DE4239546A1

DE4239546A1 - Pressure measuring device for flow medium - uses oscillation body in feedback oscillation system employing cooperating coil and permanent magnet

Info

Publication number: DE4239546A1
Application number: DE19924239546
Authority: DE
Inventors: Karl Eck
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1994-05-26

Abstract

The pressure measuring device uses a tubular oscillation body which is closed at one end and which is fixed in place at its open end, its inner or outer surface contacted by the flow medium. The oscillation body forms part of a feedback electromagnetic oscillation system with a permanent magnet (3) and a coil (4) separated from one another by an air-gap. The oscillation body has an elliptical cross-section and supports the permanent magnet, which is spaced from the co-operating coil so that a flexure oscillation in the direction of the smaller axis of the ellipse is obtained. ADVANTAGE - Simple mfr. and accurate operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Drücken und Differenzdrücken strömungsfähiger Medien mit einem einseitig geschlossenen, rohrförmigen Schwingkörper, der an seiner offenen Seite örtlich fest fixiert und dessen Inneres und/oder Äußeres von einem Medium druckbeaufschlagt ist, wobei der Schwingkörper Bestandteil eines rückgekop pelten elektromagnetischen Schwingsystems mit einer Spule und einem Dauermagneten ist, die beide durch einen Luft spalt getrennt sind.The invention relates to a device for measuring Pressures and differential pressures of flowable media with a tubular vibrating body closed on one side, which is fixed locally on its open side and its Interior and / or exterior pressurized by a medium is, the vibrating body part of a feedback pelten electromagnetic vibration system with a coil and a permanent magnet, both through an air are separated.

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen die Messung des Druckes eines strömungsfähigen Mediums durch Ermittlung der Änderung der mechanischen Schwingfrequenz eines rohrförmi gen Schwingkörpers erfolgt. Der druckbeaufschlagte rohrför mige Schwingkörper besteht dabei aus ferromagnetischem Material und ist an seinem in einem Verbindungsstück befe stigten Ende offen und am anderen Ende geschlossen.Devices are known in which the measurement of the Pressure of a fluid medium by determining the Change the mechanical vibration frequency of a tubular against the vibrating body. The pressurized pipe conveyor The vibrating body consists of ferromagnetic Material and is at his in a connector BEFE open end and closed at the other end.

Durch einen Luftspalt vom geschlossenen Ende des Schwing körpers getrennt, liegt ein Dauermagnet. Um den rohr förmigen Schwingkörper in Schwingungen zu versetzen, sind um den Schwingkörper eine Induktionsspule und eine Erreger spule gewickelt. Dabei wird durch die Erregerspule in die Induktionsspule eine Spannung induziert, die den Schwingkörper in Biegeschwingungen versetzt, deren Frequenz zur Bestimmung des innerhalb des Schwingkörpers herrschen den Druckes verwendet wird.Through an air gap from the closed end of the swing separated from the body, there is a permanent magnet. Around the pipe shaped vibrating body to vibrate are around the vibrating body an induction coil and an exciter coil wound. This is done by the excitation coil induces a voltage in the induction coil which Vibrating bodies set in bending vibrations, their frequency to determine the prevailing within the vibrating body the pressure is used.

Nachteilig wirkt sich bei dieser Anordnung der komplizierte konstruktive Aufbau der Vorrichtung aus, die aus der Ver wendung von zwei Spulen und der räumlichen Anordnung des Permanentmagneten am Gehäuse resultiert.The disadvantage of this arrangement is that it is complicated constructive structure of the device from the Ver use of two coils and the spatial arrangement of the Permanent magnets on the housing result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen von Drücken und Differenzdrücken in strömungs fähigen Medien zu schaffen, die möglichst einfach herzu stellen ist und trotzdem genau arbeitet und für viele An wendungsfälle einsetzbar ist.The invention has for its object a device for measuring pressures and differential pressures in flow able to create media that are as simple as possible is and still works precisely and for many people application cases can be used.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Durchmesser des Schwingkörpers elliptisch ist, der Dauer magnet am Schwingkörper befestigt ist und die Spule räum lich vom Dauermagnet und Schwingkörper getrennt, gegenüber dem Dauermagneten angeordnet ist, so daß in Richtung der kleinen Halbachse des Schwingkörpers eine Biegeschwingung erfolgt.According to the invention the object is achieved in that the Diameter of the vibrating body is elliptical, the duration Magnet is attached to the vibrating body and the coil space Lich separated from the permanent magnet and vibrating body, opposite the permanent magnet is arranged so that in the direction of small semi-axis of the vibrating body a bending vibration he follows.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit einfachen Mitteln ein sensibler Drucksensor aufgebaut werden kann, der aufgrund der elliptischen Form des Schwingkörpers grö ßere Frequenzänderungen über den Druck zuläßt, was zu einer höheren Empfindlichkeit des Systems gegenüber herkömmlichen Drucksensoren führt.The advantage of the invention is that with simple A sensitive pressure sensor can be built up, the size due to the elliptical shape of the vibrating body allows for greater frequency changes across the pressure, resulting in a higher sensitivity of the system compared to conventional ones Pressure sensors leads.

Durch die geometrische Variation der Rohrwanddicke läßt sich der Drucksensor an verschiedene Druckbereiche anpas sen. Due to the geometric variation of the tube wall thickness the pressure sensor adapts to different pressure ranges sen.

Die Vorrichtung eignet sich außerdem sowohl für die Reali sierung von Absolut- wie auch für Differenzdrucksensoren.The device is also suitable for both the Reali Absolute as well as differential pressure sensors.

Vorteilhafterweise ist die Längsrichtung der Spule und die magnetische Nord-Süd-Richtung des Dauermagneten senkrecht zur Längsrichtung des Schwingkörpers angeordnet, wodurch das System die höchste Empfindlichkeit erreicht.Advantageously, the longitudinal direction of the coil and the Magnetic north-south direction of the permanent magnet perpendicular arranged to the longitudinal direction of the vibrating body, whereby the system reaches the highest sensitivity.

Die Spule ist dabei Bestandteil eines rückgekoppelten invertierenden Verstärkersystems. Dieses Verstärkersystem ermöglicht in einfacher Weise die digitale Weiterverarbei tung des Frequenzausganges.The coil is part of a feedback inverting amplifier system. This amplifier system enables digital processing in a simple manner tion of the frequency output.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Dauermagnet inner halb oder außerhalb des Schwingkörpers befestigt sein, was vorzugsweise durch Klebung erfolgt. Die größte Empfindlich keit wird erreicht, wenn der Dauermagnet am geschlossenen Ende des Schwingkörpers befestigt ist.In a further embodiment, the permanent magnet can be internal be attached half or outside of the vibrating body what preferably done by gluing. The greatest sensitive speed is achieved when the permanent magnet is closed End of the vibrating body is attached.

Vorteilhafterweise ist der Schwingkörper selbst gerade oder konisch ausgebildet und ein Guß oder Tiefziehteil.The oscillating body itself is advantageously straight or conical and a cast or deep-drawn part.

Dadurch wird sichergestellt, daß die Materialeigenschaften im Gegensatz zu ferromagnetischen Stoffen keinen Einfluß auf die Schwingfrequenz des Systems ausüben. Außerdem kom men somit preisgünstige Materialien zum Einsatz.This ensures that the material properties in contrast to ferromagnetic substances no influence exert on the oscillation frequency of the system. Also com So inexpensive materials are used.

Für den Einsatz des Drucksensors in aggressiven Medien stellt Keramik ein geeignetes Material in dem Schwingkörper dar.For the use of the pressure sensor in aggressive media ceramic provides a suitable material in the vibrating body represents.

Die Erfindung erlaubt verschiedene Ausführungsformen. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung ist eine davon in der Zeich nung dargestellt und soll nachfolgend beschrieben werden. The invention allows various embodiments. To their further clarification is one of them in the drawing voltage and will be described below.

Die schematisch dargestellte Meßvorrichtung besteht aus einem Schwingkörper 1 und einer elektronischen Schaltung, die als rückgekoppeltes invertierendes Schwingsystem arbei tet. Der Schwingkörper 1 ist Bestandteil dieses Schwing systems.The schematically illustrated measuring device consists of a vibrating body 1 and an electronic circuit which works as a feedback inverting oscillating system. The vibrating body 1 is part of this vibrating system.

Die elektronische Schaltung weist eine Spule 4, einen Pha senschieber 5, einen Spannungs-Strom-Wandler 6 und einen Verstärker 7 auf. Diese Elemente bilden ein schwingfähiges System, dessen frequenzbestimmendes Element der Schwingkör per 1 ist.The electronic circuit has a coil 4 , a phase shifter 5 , a voltage-current converter 6 and an amplifier 7 . These elements form a system capable of oscillation, the frequency-determining element of which is the oscillating body per 1 .

Der Schwingkörper 1 selbst ist ein gerades, rohrförmiges Keramikteil, welches einen elliptischen Durchmesser auf weist.The vibrating body 1 itself is a straight, tubular ceramic part which has an elliptical diameter.

Auf dem einen geschlossenen Ende des Schwingkörpers 1 ist mittels Klebung ein Dauermagnet 3 so befestigt, daß seine magnetische Nord-Süd-Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Schwingkörpers 1 verläuft. Die Nord-Süd-Achse des Dau ermagneten 3 und die Längsachse der Spule 4 sind dabei in einer Flucht angeordnet.On one closed end of the vibrating body 1 , a permanent magnet 3 is attached by adhesive so that its magnetic north-south direction is perpendicular to the longitudinal direction of the vibrating body 1 . The north-south axis of the permanent magnet 3 and the longitudinal axis of the coil 4 are arranged in alignment.

Mit seinem anderen, offenen Ende ist der Schwingkörper 1 fest mit einem Bauteil 2 verbunden, in dem sich das zu mes sende Medium befindet, welches durch die Öffnung in den Schwingkörper 1 hineinströmt.With its other, open end, the vibrating body 1 is firmly connected to a component 2 , in which the medium to be measured is located, which flows through the opening into the vibrating body 1 .

Aufgrund des in den Schwingkörper 1 einströmenden Mediums bewegt sich dessen geschlossenes Ende mit dem darauf ange brachten Dauermagneten 3 aus seiner Ruhelage und ändert so mit den magnetischen Fluß im gesamten Schwingsystem. Durch die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses wird in die Spule 4 eine Spannung induziert. Diese Spannung wird über den Phasenschieber 5, welcher die Phase um 180 Grad dreht, auf den Spannungs-Strom-Wandler 6 geführt. Der so gewonnene Strom wird über den Verstärker 7 auf die Spule 4 rückgekop pelt. Dadurch wird durch die Spule 4 ihrerseits eine magne tische Wirkung auf den Schwingkörper 1 ausgeübt, welche sich zu der ursprünglichen Wirkung addiert. Der Schwingkör per 1 schwingt nun mit seiner mechanischen Biegeeigenfre quenz, wobei der Dauermagnet 3 je nach Phasenlage in die Spule 4 hineingezogen oder von dieser abgestoßen wird. Diese Frequenz ist somit ein Maß für die Druckdifferenz innerhalb und außerhalb des Schwingkörpers.Because of the medium flowing into the vibrating body 1 , its closed end with the permanent magnet 3 attached to it moves out of its rest position and thus changes with the magnetic flux in the entire vibrating system. A voltage is induced in the coil 4 by the change in the magnetic flux over time. This voltage is applied to the voltage-current converter 6 via the phase shifter 5 , which rotates the phase by 180 degrees. The current thus obtained is re-coupled via the amplifier 7 to the coil 4 . As a result, a magnetic effect is exerted on the vibrating body 1 by the coil 4 , which adds to the original effect. The Schwingkör by 1 now vibrates with its mechanical Biegeeigenfre frequency, the permanent magnet 3 being pulled into the coil 4 or repelled by it, depending on the phase position. This frequency is therefore a measure of the pressure difference inside and outside the vibrating body.

Claims

1. Device for measuring pressures and differential pressures of flowable media with a closed on one side, tubular vibrating body, which is fixed locally on its open side and the inside and / or outside of which is pressurized by a medium, the vibrating body being part of a feedback electromagnetic vibration system with a coil and a permanent magnet, both of which are separated by an air gap, characterized in that the diameter of the oscillating body ( 1 ) is elliptical, the permanent magnet ( 3 ) is attached to the oscillating body ( 1 ) and the coil ( 4 ) is spatially separated Permanent magnet ( 3 ) and vibrating body ( 1 ) is arranged separately against the permanent magnet ( 3 ), so that the bending vibration occurs in the direction of the small semi-axis of the vibrating body.

2. Device according to claim 1, characterized in that the axis of the coil ( 4 ) is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the vibrating body ( 1 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the coil ( 4 ) is part of a feedback inverting amplifier system.

4. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic north-south direction of the permanent magnet ( 3 ) is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the vibrating body ( 1 ).

5. The device according to claim 4, characterized in that the permanent magnet ( 3 ) inside or outside of the vibrating body ( 1 ) is attached.

6. The device according to claim 5, characterized in that the permanent magnet ( 3 ) at the closed end of the Schwingkör pers ( 1 ) is attached.

7. The device according to claim 5, characterized in that the permanent magnet ( 3 ) by adhesive on the vibrating body ( 1 ) be fastened.

8. The device according to claim 1, characterized in that the vibrating body ( 1 ) is straight or conical.

9. The device according to claim 7, characterized in that the vibrating body ( 1 ) is a cast or deep-drawn part.

10. The device according to claim 7, characterized in that the vibrating body ( 1 ) consists of ceramic.