DE9306961U1 - Electrical pressure transducer - Google Patents
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Description
?■ Mai 1993?■ May 1993
Dipl.-lng. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Find« Diol -Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr Ing H. üska,Dipl.-Phys. Dr. J. PrechtelDipl.-lng. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Find« Diol-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. üska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel
Dipl.-Chem. Dr. B. Böhm Kopernikusstraße 9 · 8000 München 80Dipl.-Chem. Dr. B. Böhm Kopernikusstrasse 9 · 8000 Munich 80
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1-10122 TORINO1-10122 TORINO
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckwandler bzw. Drucksensor, wie er insbesondere bei Waschmaschinen einsetzbar ist.The invention relates to an electrical pressure transducer or pressure sensor, as can be used in particular in washing machines.
Im einzelnen hat die Erfindung einen elektrischen Druckwandler zum Gegenstand, in dem vorgesehen sindIn particular, the invention relates to an electrical pressure transducer in which
ein starres Gehäuse, das eine Öffnung für den Eintritt eines Fluids aufweist, dessen Druck abgenommen werden soll,a rigid housing having an opening for the entry of a fluid whose pressure is to be released,
eine Membran, die in das Gehäuse eingebaut ist, von dem erwähnten Fluid beaufschlagt wird und sich elastisch in einem vom Druck dieses Fluids abhängigen Ausmaß verformt,a membrane which is built into the housing, is acted upon by the fluid mentioned and deforms elastically to an extent dependent on the pressure of this fluid,
eine stationäre Wicklung, die von dem Gehäuse getragen wird unda stationary winding supported by the housing and
ein magnetischer Kern, der mit der Membran in der Weise zusammenwirkt, daß seine Lage in bezug auf die erwähnte Wicklung in Abhängigkeit vom Ausmaß der Verformung der Membran veränderlich ist, so daß die Impedanz und insbesondere der induktive Widerstand der genannten Wicklung eine Anzeige für den Druck des Fluids liefert, das die Membran beaufschlagt.a magnetic core cooperating with the diaphragm in such a way that its position with respect to said winding is variable depending on the extent of deformation of the diaphragm, so that the impedance and in particular the inductive resistance of said winding provides an indication of the pressure of the fluid acting on the diaphragm.
Ein erfindungsgemäßer elektrischer Druckwandler bzw. Drucksensor ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse wenigstens ein reversibel durch Wärme verformbares Teil vorgesehen ist, das mit dem erwähnten Kern zusammenwirkt und dessen Lage in bezug auf die genannte Wicklung so zu verändern vermag, daß die Impedanzänderung der Wicklung bei Temperaturänderung wenigstens teilweise ausgeglichen wird.An electrical pressure transducer or pressure sensor according to the invention is characterized in that at least one part which can be reversibly deformed by heat is provided in the housing which interacts with the mentioned core and is able to change its position in relation to the mentioned winding in such a way that the change in impedance of the winding is at least partially compensated for when the temperature changes.
Zweckmäßigerweise bestehen das durch Wärme verformbare Teil oder die durch Wärme verformbaren Teile aus einem Bimetallblatt. Advantageously, the heat-deformable part or parts consist of a bimetallic sheet.
Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Wandlers gehen aus der nachfolgenden anhand der Zeichnung gegebenen ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigen:Further features and advantages of the converter according to the invention will become apparent from the following detailed description of an embodiment given with reference to the drawing. They show:
- Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Druckwandlers,- Figure 1 is a side view of an electrical pressure transducer according to the invention,
Figur 2 einen axialen Schnitt durch den in Figur 1 gezeigten Wandler,Figure 2 is an axial section through the converter shown in Figure 1,
Figur 3 einen axialen Querschnitt ähnlich wie in Figur 2 durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers undFigure 3 shows an axial cross-section similar to Figure 2 through another embodiment of the converter according to the invention and
Figur 4 eine Vorderansicht einer in dem in Figur 3 gezeigten Wandler enthaltenen Rückholfeder.Figure 4 is a front view of a return spring included in the transducer shown in Figure 3.
Nach den Figuren 1 und 2 umfaßt ein elektrischer Druckwandler in der als Beispiel dargestellten Ausführungsform ein starres Gehäuse 1, das aus zwei durch Einrasten miteinander verbundenen Halbschalen 2 und 3 besteht.According to Figures 1 and 2, an electrical pressure transducer in the embodiment shown as an example comprises a rigid housing 1 consisting of two half-shells 2 and 3 connected to one another by snapping.
Nach Figur 2 ist zwischen diesen Halbschalen der Randbereich einer abdichtenden elastischen Membran 4 eingespannt.According to Figure 2, the edge region of a sealing elastic membrane 4 is clamped between these half-shells.
Die Membran 4 ist mit einen Trag- und Führungsteil 5 verbunden, das in der gezeigten Ausführungsform einen scheibenförmigen Teilbereich 5a, gegen den der Mittelbereich der Membran anliegt, und einen als Schaft ausgebildeten Teilbereich 5b enthält, der sich in die Halbschale 3 des Gehäuses erstreckt.The membrane 4 is connected to a support and guide part 5, which in the embodiment shown contains a disk-shaped portion 5a against which the central portion of the membrane rests, and a portion 5b designed as a shaft, which extends into the half-shell 3 of the housing.
An dem als Schaft ausgebildeten Teilbereich 5b des Trag- und Führungsteils 5 ist ein ringförmiger Kern 6 gleitend gelagert, der aus einem Werkstoff mit einer guten magnetischen Permeabilität, beispielsweise Ferrit, besteht.An annular core 6, which consists of a material with good magnetic permeability, for example ferrite, is slidably mounted on the partial area 5b of the support and guide part 5, which is designed as a shaft.
Zwischen dem Kern 6 und dem scheibenförmigen Teilbereich 5a des Trag- und Führungsteils 5 sind zwei ringförmige Bimetallblätter 7 und 8 gelagert.Two ring-shaped bimetallic blades 7 and 8 are mounted between the core 6 and the disk-shaped portion 5a of the support and guide part 5.
In der Halbschale 3 des Gehäuses 1 ist ein Aufnahmeraum 9 ausgebildet, in dem eine eine Wicklung 11 tragende Spule 10 gelagert ist.In the half-shell 3 of the housing 1, a receiving space 9 is formed in which a coil 10 carrying a winding 11 is mounted.
Der schaftförmige Teilbereich 5b des Trag- und Führungsteils 5 und der Kern 6 erstrecken sich teilweise koaxial in die Spule 10.The shaft-shaped portion 5b of the support and guide part 5 and the core 6 extend partially coaxially into the coil 10.
Nach Figur 2 ist der Schaftteil 5b des Trag- und FührungsteilsAccording to Figure 2, the shaft part 5b of the support and guide part
5 rohrförmig ausgebildet, und in diesem Schaftteil sitzt ein Ende eines Zentrierstiftes 12, dessen anderes Ende sich in einen Mitteldurchlaß eines Verschlußteils 13 erstreckt, in dem es gleitend gelagert ist, wobei das Verschlußteil 13 beispielsweise mittels einer Schraubverbindung in die Öffnung 14 am Ende der Halbschale 3 eingreift.5 is tubular, and in this shaft part sits one end of a centering pin 12, the other end of which extends into a central passage of a closure part 13 in which it is slidably mounted, the closure part 13 engaging, for example, by means of a screw connection in the opening 14 at the end of the half-shell 3.
Eine entgegenwirkende Schraubenfeder 15 ist zwischen dem KernA counteracting coil spring 15 is arranged between the core
6 und dem Verschlußteil 13 um den Zentrierstift 12 herum angeordnet.6 and the closure part 13 around the centering pin 12.
Die Spule 10 wird in dem Aufnahmeraum 9 der Halbschale 3 durch Rückhaltezähne 16a am Ende von federnden Fortsätzen 16, die Bestandteil der genannten Halbschale sind, zurückgehalten. Die Ausbildung und Anordnung dieser federnden Fortsätze ist derart, daß das Einrasten der Spule 10 in den Aufnahmeraum 9 ermöglicht wird.The coil 10 is held in the receiving space 9 of the half-shell 3 by retaining teeth 16a at the end of resilient extensions 16, which are part of the said half-shell. The design and arrangement of these resilient extensions is such that the coil 10 can be locked into the receiving space 9.
Die Halbschale 2 trägt einen Eingangsstutzen 2a, der über eine Öffnung 2b mit dem Bereich zwischen der Halbschale 2 und der Membran 4 in Verbindung steht.The half-shell 2 carries an inlet nozzle 2a, which is connected to the area between the half-shell 2 and the membrane 4 via an opening 2b.
Während des Betriebs wird in diesen Innenbereich des Gehäuses 1 ein Fluid eingeleitet, dessen Druck man abzunehmen beabsichtigt. Der Druck des Fluids verursacht eine Verformung und eine Bewegung der Membran 4 entgegen der Wirkung der Feder 15. Die Verformung und die Bewegung der Membran 4 bewirkt eine axiale Bewegung des Kerns 6 im Inneren der Wicklung 11, die von der Spule 10 getragen wird, und zwar in einem vom Druck des Fluids abhängigen Ausmaß. Dementsprechend ändert sich die Impedanz und insbesondere der induktive Widerstand der Wicklung 11.During operation, a fluid is introduced into this interior of the housing 1, the pressure of which is to be relieved. The pressure of the fluid causes a deformation and movement of the membrane 4 against the action of the spring 15. The deformation and movement of the membrane 4 causes an axial movement of the core 6 inside the winding 11, which is supported by the coil 10, to an extent dependent on the pressure of the fluid. The impedance and in particular the inductive resistance of the winding 11 changes accordingly.
Mit einer Temperaturänderung ändert sich auch die von den Bimetallblättern 7 und 8 angenommene Form. Insbesondere bei einem Temperaturanstieg verformen sich die Blätter so, daß sie dabei den Kern 6 in Richtung auf das Verschlußteil 13 verschieben, wodurch eine Impedanzänderung der Wicklung 11 bewirkt wird, die die auf die Temperaturänderung zurückzuführende Impedanzänderung dieser Wicklung zu kompensieren trachtet. With a change in temperature, the shape assumed by the bimetallic leaves 7 and 8 also changes. In particular, with a rise in temperature, the leaves deform in such a way that they displace the core 6 in the direction of the closure part 13, causing an impedance change in the winding 11, which tends to compensate for the impedance change in this winding attributable to the change in temperature.
Dank des Vorhandenseins der Bimetallblätter 7 und 8 vermag der Drucksensor eine zuverlässigere Anzeige zu liefern, insbesondere bei einer Änderung der Arbeitstemperatur.Thanks to the presence of the bimetallic blades 7 and 8, the pressure sensor is able to provide a more reliable indication, especially when the working temperature changes.
In den Figuren 3 und 4 ist eine abweichende Ausführungsform des oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Sensors gezeigt.Figures 3 and 4 show a different embodiment of the sensor described above in connection with Figures 1 and 2.
In den Figuren 3 und 4 sind bereits beschreibenen Teilen wiederum die gleichen Bezugszahlen zugeordnet.In Figures 3 and 4, parts already described are again assigned the same reference numbers.
In der Ausführungsform nach Figur 3 erstreckt sich der schaftförmige Teilbereich 5b des Trag- und Führungsteils 5 in das Innere eines rohrförmigen Teils 20 und ist in ihm gleitend gelagert. Dieses rohrförmige Teil weist ein Ende auf, das auf dem Kern 6 aufliegt, während das andere Ende an einer Rückholfeder 115 festgelegt ist. Nach Figur 4 ist die Feder 115 eine eben ausgebildet und weist einen äußeren Ring 21, der zwischen der spule 10 und der Halbschale 3 eingespannt ist, und einen inneren Ring 22 auf, der an dem rohrförmigen Teil 2 0 befestigt ist. Die Feder 115 und das rohrförmige Teil 20 bewirken die Zentrierung des schaftförmigen Teils 5b des Trag- und Führungsteils 5.In the embodiment according to Figure 3, the shaft-shaped section 5b of the support and guide part 5 extends into the interior of a tubular part 20 and is slidably mounted therein. This tubular part has one end that rests on the core 6, while the other end is fixed to a return spring 115. According to Figure 4, the spring 115 is flat and has an outer ring 21 that is clamped between the coil 10 and the half-shell 3, and an inner ring 22 that is attached to the tubular part 20. The spring 115 and the tubular part 20 center the shaft-shaped part 5b of the support and guide part 5.
Zwischen dem äußeren Ring 21 und dem inneren Ring 22 ist die Feder 115 mit mehreren in bestimmter Weise geformten, elastisch verformbaren Zweigen 2 3 versehen.Between the outer ring 21 and the inner ring 22, the spring 115 is provided with several elastically deformable branches 23 shaped in a specific manner.
Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Ausführungsform weist gegenüber der Ausführungsform nach Figur 2 eine geringere axiale Abmessung auf.The embodiment shown in Figures 3 and 4 has a smaller axial dimension compared to the embodiment according to Figure 2.
Bei der Lösung nach den Figuren 3 und 4 beseitigt überdies die von der Feder 115 und von dem Rohrstück 20 bewirkte Zentrierung die Hysteresiseffekte, die bei der Lösung der Figur 2 infolge der Reibung für den Zapfen 12 und den Verschluß- und Führungsteil 13 gegeben sind. Im übrigen arbeitet der oben im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschriebene Sensor ganz ähnlich wie der zuvor in bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebene Sensor.In the solution according to Figures 3 and 4, the centering effected by the spring 115 and the tube piece 20 also eliminates the hysteresis effects that occur in the solution of Figure 2 as a result of the friction for the pin 12 and the closure and guide part 13. Otherwise, the sensor described above in connection with Figures 3 and 4 works in a very similar way to the sensor previously described in relation to Figures 1 and 2.
Eine weitere (nicht dargestellte) Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wandlers ist von dem Wandler der Figuren 3 und 4 ableitbar, indem auf die Bimetallblätter 7 und 8 verzichtet wird und die Gegenfeder 115 wenigstens teilweise ausA further embodiment (not shown) of a converter according to the invention can be derived from the converter of Figures 3 and 4 by dispensing with the bimetallic blades 7 and 8 and by making the counter spring 115 at least partially from
einem durch Wärme verformbaren Werkstoff, zum Beispiel aus einem Bimetallblatt, hergestellt wird. In diesem Fall wirkt die fragliche Feder sowohl als elastisches Gegenelement, das bestrebt ist, der Bewegung des Kerns 6 entgegenzuwirken, als auch als Zentriereinrichtung (zusammen mit dem Rohrstück 20) für die Führung des Schaftes 5b wie auch als thermisches Kompensationselement.a material deformable by heat, for example a bimetallic sheet. In this case, the spring in question acts both as an elastic counter-element tending to counteract the movement of the core 6, as a centering device (together with the tubular piece 20) for guiding the shaft 5b and as a thermal compensation element.
Druckwandler wie die oben beschriebenen können in Druckwächter mit mehreren Stufen des Auslösedrucks eingebaut werden, und zwar für Waschmaschinen und dergleichen, anstelle der herkömmlichen Einrichtungen mit einer Schnappfeder.Pressure transducers such as those described above can be incorporated into pressure switches with multiple levels of release pressure, for washing machines and the like, instead of the conventional devices with a snap spring.
Selbstverständlich können bei gleichem Erfindungsgedanken die Ausführungsformen und die Einzelheiten der Verwirklichung weitgehend von den lediglich als Beipsiel gegebenen Beschreibungen und Darstellungen abweichen, ohne daß deshalb der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.Of course, with the same inventive concept, the embodiments and the details of the implementation can differ significantly from the descriptions and illustrations given merely as examples, without therefore departing from the scope of the present invention.
Wichtige Gesichtspunkte der Erfindung werden im folgenden noch einmal wiedergegeben.Important aspects of the invention are repeated below.
Zu dem Wandler gehört ein starres Gehäuse (1) mit einer Öffnung (2a, 2b) für den Eintritt eines Fluids, dessen Druck abgenommen werden soll. In das Gehäuse (1) ist eine Membran (4) eingebaut, die von diesem Fluid beaufschlagt wird. Mit der Membran wirkt zusammen ein magnetischer Kern (6), der im Inneren einer von dem Gehäuse (1) getragenen Wicklung (11) entgegen der Einwirkung einer Gegenfeder (15, 115) in veränderlichem Maße beweglich ist, und zwar in Abhängigkeit vom Ausmaß der Bewegung der Membran (4) und somit in Abhängigkeit vom Druck des die Membran (4) beaufschlagenden Fluids. Der induktive Widerstand der Wicklung (11) ändert sich daher in Abhängigkeit vom Druck des Fluids. Zwischen dem Kern (6) und der Membran (4) ist wenigstens ein Bimetallblatt (7) vorgesehen, das die Lage des Kerns (6) gegenüber der Lage der Wicklung (11) bei Temperaturänderung zu verändern vermag, wodurch die Änderung der Impedanz der Wicklung (11) wenigstens teilweise kompensiert wird.The converter includes a rigid housing (1) with an opening (2a, 2b) for the entry of a fluid whose pressure is to be measured. A membrane (4) is built into the housing (1) and is acted upon by this fluid. A magnetic core (6) works together with the membrane and is movable to a variable extent inside a winding (11) carried by the housing (1) against the action of a counter spring (15, 115), depending on the extent of movement of the membrane (4) and thus depending on the pressure of the fluid acting on the membrane (4). The inductive resistance of the winding (11) therefore changes depending on the pressure of the fluid. Between the core (6) and the membrane (4) at least one bimetallic sheet (7) is provided, which is able to change the position of the core (6) relative to the position of the winding (11) when the temperature changes, whereby the change in the impedance of the winding (11) is at least partially compensated.
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