DE4002790C2

DE4002790C2 - Meßwertgeber zum Ermitteln von Druckänderungen in Rohren

Info

Publication number: DE4002790C2
Application number: DE4002790A
Authority: DE
Inventors: Muneaki Kanenobu; Kazuhisa Matsumoto
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: DE4002790A1; US5031460A; JPH02203230A

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Meßwertgeber ist aus der Druckschrift DE 30 21 919 bekannt. Folienartige Meßelemente werden auf dem Außendurchmesser eines zu überwachenden Rohres angebracht und mittels einer Schelle dort gehalten. Die Schelle weist elastische Stützelemente für die Meßelemente auf, die die Meßelemente reibschlüssig an das Rohr andrücken. Die Meßelemente können dabei entweder kapazitive oder piezoelektrische Meßelemente sein. Eine derartige Meßeinrichtung weist jedoch keine ausreichende Meßempfindlichkeit auf, außerdem kann der Kontakt zwischen Meßelement und Rohr weiter verbessert werden. Derartige Meßwertgeber dienen dazu, Druckänderungen in Rohren, beispielsweise in Rohrleitungen in der Einspritzanlage eines Dieselmotors oder in Öldruckanlagen durch Ermittlung der Verformung der Rohre festzustellen und zu überwachen.

Fig. 1 zeigt einen weiteren vorbekannten Meßwertgeber. Auf einem Druckrohr 1, in dem die Druckänderung ermittelt werden soll, ist ein piezoelektrisches Element 3 mit ei ner bimorphen (Doppelschicht-)Struktur kreisförmig angeordnet und wird mittels einer Halterung 4 gegen das Rohr 1 gepreßt. Ferner ist am Rohr 1 eine Halterung 5 vorgese hen. Die Halterungen 4 und 5 werden bis jetzt aus einem Material wie etwa einem synthetischen Kautschuk herge stellt. An den Außenseiten der Halterungen 4 und 5 sind mittels Klemmteilen 8 Gehäuse 6 und 7 in Form zweier Halbstrukturen befestigt.

Wenn in das Rohr 1 unter Druck stehender Kraftstoff ein geleitet wird, ändert sich der Durchmesser des Rohres 1 entsprechend. Dadurch wird im piezoelektrischen Element eine der Änderung des Radius des Rohres 1 entsprechende Spannung erzeugt. Durch Ermittlung dieser Spannungsände rung kann die Druckänderung im Rohr 1 ermittelt werden.

Die Halterung 4 dient dazu, das piezoelektrische Element 3 gegen die Rohroberfläche zu pressen, um so den Verlauf der Änderungen des Rohrdurchmessers mit hoher Wiedergabe güte zu verfolgen.

Das piezoelektrische Element 3 befindet sich in engem Kontakt mit dem Rohr 1, wenn, wie in Fig. 1(1) gezeigt, dessen Radius unter Normalbedingungen den Wert R hat.

Wie schematisch in Fig. 1(2) dargestellt und dort insbe sondere durch das Bezugszeichen 1a gekennzeichnet, wird das Rohr dann, wenn der im Rohr 1 aufgebaute Flüssig keitsdruck erhöht wird, verformt und weist nun einen Ra dius R1 auf, der größer ist als der Radius R in Fig. 1(1). Da sich folglich beide Enden 3a des piezoelektrischen Elementes 3 in engem Kontakt mit der Oberfläche des Roh res 1a befinden, wird das Element 3 wegen seiner Auf spreizung gespannt, weshalb es ein elektrisches Span nungssignal erzeugt, das die Ermittlung der Druckänderung im Rohr 1a ermöglicht. Wenn der Flüssigkeitsdruck im Rohr wieder seinen ursprünglichen Wert annimmt, nimmt gleich zeitig auch der Durchmesser des Rohres seinen ursprüngli chen Durchmesser wieder an, so daß sich auch das piezo elektrische Element entsprechend rückverformt.

Wie in Fig. 1(3) gezeigt, können bei Anwendung des Meß wertgebers auf ein Rohr 1b mit einem Radius R2, der klei ner ist als der Radius der Rohre 1 und 1a, beide Enden 3a des piezoelektrischen Elements möglicherweise in losem Kontakt mit der Oberfläche des Rohres 1b mit kleinerem Durchmesser sein. Der Erfinder hat hierfür die folgenden Ursachen ausfindig gemacht: zum einen ist die Halterung 4, wie erwähnt, aus einem synthetischen Kautschuk herge stellt, zum anderen ist der Druckelastizitätsmodul (Youngscher Elastizitätsmodul) verhältnismäßig klein, nämlich 10 bis 10² kg/cm²; daher werden die Enden 3a des piezoelektrischen Elementes 3 nicht so eng an das Rohr gepreßt.

Aus der Zeitschrift "Physik in unserer Zeit", 1985, Nr. 4, Seite 114 und 115 ist eine Einrichtung bekannt, die aus zwei miteinander verklebten piezoelektrischen Folien besteht. Legt man an diese eine Spannung an, so verbiegt sie sich wie ein bifilares Heizelement.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Meßwertgeber zum Ermitteln von Druckänderungen in Rohren zu schaffen, der so gestaltet ist, daß er allgemein für Rohre mit verschiedenen Durchmessern verwendet werden kann und der über seine gesamte Abmessung hinweg gut und sicher am zu überwachenden Rohr anliegt.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die äußere Oberfläche der Halterung durch ein starres Ge häuse abgedeckt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung ist die Halterung als ein Paar von halbzylindrischen Formen ausgebildet und weist einen Druckelastizitätsmodul von 10² bis 10⁴ kg/cm² auf.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung ist die Halterung direkt an der äußeren Oberfläche des Rohres befestigt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Halterung aus mindestens einem der Materialien, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind, zusammengesetzt:
Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, Tetrafluoro ethylen-Hexafluoropropylen-Kopolymer, Tetrafluoroethy len-Perfluoro(Alkylvinyl-Ether)-Kopolymer, Thermoplast- Polyester-Elastomer und Olefin-Thermoplast-Elastomer.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung weist das gegen das Rohr gepreßte piezoelektrische Element unter Normalbedingungen einen Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der Außendurchmesser des zu mes senden Rohres.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung ist die Halterung, die das piezoelektrische Element gegen die Rohroberfläche preßt, als halbzylindrische Form ausgebildet, während ferner ein Bauteil vorgesehen ist, das eine V-förmige Kerbe aufweist, die der Halterung ge genüberliegt und sich mit der Rohroberfläche derart in Kontakt befindet, daß das Rohr dazwischen festgeklemmt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Halterung als halbzylindrische Form ausgebildet, während ferner ein Bauteil vorgesehen ist, deren innere Oberflä che der Halterung gegenüberliegt, wobei der Radius der inneren Oberfläche größer ist als derjenige der Rohrober fläche.

Erfindungsgemäß wird ein piezoelektrisches Element mit einer bimorphen (Doppelschicht-)Struktur mittels einer Halterung gegen die Rohroberfläche gepreßt, wobei die Halterung elastisch ist, um den gegenüberliegenden Enden des piezoelektrischen Elementes zu ermöglichen, sich in Umfangsrichtung des Rohres an dessen Außenseite elastisch anzuschmiegen. Folglich können die Enden des piezoelek trischen Elementes eine enge Verbindung mit der Oberflä che des Rohres, das verschiedene Durchmesser besitzen kann, haben. Dadurch kann der Rohrinnendruck zuverlässig ermittelt werden.

Insbesondere kann durch die Wahl eines Druckelastizitäts moduls einer solchen Halterung zwischen 10² bis 10⁴ kg/cm² das piezoelektrische Element zuverlässig mit der äußeren Oberfläche des Rohres, das verschiedene Durchmesser be sitzen kann, in engen Kontakt gebracht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1(1) bis 1(3) den Querschnitt eines entsprechenden Meßwertgebers des Standes der Technik;

Fig. 2 den Querschnitt einer Ausführungsform des er findungsgemäßen Meßwertgebers;

Fig. 3 den Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 2;

Fig. 4 den Querschnitt einer Ausführungsform des er findungsgemäßen piezoelektrischen Elementes;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klemmbauteils;

Fig. 6(1) bis 6(3) Querschnitte zur Erläuterung der Funktion der in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Ausfüh rungsformen;

Fig. 7 den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 den Querschnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 11;

Fig. 13(1) bis Fig. 13(3) Graphen, die die Meßergebnisse zeigen, die vom Erfinder an den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung er zielt worden sind; und

Fig. 14(1) bis 14(3) Graphen, die die Meßergebnisses eines Ver gleichsbeispiels zeigen.

Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben.

In Fig. 2 ist der Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, während in Fig. 3 der Querschnitt ent lang der Linie II-II von Fig. 2 gezeigt ist. An ein Rohr 11, dessen Innendruckänderungen ermittelt werden sollen und durch das beispielsweise Kraftstoff geführt wird, wird über eine Schutzschicht 12 mittels einer erfindungs gemäßen Halterung 14 ein als Sensorelement dienendes piezoelektrisches Element 13 mit einer bimorphen (Doppel schicht-)Struktur gepreßt. Die Schutzschicht 12 dient dazu, das piezoelektrische Element 13 zu schützen und ist aus einer Metallfolie aufgebaut. Eine Hal terung 15 trägt direkt das Rohr 11. Außerhalb der Halterun gen 14 und 15 ist ein Paar von im allgemeinen halbzylin drischen Gehäusen 16 und 17 mittels eines Klemmbauteils 18, wie es in Fig. 5 gezeigt ist und später beschrieben wird, ablösbar befestigt.

In Fig. 4 ist der Querschnitt des piezoelektrischen Ele mentes 13 gezeigt. Das erfindungsgemäße piezoelektrische Element 13 weist zwei piezoelektrische Teile 20 und 21 auf, die über eine zwischen diesen eingebrachte Zwischen schicht 22 aneinander kleben.

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von bimorphen Struktu ren: (1) eine bimorphe Struktur von Reihenschaltungsbau art, in der zwei piezoelektrische Teile 20 und 21 mit entgegengesetzten Polarisationsrichtungen aneinander kle ben, während an deren Außenseite befindliche Elektroden mit elektrischen Klemmen verbunden sind; (2) eine bimor phe Struktur von Parallelbauart, in der zwei piezoelek trische Teile mit gleicher Polarisationsrichtung über ei ne dazwischen geschaltete Elektrode aneinander kleben, während an der Außenseite des piezoelektrischen Teils Elektroden befestigt sind, die mit den elektrischen Klem men und der Zwischenelektrode verbunden sind. In der Er findung können beide Arten von bimorphen Strukturen ver wendet werden.

Die die bimorphe Struktur bildenden piezoelektrischen Teile 20 und 21 sind entweder aus (a) einem hochpolymeren piezoelektrischen Material oder (b) einem zusammenge setzten piezoelektrischen Material, das aus einer Mi schung eines keramischen piezoelektrischen Materials mit einem hochpolymeren Material oder einem hochpolymeren piezoelektrischen Material zusammengesetzt ist, herge stellt. Beispielsweise können für das hochpolymere piezo elektrische Material Vinyliden-Fluorid-Polymere wie etwa Vinyliden-Fluorid-Homopolymer oder Vinyliden-Fluorid- Trifluoroethylen-Kopolymer verwendet werden.

Nun wird das Meßprinzip der bimorphen Struktur beschrie ben. Die bimorphe Struktur kann durch Messung von Span nungsänderungen Änderungen des Rohrdurchmessers, die durch Änderungen des Rohrinnendruckes verursacht werden, ermitteln. Die Ausgangsspannung der bimorphen Struktur Vp (V) ist durch die folgende Formel gegeben:

Vp = cgt²r^-1 (1)

wobei
c: Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Teils (N/m²);
g: Spannungsausgabekoeffizient des piezoelektrischen Teils (Vm/N);
t: Dicke (eines) piezoelektrischen Teils (m);
r: Krümmungsradius (Abstand Rohrmittelpunkt-Mittelpunkt der bimorphen Struktur) (m).

Aus Gleichung (1) ergibt sich aufgrund der Proportionali tät der Ausgangsspannung Vp zum Quadrat der Dicke (t) ei nes einzelnen piezoelektrischen Teiles, daß bei Erhöhung der Dicke der piezoelektrischen Teile 20 und 21 eine größere Ausgangsspannung erhalten wird, so daß die Meßem pfindlichkeit gesteigert wird.

Wenn zwischen die piezoelektrischen Teile 20 und 21 die Zwischenschicht 22 eingebaut ist, hat die Erhöhung der Dicke der Zwischenschicht 22 die gleiche Wirkung wie die Erhöhung der Dicke der piezoelektrischen Teile 20 und 21, so daß auch auf diese Weise die Meßempfindlichkeit ver bessert werden kann. Das Material der Zwischenschicht 22 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange es ein Leitermaterial ist; vorzugsweise werden für das Mate rial Bleche wie etwa Kupfer, Aluminium, Phosphorbronze usw. benutzt. Die Dicke t der Zwischenschicht 22 liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 2,0 mm.

In Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des an den Ge häusen 16 und 17 vorgesehenen Klemmbauteils 18 gezeigt. Jeweils ein Ende der Gehäuse 16 und 17 ist um eine zur Achse des Rohres 11 parallele Achse mittels eines Stifts 23 drehbar. Am anderen Ende des Gehäuses 16 ist ein Hand hebel 25 angeordnet, der um einen Stift 24 drehbar gela gert ist. Am Handhebel 25 ist ein an seinem Basisbereich 27 drehbar gelagertes Verbindungsteil 26 angeordnet. Das Verbindungsteil 26 kann die Gehäuse 16 und 17 eng anein anderfügen, indem es in die Eingriffsrille 28 im Gehäuse 17 eingreift und sich um die Achse des Stifts 24 des Handhebels 25 dreht. Bei der Erfindung ist das Klemmbau teil 18 nicht auf den in Fig. 5 gezeigten Aufbau be schränkt.

Es ist erforderlich, daß das piezoelektrische Element 13 an die Außenfläche des Rohres 11 gepreßt wird, um den Än derungsverlauf des Rohrdurchmessers mit hoher Wiedergabe treue zu verfolgen. Zu diesem Zweck wird die Halterung 14 verwendet. Dadurch können geringe Änderungen des Rohr durchmessers, die durch Änderungen des Rohrinnendrucks hervorgerufen werden, ermittelt werden. Erfindungsgemäß können für das Material der Halterungen 14 und 15 eines oder mehrere der folgenden Materialien verwendet werden:
Polyurethan, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Tetra fluoroethylen-Hexafluoropropylen-Kopolymer (FEP), Tetra fluoroethylen-Perfluoro(Alkylvinyl-Ether)-Kopolymer (PFA), Thermoplast-Polyester-Elastomer (das unter dem Handelsnamen "Hytrel" (Toray-Dupont) erhältlich ist) und Olefin-Thermoplast-Elastomer (das unter dem Handelsnamen "Milastramer" (Mitsui Petrochemical) erhältlich ist). Der Druckelastizitätsmodul (Youngscher Elastizitätsmodul) der Halterungen 14 und 15 besitzt einen Wert, der vorzugswei se zwischen 10² bis 10⁴ kg/cm² liegt und am vorteilhafte sten ungefähr 10³ kg/cm² beträgt. Die Gehäuse 16 und 17 sind aus einem Material wie etwa Nylon oder ähnlichem hergestellt, ihr Druckelastizitätmodul beträgt 3×10⁴ kg/cm².

Nun wird auf die Fig. 6(1) bis 6(3) Bezug genommen. Wenn das piezoelektrische Element 13 an der äußeren Ober fläche des Rohres 11, das unter Normalbedingungen einen Radius R besitzt, befestigt wird und ein Meßwertgeber mit einem solchen Aufbau bei einem Rohr 11a mit einem Radius R1 größer als R verwendet wird, wie in Fig. 6(2) gezeigt, werden die beiden Enden 13a des piezoelektrischen Elementes 13 wie durch den Pfeil 29 angezeigt, ausgedehnt. Dadurch kann das piezo elektrische Element 13 mittels der Halterung 14 dicht an die äußere Oberfläche des Rohres 11a gepreßt werden, so daß geringe Änderungen des Rohrdurchmessers gemessen wer den können.

Wenn der erfindungsgemäße Meßwertgeber nach seiner Verwen dung in einem Zustand, wie er in Fig. 6(2) gezeigt ist, wieder bei einem Rohr 11 mit Radius R verwendet wird, (Fig. 6(3)), nimmt das piezoelektrische Element 13 auf grund der durch die starke Kraft der Halterung 14 bewirk ten Pressung wieder die ursprüngliche Form, d.h. die in Fig. 6(1) gezeigte Form an; die starke Kraft der Halte rung 14 beruht, wie erwähnt auf dem verhältnismäßig großen Druckelastizitätsmodul. Die dadurch erzeugte große Kraft f wirkt, in Umfangsrichtung des Rohres 11 betrach tet, auf die Enden 13a des piezoelektrischen Elementes 13, um dieses dicht gegen das Rohr 11 zu pressen. Folg lich können geringe Druckänderungen in Rohr 11, d.h. ge ringe Verformungen des Rohres, ermittelt werden. In den Fig. 6 ist aus Gründen der Vereinfachung die Schutz schicht 12 weggelassen. Diese Schutzschicht 12 braucht nicht verwendet zu werden.

Es ist ausreichend, daß das piezoelektrische Element oder die bimorphe Struktur an die äußere Oberfläche des Rohres 11 gepreßt wird, um den Verlauf der Änderungen des Rohr durchmessers zu verfolgen. Es ist nicht notwendig, in reibschlüssiger Verbindung zu pressen, um für die genaue Übertragung sämtlicher Verformungen der Rohroberfläche zwischen dem Rohr und dem piezoelektrischen Element eine Reibungskraft zu erzeugen. Wenn das piezoelektrische Ele ment wie im Stand der Technik lediglich ein piezoelektri sches Teil ist, ist eine Pressung des piezoelektrischen Teils in reibschlüssiger Verbindung erforderlich, um Än derungen des Rohrumfangs zu ermitteln, während das Meß prinzip erfindungsgemäß bei Verwendung der bimorphen Struktur davon verschieden ist. Das heißt, daß anstatt der Änderungen des Rohrumfangs Änderungen des Rohrdurch messers ermittelt werden, weshalb es nicht notwendig ist, das piezoelektrische Element in reibschlüssiger Verbin dung zu pressen. Bei Verwendung einer bimorphen Struktur werden dann, wenn aufgrund von Änderungen des Rohrumfan ges eine Kraft in Umfangsrichtung des Rohres wirkt, Span nungsänderungen nicht ermittelt, weil sich die in den beiden piezoelektrischen Teilen erzeugten elektrischen Ladungen gegeneinander aufheben.

Da im Sensorelement des erfindungsgemäßen Meßwertgebers eine bimorphe Struktur verwendet wird, können Auswirkun gen des Rauschsignals, das durch die Vibration des Rohres hervorgerufen wird, verhindert werden, ohne daß ein Meß wertgebergehäuse mit einer speziellen Struktur verwendet wird, um die Auflagerkraft für das Sensorelement, wie sie im herkömmlichen Meßwertgeber auftritt, zu absorbieren. Das bedeutet, daß dann, wenn zwischen dem Rohr und dem piezoelektrischen Element mit bimorpher Struktur aufgrund der Rohrvibration eine Trägheitskraft aufgebaut wird, das piezoelektrische Element aufgrund seiner Trägheitskraft in Richtung seiner Dicke gepreßt wird; in diesem Fall he ben sich die in den piezoelektrischen Teilen erzeugten elektrischen Ladungen im piezoelektrischen Element gegen seitig auf, so daß keine Spannungsänderungen ermittelt werden. Dadurch kann die Struktur des Meßwertgebers ver einfacht werden.

In Fig. 7 ist der Querschnitt einer weiteren Ausführungs form der Erfindung gezeigt. Die der vorhergehenden Aus führungsform entsprechenden Teile werden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Ein Gehäuse 30 enthält eine V- förmige Kerbe 31. In dieser Ausführungsform wird eine vereinfachte Struktur verwirklicht, weil das piezoelek trische Element 13 nicht notwendigerweise symmetrisch zum Rohr 11 angeordnet zu werden braucht.

In Fig. 8 ist ein Querschnitt einer weiteren Ausführungs form der Erfindung gezeigt. Ein Gehäuse 32 weist eine zum Tragen des Rohres 11 vorgesehene innere Oberfläche 33 mit einem großen Krümmungsradius auf.

Das in Fig. 7 gezeigte Gehäuse 30 und das in Fig. 8 ge zeigte Gehäuse 32 kann jeweils entweder elastisch oder starr sein.

In Fig. 9 ist der Querschnitt einer weiteren Ausführungs form der Erfindung gezeigt. Eine Halterung 34 zum Pressen des piezoelektrischen Elementes 13 gegen das Rohr 11 dient außerdem als das oben erwähnte Gehäuse 16. Als Ma terial für die Halterung 34 wird ein Kunstharz verwendet. Die Dicke t1 der Halterung 34 ist dünner hergestellt, so daß sie genauso wie die Halterung 14 wirkt und den oben erwähnten Druckelastizitätsmodul besitzt. Das weitere Ge häuse 35 ist starr.

In Fig. 10 ist der Querschnitt einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung gezeigt. Eine das piezoelektri sche Element 13 haltende Halterung 36 wirkt genauso wie das Gehäuse 16, die Dicke t2 der Halterung 36 ist jedoch größer. Das Gehäuse 37 kann aus dem gleichen Material wie die Halterung 36 hergestellt werden.

In Fig. 11 ist der Querschnitt einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung gezeigt, während in Fig. 12 der Querschnitt entlang der Linie XI-XI von Fig. 11 gezeigt ist. Das piezoelektrische Element 13 wird mittels eines aus einem dehnbaren Band hergestellten Bandes 41 gegen die äußere Oberfläche des Rohres gepreßt. Die einander gegenüberliegenden Enden des Bandes 41 sind mittels eines Klemmbauteils 45 miteinander verbunden, wobei die Klemm teile 42 und 43 mittels einer Schraube 44 verbunden sind. Das Band 41 ist so elastisch wie die oben erwähnte Halte rung 14. Da in dieser in den Fig. 11 und 12 gezeigten Ausführungsform die erwähnten Gehäuse 16 und 17 nicht vorgesehen werden müssen, kann die Struktur vereinfacht werden.

Bei der Beschreibung der experimentellen Ergebnisse des Erfinders wird auf die Fig. 13 und 14 Bezug genommen. Der im Experiment verwendete Motor war ein handelsübliches Erzeugnis. Das Experiment ist bei einer Motordrehzahl von 5000 min^-1 ausgeführt worden. Der Meßwertgeber war am Kraftstoffeinspritzmotor befe stigt. In den Fig. 13 und 14 sind Wellenformen gezeigt, die abgegriffen wurden, nachdem das Ausgangssignal des piezo elektrischen Elementes ein Tiefpaßfilter mit den Eigen schaften: 120 Hz Grenzfrequenz; 24 dB/oct(Butterworth) zur Beseitigung des Hochfrequenzrauschens durchlaufen hat. In der in Fig. 13 gezeigten Ausführung wurde in den in den Fig. 2 bis 6 gezeigten Aufbauten ein Material für die Halterung 14 verwendet, das einen Kompressionselastizitätsmodul von 900 kg/cm² aufwies. Das piezoelektrische Element 13 ist vorher so angeordnet worden, daß es auf das Rohr 11 mit dem Außendurchmesser von 6,0 mm bei Normalbedingungen gepreßt wird. In Fig. 13(1) ist diejenige Wellenform gezeigt, die bei einem Außendurchmesser des Rohres von 6,0 mm er mittelt wurde. Zu diesem Zeitpunkt hat der Innendruck des Rohres 11 100 bis 200 kg/cm² betragen. In Fig. 13(2) ist die Wellenform gezeigt, die von dem Detektor gleichen Aufbaus beim Rohr 11 mit einem Außendurchmesser von 6,12 mm ermittelt wurde. In Fig. 13(3) ist diejenige Wellen form gezeigt, die von dem wieder am Rohr 11 mit 6,0 mm Außendurchmesser verwendeten Detektor ermittelt worden ist, nachdem der Detektor vorher am Rohr 11 mit 6,12 mm festgeklemmt worden war und dort die Messung ausgeführt hat. Der Vergleich der Ausgangswellenformen der Fig. 13(1) und 13(3) läßt deutlich erkennen, daß die Enden 13a des piezoelektrischen Elementes 13 in engem Kontakt auf die äußere Oberfläche des Rohres 11 gepreßt werden, so daß eine genaue Ermittlung geringer Druckunterschiede möglich ist.

In Fig. 14 ist ein Vergleichsbeispiel gezeigt. In den Fig. 14(1), 14(2) und 14(3) sind Fälle gezeigt, in de nen das gleiche Experiment wie in den Fig. 13(1), 13(2) und 13(3) ausgeführt worden ist. In diesem Beispiel ist ein synthetischer Kautschuk mit einem kleinen Druckela stizitätsmodul als Material der Halterung verwendet wor den. Aus Fig. 14(3) ist deutlich erkennbar, daß bei die sem Beispiel ein starkes Rauschen auftritt, so daß der Rohrinnendruck nur schwer zu messen ist.

Claims

1. Meßwertgeber zum Ermitteln von Druckänderungen in einem Rohr (11) durch Umwandlung der Verformung des Rohres (11) entsprechend den Innendruckänderungen des Rohres (11) in elektrische Signale, mit einem piezoelektrischen Element (13), einer direkt an der Außenfläche des Rohres befestigten halbzylindrischen Halterung (14, 15) zum Pressen des piezoelektrischen Elementes (13) gegen die äußere Oberfläche des Rohres (11) und einem die äußere Oberfläche der Halterung (14) abdeckenden starren Gehäuse (16), wobei die Halterung (14) elastisch ist, um so den beiden Enden (13a) des piezoelektrischen Elementes (13) zu ermöglichen, sich in Umfangsrichtung des Rohres (11) an dessen Außenseite elastisch anzuschmiegen,
dadurch gekennzeichnet, daß
das piezoelektrische Element (13) eine bimorphe (Doppelschicht-) Struktur aufweist und so gestaltet ist, daß zwischen dem Paar von piezoelektrischen Teilen (20, 21) eine leitende Zwischenschicht (22) eingebracht ist, und
das gegen das Rohr (11) gepreßte piezoelektrische Element (13) einen Innendurchmesser besitzt, der kleiner ist als der Außendurchmesser des zu vermessenden Rohres (11) unter Normalbedingungen.

2. Meßwertgeber zum Ermitteln von Druckänderungen in einem Rohr (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als ein Paar von halbzylindrischen Formen (14, 15) ausgebildet ist, einen Druckelastizitätsmodul zwischen 10² und 10⁴ kg/cm² aufweist und aus mindestens einem der Materialien, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind, hergestellt ist: Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, Tetrafluoroethylen-Hexafluoropropylen-Kopolymer, Tetrafluoroethylen-Perfluoro(Alkylvinyl- Ether)-Kopolymer, Thermoplast-Polyester-Elastomer und Olefin-Thermoplast-Elastomer.

3. Meßwertgeber zum Ermitteln von Druckänderungen in einem Rohr (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (30) vorgesehen ist, das eine V-förmige Kerbe (31) aufweist, die dem Rohr (11) gegenüberliegt, in die das Rohr, dessen Druckänderungen ermittelt werden sollen, eingesetzt wird und die sich mit der Rohroberfläche derart in Kontakt befindet, daß die Halterung dazwischen festgeklemmt wird.

4. Meßwertgeber zum Ermitteln von Druckänderungen in einem Rohr (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (32) vorgesehen ist, das eine innere Oberfläche (33) aufweist, die der Halterung (14) gegenüberliegt, in die das Rohr, dessen Druckänderungen ermittelt werden sollen, eingesetzt wird und deren Radius größer ist als derjenige der Rohroberfläche.

5. Meßwertgeber zum Ermitteln von Druckänderungen in einem Rohr (11) durch Umwandlung der Verformung des Rohres (11) entsprechend den Innendruckänderungen des Rohres (11) in elektrische Signale, mit einem piezoelektrischen Element (13), einer direkt an der Außenfläche des Rohres befestigten halbzylindrischen Halterung (14, 15) zum Pressen des piezoelektrischen Elementes (13) gegen die äußere Oberfläche des Rohres (11), und einem die äußere Oberfläche der Halterung (14) abdeckenden starren Gehäuse (16), wobei die Halterung (14) elastisch ist, um so den beiden Enden (13a) des piezoelektrischen Elementes (13) zu ermöglichen, sich in Umfangsrichtung des Rohres (11) an dessen Außenseite elastisch anzuschmiegen,
dadurch gekennzeichnet, daß
das piezoelektrische Element (13) eine bimorphe (Doppelschicht-) Struktur aufweist und so gestaltet ist, daß zwischen dem Paar von piezoelektrischen Teilen (20, 21) eine leitende Zwischenschicht (22) eingebracht ist,
die Halterung als Paar von halbzylindrische Formen (14, 15) ausgebildet ist, einen Druckelastizitätsmodul zwischen 10² und 10⁴ kg/cm² aufweist, und
aus mindestens einem der Materialien, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind, hergestellt ist: Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, Tetrafluoroethylen-Hexafluoropropylen- Kopolymer, Tetrafluoroethylen-Perfluoro (Alkylvinyl-Ether)-Kopolymer, Thermoplast-Polyester-Elastomer und Olefin-Thermoplast-Elastomer.