Punkt D ein aus einem Widerstand 6a und einem Kondensator 6b gebildetes Tiefpaßfilter an, durch welches die bei der Gleichrichtung der an der Spule 2 entstehenden Meßspannung verbliebenen Oberwellen aus gesiebt werden.
In spiegelbildlicher Weise ist an die Referenzspule 12 im Eckpunkt K ein zweiter Gleichrichter 13 angeschlossen, der zum Verbindungspunkt E eines Speicherkondensators 14 und eines Entladewiderstandes 15 führt. Dort schließt sich ei.n zweites Tiefpaßfilter an, welches aus dem Längswiderstand 16a und dem Querkondensator 16b besteht. Die an der Reihenschaltung der Querkondensatoren 6b und 16b entstehende, praktisch oberwellenfreie Gleichspannung U wird dem Anzeigeinstrument Z zugeführt.
Der aus den Bauelementen. 9 und 10 bestehende Tiefpaß hat dabei die Aufgabe, eine eventuell vorhandene Restwelligkeit des Meßsignals U zu glätten.
In Figur 2 ist ein Druckgeber dargestellt, der gemäß der Erfindung mit einer Meßspule 2 und einer Referenzspule 12 ausgestattet ist. Das Bauteil 31 besitzt an einem Fortsatz 31a ein Außengewinde 32, mit dem es druckdicht an das zu messende Druckmedium angeschlossen wird. Durch eine Bohrung 33 kann das Druckmedium zur Membran 21 gelangen, die ihrerseits wieder druckdicht über das Einschraubteil 35 und den Dichtring 40 mit dem Bauteil 31 verbunden ist. Direkt am Bauteil 35 oder an einem zusätzlichen Trägerkörper 36 ist zentrisch die Meßspule 2 befestigt, die induktiv oder über Wirbelstromeffekt den druckabhängigen Abstand a zur Membran 21 erfaßt. Ebenfalls direkt am Bauteil 35 oder an dem zusätzlichen Trägerkörper 36 ist exzentrisch die Referenzspule 12 befestigt (siehe auch Figur 3). Die Referenzspule 12 hat von der Membran 21 ebenfalls im wesentlichen den Abstand a. Sie ist mit der Meßspule 2 entsprechend dem Schaltbild nach Figur 1 verschaltet. Wicklungssinn und Windungszahl sind so gewählt, daß die temperaturabhängigen Anteile der in den beiden Spulen 2, 12 erzeugten Meßsignale sich kompensieren. Da die Referenzspule 12 sich am Rand der Membran befindet, wo deren druckabhangige Auslenkung wesentlich geringer ist als im Mittelbereich, wo die Meßspule 2 angeordnet ist, kompensieren sich dagegen die druckabhängigen Anteile der Meßsignale in den beiden Spulen 2, 12 nicht. Man erhält ein druckabhangiges Differenzsignal.
Die Bauteile 35, 36, 2 und 12 bilden eine komple-tte Einheit, die bei Bruch und Austausch einer Membran 21 Wiederverwendung findet.
Die Meßspule 2 und die Referenzspule 12 haben einen definierten axialen Abstand a von dem Außenrand des Bauteils 35, mit dem die Membran 21 gegen den Dichtring 40 und das Bauteil 31 gepreßt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß nach dem Auswechseln einer Membran 21 ohne neues Justieren immer derselbe Grundabstand zur Membran 21 vorhanden ist. Unterschiedliche Druckbereiche werden durch unterschiedliche Dicke der Membran 21 erreicht, wobei es vorteilhaft ist, diese so zu wählen, daß bei Nenndruck immer dieselbe maximale Durchbiegung der Membran 21 erreicht wird.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckgebers mit einer Meßspule 2 und einer Referenzspule 12. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 ist dort die Referenzspule 12 nicht unmittelbar an der Membran 21, sondern innerhalb des Bauteils 35 oder des zusätzlichen Trägerkörpers 36 in.einem größeren Abstand von der Membran 21 angeordnet. Sie hat von einer Referenzmeßfläche 37, die eine innere Begrenzungsfläche des Bauteils 35 oder des zusätzlichen Trägerkörpers 36 ist, etwa denselben Abstand a, den die Meßspule 2 von der Membran 21 hat.
Da sich ihr Abstand von der Referenzmeßfläche nur temperaturabhängig, jedoch nicht druckabhängig andert, ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel eine noch bessere Temperaturkompensation des von der Meßspule 2 erzeugten Meßsignals als beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3.

Claims

Ansprüche Meßeinrichtung zur Bestimmung der Differenz der Impedanzänderungen einer als Meßspule dienenden ersten Sensorspule (2) und einer mit der ersten Spule (2). thermisch gekoppelten, als Referenzspule dienenden zweiten Sensorspule (12), bei der die erste Sensorspule (2) einem Meßobjekt gegenübersteht, dessen Abstand von dieser Spule (2) variabel ist, und bei der die zweite Sensorspule (12) ein von dem wegabhängigen Signal der ersten Spule (2) unabhängiges Meßsignal abgibt, das zur Temperaturkompensation des wegabhängigen Meßsignals der ersten Spule (2) dient, mit einem Generator (G) zur Erzeugung sinus-, dreieck- oder rechteckförmiger Betriebsspannungen für die beiden Sensorspulen (2, 12) und mit einem Meßgerät zur Erfassung der Differenz der über den Sensorspulen (2, 12) entstehenden Teilspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Drucks eines flüssigen oder gasförmigen Mediums wenigstens eine (2) der beiden Sensorspulen (2, 12) einer Membran (21) als Meßobjekt gegenübersteht, die in Abhängigkeit von dem zu messenden Druck auslenkbar ist und die Induktivität dieser Spule (2) verändert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) über je einen von zwei jeweils einen Brückenzweig einer Brückenschaltung bildenden Vorwiderständen (1, 11) an zwei einander gegenüberliegende Diagonaleckpunkte (F, K) der Brückenschaltung angeschlossen ist, die in einem dritten und vierten Brückenzweig je eine der beiden Sensorspulen (2, 12) enthält und an den genannten Diagonaleckpunkten (F, K) über je einen von zwei Gleichrichtern (3, 13) an je einen von zwei Speicherkondensatoren (4, 14) mit parallelgeschalteten Entladewiderständen (5, 15) angeschlossen ist, wobei die Entladewiderstände (5, 15) miteinander und mit dem Verbindungspunkt (M) der beiden Sensorspulen (2, 12) verbunden und mit ihrem jeweils zweiten Widers.tandsende (D, E) mit jeweils einem der beiden Anschlüsse eines Strom- bzw. Spannungsmessers (Z) verbunden sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Sensorspulen (2, 12) einer Oberflächenseite der druckabhängig auslenkbaren Membran (21) gegenüberstehen, wobei die Meßspule (2) sich mindestens annähernd im Bereich der größten Auslenkung der Membran (21) und die Referenzspule (12) sich mindestens annähernd im Bereich der kleinsten Aus lenkung der Membran (21) befindet (Figuren 2 und 3).
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Meßsule (2) einer Oberflächenseite der druckabhängig auslenkbaren Membran (21), vorzugsweise im Bereich ihrer größten Auslenkung, gegenübersteht und daß die Referenzspule (12) einer Referenzmeßfläche (37) gegenübersteht, die relativ zur Referenzspule (12) unbeweglich ist (Figur 4).
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensorspulen (2, 12) und die Membran (21) in einem aus einem ersten Bauteil (35) und einem zweiten Bauteil (31) bestehenden Gebergehäuse untergebracht sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensorspulen (2, 12) an dem ersten Bauteil (35) mittelbar oder unmittelbar befestigt sind, daß die Membran (21) an einer umlaufenden Randzone des ersten Bauteils (35) anliegt, an ihrer den Sensorspulen (2, 12) abgewandten Oberflächenseite von dem zu erfassenden Druck beaufschlagt wird, daß das zweite Bauteil (31) das erste Bauteil (35) ringförmig umgreift und die Membran (21) an die umlaufende Randzone des ersten Bauteils (35) andrückt und an dem ersten Bauteil (35) lösbar befestigt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membran (21) und dem zweiten Bauteil (31) im Bereich der umlaufenden Randzone des ersten Bauteils (35) ein Dichtring (40) vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (35) und das zweite (31) Bauteil rotationssymmetrisch ausgebildet sind und daß das erste Bauteil (35) in das zweite Bauteil (31) einschraubbar ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis ô, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (31) einen von der Membran (21) wegweisenden, hohlzylinderförmig ausgebildeten, für den Durchlaß des flüssigen oder gasförmigen Mediums dienenden Fortsatz (31a) hat, der mit einem Außengewinde (32) versehen und in die Gehäusewand eines das Medium enthaltenden Behälters einschraubbar ist.