DE3640942A1 - Druckwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckwandler zum Erfassen eines Gas- oder Flüssigkeitsdruckes und zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem er­ fassten Druck.

Die US-PS 46 02 513 beschreibt einen Druckwandler mit einem Gehäuse, in dessen Gehäusekopf eine Membran an­ geordnet ist, die durch den Außendruck auslenkbar ist. Ein magnetoresistives Element, dessen elektrischer Wi­ derstand sich in Abhängigkeit von Änderungen des Magnet­ feldes ändert, ist am Boden des Gehäuses befestigt, und ein Permanentmagnet ist dem magnetoresistiven Ele­ ment gegenüberliegend angeordnet und in Abhängigkeit von der Auslenkung der Membran auslenkbar.

Bei dem bekannten Wandler werden Änderungen des zu mes­ senden Außendrucks durch elektrische Erfassung der Än­ derungen des elektrischen Widerstandes des magneto­ resistiven Elements gemessen. Bei der Montage des Wand­ lers ist es dabei erforderlich, die magnetische Feld­ stärke einzustellen, welche an dem magnetoresistiven Element wirksam ist - Empfindlichkeitseinstellung; außerdem muß die relative Lage des Magneten und des magnetoresistiven Elements in Richtung der Auslenkung des Magneten durch die Membran eingestellt werden - Nullpunkteinstellung.

Der bekannte Druckwandler ist dabei so aufgebaut, daß die beiden Halterungen für den Permanentmagneten und das magnetoresistive Element durch einen mechanischen Druck auf ihre Endbereiche verstellt werden können, und zwar mit Hilfe von Stellschrauben, mit deren Hilfe die beiden Einstellungen durchgeführt werden.

Bei diesem bekannten Verfahren der Durchführung der Einstellarbeiten verändert sich eine der Einstellungen, nämlich die Empfindlichkeitseinstellung oder die Null­ punkteinstellung, wenn der jeweils andere Parameter eingestellt werden soll, so daß die beiden Einstellungen iterativ durchgeführt werden müssen, was schwierig und zeitraubend ist. Weiterhin wird bei den Einstellarbei­ ten durch die Verformung der Halterungen eine Schräg­ lage des magnetoresistiven Elements herbeigeführt, so daß sich der Abstand zwischen dem magnetoresistiven Element und dem Permanentmagneten ändert, wenn letzte­ rer druckabhängig verstellt wird. Diese führt zu einer Verfälschung der Messergebnisse.

Ein weiteres Problem ergibt sich bei dem bekannten Druckwandler aufgrund der Tatsache, daß sich der Wider­ standswert des magnetoresistiven Elements auch in Ab­ hängigkeit von der Temperatur ändert, wobei diese tem­ peraturabhängige Änderung nicht-linear verläuft. Daher ergeben sich Schwierigkeiten bei der Temperaturkompen­ sation der ermittelten Messwerte. Die vorstehend ange­ deuteten Probleme führen bei dem bekannten Druckwandler letztlich zu erheblichen Messfehlern, insbesondere wenn sich die Umgebungstemperaturen ändern.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Druckwandler anzugeben, bei dessen Montage die Empfindlichkeit und der Nullpunkt schnell und bequem eingestellt werden können, wobei gleichzeitig angestrebt wird, auch bei Temperaturänderungen präzise Messergebnisse zu erhal­ ten.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Druckwand­ ler gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Druck auslenkbare Membran vorgesehen ist; daß mindestens ein Magnet vor­ gesehen ist, welcher bezüglich der Membran derart an­ geordnet ist, daß er den Bewegungen derselben folgt; daß ein magnetoresistives Element vorgesehen ist, des­ sen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von Ände­ rungen des Magnetfeldes veränderbar ist und das dem Magneten gegenüberliegend angeordnet ist; daß Befestigungseinrichtungen für das magnetoresistive Ele­ ment vorgesehen sind; daß Halterungseinrichtungen vor­ gesehen sind, mit deren Hilfe der Magnet bezüglich der Befestigungseinrichtungen für das magnetoresistive Ele­ ment derart montierbar ist, daß er in axialer Richtung gleitverschieblich und um eine in Richtung der Axial­ bewegung verlaufende Drehachse drehbar ist, und daß Sicherungseinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hil­ fe die Befestigungseinrichtungen und die Halterungsein­ richtungen relativ zueinander in einer eingestellten axialen Position und einer eingestellten Winkelstellung festlegbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer be­ vorzugten Ausführungsform eines Druck­ wandlers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den mon­ tierten Druckwandler gemäß Fig. 1 für einen ersten Betriebszustand;

Fig. 3 einen weiteren Längsschnitt wie ihn Fig. 2 zeigt, jedoch für einen ande­ ren Betriebszustand;

Fig 4 einen Querschnitt durch den Druck­ wandler längs der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 ein Schaltbild der elektrischen Meßschaltung des Druckwandlers, und

Fig. 6a bis Fig. 6c schematische grafische Darstellungen zur Erläuterung des Spannungsverlaufs an wesentlichen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 5 in Abhängigkeit von der Temperatur T.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Druck­ wandler mit einer becherförmigen Gehäusekappe, in deren Basisfläche mehrere Druckeinlaßöffnungen 2 gebohrt sind, so daß der Außendruck im Inneren der Gehäusekappe 1 wirksam werden kann.

In der Gehäusekappe 1 ist eine Membran 3 in Form einer dünnen, scheibenförmigen Platte angeordnet, wobei zwi­ schen der Oberseite der Membran 3 und der Gehäusekappe 1 ein O-Ring 4 angeordnet ist, so daß die Membran 3 durch den Außendruck in vertikaler Richtung auslenk­ bar ist.

Ein Stössel 5 stützt sich mit seinem Kopf in der Mitte der Unterseite der Membran 3 ab und folgt den verti­ kalen Bewegungen derselben.

Der Stössel 5 durchgreift eine zylindrische Halterung 7 sowie Mittelöffnungen zweier scheibenförmiger Blatt­ federn 6, die an der zylindrischen Halterung 7 mon­ tiert sind, wobei ein in die Mittelöffnung hineinra­ gender Vorsprung 6 a der Drehsicherung der Blattfedern 6 bezüglich der Halterung 7 dient. Die Blattfedern 6 und die Halterung 7 bilden zusammen mit einem magne­ tisch permeablen Element 8 und einem Distanzelement 9 eine Baugruppe, die durch Verstemmen des unteren Endes des Stössels 5 fest mit diesem verbunden ist. Jede der Blattfedern 6 besitzt mehrere konzentrische C-förmige Schlitze 6 b. Die beiden Blattfedern sind dabei um einen Winkel von 180° gegeneinander verdreht, so daß sich in allen Richtungen dieselbe Vorspannung für den Stössel 5 ergibt.

Ein Ring 10 steht in engem Kontakt mit dem äußeren Rand der Unterseite der Membran 3. Die Blattfedern 6 und ein Distanzelement 12 sind sandwichartig zwischen der oberen Stirnfläche eines zylindrischen Gehäuses 11 mit erweitertem oberen Rand und der Scheibe 10 ange­ ordnet. Die Gehäusekappe 1 und das Gehäuse 11 sind durch Verstemmen des unteren Randes 1 a der Kappe 1 fest miteinander verbunden.

Aufgrund der beschriebenen Konstruktion sind die äus­ seren Ränder der Blattfedern zwischen der Kappe 1 und dem Gehäuse 11 eingespannt, während die inneren Rän­ der der Blattfedern 6 über die zylindrische Halterung 7 an dem Stössel 5 festgelegt sind. Die Blattfedern 6 üben auf den Stössel 5 eine gegen die Unterseite der Membran 3 gerichtete Vorspannung aus.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Stössel 5 normalerweise von den Blattfedern 6 nach oben gedrückt. Wenn nun die Membran 3 einem erhöhten Außendruck ausgesetzt wird, dann wird der Stössel 5 ausgehend von der Position ge­ mäß Fig. 2 nach unten in Richtung der Position gemäß Fig. 3 bewegt, und zwar so weit, bis die Federspannung der Blattfedern 6 dem Außendruck entspricht.

Das magnetisch permeable Element 6, welches am unteren Ende des Stössels 5 befestigt ist, besitzt zwei einan­ der diametral gegenüberliegende Schenkel 8 a, die zu­ nächst nach innen gebogen und dann im Bereich ihrer unteren Enden wieder nach außen gebogen sind, so daß sich eine Art Federclip ergibt.

Ein Magnethalter 14 ist zwischen den Schenkeln 8 a ge­ haltert und trägt zwei einander gegenüberliegende Per­ manentmagnete 13. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Magnethal­ ter 14 mit zwei einander diametral gegenüberliegenden quadratischen Bohrungen 15 versehen, die der Aufnahme der Permanentmagnete 13 dienen, und besitzt ferner eine durchgehende vertikale Öffnung 16, deren Breite S ₁ in horizontaler Richtung kleiner ist als die Breite S ₂ der quadratischen Öffnungen 15 in dieser Richtung, so daß verhindert wird, daß die Permanentmagnete 13 über das innere Ende der Öffnungen 15 hinaus in die durchgehende Öffnung 16 gedrückt werden. Die Permanent­ magnete 13 werden also mit anderen Worten so in die quadratischen Öffnungen 15 eingesetzt, daß sie einan­ der mit ihren Stirnflächen gegenüberliegen, zwischen denen jedoch ein Zwischenraum verbleibt. (Gegebenen­ falls kann auch nur ein einziger Permanentmagnet 13 verwendet werden.) Die unteren Enden 8 b der Schenkel 8 a des magnetisch permeablen Elements 8 liegen an den äußeren Stirnflächen der Permanentmagnete 13 an, so daß sich zwischen diesen ein geschlossener magnetischer Pfad mit einem stabilen magnetischen Feld ergibt.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus sind die Permanent­ magnete 13 bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel bezüglich des Gehäuses 11 durch den Stössel 5 und die Blattfedern 6 derart gehaltert, daß eine Auslenkung der Membran 3 zu einer Auslenkung der Magnete 13 führt. Das Gehäuse 11 dient also als Halterung für die Magnete 13. Eine Gehäusebasis 17 ist in ihrer Mitte mit einer länglichen, vertikal angeordneten Basisplatte 18 aus Isolationsmaterial versehen. Ein magnetoresistives Element 19, dessen elektrischer Widerstandswert sich in Abhängigkeit von Änderungen eines Magnetfeldes än­ dert, ist mit dem oberen Ende der Basisplatte 18 ver­ bunden. Die Gehäusebasis 17 dient also als Träger für das magnetoresistive Element 19.

Das magnetoresistive Element 19 umfasst beispielsweise zwei Plättchen aus einer Indium-Antimon-Legierung, de­ ren elektrischer Widerstand sich unter dem Einfluß eines Magnetfeldes ändert und die dieselbe Charakte­ ristik haben und in vertikaler Richtung in Serie mit­ einander geschaltet und als Einheit von einem Kunst­ harz, von Aluminiumoxid oder von einem ähnlichen Ma­ terial dichtend umschlossen sind. Das magnetoresistive Element 19 ist dabei zwischen den beiden Permanentmagne­ ten 13 derart angeordnet, daß es dem Einfluß des von diesen erzeugten Magnetfeldes ausgesetzt ist.

Fig. 5 zeigt eine Signalerzeugungseinrichtung zur Er­ zeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von Änderungen des Widerstandswertes des magnetoresistiven Elements 19. An die einander gegenüberliegenden An­ schlüsse 21,22 des magnetoresistiven Elements 19 wird von einer Spannungsversorgungseinheit 23 eine Spannung angelegt, während mit einem in der Mitte des magneto­ resistiven Elements 19 vorgesehenen Anschluß 24 ein Verstärker 25 verbunden ist, um das in Abhängigkeit von der Lage des Elements 19 bezüglich der Permanentmagne­ te 13 veränderliche Potential an diesem mittleren An­ schluß 24 zu verstärken. Der Ausgang des Verstärkers 25 ist mit einem Steuerkreis oder einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) zur Auswertung des verstärkten Aus­ gangssignals verbunden.

Die Spannungsversorgungseinheit 23 wird weiter hinten noch näher erläutert.

Die Gehäusebasis 17 ist so ausgebildet, daß ihr oberes Ende in das untere Ende des Gehäuses 11 passt. Die Ge­ häuseteile 11 und 17 sind dabei in vertikaler Richtung gleitverschieblich (Doppelpfeil A) und bezüglich der Symmetrieachse der Anordnung drehbar (Doppelpfeil B) ausgebildet, so daß sie in der gewünschten axialen Po­ sition und der gewünschten Winkellage mit Hilfe einer Kleb- oder Schraubverbindung festgelegt werden können.

Im einzelnen ermöglicht die gegenseitige Justierung der Gehäuseteile 11, 17 in vertikaler Richtung eine Null­ punkteinstellung. Die Justierung des Drehwinkels zwi­ schen den Gehäuseteilen 11, 17 vermindert dagegen die wirksame Breite L des magnetoresistiven Elements 19 bezüglich des magnetischen Flusses und damit die Empfind­ lichkeit, da der elektrische Widerstandswert des magneto­ resistiven Elements 19 sich proportional zur Änderung des magnetischen Flusses ändert. Der Nullpunkt und die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Druckwandlers können also unabhängig voneinander eingestellt wer­ den. Nachdem die entsprechenden Einstellarbeiten ab­ geschlossen sind, werden die Gehäusebasis 17 und das Gehäuse 11 in der gewünschten gegenseitigen Lage fest­ gelegt.

Bei der Durchführung der Einstellarbeiten sind weder die Permanentmagnete 13 noch das magnetoresistive Ele­ ment 19 bezüglich der vertikalen Achse geneigt, so daß der Abstand zwischen diesen Teilen stets konstant gehalten wird, wenn die Permanentmagnete 13 in verti­ kaler Richtung ausgelenkt werden. Beim Ausführungsbei­ spiel sind die Gehäuseteile 11 und 17 mit Hilfe eines Klebers 26 und einer Feststellschraube 27 miteinander verbunden.

Wenn der Kopfteil des erfindungsgemäßen Druckwandlers einem hohen Gas- oder Flüssigkeitsdruck ausgesetzt wird, dann wird der Außendruck wegen der Druckeinlaß­ öffnungen 2 im Inneren der Gehäusekappe 1 und an der Membran 3 wirksam, welche so weit ausgelenkt wird, bis der Außendruck durch die Gegenkraft der Blattfedern 6 ausgeglichen wird. Mit der Auslenkung der Membran 3 ist eine Auslenkung des Stössels 5 und der Permanent­ magnete 13 verbunden. Andererseits behält das magneto­ resistive Element 19 seine Lage bei, so daß die Lage der Permanentmagnete 13 gegenüber dem magnetoresisti­ ven Element 19 in Abhängigkeit von Änderungen des Aus­ sendruckes verändert wird. Dies hat eine entsprechende Änderung des elektrischen Widerstandswertes des Ele­ ments 19 zur Folge. Folglich können Änderungen des Aus­ sendrucks als Änderungen eines elektrischen Signals ge­ messen werden. Die Messwerte sind dabei sehr genau, da der Abstand zwischen dem magnetoresistiven Element 19 und dem Permanentmagneten 13 stets konstant gehalten wird, wenn die Permanentmagnete 13 eine Relativbewe­ gung in vertikaler Richtung ausführen.

Nachstehend soll nunmehr anhand der Fig. 5 die Span­ nungsversorgungseinheit 23 näher erläutert werden.

Die Spannungsversorgungseinheit 23 ist am unteren Teil der Basisplatte 18 montiert und umfasst ein zweites magnetoresistives Element 28 zur Temperaturkompensa­ tion, welches zu dem ersten magnetoresistiven Element 19 parallelgeschaltet ist. Das zweite magnetoresistive Element 28 wird aus derselben Fertigungsserie wie das erste Element 19 entnommen und besitzt dieselbe Tempe­ raturcharakteristik wie dieses. Das zweite magneto­ resistive Element 28 bleibt hinsichtlich der charakte­ ristischen Änderung in Abhängigkeit von Temperaturän­ derungen gleich. Das zweite magnetoresistive Element 28 ist mit einem Mittelanschluß 29 versehen, und ein zweiter Permanentmagnet 30 ist in einem Abstand X ₂ von dem mittleren Anschluß 29 angeordnet und besitzt die­ selbe Charakteristik wie jeder der Permanentmagnete 13.

Eine Gleichstromquelle 31, welche eine positive kon­ stante Ausgangsspannung V ₀ liefert, ist in Serie mit zwei Widerständen R ₂, R ₁ geschaltet, und das eine Ende des Widerstandes R ₁ und der negative Pol der Strom­ quelle 31 sind geerdet. Der Verbindungspunkt der Wider­ stände R ₁ und R ₂ ist mit dem nicht invertierenden Ein­ gang eines ersten Operationsverstärkers OP ₁ verbunden. Dieser Anschluß wird auf einem konstanten Potential (e ₂=V ₀×r ₁/(r ₁+r ₂)) gehalten, wobei r ₁ und r ₂ die Widerstandswerte der Widerstände R ₁ und R ₂ sind. Der mittlere Anschluß 29 des zweiten magnetoresistiven Elements 28 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP ₁ verbunden. Der Ausgang die­ ses Operationsverstärkers OP ₁ ist mit dem einen An­ schluß 21 der beiden Anschlüsse 21, 22 der magnetore­ sistiven Elemente 19, 28 verbunden, die parallel zu­ einander geschaltet sind. Die Ausgangsspannung e ₀ des ersten Operationsverstärkers OP ₁ wird also an den An­ schluß 21 gelegt, so daß das Potential am invertie­ renden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP ₁, d.h. das Potential am mittleren Anschluß 29 des zwei­ ten magnetoresistiven Elements 28 gleich dem Potential e ₂ am nicht-invertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers OP ₁ sein kann. Zwei Widerstände R ₃, R ₄ haben denselben Widerstandswert und sind in Serie zueinan­ der zwischen die Anschlüsse 21, 22 gelegt und damit parallel zu den Elementen 19, 28 geschaltet. Der Ver­ bindungspunkt der beiden Widerstände R ₃, R ₄ ist mit dem invertierenden Anschluß eines zweiten Operations­ verstärkers OP ₂ verbunden, dessen nicht invertieren­ der Eingang geerdet ist. Folglich liefert der Opera­ tionsverstärker OP ₂ eine negative Ausgangsspannung -e ₀ an den Anschluß 22, so daß das Potential des Ver­ bindungspunktes der Widerstände R ₃, R ₄ auf Null ein­ gestellt werden kann. Man erhält also einen Spannungs­ regler 32, der die Spannung zwischen den Anschlüssen 21, 22 in Abhängigkeit von einer Änderung der Charakte­ ristik des zweiten magnetoresistiven Elements 28 ändern kann, um das Potential am mittleren Anschluß 29 des zweiten magnetoresistiven Elements 28 konstant zu halten. Der Regelkreis 32 umfasst dabei die beiden Operationsverstärker OP ₁, OP ₂ und die beiden Wider­ stände R ₃ und R ₄.

Die Arbeitsweise der Spannungsversorgungseinheit 23 wird aus der nachstehenden Erläuterung deutlich.

Die Potentiale e ₀ und -e ₀ an den Anschlüssen 21, 22 werden von dem Spannungsregler 32 so geregelt, daß das Potential am mittleren Anschluß 29 des magnetoresisti­ ven Elements 28 stets auf einem konstanten Wert e ₂ ge­ halten wird. Dieser Zusammenhang lässt sich für das zweite magnetoresistive Element 28 beim betrachteten Ausführungsbeispiel durch folgende Gleichung beschrei­ ben:

Δ e₂ = f₂(t) · 2e₀ · B · Δ x₂ (1)

wobei f ₂ (t) ein Proportionalitätsfaktor ist, welcher sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert und welcher für das zweite magnetoresistive Element 28 typisch ist und wobei B für die magnetische Feldstär­ ke steht.

Was das erste magnetoresistive Element 19 anbelangt, so liegen die Potentiale e ₀ und -e ₀ an den Anschlüssen 21, 22, während am mittleren Anschluß eine Ausgangs­ spannung e ₁ liegt, wenn die Permanentmagnete 13 gegen­ über der Nullstellung um eine Strecke Δ x ₁ ausgelenkt werden.

Es ergibt sich also folgende Gleichung:

Δ e₁ = f₁(t) · 2e₀ · B · Δ x₁ (2)

wobei f ₁ (t) ein temperaturabhängiger Proportionalitäts­ faktor ist, welcher für das erste magnetoresistive Ele: ment 19 typisch ist. Da jedoch die beiden magnetoresi­ stiven Elemente 19, 28 dieselbe Temperaturcharakteristik haben, gilt: f ₁ (t)=f ₂ (t).

Damit ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2) fol­ gende Gleichung:

Δ e₁ = Δ x₁ · Δ e₂/Δ x₂ (3)

wobei Δ e ₂=konstant, Δ x ₂=konstant, so daß der Wert e ₁ der Änderung der Ausgangspannung am mittleren An­ schluß 24 des magnetoresistiven Elements 19 proportional zur Strecke Δ x ₁ der Auslenkung der Permanentmagnete 13 ist, und zwar unabhängig von Temperaturänderungen. Es erfolgt eine vollständige Temperaturkompensation. Wie die Gleichung (3) zeigt,entfällt der Einfluß der magne­ tischen Feldstärke B, so daß beispielsweise ein Ferrit­ magnet, dessen Feldstärke sich temperaturabhängig än­ dern kann, ohne Beeinträchtigung der Temperaturkompen­ sation eingesetzt werden kann, solange die Permanent­ magnete 13 und 30 dieselbe Temperaturcharakteristik haben.

Bei einem erfindungsgemäßen Druckwandler lässt sich also eine vollständige Temperaturkompensation errei­ chen. Dies resultiert allein aus der Tatsache, daß Schwankungen des Ausgangssignals am mittleren Anschluß 24 aufgrund von Temperaturänderungen durch Änderungen der Spannung 2 e ₀ (d.h. der Ausgangsspannung des ersten magnetoresistiven Elements 19) zwischen den Anschlüs­ sen 21, 22 kompensiert werden.

Insbesondere wird aus Gleichung 2 deutlich, daß die Änderung e ₁ des Ausgangspotentials am mittleren An­ schluß 24 proportional zu f ₁ (t) und 2e ₀ ist, während aus Gleichung 1 folgt, daß 2e₀ umgekehrt proportional zu f ₂ (t) ist. Aus der Gleichung f ₂ (t)=f ₁ (t) folgt ferner, daß sich der Einfluß der Temperaturänderung überhaupt nicht auf e ₁ auswirkt, da beispielsweise dann, wenn f ₁ (t) aufgrund der Temperaturänderung mit 1/α zu multiplizieren ist, 2e ₀ mit α zu multiplizie­ ren ist.

Fig. 6a zeigt die Potential- bzw. Spannungsänderung am mittleren Anschluß 24 in Abhängigkeit von der Ände­ rung der Temperatur T bei Anlegen einer konstanten Spannung zwischen den Anschlüssen 21 und 22 des magne­ toresistiven Elements 19. Fig. 6b zeigt die temperatur­ abhängige Änderung der zwischen den Anschlüssen 21,22 des magnetoresistiven Elements 19 anliegenden Span­ nung, und Fig. 6c zeigt das Potential bzw. die Span­ nung am mittleren Anschluß 24, wenn an die Anschlüsse 21, 22 die temperaturabhängige Spannung gemäß Fig. 6b angelegt wird.

Beim betrachteten Ausführungsbeispiel sind die Poten­ tiale an den Anschlüssen 21 und 22 e ₀ und -e ₀, und die Ausgangsspannung am mittleren Anschluß 24 ist Null (e ₁=0), wenn sich die Permanentmagnete 13 in der Mitte des magnetoresistiven Elements 19 befinden (also: Δ x ₁=0), so daß die Gleichung Δ e ₁=e ₁ erhalten wird. Somit ist die Ausgangsspannung e ₁ am mittleren Anschluß 24 proportional zum Maß der Auslenkung der Permanent­ magnete 13 und wird von dem Verstärker 25 verstärkt.

Während vorstehend ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, bei dem das magnetoresistive Element eine obere und eine untere Hälfte mit jeweils demselben elektri­ schen Widerstandswert hat, können sich die Widerstands­ werte auch unterscheiden. In diesem Fall sollten die Widerstandswerte der Widerstände R ₃, R ₄ proportional zu den zugeordneten Widerstandswerten der Hälften und voneinander verschieden sein.

Da die Größe der Ausgangsspannung am mittleren Anschluß des magnetoresistiven Elements wie oben ausgeführt proportional zur Auslenkung der Magnete ist,und zwar unabhängig von Temperaturänderungen, kann der erfin­ dungsgemäße Druckwandler die Größe der Auslenkung ex­ trem genau erfassen, ohne daß die Messgenauigkeit durch Temperaturänderungen beeinträchtigt würde. Aus­ serdem ist der Wandler sehr einfach aufgebaut, so daß eine hervorragende Temperaturkompensation erreicht werden kann.

Während die Erfindung vorstehend anhand eines speziel­ len Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, versteht es sich, daß dem Fachmann, ausgehend von diesem Aus­ führungsbeispiel, zahlreiche Möglichkeiten für Ände­ rungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlas­ sen müsste.

Claims (12)

1. Druckwandler zum Erfassen eines Gas- oder Flüssig­ keitsdruckes und zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem erfassten Druck, gekennzeichnet durch folgende Merk­ male:
es ist eine in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Druck auslenkbare Membran (3) vorgesehen; es ist mindestens ein Magnet (13) vorgesehen, wel­ cher bezüglich der Membran (3) derart angeordnet ist, daß er den Bewegungen derselben folgt;
es ist ein magnetoresistives Element (19) vorge­ sehen, dessen elektrischer Widerstand in Abhängig­ keit von Änderungen des Magnetfeldes veränderbar ist und das dem Magneten (13) gegenüberliegend an­ geordnet ist;
es sind Befestigungseinrichtungen (17) für das magnetoresistive Element (19) vorgesehen;
es sind Halterungseinrichtungen (11) vorgesehen,
mit deren Hilfe der Magnet (13) bezüglich der Be­ festigungseinrichtungen (17) für das magnetoresi­ stive Element (19) derart montierbar ist, daß er in axialer Richtung gleitverschieblich und um eine in Richtung der Axialbewegung verlaufende Dreh­ achse verdrehbar ist, und
es sind Sicherungseinrichtungen (26, 27) vorgesehen, mit deren Hilfe die Befestigungseinrichtungen (17) und die Halterungseinrichtungen (11) relativ zu­ einander in einer eingestellten axialen Position und einer eingestellten Winkelstellung festlegbar sind.

2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Membran (3) durch Federmittel (6) entgegen dem zu messenden Druck vorgespannt ist und daß der Magnet (13) bezüglich seiner zugeord­ neten Halterungseinrichtungen (11) durch die Feder­ mittel (6) gehaltert ist.

3. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterungseinrichtungen für den Magne­ ten (13) einen Gehäuseteil (11) des Druckwandlers bilden.

4. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungseinrichtungen (17) für das magnetoresistive Element (19) einen Gehäuse­ teil (17) des Druckwandlers bilden.

5. Druckwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der der Halterung des Magneten (13) die­ nende Gehäuseteil (11) und der der Befestigung des magnetoresistiven Elements (19) dienende Gehäuse­ teil (17) gleitverschieblich und drehbar miteinan­ der verbunden sind.

6. Druckwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sicherungseinrichtungen einen Kleber (26) umfassen.

7. Druckwandler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicherungseinrichtungen eine Schraube (27) umfassen.

8. Druckwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Permanentmagnete (13) vorgesehen sind, welche im Abstand voneinander und einander gegen­ überliegend montiert sind.

9. Druckwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das magnetoresistive Element (19) zwischen den beiden Permanentmagneten (13) angeordnet ist.

10. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß Signalerzeugungseinrich­ tungen (Fig. 5) vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein elektrisches Signal (e ₁) erzeugbar ist, wel­ ches dem elektrischen Widerstandswert des magneto­ resistiven Elements (19) entspricht.

11. Druckwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das magnetoresistive Element (19) einan­ der gegenüberliegende äußere Anschlüsse (21, 22) und einen mittleren Anschluß (24) aufweist und daß die Signalerzeugungseinrichtungen Spannungser­ zeugungseinrichtungen (31, 32, R ₁, R ₂) umfassen, mit deren Hilfe an die äußeren Anschlüsse (21, 22) des magnetoresistiven Elements (24) eine Spannung an­ legbar ist und daß das Potential am mittleren An­ schluß (24) das elektrische Signal (e ₁) darstellt.

12. Druckwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungserzeugungseinrichtungen (31, 32, R ₁, R ₂) ein zweites magnetoresistives Element (28) umfassen, welches dieselbe Temperaturcharakte­ ristik wie das erste magnetoresistive Element (19) aufweist und dazu parallelgeschaltet ist, sowie einen Magneten (30), der relativ zu dem zweiten magnetoresistiven Element (28) in einem vorgege­ benen Abstand von einem mittleren Anschluß (29) des zweiten magnetoresistiven Elements (28) ange­ ordnet ist, sowie Spannungsregeleinrichtungen (32), mit deren Hilfe die Spannung zwischen den äußeren Anschlüssen (21, 22) derart regelbar ist, daß das Potential am mittleren Anschluß (24) des zweiten magnetorestriktiven Elements (28) konstant bleibt.