EP0060859A1 - Mechanisch-elektrischer wandler - Google Patents

Mechanisch-elektrischer wandler

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Publication number
EP0060859A1
EP0060859A1 EP19810902646 EP81902646A EP0060859A1 EP 0060859 A1 EP0060859 A1 EP 0060859A1 EP 19810902646 EP19810902646 EP 19810902646 EP 81902646 A EP81902646 A EP 81902646A EP 0060859 A1 EP0060859 A1 EP 0060859A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
housing
disks
converter according
permanent magnet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19810902646
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Balcke
Werner Herden
Hans Neu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE3100598A external-priority patent/DE3100598A1/de
Priority claimed from DE19813127937 external-priority patent/DE3127937A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0060859A1 publication Critical patent/EP0060859A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/14—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means involving the displacement of magnets, e.g. electromagnets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0082—Transmitting or indicating the displacement of capsules by electric, electromechanical, magnetic, or electromechanical means
    • G01L9/0085—Transmitting or indicating the displacement of capsules by electric, electromechanical, magnetic, or electromechanical means using variations in inductance

Definitions

  • the invention is based on a converter according to the type of the main claim and the subordinate ones
  • transducers for measuring the pressure, in particular the intake air pressure, of an internal combustion engine serving to drive a motor vehicle, said transducers having a diaphragm can exposed to the pressure to be measured.
  • a permanent magnet is arranged on one wall of the membrane box and in the vicinity of a magnetic field-sensitive element, for example a Hall IC, so that the distance from the permanent magnet to the magnetic-field-sensitive element varies with pressure-dependent deflection of the membrane, and thus its output signal is influenced. This output signal is then a measure of the pressure measured.
  • the disadvantage of the proposed arrangement is that the spatial assignment of the permanent magnet and the magnetic field-sensitive element to one another cannot be changed, and different requirements for different pressure sensors cannot be adapted so that there is no possibility of adjusting the sensor in a simple manner when assembling the sensor.
  • the pressure sensor according to the invention with the characterizing features of the main claim and the independent claim 5, on the other hand, has the distribution that the spatial position of the permanent magnet and the magnetic field-sensitive element can be adjusted to one another when assembling the pressure sensor, thereby adjusting the sensor to achieve a desired one Characteristic curve is possible, with a further permanent magnet being arranged coaxially for compensation purposes.
  • the sensor according to the invention with the characterizing features of the independent claim 6 also has the advantage that the difference between a measuring pressure and a reference pressure can be measured.
  • the reference pressure can either be variable or an absolute pressure. This opens up a particularly simple possibility for controlling the injection of an internal combustion engine, since this injection usually takes place as a function of the amount of air that is passed through. However, the amount of air is proportional to the difference between the weighted atmospheric pressure and the absolute pressure in the intake manifold, so that a signal proportional to this, which corresponds to the load, can be determined directly with a single sensor without, as is known in the art, two separate ones Sensors required.
  • the same effect can finally be achieved in an advantageous manner according to the invention in that the sensor is surrounded by a pressure-tight housing, so that a measuring or reference pressure can be applied to the interior of the housing. Since, in any case, tight housings are used in electronic control devices in motor vehicles to protect the switching devices against moisture and the like, it is thereby possible in a particularly simple manner to display a differential pressure signal without any significant additional measures.
  • the transducer according to the invention with the characterizing features of claim 23 has the further advantage that a linear characteristic input variable / output variable is achieved in that the characteristic of the magnetic field-sensitive component is adjusted accordingly depending on the size to be measured. This makes it possible to operate display elements or control circuits directly with the encoder according to the invention without having to undertake a characteristic equalization.
  • the negative pressure is measured at a narrow point of a Venturi tube.
  • the quadratic dependence of the negative pressure on the flow velocity is compensated for by the hyperbolic dependence of the output signal of a linear magnetic field-sensitive element on the deflection of the membrane.
  • the height is measured, for example in an aircraft, since the dependence of the air pressure on the height is also quadratic.
  • the absence of mechanical elements with friction means that absolutely hysteresis-free measurements are possible, the resolution of the measurement size being very suitable by suitable selection of the components and the transducer ring can be held.
  • the overall linear characteristic of the converter is also advantageous, which can only be achieved with great effort in mechanical systems.
  • the few components used result in simple and therefore cost-effective production, and particularly temperature-stable behavior can be achieved by suitable measures specified in the subclaims.
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of a pressure serisor according to the invention
  • Figure 2 shows a cross section through a second embodiment of a pressure sensor according to the invention
  • Figure 3 shows a cross section through a third embodiment of a pressure sensor according to the invention
  • Figure 4 is a schematic diagram of an intake manifold of an internal combustion engine
  • Figures 5 to 9 cross sections and views of a fourth, fifth, sixth and seventh embodiment of a pressure sensor according to the invention
  • FIGS. 10 to 13 are diagrams for explaining the linearization of the overall characteristic of the transducers according to the invention
  • FIG. 14 shows an eighth exemplary embodiment of a converter according to the invention
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of a pressure serisor according to the invention
  • Figure 2 shows a cross section through a second embodiment of a pressure sensor according to the invention
  • Figure 3 shows a cross section through a third embodiment of a pressure sensor according to the invention
  • Figure 4 is a schematic diagram of an intake man
  • FIG. 15 shows the circuit diagram of a first circuit for evaluating the output signal of a converter according to the invention
  • FIG. 16 shows a circuit diagram of a second embodiment of a circuit for evaluating the output signal of an invent according to the converter
  • FIG. 17 shows a circuit diagram of a third embodiment of a circuit for evaluating the output signal of a converter according to the invention.
  • 1 denotes a membrane box, one wall of which carries a first permanent magnet 2.
  • a magnetic field-sensitive element 3 is arranged in the vicinity of the first permanent magnet 2 and a second permanent magnet 4 is arranged in the vicinity of the side of the magnetic field-sensitive element 3 facing away from the first permanent magnet 2.
  • the first permanent magnet 2, the magnetic field-sensitive element 3 and the second permanent magnet 4 lie in one axis, namely in the axis of a housing 5, which is equipped at both ends with blind holes, which are each provided with a fine thread 6 and 7, respectively.
  • Disks 8 and 9 can be screwed into the fine threads 6 and 7, respectively.
  • the disk 8 carries the other wall of the membrane box 1 on its side facing the housing interior.
  • the second permanent magnet 4 is arranged on the other disk 9.
  • the magnetic field-sensitive element 3 is finally connected to the housing 5 in a spatially fixed manner via a holder.
  • the deflection of the membrane box 1 is dependent on the pressure in the box and the pressure in the housing 5. With the housing 5 open, as shown in FIG. 1, the pressure sensor measures the difference between the measuring pressure in the membrane box 1 and the atmosphere.
  • the relative position of the first permanent magnet 2 with respect to the magnetic field-sensitive element 3 can be changed by screwing the screw in or out Disc 8 can be varied.
  • springs 10, 11 are finally provided, which are supported on the one hand on the side of the disks 8 and 9 facing the housing interior and on the other hand on the shoulders of the respective blind bores.
  • these springs 10 and 11 are preloaded, so that mechanical play is eliminated as a result.
  • the blind bores are not equipped with a fine thread and the disks are pressed into the bores in a snug fit.
  • an arrangement is also used to vary the relative position of the first permanent magnet 2 or the second permanent magnet 4 with respect to the magnetic field-sensitive element 3, in which the magnets 2 or 4 of disks 8 'or 9 'are carried in one axis with the magnetic field-sensitive element 3.
  • the disks 8 'or 9' rest on end surfaces of the housing 5 which are perpendicular to the axis and are screwed to the latter.
  • the variation of the distance is achieved in that thin washers 12 and 13 are arranged between the washers 8 'and 9' and the housing 5, so that by a suitable choice of the thickness of the washers 12, 13 and a number of several thin washers the desired spatial distance of the elements 2, 3, 4 to each other is adjustable.
  • the second permanent magnet 4 in deviation from the exemplary embodiment according to FIG. 2, is not arranged directly on the disk 9 which can be screwed in and out, rather there is a further membrane box between the second permanent magnet 4 and the disk 9 14, which, as in the exemplary embodiment according to FIG. 3, can be designed as a closed absolute pressure can or which can be supplied with a reference pressure via a separate connecting piece.
  • the position of the first permanent magnet 2 and the second permanent magnet 4 relative to the magnetic field-sensitive element 3 is changed by the action of the measuring pressure on the membrane box 1 and the absolute or relative reference pressure on the further membrane box 14.
  • the output signal of this element 3 therefore depends on the measuring pressure and the reference pressure.
  • the second diaphragm box 14, as shown in FIG. 3 is designed as an absolute pressure cell, the arrangement according to FIG. 3 is particularly suitable for use in the control of ignition and injection systems in motor vehicles. In these systems, the intake manifold vacuum or intake manifold absolute pressure in conjunction with the atmospheric pressure is usually used as a control variable. 3, the output voltage U A of the magnetic field-sensitive element 3 is:
  • ⁇ and ß are constants and P atm is the atmospheric pressure and P u is the intake manifold vacuum.
  • FIG. 4 shows a basic diagram of an intake manifold 20 of an internal combustion engine.
  • the direction of the intake air is indicated by arrows 21.
  • a throttle valve 23 is shown rotatable about a fulcrum 22 in three positions 23a for a closed throttle valve, 23b for a half-opened throttle valve and 23c for a fully open throttle valve.
  • ports 24, 25 are arranged on the intake manifold in such a way that when the throttle valve 23a is closed, the port 24 is connected to the part on the engine side and the port 25 is connected to the part of the intake manifold 20 facing away from the engine, in each case based on the position of the throttle valve 23. If the throttle valve 23 is opened and it is in the position 23b, this relationship is reversed, ie the connection 24 is now connected to the part of the intake manifold 20 facing away from the engine and the connection 25. This means that the difference between the pressure values measured at the connections 24, 25 is positive in one case and negative in the other case. When the throttle valve 23c is fully open, the difference between the pressure values measured at the connections 24, 25 is finally practically zero, since due to the position of the throttle valve 23 there is no longer any pressure difference.
  • connections 2k, 25 are now connected to the diaphragm sockets 1, 14 of the exemplary embodiment according to FIG. 3, in addition to the analog signal for the pressure difference between the atmosphere and the intake manifold, a digital signal can be generated for the position of the throttle valve in each case , because, as already mentioned, the pressure difference is once positive, once negative and once zero.
  • a pressure sensor according to the invention according to FIG. 5 in which one pressure is introduced via a connection 30 into the measuring diaphragm socket 1 and the other pressure via a connection 31, which is located in the wall of the latter Case pressure sealed housing 5 befin det.
  • the deflection of the permanent magnet 2 is dependent on the pressure difference at the connections 24, 25, which are connected to the connections 30, 31 of the pressure sensor.
  • FIGS. 1, 2, 3 and 5 it is also possible to arrange a pressure sensor as shown in FIGS. 1, 2, 3 and 5 in a further housing 32, as is indicated, for example, in FIGS. 6a, b and c.
  • the housing 32 is also designed to be pressure-tight.
  • the housing 32 there are two connections 30a and 31a, which in the exemplary embodiment shown in FIG. 6 are connected to the membrane socket 1 via a line 34 or to the interior of the housing via a line 33.
  • the connections 24, 25 of the suction pipe 20 are connected to the connections 30a, 31a or vice versa.
  • the deflection of the permanent magnet 2 is in turn a function of the pressure difference, so that a signal corresponding to the throttle valve position is in turn generated.
  • the control device In the current electronic control systems for internal combustion engines in motor vehicles, the control device is surrounded by a housing which protects the control device against moisture and the like. If this housing is now made pressure-tight, it can serve as housing 32, as shown in FIGS. 6a to c.
  • the pressure transducer with its foot part 26, which is kept smaller in outer diameter and which contains the threaded washer 9 and the helical spring 11, is inserted into a plastic press designed as an intermediate base 28, which together with an upper part 36 also pressed from plastic includes the pressure transmitter according to Figure 1 and if necessary can be sealed airtight and moisture-proof.
  • the connection 30 of the pressure transducer protrudes into the longitudinal bore 27 of a connection piece 38 formed on the upper part 36, onto which a connecting hose, not shown, can be pushed, with which the longitudinal bore 27 of the connection piece 38 can be connected to the intake pipe of an internal combustion engine, not shown, and can then bring about the negative pressure prevailing in the intake pipe in the double diaphragm can 1.
  • connection 30 is sealed from the outside air pressure prevailing in the upper part 36 by a rubber ring 39, the penetration of moisture being prevented by a disk-shaped Teflon element 35 inserted into a pressure compensation opening 29.
  • An annular sealing bead 37 and an annular groove 37a receiving this sealing bead are provided on the superimposed end faces of the upper part 36 and the intermediate base 28.
  • the intermediate floor 28 of the housing enclosing the pressure sensor serves as the lid of a pot-shaped base part 40, which is also pressed from plastic and contains a cutout 43 that runs from the top 41 to the bottom 42. This is closed at the bottom by a metal plate 44, which serves as a heat sink for a semiconductor circuit 45.
  • a Hall IC preferably serving as a magnetic field-sensitive element 3
  • three connecting tabs 46 each of which is soldered to one of three thin, leaf-shaped connecting lines 47.
  • These connecting lines 47 are extrusion-coated in the manner shown in FIG. 7 from the plastic of the base part 40 in such a way that their angled end section 48 protruding into the recess 43 forms a soldering point for a flexible connecting lug 49, which leads to the semiconductor circuit 45.
  • Opposite edge of the semiconductor circuit 45 are provided in the material of the lower part 40 injected tongues 50 which are connected to the semiconductor circuit 45 at their end portions projecting into the recess 43 via a connecting wire 51 (FIG. 7) and at their other end portion 52 into the inner cavity 53 protrude into a one-piece molded on the bottom part 40 socket 54, where they can be connected by a suitable connector sleeve.
  • the semiconductor circuit 45 is cast airtight and moisture-tight with a silicone gel layer.
  • This potting layer 55 also includes a large part of the connecting wires 49 and 51.
  • 28 sealing ribs 56, 57 are arranged on the underside of the intermediate base, which engage in suitable recesses 58, 59 on the upper side 41 of the lower part 40 and are tightly connected to the latter by adhesive.
  • FIG. 9 shows a modified embodiment of the invention, which differs advantageously from those according to FIGS. 7 and 8 in that the vacuum sensor shown in FIG. 9 can be installed upside down and is freely accessible for testing and adjustment purposes, as long as the very simply constructed, upper part made of plastic indicated in FIG. 9 at 60 has not yet been put on.
  • the supply of the pressure or of the negative pressure prevailing in the intake pipe of an internal combustion engine, not shown, takes place - in contrast to the exemplary embodiment according to FIGS is guided to a central annular space 65, into which the connection 30 of the pressure transmitter, which is used for connection to the double diaphragm box 1, projects.
  • the metal housing 5 of the pressure sensor which is otherwise designed as shown in Figure 1, is by several supported on the top of the intermediate floor 62, resiliently formed tongues 66; it is held when placing the upper housing part 60 by a foam rubber cushion 67 placed on the foot part 26 of the pressure transducer so that the pressure transducer can withstand even the strongest shaking stresses occurring during operation on motor vehicles.
  • the dependence of the deflection s of the membrane of the pressure cell 1 on the measuring pressure p is linear, as is shown schematically in FIG. 10 by the course 120.
  • the induction B at the location of the component 3 has a hyperbolic profile 121 as a function of the deflection s, as can be seen from FIG. 11.
  • the amount of induction B, which is exerted on the component 3 by the fixed compensation magnet 4 is independent of the deflection s, as can be seen from the curve 122 in FIG. 11.
  • the magnets 2, 4 and the component 3 are arranged in one axis. If the compensation magnet 4 were now moved along this axis, the course 122 in the ordinate direction in FIG. 11 would also change.
  • a field plate is provided according to the invention as component 3, which has an area 124 with a parabolic course in at least part of its characteristic curve 123, as is shown schematically in FIG.
  • the overall characteristic curve of the encoder now results from a combination of the curves 120, 121, 122, 123, the hyperbo lical course 121 of the induction at the measurement site is compensated for by the parabolic course in the area 12U of the field plate.
  • an absolute pressure arrangement can advantageously be used for measuring the height, for example in an aircraft.
  • the pressure decreases with increasing height, the non-linearity of the relationship between height and pressure being compensated for by the hyperbolic curve 121 according to FIG. 11.
  • a linear component 3 gives a linear output signal for the height.
  • an indirect measurement is carried out via the negative pressure at a constriction 130 of a Venturi tube 131, as is shown schematically in FIG. 14.
  • the connector 30 of the pressure cell 1 is connected directly to the constriction 130 of the venturi tube 131 and the interior of the housing 5 is connected to the atmospheric external pressure.
  • FIG. 15 shows an evaluation and display circuit for a Hall IC. From terminal 115, a first line leads to a terminal 150 connected to operating voltage U B and a second line via a display instrument 152 to the tap of a potentiometer 153, which is connected between operating voltage and ground and a third terminal to ground. The first and the third connection serve for the power supply of the Hall IC, while the measurement signal can be removed via the second connection. The measurement signal is displayed directly on the display instrument 152. In the measurements of the height and the flow velocity described in detail above, in which a linear Hall IC is expediently used, this measured variable can therefore be read directly on the display instrument 152.
  • a transducer according to the invention is used to measure the height, for example in an aircraft
  • the rate of descent / climb of the aircraft can advantageously be detected and displayed using an evaluation and display circuit as shown in FIG. 6 .
  • a differentiating element consisting of the resistor 155, a capacitor 154 and an operational amplifier 156 is connected to the display instrument 157.
  • the display instrument 157 Thereby is over the number adornment limb 154, 155, 156 formed the first time derivative of the altitude and thus the sinking or climbing speed of the aircraft and displayed on the display instrument 157.
  • FIG. 17 An expedient combination of these two circuits is shown in FIG. 17, the circuit part designated by the reference numbers 152, 153 being used, as already explained, to display the height on the display instrument 152.
  • the measurement signal is also passed through the differentiating capacitor 154 and a resistor 158 to an operational amplifier 156, which is bridged by the resistor 155 and a capacitor 159.
  • the operational amplifiers 156, 160 there is the display instrument 157 for the sinking / climbing speed of the aircraft, the one input of the operational amplifier 160 continuing to be led to the potentiometer 153 and, on the other hand, connected to ground via a capacitor 161.
  • the altitude is displayed on the display instrument 152, and the evaluation via the differentiator 155, 154 causes the aircraft's sink / climb speed to be displayed on the display instrument 157.

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Description

Mechanisch-elektrischer Wandler
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Wandler nach der Gattung des Hauptanspruches sowie der nebengeordneten
Ansprüche 5 und 6.
Es ist bekannt, zur Messung des Druckes, insbesondere des Ansaugluftdruckes einer als Antrieb eines Kraftfahrzeuges dienenden Brennkraftmaschine, Wandler zu verwenden, die eine dem zu messenden Druck ausgesetzte Membrandose aufweisen. Dabei ist auf der einen Wand der Membrandose ein Permanentmagnet angeordnet und zwar in der Nähe eines magnetfeldempfindlichen Elementes, beispielsweise eines Hall-IC, so daß bei druckabhängiger Auslenkung der Membran der Abstand vom Permanentmagneten zum magnetfeldempfindlichen Element variiert und damit dessen Ausgangssignal beeinflußt wird. Dieses Ausgangssignal ist dann ein Maß für den gemessenen Druck. Nachteil der vorgeschlagenen Anordnung ist, daß die räumliche Zuordnung des Permanentmagneten und des magnetfeldempfindlichen Elementes zueinander unveränderbar ist und nicht unterschiedlichen Anforderungen für verschiedenartige Drucksensoren angepaßt werden kann so daß keine Möglichkeit besteht, den Sensor auf einfache Weise beim Zusammenbau des Sensors abzugleichen.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Eauptanspruches und des nebengeordneten Anspruches 5 hat demgegenüber den Verteil, daß die räumliche Lage des Permanentmagneten und des magnetfeldempfindlichen Elementes in einer Achse zueinander beim Zusammenbau des Drucksensors eingestellt werden kann, wodurch ein Abgleich des Sensors zur Erzielung einer gewünschten Kennlinie möglich ist, wobei ein weiterer Permanentmagnet gleichachsig zu Kompensationszwecken angeordnet ist.
Der esfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des nebengeordneten Anspruches 6 hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Differenz zwischen einem Meßdruck und einem Referenzdruck gemessen werden kann. Der Referenzdruck kann dabei entweder seinerseits variabel sein oder ein Absolutdruck. Damit öffnet sich eine besonders einfache Möglichkeit zur Steuerung der Einspritzung einer Brennkraftmaschine, da diese Einspritzung üblicherweise in Abhängigkeit von der durchgesetzten Luftmenge erfolgt. Die Luftmenge ist jedoch proportional der Differenz zwischen gewichtetem Atmosphärendruck und Absolutdruck im Saugrohr, so daß ein hierzu proportionales Signal, das der Last entspricht, direkt mit einem einzigen Sensor ermittelt werden kann, ohne das es, wie im Stand der Technik bekannt, hierzu zweier getrennter Sensoren bedarf.
Dieselbe Wirkung ist in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß schließlich dadurch erzielbar, daß der Sensor mit einem druckdichten Gehäuse umgeben ist, so daß das Gehäuseinnere mit einem Meß- oder Referenzdruck beaufschlagbar ist. Da bei elektronischen Steuervorrichtungen in Kraftfahrzeugen ohnehin dichte Gehäuse zum Schutz der Schaltgeräte gegen Feuchtigkeit und dgl. verwendet werden, ist es hierdurch in besonders einfacher Weise möglich, ein Differenzdrucksignal ohne wesentliche Zusatzmaßnahmen darzustellen.
Der erfindungsgemäße Wandler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 23 hat den weiteren Vorteil, daß eine lineare Kennlinie Eingangsgröße/Ausgangsgröße dadurch erzielt wird, daß je nach zu messender Größe die Kennlinie des magnetfeldempfindlichen Bauelementes entsprechend eingestellt wird. Hierdurch ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Geber unmittelbar Anzeigeelemente oder Regelschaltungen zu betreiben, ohne eine Kennlinienentzerrung vornehmen zu müssen.
So wird im Fall der Messung eines Gasdrucks als Bauelement erfindungsgemäß eine Feldplatte im parabolischen Kenn linienbereich verwendet, da auf diese Weise die hyperbolische Abhängigkeit des Ausgangssignales von der Auslenkung der Membran kompensiert wird. Durch geeignete Wahl des Bauelementes bzw. dessen Kennlinienbereiches ist es demnach möglich, ohne jegliche weitere Bauelemente eine lineare Kennlinie zu erzeugen.
Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases wird erfindungsgemäß der Unterdruck an einer Engstelle eines Venturi-Rohres gemessen. Dabei wird die Quadratische Abhängigkeit des Unterdrucks von der Strömungsgeschwindigkeit durch die hyperbolische Abhängigkeit des Ausgangssignales eines linearen magnetfeldempfindlichen Elementes von der Auslenkung der Membran kompensiert.
In gleicher Weise wird erfindungsgemäß die Höhe, beispielsweise in einem Flugzeug, gemessen, da die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe ebenfalls quadratisch ist. In diesem Fall ist es zusätzlich möglich, die Sink/Steiggeschwindigkeit des Flugzeuges dadurch zu messen, daß das ermittelte Ausgangssignal auf eine Differenzier stufe geführt wird.
Insgesamt sind damit gegenüber den bekannten mechanischen Meßanordnungen für Strömungsgeschwindigkeit, Höhe und Sink/Steiggeschwindigkeit durch das Fehlen reibungsbehafteter mechanischer Elemente absolut hysteresefreie Messungen möglich, wobei die Auflösung der Keßgröße durch geeignete Wahl der Bauelemente und des Wandlers sehr ge ring gehalten werden kann. Gegenüber den bekannten mechanischen Systemen ist darüber hinaus die insgesamt lineare Kennlinie des Wandlers von Vorteil, die sich bei mechanischen Systemen nur mit großem Aufwand erreichen läßt. Außerdem ergibt sich durch die wenigen verwendeten Bauelemente eine einfache und damit kostengünstige Fertigung, wobei durch geeignete, in den Unteransprüchen genannte Maßnahmen ein besonders temperaturstabiles Verhalten erzielbar ist.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckserisors; Figur 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors, Figur 3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors; Figur 4 eine Prinzipbild eines Saugrohres einer Brennkraftmaschine; Figuren 5 bis 9 Querschnitte und Ansichten einer vierten, fünften, sechsten und siebten Ausführunsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors; Figuren 10 bis 13 Diagramme zur Erläuterung der Linearisierung der Gesamtkennlinie der erfindungsgemäßen Wandler; Figur 14 ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wandlers; Figur 15 den Stromlaufplan einer ersten Schaltung zur Auswertung des Ausgangssignales eines erfindungsgemäßen Wandlers; Figur 16 einen Stromlaufplan einer zweiten Ausführungsform einer Schaltung zur Auswertung des Ausgangssignales eines erfin dungsgemaßen Wandlers; Figur 17 einen Stromlaufplan einer dritten Ausführungsform einer Schaltung zur Auswertung des Ausgangssignales eines erfindungsgemäßen Wandlers.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist mit 1 eine Membrandose bezeichnet, deren eine Wand einen ersten Permantmagneten 2 trägt. In der Nähe des ersten Permanentmagneten 2 ist ein magnetfeldempfindliches Element 3 und in der Nähe der vom ersten Permanentmagneten 2 abgewandten Seite des magnetfeldempfindlichen Elementes 3 ein zweiter Permanentmagnet 4 angeordnet. Der erste Permanentmagnet 2, das magnetfeldempfindliche Element 3 und der zweite Permanentmagnet 4 liegen dabei in einer Achse und zwar in der Achse eines Gehäuses 5, das an seinen beiden Enden mit Sackbohrungen ausgestattet ist, die jeweils mit einem Feingewinde 6 bzw. 7 versehen sind. In die Feingewinde 6 bzw. 7 sind Scheiben 8 bzw. 9 einschraubbar. Die Scheibe 8 trägt dabei an ihrer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite die andere Wand der Membrandose 1. Auf der anderen Scheibe 9 ist der zweite Permanentmagnet 4 angeordnet. Das magnetfeldempfindliche Element 3 ist schließlich über einer Halterung raumfest mit dem Gehäuse 5 verbunden.
Die Auslenkung der Membrandose 1 ist abhängig vom Druck in der Dose und vom Druck im Gehäuse 5. Bei offenem Gehäuse 5 - wie in Figur 1 dargestellt - mißt der Drucksensor die Differenz zwischen Meßdruck in der Membrandose 1 und Atmosphäre.
Wie aus Figur 1 ohne weiteres ersichtlich, kann die relative Lage des ersten Permanentmagneten 2 zum magnetfeldempfindlichen Element 3 durch Ein- bzw. Ausdrehen der Scheibe 8 variiert werden. Entsprechendes gilt für die Lage des zweiten Permanentmagneten 4 zum magnetfeldempfindlichen Element 3, die durch Ein- bzw. Ausdrehen der Scheibe 9 varriierbar ist.
Zur Vermeidung von mechanischem Spiel der Scheiben 8, 9 in den Feingewinden 6, 7 sind schließlich Federn 10, 11 vorgesehen, die sich einerseits auf der dem Gehäuseinneren zugewandten Seite der Scheiben 8 bzw. 9 und andererseits auf den Absätzen der jeweiligen Sackbohrungen abstützen. Beim Eindrehen der Scheiben 8 bzw. 9 werden diese Federn 10 bzw. 11 vorgespannt, so daß hierdurch ein mechanisches Spiel beseitigt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Sackbohrungen nicht mit einem Feingewinde ausgestattet und die Scheiben werden im Paßsitz in die Bohrungen eingepreßt.
Bei dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispie eines erfindungsgemäßen Drucksensors wird zur Variation der relativen Lage des ersten Permanentmagneten 2 bzw. des zweiten Permanentmagneten 4 zum magnetfeldempfindlichen Element 3 ebenfalls eine Anordnung verwendet, bei der die Magneten 2 bzw. 4 von Scheiben 8' bzw. 9' in einer Achse mit dem magnetfeldempfindlichen Element 3 getragen werden. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 liegen die Scheiben 8' bzw. 9' jedoch auf senkrecht zur Achse liegenden Endflächen des Gehäuses 5 auf und sind mit diesem verschraubt. Die Variation des Abstandes wird dabei dadurch erreicht, daß zwischen den Scheiben 8' bzw. 9' und dem Gehäuse 5 dünne Unterlegscheiben 12, bzw. 13 angeordnet sind, so daß durch geeignete Wahl der Dicke der Unterlegscheiben 12, 13 bzw. einer Anzahl mehrerer dünner Unterlegscheiben der gewünschte räumliche Abstand der Elemente 2, 3, 4 zueinander einstellbar ist. Bei dem in Figur 3 dargestellten dritten Ausführungbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors ist in Abweichung zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 der zweite Permanentmagnet 4 nicht direkt auf der ein- und ausdrehbaren Scheibe 9 angeordnet, zwischen dem zweiten Permanentmagneten 4 und der Scheibe 9 befindet sich vielmehr eine weitere Membrandose 14, die, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 als geschlossene Absolutdruckdose ausgebildet sein kann oder der über einen separaten Stutzen ein Referenzdruck zuführbar sein kann.
Durch Einwirkung des Meßdruckes auf die Membrandose 1 und des absoluten oder relativen Referenzdruckes auf die weitere Membrandose 14 wird jeweils die Lage des ersten Permamentmagneten 2 und des zweiten Permamentmagneten 4 relativ zum magnetfeldempfindlichen Element 3 geändert. Das Ausgangssignal dieses Elementes 3 hängt mithin vom Meßdruck und vom Referenzdruck ab. Wird die zweite Membrandose 14, wie in Figur 3 dargestellt, als Absolutdruckdose ausgebildet, eignet sich die Anordnung gemäß Figur 3 besonders zur Verwendung bei der Steuerung von Zündungsund Einspritzanlagen in Kraftfahrzeugen. Bei diesen Anlagen wird nämlich üblicherweise der Saugrohrunterdruck oder Saugrohrabsolutdruck in Verknüpfung mit den Atmosphärendruck als Steuergröße herangezogen. Durch die Anordnung gemäß Figur 3 ist die Ausgangsspannung UA des magnetfeldempfindlichen Elementes 3:
ü
wobei α und ß Konstanten sind und Patm der Atmosphärendruck und Pu der Saugrohrunterdruck. Die Konstanten α und ß können dabei unabhängig voneinander durch Variation der Dosensteilheit und Magnetdaten in weiten Bereichen eingestellt werden, so daß ein gewünschtes Maß an Höhenkorrektur entsprechend dem gemessenen Atmosphärendruck erreicht wird. Wählt man beispielsweise α = ß , ergibt sich :
wobei Ps der Saugrohrabsolutdruck ist. Bei einer Einspritz anlagen für eine Brennkraftmaschine gilt für die Einspritzmenge EM, die proportional der durchgesetzten Luftmenge m ist :
wobei A und B Konstanten sind und B üblicherweise in der Größenordnung 0,05 bis 0,10 liegt. Wie ohne weiteres ersichtlich, ergibt sich damit durch den Sensor gemäß Figur 3 unmittelbar ein der Luftmenge m und damit der Einspritzmenge EM entsprechendes Signal.
Es versteht sich von selbst, daß die Anordnung gemäß Figur bei der zwei Membrandosen verwendet werden, auch in der Art ausgeführt sein kann, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. In Figur 4 ist ein Prinzipbild eines Saugrohres 20 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Richtung der angesaugten Luft ist dabei mit Pfeilen 21 bezeichnet. Im Saugrohr 20 ist um einen Drehpunkt 22 drehbar eine Drosselklappe 23 in drei Stellungen 23a für geschlossene Drosselklappe, 23b für halbgeöffnete Dorsselklappe und 23c für ganz geöffnete Drosselklappe dargestellt. Schließlich sind am Saugrohr 20 Anschlüsse 24 , 25 angeordnet und zwar derart, daß bei geschlossener Drosselklappe 23a der Anschluß 24 mit dem motorseitigen Teil und der Anschluß 25 mit dem motorabgewandten Teil des Saugrohres 20, jeweils bezogen auf die Stellung der Drosselklappe 23 in Verbindung steht. Wird die Drosselklappe 23 geöffnet und befindet sie sich in der Stellung 23b, kehrt sich dieses Verhältnis um, d.h. der Anschluß 24 ist nunmehr an den motorabgewandten Teil und der Anschluß 25 an den motorzugewandten Teil des Saugrohres 20 angeschlossen. Dies bedeutet, daß die Differenz der an den Anschlüssen 24, 25 gemessenen Druckwerte im einem Fall positiv und im anderen Fall negativ ist. Bei ganz geöffneter Drosselklappe 23c ist schließlich die Differenz der an den Anschlüssen 24, 25 gemessenen Druckwerte praktisch gleich Null, da aufgrund der Stellung der Drosselklappe 23 sich an dieser keine Druckdifferenz mehr ausbildet.
Verbindet man nun die Anschlüsse 2k , 25 mit den Membrandosen 1, 14 des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 3, läßt sich in einfacher Weise zusätzlich zum analogen Signal für die Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und Saugrohr ein digitales Signal dafür erzeugen, in welcher Stellung sich die Drosselklappe jeweils befindet, da, wie bereits erwähnt, die Druckdifferenz einmal positiv, einmal negativ und einmal Null ist. Die gleiche Wirkung läßt sich mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensors gemäß Figur 5 erzielen, bei dem der eine Druck über einen Anschluß 30 in die Meß-Membrandose 1 eingeleitet wird und der andere Druck über einen Anschluß 31, der sich in der Wandung des in diesem Falle druckdicht abgeschlossenen Gehäuses 5 befin det. Auch in diesem Fall ist die Auslenkung des Permanentmagneten 2 abhängig von der Druckdifferenz an den Anschlüssen 24, 25, die mit den Anschlüssen 30, 31 des Drucksensors in Verbindung stehen.
Schließlich ist es auch möglich, einen Drucksensor, wie er in den Figuren 1, 2, 3 und 5 dargestellt ist, in einem weiteren Gehäuse 32 anzuordnen, wie dies beispielsweise in Figur 6a, b und c angedeutet ist. Das Gehäuse 32 ist dabei ebenfalls druckdicht ausgeführt. Im Gehäuse 32 befinden sich zwei Anschlüsse 30a und 31a, die in dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Membrandose 1 über eine Leitung 34 bzw. mit dem Gehäuseinneren über eine Leitung 33 in Verbindung stehen. Entsprechend wie bei den Sensoren gemäß Figuren 3 und 5 stehen dabei die Anschlüsse 24, 25 des Saugrohres 20 mit den Anschlüssen 30a, 31a oder umgekehrt in Verbindung. Die Auslenkung des Permanentmagneten 2 ist damit wiederum eine Funktion der Druckdifferenz, so daß wiederum ein der Drosselklappenstellung entsprechendes Signal erzeugt wird.
Bei den heute üblichen elektronischen Steuersystemen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen ist das Steuergerät von einem Gehäuse umgeben, das das Steuergerät gegen Feuchtigkeit und dgl. schützt. Wird dieses Gehäuse nun druckdicht ausgeführt, kann es als Gehäuse 32 dienen, wie es in Figur 6a bis c dargestellt ist. Eine derartige Anordnung mit einem elektronischen Steuergerät, das zusammen mit einem Druckgeber in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist, wird nachstehend beschrieben. Es ist daher insgesamt möglich, mit nur geringem Mehraufwand (Dichtung und zusätzlicher Anschluß) eine Anordnung zu erzielen, mit der die Messung der Druckdifferenz am Saugrohr 20 in der oben beschriebenen Weise zur Steuerung von Motorgrößen möglich ist.
In der Anordnung nach Figur 7 und 8 ist der Druckgeber mit seinem im Außendurchmesser kleiner gehaltenen Fußteil 26, welcher die Gewindescheibe 9 und die Schraubenfeder 11 enthält, in ein als Zwischenboden 28 ausgebildetes Kunststoffpreßt eil eingesetzt, welches zusammen mit einem ebenfalls aus Kunststoff gepreßten Oberteil 36 den Druckgeber nach Figur 1 einschließt und erforderlichenfalls luft- und feuchtigkeitsdicht abgeschlossen werden kann. Der Anschluß 30 des Druckgebers ragt in die Längsbohrung 27 eines an das Oberteil 36 angeformten Anschluß stutzens 38 hinein, auf welchen ein nicht dargestellter Verbindungsschlauch aufgeschoben werden kann, mit welchem die Längsbohrung 27 des Anschlußstutzens 38 an das Ansaugrohr einer nicht dargestellten Brennkraftmasehine angeschlossen werden kann und dann den im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck in der Doppelmembrandose 1 zur Wirkung bringen kann. Der Anschluß 30 ist gegenüber dem im Oberteil 36 herrschenden Außenluftdruck durch einen Gummiring 39 abgedichtet, wobei das Eindringen von Feuchtigkeit durch ein in eine Druckausgleichscffnung 29 eingesetztes, scheibenförmiges Teflonelement 35 verhindert werden kann. An den aufeinanderliegenden Stirnflächen des Oberteils 36 und des Zwischenbodens 28 ist ein ringförmig verlaufender Dichtwulst 37 und eine diesen Dichtwulst aufnehmende Ringnut 37 a vorgesehen. Der Zwischenboden 28 des den Druckgeber einschließenden Gehäuses dient als Deckel eines topfförmigen Bodenteils 40, das ebenfalls aus Kunststoff gepreßt ist une eine von seiner Oberseite 41 bis zur Unterseite 42 durchgehende Aussparung 43 enthält. Diese ist nach unten hin durch eine Metallplatte 44 abgeschlossen, die als Wärmesenke für eine Halbleiterschaltung 45 dient. Diese ist z.B. ein Transistor-Spulenzündgerät, dessen Schalt Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem im Ansaugrohr herrschenden Druck verschoben wird und damit zu einer druckabhängigen Verstellung des Zündzeitpunktes führt. Zur druckabhängigen Verstellung ist ein vorzugsweise als magnetfeldempfindliches Element 3 dienender Hall-IC mit drei Anschlußfahnen 46 versehen, die mit jeweils einer von drei dünnen, blattförmigen Verbindungsleitungen 47 verlötet sind. Diese Verbindungsleitungen 47 sind in der in Figur 7 dargestellten Weise vom Kunststoff des Bodenteils 40 so umspritzt, daß ihr in die Aussparung 43 hineinragender, abgewinkelter Endabschnitt 48 einen Löt Stützpunkt für eine flexible Anschlußfahne 49 bildet, welche zu der Halbleiterschaltung 45 führt. Am. gegenüberliegenden Rand der Halbleiterschaltung 45 sind in den Werkstoff des Unterteils 40 eingespritzte Steckerzungen 50 vorgesehen, welche an ihren in die Aussparung 43 hineinragenden Endabschnitten über je einen Anschlußdraht 51 (Figur 7) mit der Halbleiterschaltung 45 verbunden sind und an ihrem anderen Endabschnitt 52 in den Innenhohlraum 53 einer an das Bodenteil 40 einstückig angeformten Steckerbuchse 54 hineinragen, wo sie durch eine passende Steckermuffe angeschlossen werden können.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschaltung 45 luft- und feuchtigkeitsdicht mit einer Silicon-Gel-Schicht vergossen. Diese Vergußschicht 55 schließt auch einen Großteil der Anschlußdrähte 49 und 51 ein. Wie der in Figur 7 dargestellte Axialschnitt erkennen läßt, sind an der Unterseite des Zwischenbodens 28 Dichtrippen 56, 57 angeordnet, die in passende Aussparungen 58, 59 an der Oberseite 41 des Unterteils 40 eingreifen und dort mit diesem durch Klebstoff dicht verbunden sind.
Der besondere Vorteil der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Vereinigung von einer elektronischen und einer elektronisch-mechanischen Baueinrichtung zu einer einheitlichen Baugruppe besteht darin, daß diese Vereinigung in raumsparender und montagesicherer Weise erfolgen kann, wobei sich eine hohe Langzeitstabilität ergibt und geringe Kosten entstehen.
In Figur 9 ist ein abgewandeltes .Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das sich gegenüber denjenigen nach den Figuren 7 und 8 dadurch vorteilhaft unterscheidet, daß der in Figur 9 dargestellte Unterdruckgeber auf dem Kopf stehend eingebaut werden kann und zu Prüf- und Justierungszwecken uneingeschränkt zugänglich ist, solange das in Figur 9 bei 60 angedeutete, sehr einfach aufgebaute, aus Kunststoff hergestellte Gehäuse-Oberteil noch nicht aufgesetzt ist. In dieser Ausführungsvariante erfolgt die Zuführung des Druckes bzw. des im Ansaugrohr einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine herrschenden Unterdruckes - abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 7 und 8 - über den an den ebenfalls aus Kunststoff hergestell ten Zwischenboden 62 angeformten Anschlußstutzen 63, dessen Längsbohrung 6k bis zu einem zentralen Ringraum 65 geführt ist, in welchen der zur Verbindung mit der Doppelmembrandose 1 dienende Anschluß 30 des Druckgebers hineinragt. Das Metallgehäuse 5 des Druckgebers, der im übrigen wie in Figur 1 dargestellt ausgebildet ist, wird durch mehrere an der Oberseite des Zwischenbodens 62 angeordnete, elastisch ausgebildete Zungen 66 abgestützt; er wird beim Aufsetzen des Gehäuseoberteils 60 durch ein auf den Fußteil 26 des Druckgebers aufgesetztes Moosgummikissen 67 so festgehalten, daß der Druckgeber auch stärksten, beim Betrieb auf Kraftfahrzeugen auftretenden Schüttelbean spruchungen standhalten kann.
Die Abhängigkeit der Auslenkung s der Membran der Druckdose 1 vom Meßdruck p ist linear, wie dies in Figur 10 durch den Verlauf 120 schematisch dargestellt ist. Demgegenüber hat die Induktion B am Orte des Bauelementes 3 in Abhängigkeit von der Auslenkung s einen hyperbolischen Verlauf 121, wie dies aus Figur 11 ersichtlich ist. Der Betrag der Induktion B, die durch den raumfesten Kompensationsmagneten 4 auf das Bauelement 3 ausgeübt wird, ist von der Auslenkung s unabhängig, wie es aus dem Verlauf 122 in Figur 11 ers i chtli ch wird. Die Magneten 2, 4 und das Bauelement 3 sind in einer Achse angeordnet. Verschiebt man nun den Kompensationsmagneten 4 entlang dieser Achse, würde sich ebenfalls der Verlauf 122 in Ordinatenrichtung in Figur 11 verändern.
Würde man als Bauelement 3 ein Bauelement mit linearer Kennlinie nehmen, würde sich durch die Kombination der Verläufe 120, 121, 122 insgesamt ein nichtlinearer Verlauf ergeben. Um diesen nichtlinearen Verlauf bei der Messung des Absolut- oder Differenzdruckes zu kompensieren, ist erfindungsgemäß als Bauelement 3 eine Feldplatte vorgesehen, die in wenigstens einem Teil iher Kennlinie 123 einen Bereich 124 mit parabolischem Verlauf aufweist, wie dies in Figur 12 schematisch dargestellt ist. Die Gesamtkennlinie des Gebers ergibt sich nun durch Kombination der Verläufe 120, 121, 122, 123, wobei der hyperbo lische Verlauf 121 der Induktion am Meßort durch den parabolischen Verlauf im Bereich 12U der Feldplatte kompensiert wird. Dies ergibt insgesamt eine lineare Kennlinie 125 für die bezogenen Widerstand R/Ro der Feldplatte über dem Meßdruck p, wie dies in Figur 13 dargestellt ist. Bei Berücksichtigung des Kompensationsmagneten 4 ist dabei die Lage des Verlaufes 125 in Ordinatenrichtung variabel, wie dies durch den gestrichelt gezeichneten Verlauf 126 angedeutet ist.
Verwendet man für das magnetfeldempfindliche Bauelement 3 statt einer Feldplatte ein Bauelement mit linearer Kennlinie, beispielsweise einen linearen Hall-IC, kann eine Absolutdruck-Anordnung vorteilhaft zur Messung der Höhe, beispielsweise in einem Flugzeug, verwendet werden. Entsprechend der barometrischen Höhenformel nimmt nämlich der Druck mit zunehmender Höhe ab, wobei die Nichtlinearität des Zusammenhanges zwischen Höhe und Druck durch den hyperbolischen Verlauf 121 gemäß Figur 11 kompensiert wird. In diesem Falle ergibt also ein lineares Bauelement 3 ein lineares Ausgangssignal für die Höhe.
Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases wird erfindungsgemäß eine mittelbare Messung über den Unterdruck an einer Engstelle 130 eines Venturi-Rohres 131 vorgenommen, wie dies in Figur 14 schematisch dargestellt ist. Dabei ist der Stutzen 30 der Druckdose 1 unmittelbar an die Engstelle 130 des Venturi-Rohres 131 angeschlossen und der Innenraum des Gehäuses 5 steht mit dem atmosphärischen Außendruck in Verbindung.
Der Unterdruck pu an der Engstelle 130 des Venturi-Rohres
131 ist dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit (v2) proportional. Verwendet man nun als magnetfeldempfind liches Bauelement 3 wiederum ein solches mit linearer Kennlinie, beispielsweise einen Hall-IC, wird die nichtlineare, nämlich quadratische Kennlinie der Meßgröße Strömungsgeschwindigkeit durch den hyperbolischen Verlauf 121 gemäß Figur 11 kompensiert und man erhält wiederum bei Verwendung eines derartigen linearen Bauelementes 3 eine lineare Gesamtkennlinie des Wandlers entsprechend Figur 14.
In Figur 15 ist eine Auswerte- und Anzeigeschaltung für einen Hall-IC dargestellt. Vom Anschluß 115 führt dabei eine erste Leitung zu einer mit Betriebsspannung UB be schalteten Klemme 150 und eine zweite Leitung über ein Anzeigeinstrument 152 an den Abgriff eines Potentiometers 153, das zwischen Betriebsspannung und Masse geschaltet ist und ein dritter Anschluß an Masse. Der erste und der dritte Anschluß dienen dabei der Stromversorgung des Hall- IC, während über den zweiten Anschluß das Meßsignal abnehmbar ist. Das Meßsignal wird dabei direkt auf dem Anzeigeinstrument 152 angezeigt. Bei den oben im einzelnen beschriebenen Messungen der Höhe und der Strömungsgeschwindigkeit, bei denen ein linearer Hall-IC zweckmäßigerweise verwendet wird, kann daher diese Meßgröße direkt auf dem Anzeigeinstrument 152 abgelesen werden.
Wird ein erfindungsgemäßer Wandler, wie oben beschrieben, zur Messung der Höhe, beispielsweise in einem Flugzeug, verwendet, kann mit einrer Auswerte- und Anzeigeschaltung, wie sie in Figur 6 dargestellt ist, in vorteilhafter Weise die Sink/Steiggeschwindigkeit des Flugzeuges erfaßt und angezeigt werden. Hierzu ist ein Differenzierglied, bestehend aus dem Widerstand 155 einem Kondensator 154 und einem Operationsverstärker 156 an das Anzeigeinstrument 157 angeschlossen. Dabei wird über das Zifferenzier glied 154, 155, 156 die erste zeitliche Ableitung der Höhe und damit die Sink- oder Steiggeschwindigkeit des Flugzeuges gebildet und auf dem Anzeigeinstrument 157 angezeigt.
Eine zweckmäßige Kombination dieser beiden Schaltungen ist in Figur 17 dargestellt, wobei der mit den Bezugsziffern 152, 153 bezeichnete Schaltungsteil - wie bereits erläutert - zur Anzeige der Höhe auf dem Anzeigeinstrument 152 dient. Das Meßsignal wird weiterhin über den Differenzierkondensator 154 und einen Widerstand 158 auf einen Operationsverstärker 156, geleitet, wobei dieser von dem Widerstand 155 und einem Kondensator 159 überbrückt ist. Zwischen den Operationsverstärkern 156, 160 befindet sich das Anzeigeinstrument 157 für die Sink/Steiggeschwindigkeit des Flugzeuges, wobei der eine Eingang des Operationsverstärkers 160 weiterhin auf das Potentiometer 153 geführt ist und andererseits über einen Kondensator 161 an Masse angeschlossen ist. Durch die einmal direkte Auswertung des Meßsignales wird eine Anzeige der Höhe auf dem Anzeigeinstrument 152 und durch die Auswertung über das Differenzierglied 155, 154 wird eine Anzeige der Sink/Steiggeschwindigkeit des Flugzeuges auf dem Anzeigeinstrument 157 bewirkt.

Claims

Ansprüche
1. Mechanisch-elektrischer Wandler mit einem Gehäuse, in dessen Achse nahe beieinander hintereinander angeordnet sind a) eine einem Meßdruck ausgesetzte Membrandose (1), deren eine Wand einen ersten Permanentmagneten (2) trägt, b) ein magnetfeldempfindliches Element (3), c) ein zweiter Permanentmagnet ( 4 ) gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: d) das Gehäuse (5) weist zwei in der Achse liegende Bohrungen auf; e) in die Bohrungen sind Scheiben (8, 9) eingesetzt, von denen die eine die andere Wand der Membrandose (1) und die andere den zweiten Permanentmagneten ( 4 ) trägt.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen mit je einem Muttergewinde, insbesondere Feingewinde (6, 7) ausgestattet sind und die Scheiben (8, 9) in die Feingewinde (6, 7) geschraubt sind.
3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (5) Federn (10, 11) zwischen den Scheiben (8, 9) und Auflagen im Gehäuse (5) angeordnet sind.
4 . Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben im Paßsitz in die Bohrungen eingepreßt sind.
5. Mechanisch-elektrischer Wandler mit einem Gehäuse, in dessen Achse nahe beieinander hintereinander angeordnet sind a) eine einem Meßdruck ausgesetzte Membrandose (1), deren eine Wand einen ersten Permanentmagneten (2) trägt; b) ein magnetfeldempfindliches Element (3); c) ein zweiter Permanentmagnet (4 ) gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale d) die andere Seite der Membrandcse (5) und der zweite Permanentmagnet (4) sind auf je einer Scheibe (8', 9') angeordnet; e) die Scheiben (8', 9') sind auf senkrecht zur Achse liegenden Endflächen des Gehäuses (5) geschraubt; f) zwischen den Scheiben (8', 9') und den Endflächen befinden sich dünne Unterlegscheiben (12, 13).
6. Mechanisch-elektrischer Wandler mit einem Gehäuse, in dessen Achse nahe beieinander hintereinander angeordnet sind a) eine einem Meßdruck ausgesetzte Mεmbrancose (1), deren eine Wand einen ersten Permanentmagneten ( 2 ) trägt ; b) ein magnetfeldempfindliches Element (3); c) ein zweiter Permamentmagnet ( 4 ) , gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale d) es ist eine weitere, einem absoluten oder relativen Referenzdruck ausgesetzte Membrandose (1L) in der Achse angeordnet, deren eine Wand den zweiten Per mamentmagneten ( 4 ) trägt.
7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) zwei in der Achse liegende Bohrungen aufweist und in die Bohrungen Scheiben (8, 9) eingesetzt sind, von denen die eine die andere Wand der Membrandose (5) und die andere die andere Wand der weiteren Membran dose (14) trägt.
8. Wandler nacn Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen mit je einem Muttergewinde, insbesondere Feingewinde (6, 7) ausgestattet sind und die Scheiben (8,9) in die Feingewinde (6, 7) geschraubt sind.
9 . Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (5) Federn (10, 11) zwischen den Scheiben (8, 9) und Auflagen im Gehäuse (5) angeordnet sind.
10. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben im Paßsitz in die Bohrungen eingepreßt sind.
11. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite der Membrandose (5) und die andere Seite der weiteren Membrandose ( 14 ) auf je einer Scheibe (8', 9') angeordnet sind, die Scheiben (8, 9') auf senkrecht zur Achse liegende Endflächen des Gehäuses (5) geschraubt sind und sich zwischen den Scheiben (6', 9') auf senkrecht zur Achse liegende Endflächen des Gehäuses (5) geschraubt sind und sich zwischen den Scheiben (8', 9') und den Endflächen dünne Unterlegscheiben (12, 13) befinden.
12. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) oder ein das Gehäuse (5) umgebendes weiteres Gehäuse (32) druckdicht ausgeführt und mit einem ersten Anschluß (31a) versehen ist, daß eine der Membrandosen (1, 14) mit einem weiteren Anschluß (30a) versehen ist und daß die Anschlüsse (30a, 31a) an das Saugrohr (20) oberhalb (24) bzw. unterhalb (25) der Drosselklappe (23) angeschlossen sind.
13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Gehäuse (32) zusätzlich zur Aufnahme eines elektronischen Steuergerätes für die Brennkraftmaschine dient.
14 . Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Druckgeber einschließendes Gehäuse (32, 60) als Deckel eines topfförmigen Bodenteiles ( 40 ) ausgebildet ist, in welchem ein elektronisches Schaltgerät (45), insbesondere ein in Abhängigkeit vom Druck arbeitendes Zündverstellgerät luft- und feuchtig-
15. Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem den Druckgeber einschließenden Gehäuse (32, 60) ein aus Kunststoff hergestellter Zwischenboden (28) angeordnet ist und daß im Bodenteil ( 40 ) eingeformte, zum Anschluß des elektronischen Schaltgeräts (45) dienende Verbindungsleitungen (47) eingeformt sind, welche durch den Zwischenboden (28, 62) hindurchgesteckt sind und in den Innenraum des Gehäuseoberteils (36, 60) hineinragen.
16. Wandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (30) des Druckgebers durch eine den Anschluß (30) umschließende Dichtung, insbesondere Ringdichtung (39) gegenüber einem Anschlußstutzen (38) abgedichtet ist, der eine Längsbohrung (27) enthält, mit welchem die Membrandose (1) in Druckverbindung steht.
17. Wandler nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an das aus Kunststoff hergestellte Oberteil (36) ein Anschlußstutzen (38) angeformt ist.
18. Wandler nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zwischenboden (62) ein Anschlußstutzen (63) angeformt ist.
19. Wandler nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in den aus Kunststoff hergestellten Bodenteil ( 40 ) Anschlußfahnen (47, 50) eingeformt sind, deren Endabschnitte in den zur Aufnahme des elektronischen Schaltgerätes (45) dienenden Hohlraum (43) des Bodenteils ( 40 ) hineinragen.
20. Wandler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bedenteil (40) eine Steckerbuchse (54) angeformt ist, in welcher die nach außen geführten, zungenförmig gestalteten Anschlußfahnen (50) zugänglich sind.
21. Wandler nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme des Schaltgerätes (45) dienende Kohlraum (43) als eine von der Oberseite (41) bis zur Unterseite ( 42 ) des Bodenteils ( 40 ) durchgehende Aussparung ausgebildet ist, die an der Unterseite durch eine Metallplatte ( 44 ) abgeschlossen ist.
22. Wandler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (43) mindestens teilweise mit einer feuchtigkeitsdichten Vergußmasse (55), insbesondere aus Silicon-Gel ausgegossen ist.
23. Mechanisch-elektrischer Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Messung verschiedenartiger physikalischer Größen mit einer Druckdose sowie wenigstens einem Magneten und einem magnetfeldempfindlichen Bauelement, deren relative Lage zueinander in Abhängigkeit von einer Ausdehnung der Druckdosε veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des Bauelementes (3) und/oder Magnete ( 2 , 4 ) so eingestellt wird, daß sich bezüglich der zu messenden Größe (Druck, Strömungsgeschwindigkeit, Höhe, Sink/Steiggeschwindigkeit) eine lineare Gesamtkennlinie des Wandlers ergibt.
24 . Wandler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Größe ein Gasdruck und das Bauelement (3) eine im parabolischen Kennlinienbereich (124) betriebene Feldplatte ist.
25. Wandler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Größe eine Strömungsgeschwindigkeit eines Gases ist, die über den Unterdruck eines Venturi-Rohres (131) gemessen wird und das Bauelement (3) ein linearer Hall-IC ist.
26. Wandler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die messende Große eine Höhe ist, die über den Luftdruck gemessen wird, wobei die Druckdcse (1) evakuiert und das Bauelement (3) ein linearer Hall—IC ist.
27. Wandler nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Größe eine Sink/Steiggeschwindigkeit ist und daß dem Hall-IC eine Differenzierstufe (151, 154) nachgeschaltet ist.
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