DE7110214U

DE7110214U - THERMOSTATIC MEASUREMENT AMPLIFIER

Info

Publication number: DE7110214U
Application number: DE19717110214
Authority: DE
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1971-03-18
Filing date: 1971-03-18
Publication date: 1972-11-23

Description

12. März 19 71March 12, 19 71

Go/Og 24.151.3Go / Og 24.151.3

INTERATOMINTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH Bensberg b/KölnInternationale Atomreaktorbau GmbH Bensberg b / Cologne

Thermostatisierter MeßwertverstärkerThermostated measuring amplifier

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßgerät, bestehend aus einem Meßwertgeber, der beispielsweise eine Metallmembrane mit Dehnungsmeßdrähten in Brückenschaltung enthält, sowie aus einem Vorverstärker und einem Meßwertumsetzer. Membrandruckmeßgeräte sind bekannt. Sie dienen zur Messung des Absolutdruckes von Gasen und Flüssigkeiten und verwandeln den Druck des Meßmediums mit Hilfe von an der Membrane befestigten, an sich bekannten Dehnungsmeßdrähten in einen elektrischen Meßwert. Die Temperatur de^; Meßmediums wie auch die Raumtemperatur bewirken sowohl an der Meßmembrane als auch an den elektrischen und elektronischen Bauteilen Meßfehler, die besonders bei sehr genauen Messungen unerwünscht sind. Der Einfluß der Mediumstemperatur sowie auch der Einfluß einer extremen Raumtemperatur auf die elektronischen Bauteile läßt sich weitgehend vermeiden, wenn man diese Bauteile räumlich getrennt vom Meßwertgeber anordnet. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß bereits bei der Übertragung des an sich schwachen Meßwertes zum Meßwertumsetzer unerwünschte Verluste und Störungen auftreten.The present invention relates to a measuring device consisting of a measuring transducer, for example a metal membrane with strain gauges in a bridge circuit, as well as a preamplifier and a transducer. Membrane pressure gauges are known. They are used to measure the absolute pressure of gases and liquids and transform the pressure of the measuring medium with the help of strain gauges attached to the membrane, known per se, into a electrical measured value. The temperature de ^; Medium such as the room temperature also affects the measuring membrane as well as the electrical and electronic components Measurement errors that are undesirable, especially in the case of very precise measurements. The influence of the medium temperature as well the influence of an extreme room temperature on the electronic components can largely be avoided if one these components are spatially separated from the transducer. However, this arrangement has the disadvantage that even when the measured value, which is weak per se, is transmitted to the measured value converter unwanted losses and disturbances occur.

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O ■ ·O ■ ·

Γ - 2 - Γ - 2 -

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Meßgerät, bei dem der Meßwertgeber sowie der Vorverstärker gemeinsam al? kleine kompakte Baueinheit auf einer konstanten, über der Raumtemperatur liegenden Temperatur gehalten sind.The object of the present invention is a measuring device in which the transducer and the preamplifier are common al? small, compact structural unit are kept at a constant temperature above room temperature.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Meßwertgeber sowie der Vorverstärker nur mit Gleichstrom versorgt sind und gemeinsam mittels eines Heiztransistors regelbar beheizbar sind . Die Verwendung von Gleichstrom gestattet eine sehr kleine und kompakte Bauweise und vermeidet Induktionseinflüsse von der elektrischen Heizung auf den Vorverstärker. Es hat sieh als zweckmäßig herausgestellt, die vorgeschlagene Beheizung auf ca. 70 oder 80° C einzuregeln. Der Abstand dieser Temperatur von der Raumtemperatur ist groß genug, so daß eine Temperaturregelung leicht möglich ist. Außerdem sind bei diesen Temperaturen noch keine bleibenden Veränderungen am Meßwertgeber oder an den elektronischen Bauteilen zu befürchten. Ein weiterer Vorteil dieser Beheizung ergibt sich bei allen Meßmedien, die bereits bei Raumtemperatur erstarren. Bei diesen Stoffen bleibt der Meßwertgeber auch bei niedrigeren Mediumstemperaturen funktionsfähig. To solve this problem, it is proposed that the transducer and the preamplifier only use direct current are supplied and can be heated together in a controllable manner by means of a heating transistor. The use of direct current allows a very small and compact design and avoids induction influences from the electrical heating on the preamp. The suggested heating to approx. 70 or 80 ° C has proven to be useful to regulate. The difference between this temperature and room temperature is large enough that temperature control is easy is possible. In addition, at these temperatures there are still no permanent changes to the transmitter or the electronic Components to fear. Another advantage of this heating arises with all measuring media that are already in Freeze at room temperature. With these substances, the transmitter remains functional even at lower medium temperatures.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für solche Meßwertgeber, die im wesentlichen zylindrisch sind, vorgeschlagen, daß der Meßwertgeber exzentrisch in einem hohlen zylindrischen Heizkörper angeordnet ist, der im Bereich seiner größten Wandstärke eben angefräst ist und in diesem Bereich einen Heiztransistor sowie eine Platine mit der gedruckten Schaltung des Vorverstärkers und der Heizungsregelung trägt. Bei dieser Anordnung wird der Meßwertgeber allseitig von dem gut leitenden Heizkörper umgeben, so daßIn a further embodiment of the invention, it is proposed for such transducers that are essentially cylindrical, that the transducer is arranged eccentrically in a hollow cylindrical heater in the area its greatest wall thickness is milled and in this area a heating transistor and a circuit board with the printed Circuit of the preamplifier and the heating control carries. With this arrangement, the transducer surrounded on all sides by the highly conductive radiator, so that

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im Meßwertgeber keine Temperaturdifferenzen auftreten können^ Weiterhin gestattet diese Anordnung eine weitgehend kompakte Bauweise, wobei selbstverständlich der Heizkörper sowie die Platine von einem gutisolierenden Gehäuse umgeben sind.no temperature differences can occur in the transducer ^ Furthermore, this arrangement allows a largely compact design, whereby of course the radiator and the circuit board are well insulated Housing are surrounded.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Heizungsregelung durch eine Vollbrückensehaltung erfolgt, deren aktives Glied ein Thermistor ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß für die Heizungsregelung eine unstabilisierte Gleichspannung verwendet wird. Die Verwendung einer· unstabilisierten Gleichspannung hat besondere Vorteile in bezug auf einen geringen Bauaufwand. Sie wird ermöglicht durch die Anordnung einer symmetrischen Brücke, auf die sich Störungen in der Stromversorgung auf beide Seiten auswirken, so daß im Brückenmittelpunkt SpannungsSchwankungen keinen Einfluß haben.In a further embodiment of the invention, the heating control being carried out by maintaining a full bridge, whose active member is a thermistor, it is proposed according to the invention that one for the heating control unstabilized DC voltage is used. The use of an unstabilized direct voltage has special features Advantages in terms of low construction costs. It is made possible by the arrangement of a symmetrical Bridge, on which disturbances in the power supply affect both sides, so that in the center of the bridge Voltage fluctuations have no influence.

Die vorgeschlagene Vorrichtung hält ihre Temperatur auf +1⁰C konstant und gestattet so eine weitgehend störungsfreie Messung und Verstärkung des Meßwertes am Meßort. Die Genauigkeit des Vorverstärkers beträgt bei geeigneten Meßwertgebern: The proposed device keeps its temperature ^{constant at +1 0} C and thus allows largely interference-free measurement and amplification of the measured value at the measurement location. The accuracy of the preamplifier with suitable transducers is:

Im Bereich von 10"¹ bis 1 Torr +_ 2,68 %. Im Bereich von 10"¹ bis 5 Torr _+ 0, 5 %. Im Bereich von 10"¹ bis 25 Torr +0,1 %.In the range of 10 " ¹ to 1 Torr + _ 2.68%. In the range of 10" ¹ to 5 Torr _ + 0.5%. In the range of 10 " ¹ to 25 Torr + 0.1%.

Die Figuren 1 bis 8 zeigen ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung. *Figures 1 to 8 show a possible embodiment the invention. *

Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihrer Isolierung und dem Gehäuse, wobei der hier nicht interessierende Meßwertgeber nur als Ansicht gezeigt ist.FIG. 1 shows a longitudinal section through the inventive Device with its insulation and the housing, the transmitter of interest here only as View is shown.

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Figur 2 zeigt einen Querschnitt ·^Δ· -.B nach Fi^ur* i.Figure 2 shows a cross-section · ^Δ · -.B according to Fi ^ ur * i.

Figur 3 zeigt eine um 90° gegenüber Figur 1 gedrehte Ansicht auf den hohlen . Heizkörper, der den zylindrischen Meßwertgeber umgeben soll.FIG. 3 shows a view of the hollow which has been rotated by 90 ° with respect to FIG. Radiator, which is the cylindrical Surrounding the transducer.

Figur H zeigt eine Ansicht C entsprechend Figur 3.FIG. H shows a view C corresponding to FIG. 3.

Figur 5 zeigt einen Längsschnitt D-E entsprechend Figur 3.FIG. 5 shows a longitudinal section D-E corresponding to FIG. 3.

Figur 6 zeigt in gücher Blickrichtung wie Figur 3 eins Ansicht auf die gedruckte Schaltung in vergrößertem Maßstab.FIG. 6 shows, in the same viewing direction as FIG. 3, an enlarged view of the printed circuit Scale.

Figur 7 zeigt entsprechend Figur 6 die Anordnung der elektronischen Bauelemente, die hinter der gedruckten Schaltung nach Figur 6 befestigt sind.FIG. 7 shows, corresponding to FIG. 6, the arrangement of the electronic components behind the printed Circuit according to Figure 6 are attached.

Die Figur 8 zeigt das Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Bezeichnungen mit der Figur 7 übereinstimmen.Figure 8 shows the circuit diagram of the invention Device, the designations agreeing with FIG. 7.

In Figur 1 ist Teil 101 ein hier nicht näher beschriebener, im wesentlichen zylindrischer Meßwertgeber, dessen Flansch (102) aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung herausragt. Der Meßwertgeber (IOD ist von dem hohlen, geschlitzten, metallischen Heizkörper (103) umgeben und in diesem mittels der Schraube (104) festgeklemmt. Die Steckverbindung (105) sorgt für den elektrischen Kontakt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Heizkörper (103), der in den Figuren 3, i* und 5 genauer gezeigt wird, trägt auf zwei ebenenIn Figure 1, part 101 is a not described here, essentially cylindrical transducer, its Flange (102) protrudes from the device according to the invention. The transducer (IOP is surrounded by the hollow, slotted, metallic heating element (103) and in this means clamped by the screw (104). The plug connection (105) ensures electrical contact with the inventive Contraption. The radiator (103), which is shown in more detail in Figures 3, i * and 5, carries on two levels

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Abfräsungexi einerseits den Keiztransistor· (IGü) und andrerseits mittels der Bolzen (107) eine Platine (108) mit einer gedruckten Schaltung, die in Figur 6 näher gezeigt ist. Teil 109 ist ein Sechskantkopf, dessen nicht sichtbares Gewinde in den Heizkörper (103) eingeschraubt ist, und der an seinem unteren Ende den Thermistor R 26 aus Figur 8 trägt. Teil 110 ist ein in den Heizkörper (103) wärmeleitend eingeklebter Transistor, der dem in Figur 8 mit V 1 bezeichnetem Verstärker entspricht. Teil 111 ist ein von außen verstellbares Potentiometer, das in der schematischen Schaltung von Figur 8 mit P 2 bezeichnet ist.Die Teile 112 und 113 sind von außen zugängliche Steckverbindungen. Der Heizkörper (103), einschließlich der elektronischen Bauelemente, ist von einem wärmeisolierenden und elektrisch nicht leitenden Formstück (114) aus Schaumstoff sowie von einem Gehäuse (115) umgeben und mit dem Deckel (116) verschlossen. Der verbleibende Zwischenraum (117) ist mit einem gut wärmeleitenden, aber elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Silikon-Kautschuk vergossen.Abfräsungexi on the one hand the Keiztransistor · (IGü) and on the other hand, a plate (108) by means of the bolts (107) a printed circuit, which is shown in more detail in FIG. Part 109 is a hex head, its not visible Thread is screwed into the heating element (103), and the thermistor R 26 at its lower end Figure 8 carries. Part 110 is a heat-conductive glued transistor into the heating element (103), similar to the one shown in FIG corresponds to amplifier designated by V 1. Part 111 is an externally adjustable potentiometer, which is in the The schematic circuit of Figure 8 is designated by P 2. The parts 112 and 113 are accessible from the outside Plug connections. The heating element (103), including the electronic components, is of a thermally insulating one and electrically non-conductive molded piece (114) made of foam and surrounded by a housing (115) and closed with the cover (116). The remaining space (117) is covered with a highly thermally conductive, but cast electrically insulating material, for example silicone rubber.

Die Figuren 3,4 und 5 zeigen den erfindungsgemäßen Heizkörper (103) aus Figur 1. Der zylindrische, exzentrisch angeordnete Hohlraum (117) dient zur Aufnahme des zylindrischen Meßwertgebers COl) aus Figur 1. Der Längsschlitz (118) hat die Au "gäbe, mittels einer in die Gewindebohrung (119) einzu-'ihrenden Schraube den Meßwertgeber (IOD aus Eigur 1 in dem Heizkörper (103) festzuspannen. In die Bohrungen (120, 121 und 122) werden Transistoren elektrisch isoliert, aber gut wärmeleitend, eingeklebt. Auf der Fläche 123 wird der Heiztransistor (106) aus Figur 1 mittels der beiden Schraubenlöcher (124) befestigt. In die beiden Gewiudebohrungen (125) werden Schrauben zur Befestigung des Deckels (116) aus Figur 1 eingesetzt.Figures 3, 4 and 5 show the heater according to the invention (103) from Figure 1. The cylindrical, eccentrically arranged cavity (117) is used to accommodate the cylindrical Transducer CO1) from Figure 1. The longitudinal slot (118) has the Au "give, by means of one in the threaded hole (119) screw to be inserted into the transducer (IOP from Eigur 1 to be clamped in the heating element (103). In the bores (120, 121 and 122) transistors are electrically insulated, but with good thermal conductivity, glued. The heating transistor (106) from FIG. 1 is fastened to the surface 123 by means of the two screw holes (124). Screws for fastening the cover (116) from FIG. 1 are inserted into the two threaded bores (125) used.

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Die Figur 8 zeigt die etwas vereinfachte Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist Teil 130 die schenatisch angedeutete Meßzelle im Meßwertgeber. Zwischen den Schaltpunkten A, B,'.C und D sind die Dehnungsmeßdrähte als Widerstände angedeutet. Deren Anschlüsse werden über die Steckverbindung (105), die auch in Figur 1 und 2 gezeigt wird, zu dem eigentlichen Vorverstärker (131) geleitet. Die verstärkten Meßsignale werden über die Steckverbindung (113), die ebenfalls in Figur 1 und 2 gezeigt wird, zu einem nicht näher erläuterten Meßwertumsetzer geführt. Galvanisch getrennt von der Verstärkung ist eine regelbare elektrische Heizung angeordnet, die mit unstabilisiertem Gleichstrom versorgt wird und deren Anschlüsse ebenfalls über die Steckverbindung (113) nach außen geführt sind. Die symetrische Vollbrückenschaltung besteht einerseits aus den Widerständen (R 2 5 und R 28) und andererseits aus dem von der Vorrichtungstemperatur beeinflußten Thermistor (R 26) und dem Widerstand (R 27). Die durch den Thermistor (R 26) hervorgerufene Brückenverstimmung steuert den Transistor (Tl), der wiederum den Heiztransistor (T 2) steuert. Dieser Heiztransistor ist, wie in Figur 1 und 2 als Teil (106) angedeutet, gut wärmeleitend, aber elektrisch isoliert, mit dem Heizkörper (103) verbunden.FIG. 8 shows the somewhat simplified circuit of the device according to the invention. Part 130 is the Schematically indicated measuring cell in the transducer. Between the switching points A, B, ', C and D, the strain gauges are indicated as resistors. Their connections are via the plug connection (105), which is also shown in Figures 1 and 2, to the actual preamplifier (131) directed. The amplified measurement signals are transmitted via the plug connection (113), which is also shown in Figure 1 and 2 is shown, led to a transducer not explained in more detail. Galvanically separated from A controllable electric heater is arranged in the reinforcement, which supplies unstabilized direct current and whose connections are also led to the outside via the plug connection (113). The symmetrical Full bridge circuit consists on the one hand of the resistors (R 2 5 and R 28) and on the other hand of the thermistor affected by device temperature (R 26) and the resistor (R 27). The bridge detuning caused by the thermistor (R 26) controls the transistor (Tl), which in turn is the heating transistor (T 2) controls. This heating transistor is, as in FIG. 1 and 2 indicated as part (106), with good thermal conductivity, but electrically insulated, connected to the heating element (103).

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Claims

16. 8.1972 Go / Da 24.151.3 Protection claims

1. Measuring device, consisting of a transducer, a preamplifier and a transducer, the The transducer is essentially cylindrical, characterized in that

that the measuring transducer (IOP is arranged eccentrically in a hollow cylindrical heating element (103), which is milled off in the area of its greatest wall thickness and one with the radiator in this area conductively connected heating transistor (106) and a circuit board (108) with the printed circuit of the preamplifier (131) and the heating control carries.

2. Hollow cylindrical heating element according to claim 1, characterized in that

that the heating element (103) has a longitudinal slot (118) in the region of its greatest wall thickness.

3. Board according to claim 1,
marked

by a circuit printed or etched on it according to FIG. 6.

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