DE3621876A1 - Pressure measurement transducer - Google Patents

Pressure measurement transducer

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DE3621876A1 DE19863621876 DE3621876A DE3621876A1 DE 3621876 A1 DE3621876 A1 DE 3621876A1 DE 19863621876 DE19863621876 DE 19863621876 DE 3621876 A DE3621876 A DE 3621876A DE 3621876 A1 DE3621876 A1 DE 3621876A1
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    • G01L9/0026—Transmitting or indicating the displacement of flexible, deformable tubes by electric, electromechanical, magnetic or electromagnetic means
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    • G—PHYSICS
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Abstract

The invention relates to a measurement transducer which can be used for highly accurate pressure measurement in gases and fluids. According to the invention the object is achieved in that at the open end of the Bourdon spring, which is normally made of metal, a short piece of pipe is attached, which is firmly connected to a base plate through a holder. The constant-tilt drift reflector of an interferometer is fixedly attached through a connection piece to the closed end of the Bourdon spring. The fixed parts of the interferometer, an optical divider and a reference reflector with a constant tilt are placed on the base plate. The optical divider may consist of a divider cube, which is made from a 90@ prism and a second prism in such a way that the reflecting surfaces of the divider cube stand at an angle alpha differing slightly from 90@. Especially good technical measurement properties can then be achieved when all components of the pressure measurement transducer are produced from silica glass or silicon.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwandler, der zur hochgenauen Druckmessung in Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt werden kann.The invention relates to a transducer that is highly accurate Pressure measurement in gases and liquids can be used can.

In der DE-PS 29 43 621 wird ein Druckwandler mit einer Bourdonfeder beschrieben, bei dem das freie Ende an der Stelle der Druckeinleitung festgelegt und dessen anderes freies Ende unter der Druckeinwirkung aus einer Ausgangsstellung ausgelenkt wird und mit Dehnungsmeßstreifen ein druckproportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugt wird. Dazu werden auf der nach innen und nach außen gebogenen Seite der Bourdonfeder jeweils zwei Dehnmeßstreifen in tangentialer Richtung der Bourdonfeder angeordnet und zu einer Vollbrücke verschaltet, so daß am Ausgang druckproportionale elektrische Ausgangssignale zur Verfügung stehen.In DE-PS 29 43 621 a pressure transducer with a Bourdon tube in which the free end at the point of Pressure introduction set and its other free end under deflected the pressure from a starting position becomes and with strain gauges a pressure proportional electrical output signal is generated. This will be done on the after inside and outside curved side of the Bourdon tube each two strain gauges in the tangential direction of the Bourdon tube arranged and interconnected to a full bridge, so that at the exit electrical output signals proportional to pressure To be available.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß keine Präzisionsmessungen erreichbar sind, da die elektrischen Ausgangssignale infolge der Dehnmeßstreifentechnik (z. B. Fehler durch Kriecherscheinungen in der Klebeschicht, Temperaturfehler) fehlerbehaftet sind.The disadvantage of this device is that no precision measurements are achievable because the electrical output signals as a result strain gauge technology (e.g. errors due to creep in the adhesive layer, temperature errors) are.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Messung von Drücken in gasförmigen und flüssigen Medien mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.The aim of the invention is to measure pressure in gaseous and liquid media with high accuracy enable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmeßwandler zu schaffen, der eine hohe Meßgenauigkeit besitzt und unter Betriebsbedingungen funktionstüchtig bleibt.The invention has for its object a pressure transducer to create, which has a high measuring accuracy and under Operating conditions remain functional.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an dem offenen Ende der Bourdonfeder ein Rohrstutzen angebracht ist, welcher über eine Halterung mit einer Grundplatte fest verbunden ist.According to the invention the object is achieved in that the open A pipe socket is attached to the end of the Bourdon tube,  which is fixed on a bracket with a base plate connected is.

An dem geschlossenen Ende der Bourdonfeder ist über ein Verbindungsstück der kippinvariante Laufreflektor eines Interferometers fest angebracht.At the closed end of the Bourdon tube is over one Connector of the tilt-invariant barrel reflector one Interferometers firmly attached.

Die feststehenden Teile des Interferometers sind an der Grundplatte angeordnet. Die Interferometerbauteile sind bekannterweise aus Glas und die Bourdonfeder, Rohrstutzen, Halterung, Grundplatte und Verbindungsstück üblicherweise aus Metall hergestellt.The fixed parts of the interferometer are on the base plate arranged. The interferometer components are known to be made of glass and the Bourdon tube, pipe socket, bracket, Base plate and connector usually made of metal produced.

Die anderen Teile des Interferometers können aus einem Teilerwürfel und einem kippinvarianten Referenzreflektor bestehen. Der Teilerwürfel wird aus einem 90°-Prisma und einem zweiten Prisma so gebildet, daß die spiegelnden Flächen des Teilerwürfels unter einem von 90° geringfügig abweichenden Winkel stehen. Zur Erzeugung guter Spiegelflächen können auch Planspiegel an den Flächen des Teilerwürfels angebracht sein. Weiterhin können an den Lichtein- und Lichtaustrittsflächen des Teilerwürfels spezielle entspiegelte Platten befestigt sein. Die kippinvarianten Reflektoren können als Tripelprismen ausgebildet sein.The other parts of the interferometer can consist of a divider cube and a tilt-invariant reference reflector. The divider cube is made up of a 90 ° prism and a second one Prism formed so that the reflective surfaces of the divider cube at an angle slightly different from 90 ° stand. Flat mirrors can also be used to create good mirror surfaces be attached to the faces of the divider cube. Farther can on the light entry and exit surfaces of the Divider cubes can be attached to special anti-reflective plates. The tilt-invariant reflectors can be used as triple prisms be trained.

Besonders gute meßtechnische Eigenschaften können dann erreicht werden, wenn alle Bauteile des Druckmeßwandlers aus Kieselglas hergestellt sind. Zur Einsparung des hochwertigen Kieselglases ist es möglich, die Grundplatte, die Halterung, das Verbindungsstück und das Haltestück aus Kieselgut aufzubauen. Ebenfalls sehr gute meßtechnische Eigenschaften werden erreicht, wenn die Bourdonfeder, die Halterung, die Grundplatte, das Verbindungsstück und das Haltestück aus Silizium sind.Particularly good measuring properties can then be achieved if all components of the pressure transducer are made of silica glass are made. To save the high-quality silica glass it is possible to use the base plate, the bracket, the connector and to build the holding piece out of gravel. Likewise very good measuring properties are achieved, if the Bourdon spring, the bracket, the base plate, that The connector and the holding piece are made of silicon.

Die Deformation einer Bourdonfeder, die bei Einleitung eines Druckes im Inneren der Bourdonfeder entsteht, wird mit Hilfe von einem Interferometer hochgenau ermittelt.The deformation of a Bourdon tube that occurs when a Pressure inside the Bourdon tube is created with the help determined with high precision by an interferometer.

Das Interferometer wird durch eine monochromatische Lichtquelle und ein optisches Anpassungssystem beleuchtet. Die im Interferometer erzeugten Interferenzstreifen werden mit zwei Fotoempfängern, die zwei um 90° phasenverschobene Signale liefern, abgetastet und über eine Auswerteelektronik richtungsabhängig gezählt.The interferometer is powered by a monochromatic light source and illuminated an optical adjustment system. The one in the interferometer  interference fringes are generated with two photo receivers, which provide two signals that are phase-shifted by 90 °, scanned and direction-dependent via evaluation electronics counted.

Bei der Einleitung eines Druckes in das Innere der Bourdonfeder biegt sich diese druckproportional auf. Somit kommt es zu einer Verlagerung des kippinvarianten Laufreflektors und durch die dadurch bewirkte Änderung des Gangunterschiedes in einem Interferometerzweig zur Auswanderung der Interferenzstreifen. Die Anzahl der ausgewanderten Interferenzstreifen wird mit den Fotoempfängern und der Auswerteeinheit richtungsabhängig erfaßt, so daß der Zählerstand ein direktes Abbild des zu messenden Druckes ist.When pressure is applied to the interior of the Bourdon tube this bends up in proportion to the pressure. So there is one Relocation of the tilt-invariant barrel reflector and thereby caused change in the path difference in an interferometer branch for the emigration of the interference fringes. The number The emigrated interference fringes are used with the photo receivers and the evaluation unit is detected depending on the direction, so that the counter reading is a direct image of the pressure to be measured is.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:The invention is intended to be explained in more detail using an exemplary embodiment are explained. The accompanying drawing shows:

Fig. 1: Anordnung mit Bourdonfeder, Grundplatte und komplettem Interferometer Fig. 1: Arrangement with Bourdon tube, base plate and complete interferometer

Fig. 2: Interferometer mit Teilerwürfel und zwei Tripelprismen Fig. 2: Interferometer with divider cubes and two triple prisms

Fig. 3: Anordnung der spiegelnden und entspiegelten Platten am Teilerwürfel Fig. 3: arrangement of the reflective and anti-reflective plates on the divider cube

Gemäß Fig. 1 besteht der Druckmeßwandler aus einer Bourdonfeder 1, welche am Rohrstutzen 2 mittels der Halterung 3 an der Grundplatte 4 befestigt ist. Am offenen Ende des Rohrstutzens 2 wird der zu messende Druck in die Bourdonfeder 1 eingeleitet. Am geschlossenen Ende der Bourdonfeder 1 ist der kippinvariante Laufreflektor 6 eines Interferometer angebracht. In Fig. 1 sind die kippinvarianten Reflektoren 6, 8 als Tripelprismen und das Verbindungsstück 5 als Winkel dargestellt. Der kippinvariante Referenzreflektor 8 ist über das Haltestück 14 an der Grundplatte 4 befestigt. Ebenfalls auf der Grundplatte 4 ist der optische Teiler 7 des Interferometers fest angebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der optische Teiler 7 aus einem 90°-Prisma und einem zweiten Prisma so aufgebaut, daß die Spiegelflächen 12 und 13 am Teilerwürfel 7 einen von 90° abweichenden Winkel α zueinander bilden und somit um 90° phasenverschobene Signale mit den Fotoempfängern 11 abgetastet werden können. Der Teilerwürfel 7 und die als Tripelprismen ausgebildeten kippinvarianten Reflektoren 6, 8 sind in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 3 sind die verspiegelten und entspiegelten Flächen des Teilerwürfels 7 durch zusätzliche verspiegelte Platten 15, 16 und entspiegelte Platten 17, 18, 19 und 20 realisiert.Referring to FIG. 1, the pressure transducer from a Bourdon tube 1 which is mounted on the pipe socket 2 by means of the holder 3 to the base plate 4. At the open end of the pipe socket 2 , the pressure to be measured is introduced into the Bourdon tube 1 . At the closed end of the Bourdon tube 1 , the tilt-invariant barrel reflector 6 of an interferometer is attached. In Fig. 1, the tilt-invariant reflectors 6, 8 are shown as triple prisms and the connector 5 as an angle. The tilt-invariant reference reflector 8 is fastened to the base plate 4 via the holding piece 14 . The optical divider 7 of the interferometer is also firmly attached to the base plate 4 . In the illustrated embodiment, the optical splitter 7 is constructed of a 90 ° prism and a second prism, that the mirror surfaces 12 and 13 α a deviating from 90 ° angle at the beam splitter cube 7 form one another and thus by 90 ° phase shifted signals to the photo receivers 11 can be scanned. The divider cube 7 and the tilt-invariant reflectors 6, 8 designed as triple prisms are shown in FIG. 2. In Fig. 3, the mirrored and anti-reflective surfaces of the divider cube 7 are realized by additional mirrored plates 15, 16 and anti-reflective plates 17, 18, 19 and 20 .

Besonders gute meßtechnische Eigenschaften erreicht man, wenn alle beschriebenen Bauteile aus Kieselglas hergestellt werden. Zur Einsparung des hochwertigen Kieselglases kann auch für die Grundplatte 4, die Halterung 3, das Verbindungsstück 5 und das Haltestück 14 Kieselgut verwendet werden. Ebenfalls sehr gute meßtechnische Eigenschaften werden erreicht, wenn die Bourdonfeder 1, der Rohrstutzen 2, die Halterung 3, die Grundplatte 4, das Verbindungsstück 5 und das Haltestück 14 aus Silizium sind.Particularly good metrological properties can be achieved if all the components described are made of silica glass. In order to save the high-quality silica glass, silica material can also be used for the base plate 4 , the holder 3 , the connecting piece 5 and the holding piece 14 . Also very good measuring properties are achieved if the Bourdon tube 1 , the pipe socket 2 , the holder 3 , the base plate 4 , the connecting piece 5 and the holding piece 14 are made of silicon.

Zur Erzeugung von Interferenzstreifen im Interferometer sind die monochromatische Lichtquelle 9 und die Anpassungsoptik 10 angeordnet. Die auswandernden Interferenzstreifen werden über die Fotoempfänger 11 abgetastet, die erhaltenen Signale in der Auswerteeinheit 21 verstärkt, getriggert und in Zählerimpulse umgeformt, die nach einer Vor-Rückwärtserkennung dem Zähler 22 zugeführt werden.The monochromatic light source 9 and the adaptation optics 10 are arranged to generate interference fringes in the interferometer. The migrating interference fringes are scanned by the photo receivers 11 , the signals obtained are amplified, triggered and converted into counter pulses in the evaluation unit 21 , which are fed to the counter 22 after a forward-backward detection.

Verwendete Bezugszeichen
 1 Bourdonfeder
 2 Rohrstutzen
 3 Halterung
 4 Grundplatte
 5 Verbindungsstück
 6 kippinvarianter Laufreflektor
 7 optischer Teiler
 8 kippinvarianter Referenzreflektor
 9 monochromatische Lichtquelle
10 Anpassungsoptik
11 Fotoempfänger
12 Spiegelfläche
13 Spiegelfläche
14 Haltestück
15 Planspiegel
16 Planspiegel
17 entspiegelte Platte
18 entspiegelte Platte
19 entspiegelte Platte
20 entspiegelte Platte
21 Auswerteeinheit
22 Zähler
 α WinkelReference symbols used
1 bourdon feather
2 pipe sockets
3 bracket
4 base plate
5 connector
6 tilt-invariant barrel reflector
7 optical dividers
8 tilt-invariant reference reflector
9 monochromatic light source
10 adjustment optics
11 photo receivers
12 mirror surface
13 mirror surface
14 holding piece
15 plane mirror
16 plane mirror
17 anti-reflective plate
18 anti-reflective plate
19 anti-reflective plate
20 anti-reflective plate
21 evaluation unit
22 counters
α angle

Claims (8)

1. Druckmeßwandler, bestehend aus Bourdonfeder aus Metall, Interferometer mit kippinvarianten Reflektoren, monochromatischer Lichtquelle, optischen Systemen, fotoelektrischen Empfängern, Impulsformerstufen und Vor-Rückwärtszähler, dadurch gekennzeichnet, daß an dem offenen Ende der Bourdonfeder (1), ein Rohrstutzen (2) angebracht ist, welcher über die Halterung (3) mit einer Grundplatte (4) fest verbunden ist, daß an dem geschlossenen Ende der Bourdonfeder (1) über ein Verbindungsstück (5) ein kippinvarianter Laufreflektor (6) eines Interferometers fest angebracht ist und daß an der Grundplatte (4) die feststehenden Teile eines Interferometers, ein optischer Teiler (7) und über ein Haltestück (14) ein kippinvarianter Referenzreflektor (8), angebracht sind.1. Pressure transducer, consisting of Bourdon tube made of metal, interferometer with tilt-invariant reflectors, monochromatic light source, optical systems, photoelectric receivers, pulse shaper stages and up / down counter, characterized in that a pipe socket ( 2 ) attached to the open end of the Bourdon tube ( 1 ) is, which is firmly connected via the bracket ( 3 ) to a base plate ( 4 ), that a tilting invariant running reflector ( 6 ) of an interferometer is firmly attached to the closed end of the Bourdon tube ( 1 ) via a connecting piece ( 5 ) and that Base plate ( 4 ), the fixed parts of an interferometer, an optical divider ( 7 ) and, via a holding piece ( 14 ), a tilt-invariant reference reflector ( 8 ) are attached. 2. Druckmeßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Teiler (7) so gebildet ist, daß die Spiegelflächen (12, 13) am optischen Teiler (7) einen Winkel ungleich 90° miteinander einschließen.2. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that the optical divider ( 7 ) is formed such that the mirror surfaces ( 12, 13 ) on the optical divider ( 7 ) enclose an angle not equal to 90 ° with each other. 3. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am optischen Teiler (7) die Planspiegel (15, 16) und die entspiegelten Platten (17, 18, 19, 20) fest angebracht sind.3. Pressure transducer according to claim 1 and 2, characterized in that on the optical divider ( 7 ), the plane mirror ( 15, 16 ) and the anti-reflective plates ( 17, 18, 19, 20 ) are fixedly attached. 4. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kippinvarianten Reflektoren (6, 8) als Tripelprismen ausgebildet sind.4. Pressure transducer according to claim 1 to 3, characterized in that the tilt-invariant reflectors ( 6, 8 ) are designed as triple prisms. 5. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bourdonfeder (1) aus Kieselglas besteht.5. Pressure transducer according to claim 1 to 4, characterized in that the Bourdon tube ( 1 ) consists of silica glass. 6. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bourdonfeder (1), der Rohrstutzen (2), die Halterung (3), die Grundplatte (4), das Verbindungsstück (5), der als Tripelprisma ausgebildete kippinvariante Laufreflektor (6) und Referenzreflektor (8), der optische Teiler (7), das Haltestück (14), die Planspiegel (15, 16) und die entspiegelten Platten (17, 18, 19, 20) aus Kieselglas bestehen.6. Pressure transducer according to claim 1 to 5, characterized in that the Bourdon tube ( 1 ), the pipe socket ( 2 ), the holder ( 3 ), the base plate ( 4 ), the connecting piece ( 5 ), the tilt-variant barrel reflector designed as a triple prism ( 6 ) and reference reflector ( 8 ), the optical divider ( 7 ), the holding piece ( 14 ), the plane mirror ( 15, 16 ) and the anti-reflective plates ( 17, 18, 19, 20 ) consist of silica glass. 7. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (3), die Grundplatte (4), das Verbindungstück (5) und das Haltestück (14) aus Kieselgut hergestellt sind.7. Pressure transducer according to claim 1 to 6, characterized in that the holder ( 3 ), the base plate ( 4 ), the connecting piece ( 5 ) and the holding piece ( 14 ) are made of diatomaceous earth. 8. Druckmeßwandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bourdonfeder (1), der Rohrstutzen (2), die Halterung (3), die Grundplatte (4), das Verbindungsstück (5) und das Haltestück (14) aus Silizium bestehen.8. Pressure transducer according to claim 1 to 4, characterized in that the Bourdon tube ( 1 ), the pipe socket ( 2 ), the holder ( 3 ), the base plate ( 4 ), the connecting piece ( 5 ) and the holding piece ( 14 ) made of silicon consist.
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