DE7906132U1

DE7906132U1 - Vorrichtung zur anzeige eines gemessenen luftdruckes

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Publication number: DE7906132U1
Application number: DE19797906132
Authority: DE
Original assignee: HELMUT HUND KG 6300 LAHN-NAUBORN
Current assignee: HELMUT HUND KG 6300 LAHN-NAUBORN
Priority date: 1979-03-06
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1979-09-27

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige ,i

des Meßergebnisses einer Luftdruckmessung.

Es ist bekannt, den herrschenden Luftdruck mittels eines Barometers zu messen, dessen Kernstück eine barometrische Druckdose ist. Bei derartigen Druckdosen handelt es sich in der Regel um luftleer, oder doch nahzu luftleer gepumpte Behälter, meistens von etwa ovalem Querschnitt, deren gewölbten Oberflächen mittels einer starken Feder auseinander gehalten werden. Bei höherem Luftdruck werden die Oberflächen der Dose gegen die Kraft der Feder mehr oder weniger in Richtung aufeinander zu gedrückt, als dies bei niedrigerem ;

Luftdruck der Fall ist. §

In der Praxis wird dabei die eine Oberfläche der Dose rein mechanisch ortsfest gehalten, z.B. dadurch daß sie auf einer Grundplatte fest montiert ist. Die bewegung bei sich änderndem Luftdruck wird daher ausschließlich von der anderen Oberfläche ausgeführt; und obwohl diese andere Oberfläche die gesamte Relativbewegung der beiden Flächen zueinander übernimmt, ist deren Bewegung über den

gesamten Druckbereich von etwa 950 - 1090 mbar ( 7OO-80O Torr« doch relativ gering und beträgt beispielsweise nur 0,2 mm. J

Dem Konstrukteur derartiger Barometer ist daher die Aufgabe gestellt, diesen geringen Oberflächenweg in eine ausreichend genaue Anzeige umzusetzen, um dem Benutzer den jeweils herrschenden Luftdruck erkennbar zu machen.

Dazu äst es bereits bekannt, eine Hebeliibersetzung vorzusehen, die auf einen Zeiger arbeitet, der vor einer Skala spielt. Aber eine solche Konstruktion leidet vor allem an der Masseträgheit der verwendeten Hebel und des Zeigers und an der Reibung in den Hebellagern. Weitere Fehler ergeben sich durch Spiele und Fertigungstoleranzen der verschiedenen Hebel.

Dies führt bekannterweise dazu, daß sich bei geringen Luftdruckänderungen lediglich eine Spannung im Übertragungssystem aufbaut, ohne daß der Zeiger zunächst seine Stellung ändert. Er tut dies erst, wenn die Spannung durch einen äußeren Anstoß gelöst wird, z.B. indem man leicht gegen das Abdeckglas klopft.

Zur Anzeige der Bewegung der Druckdosen-Oberfläche sind auch induktive und kapazitive Verfahren denkbar. Bei der Abtastung und Anzeige einer so geringen Bewegung

sind diese Verfahren jedoch wegen der erforderlichen Konstanz, besonders im Hinblick auf Temperaturscbwankungen, nur mit relativ komplexen Schaltungen realisierbar.

Allen diesen Verfahren ist daher gemeinsam, daß sie realtiv aufwendig und daher teuer sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Anzeige des Luftdruckes bzw. der Luftdruckänderungen anzugeben, die mit einfachen, weitgehend handelsüblichen Bauelementen auskommt, und die daher in der Herstellung vergleichsweise bi.llig ist.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, welche die Kombination folgender Merkmale aufweist: Es ist eine variable Blende vorgesehen, die mit der sich entsprechend dem herrschenden Luftdruck einstellenden Druckdosen-Oberfläche in getrieblicher Verbindung steht, und deren wirksame Blendenöffnung sich in Abhängigkeit von der Stellung dieser Oberfläche ändert. Auf der einen Seite der Blende ist eine Lichtemissionsdiode (LED) angeordnet, während auf der anderen Seite der Blende ein Fotosensor angeordnet ist«. Diesem Fotosensor ist eine Auswerteelektronik nachgeschnltet, welche Mittel zur Anzeige des Luftdruckes besitzt.

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Diese Kombination der Merkmale beschreibt jedoch lediglicl das Prinzip der Erfindung und die auf ihm basierende konkrete Bauform. Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ' ist demnach eine Blende, deren wirksame Öffnung sich in Abhängigkeit von der Stellung der Oberfläche der Druckdose, d.h. in Abhängigkeit vom herrschenden Luftdruck ändert. Dabei ist die mittlere Öffnung der Blende etwa dem mittleren Luftdruck des zu messenden. Luftdruck-Bereiches zugeordnet. Ändert sich die Größe der Blendenöffnung infolge sich ändernden Luftdruckes, so ändert sich auch die Größe des die Blende passierenden Lichtstromes und damit die Beleuchtungsstärke auf dem Fotosensor. Dies wiederum führt zu einer Änderung in der Anzeige des herrschenden Luftdruckes.

Als Blende wird insbesondere eine Schieber- bzw. Lamellenblende vorgeschlagen, die lediglich aus zwei Lamellen besteht, von denen jede einen Ausbruch hat, die beide gemeinsam die Blendenöffnung definieren. Die eine Lamelle ist dabei ortsfest angeordnet, während sich die andere zusammen mit der Druckdosen-Oberfläche bewegt und dabei die Blendenöffnung vergrößert bzw. verkleinert. Die Form der Blendenöffnung, ist an sich beliebig, vorzugsweise ist jedoch

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an eine Schlitzblende gedacht. Aber auch eine andere Form der Blendenöffnung ist anwendbar, z.B. eine kreisförmige Blendenöffnung. Mit einer solchen besonderen Form der Blendenöffnung kann z.B. die Linearität des von dem Fotosensor gelieferten Signals beeinfluß werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach in ihrem Aufbau und läßt sich fast ausschließlich mit handelsüblichen Bauelementen darstellen. Außerdem ist sie relativ unempfindlich gegen Temperaturschwankungen, da das gewonnene elektrische Signal groß ist gegenüber eventuellen Temperaturdriften.

In der konkreten Ausführungsform können die LED und der Fotosensor beide stationär angeordnet und lediglich die eine Blendenlamelle beweglich sein. Es kann aber auch z.B. die LED gleich mit auf die Druckdosen-Oberfläche gesetzt sein, so daß sie mit der beweglichen Blendenlamelle zusammen eine bauliche Einheit bildet, während der Fotosensor und die andere Blendenlamelle ortsfest angeordnet sind.

Diese Anordnung läßt sich natürlich auch timkehren, so daß der Fotosensor und die ihm zugeordnete Lamelle

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mit der Druckdosen-Oberfläche fest verbunden ist.

f, Die gesamte Vorrichtung läßt sich ohne weiteres mit

LED¹S und Fotosensoren betreiben, die im Bereich des sichtbaren Lichtes arbeiten. Zur Ausschaltung von Störstrahlungen wird jedoch insbesondere vorgeschlagen, einen IR-Lichtstrahler zu verwenden, der infrarote

jl Strahlen emittiert, und dementsprechend auch einen

fe IR-Sensor zu verwenden. Auf diese Weise kann vermieden

werden, daß die Anzeige durch vagabundierendes Licht beeinflußt wird.

Außerdem wird noch vorgeschlagen, besondere Mittel vorzusehen, die eine Konstanz der Strahlungsleistung der LED gewährleisten. Zu diesem Zweck ist die Fassung der LED mit einer Öffnung versehen, durch die ein Teilbündel der von der LED emittierten Strahlen austritt. Im Weg dieses Teilstrahlenbündels ist - gegebenenfalls nach Strahlenumlenkung - ein Fotoempfänger angeordnet, der Teil eines geschlossenen Regelkreises ist, der die Stromversorgung der LED beeinflußt. Fällt die LED im Laufe der Zeit in ihrer Strahlungsleistung ab, so wird durch diesen Regelkreis der Versorgungsstrom der LED nachgeregelt, bis die ursprünglich ein justierte Strahlungsleistung wieder erreicht ist.

Bei Geräten hoher Präzision können die Regelkreise auch Heißleiter-Widerstände enthalten, so daß die Strahlungsleistung der LED's auch temperaturkompensiert wird.

Dem Fotosensor ist eine elektronische Auswerteschaltung nachgeordnet, welche die eigentlichen Anzeigemittel mit umfaßt. Diese Anzeigemittel können analog arbeitende Mittel sein, vorzugsweise ist jedoch daran gedacht, das Ausgangssignal des Fotosensors einem Analog/Digital-Wandler zuzuführen und die Anzeige digital vorzunehemn.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 schematisch die erfundene Vorrichtung in

einem ersten Ausführungsbeispiel mit ortsfester LED und Fotosensor, Fig. 2 eine Ansicht der Fig.1 in Pfeilrichtung A, Fig. 3 schemntisch die erfundene Vorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit beweglicher LED, und
Fig. k eine Ansicht der Fig.3 in Pfeilrichtung B.

In Fig.1 ist mit 1 die barometrische Druckdose bezeichnet. Die Oberseite und die Unterseite der Dose sind zwischen den Schenkeln einer u-förmigen Feder 2 befestigt.

die bestrebt ist, die Oberflächen der Dose auseinander zu ziehen. Der untere Schenkel der Feder 2 ist auf einer Grundplatte 3 festgelegt, so daß auch die untere Fläche der Dose 1 ortsfest ist.

In bekannter Weise wird die Dose durch den sich ändernden Luftdruck gegen die Kraft der Feder 2 mehr oder weniger zusammengedrückt, wobei allerdings die obere Fläche der Dose die gesamte Relativbewegung ausführt, da ja die untere Dosenfläche stationär ist. Diese Relativbewegung ist sehr gering und liegt im Bereich von etwa 950 - 1090 mbar ( 700-800 Torr) beispielsweise bei 0,2 mm.

Die vorgesehene Blende besteht aus der ortsfesten Lamelle 4a und der beweglichen Lamelle 4b. Letztere ist fest auf dem oberen Schenkel der U-Feder 2 aufgesetzt. Jede Blendenlamelle ist im vorliegenden Beispiel mit einer kreisförmigen Öffnung versehen, die am besten aus Fig.2 erkennbar sind. In der Darstellung ist das Vorhandensein eines mittleren Luftdruckes angenommen, und die Öffnungen sind in den Blendenlamellen derart angebracht, daß sie sich unter diesen Verhältnissen gegenseitig teilweise abdecken.

Auf der in Fig.1 rechten Seite der Blende ist eine LED

in einer Fassung 5a ortsfest angeordnet. Ihr steht in gleicher Höhe auf der linken Seite der Blende ein Fotosensor 6 in einer ortsfesten Fassung 6a gegenüber. Diesem Fotosensor ist über Leitungen 7a» 7b eine elektronische Auswerteschaltung nachgeordnet, die in einem Gehäuse 8 enthalten ist. Die Schaltung umfaßt einen an sich bekannten und iaher nicht weiter dargestellten Analog/Digital-Wandler, der ein digitales Anzeigemittel 9 antreibt.

Die Funktion dieser Vorrichtung ist wie folgt:

Die von der LED 5 emittierter: Lichtstrahlen fallen durch die von den Lamellen 4a, 4b gebildete Öffnung auf den Fotosensor 6 und erzeugen dort ein entsprechendes elektrisches Signal. Wird der Luftdruck höher, so wird die Druckdose 1 gegen die Kraft der Feder 2 zusammengedrückt, und dabei bewegt sich die bewegliche Blendenlamelle 4b in Pfeilrichrung C nach unten. Dadurch vergrößert sich die Blendenöffnung und die Beleuchtungsstärke auf dem Fotosensor 6 steigt entsprechend.

Dementsprechend steigt auch die Anzeige des Anzeigewerkes

Verringert sich hingegen der Luftdruck, so wird die Blendenöffnung, und damit die Beleuchtungsstärke auf dem Fotosensor 6, kleiner xind das Anzeigewerk 9

- Io -

zeigt entsprechend an.

Wie bereits gesagt, empfiehlt es sich,mit IR-Lichtstrahlern und Empfängern zu arbeiten, um Störstrahlungen aus dem Bereich des sichtbaren Lichtes auszuschalten.

Bei dem in Fig.3 gezeigten AusfUhrungsbeispiel ist statt einer kreisförmigen Blende eine Schlitzblende verwendet. Außerdem ist lediglich der Fotosensor 6 in seiner Fassung 6a stationär gehalten. Die LED 5 ist hingegen mit ihrer Fassung 5a direkt auf dem oberen Schenkel der u-förmigen Feder 2 aufgesetzt und bewegt sich zusammen mit diesem in Richtung des Doppelpfeiles D.

k Die Schlitzblende besteht dabei aus den beiden Stirn-

§ Seiten der Fassungen 5a» oa, in denen entsprechend große

!,' Schlitze eingearbeitet sind. In Fig. k ist der Schlitz 5a¹

ά 15 deutlich erkennbar. Die beiden Schlitze überlappen sich

in der in Fig.2 gestrichelt gezeigten Weise, so daß als freie Öffnung lediglich der Schlitz 10 verbleibt.

Die getroffene Anordnung ist natürlich auch in der Weise umkehrbar, daß die LED 5 stationär gehalten wird, während der Fotosensor 6 mit seiner Fassung 6a an der Bewegung der Druckdosen-Fläche teilnimmt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.3 besitzt die Fassung 5a der LED 5 noch eine weitere Öffnung H, durch die ein Teil des von der Diode emittierten Lichtes austritt. Dieses Teilstrahlenbündel wird über eine Reflexionsfläche 12 einem Fotoempfänger 13 zugeleitet.

Letzterer ist Teil eines nicht weiter dargestellten Regelkreises mit mindestens einem Heißleiter-Widerstand, der die Stromquelle lk der LED 5 derart regelt, daß die Strahlungsleistung der LED konstant bleibt. Ändert die LED ihre Strahlungsleistung, z.B. dadurch,daß dieselbe nach einer gewissen Betriebszc.it in ihrer Helligkeit absinkt, oder dadurch, daß sie sich auf Grund von Temperaturschwankungen ändert, so ärdert sich auch der Lichtstroin des Teilstrahlenbündels. Über den Fotoempfänger 13 und den Regelkreis wird nun der Versorgungsstrom der LED 5 soweit geändert, daß die ursprünglich vorgegebene Helligkeit wieder erreicht wird.

Obwohl die Vorrichtung hier am Ausführungsbeispiel eines Barometers dargestellt und erläutert ist, kann die Vorrichtung aber auch bei anderen Geräten ähnlicher Art, z.B. bei Hygrometern, Anwendung finden.

Claims

(neuer) Anspruch

|ijt 1.) Vorrichtung zur Anzeige des mit einer barometrischen

|;- Druckdose gemessenen Luftdruckes, gekennzeichnet

durch die Kombination folgender Merkmale:

% a es ist eine variable Blende (4a;4b;5a') vorgesehen,

te die mit der sich entsprechend dem herrschenden

t; Luftdruck einstellenden Druckdosen-Oberfläche

P in getrieblicher Verbindung steht;

' b auf der einen Seite der Blende ist eine Licht-

;,^: emissionsdiode (LED 5) angeordnet;

;< c auf der anderen Seite der Blende ist ein Foto-

^; sensor (6) angeordnet; und

d mit dem Fotosensor ist ein Anzeigemittel (9)

U verbunden*
2.) Voi-richtuns np.cli Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dle.ndc μ us einer stationären und einer beweglichen Lamelle (4η;'i-b) besteht, von denen jede mit einem Ausbruch versehen ist, die gemeinsam 'die wirks nn;o Ulomionoffrung (|O) bilden.
3.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 „ dadurch gekennzeichnet, daß die LED (5) mit vorgeschalteter Blendenlamelle fest auf der sich bewegenden Oberfläche der Druckdose (l) angeordnet ist, und daß der Fotosensor (6) mit vorgeschalteter stationärer Blendenlamelle der LED (5) gegenüberstehend ortsfest angeordnet ist.
k.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotosensor mit vorgeschalteter Blendenlatnelle fest auf der sich bewegenden Oberfläche der Druckdose angeordnet ist, und daß die LED mit vorgeschalteter stationärer Blendenlamelle der Empfangsdiode gegenüberstehend ortsfest angeordnet ist.
5.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende eine Schlitzblende (5a¹) ist, deren Schlitz (10) sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen Blendenlamelle (5a) erstreckt.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LED (5) ein IR-Lichtstmhler ist, und daß der Fotosensor (6) ein IR-Sensor ist.
7.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung (5a) der LED (5) eine Öffnung (ll) besitzt, durch die ein Teil der von der LED emittierten Strahlen austreten, und daß im Wege dieses Teilstrahlenbündels ein Fotoempfänger (13) angeordnet ist, der Bestandteil eines geschlossenen Regelkreises (l'l) zur Konstanthaltung der Leuchtdichte der LED ist.
8.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis (ΐΛ) mindestens einen Heißleiter-Widerstand zur Temperaturkompensation enthält.
9.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Öffnung (ll) in der Fassung (5<Ό der LED (5) und dem Fotoempfanger (15) mindestens ein Strnhlenurnl enkmittel (12) angeordnet ist.