WO2020120593A1 - Sensoranordnung mit einem piezoelektrischen sensor und mit einem messverstärker - Google Patents

Sensoranordnung mit einem piezoelektrischen sensor und mit einem messverstärker Download PDF

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WO2020120593A1
WO2020120593A1 PCT/EP2019/084687 EP2019084687W WO2020120593A1 WO 2020120593 A1 WO2020120593 A1 WO 2020120593A1 EP 2019084687 W EP2019084687 W EP 2019084687W WO 2020120593 A1 WO2020120593 A1 WO 2020120593A1
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voltage
amplifier
measuring
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PCT/EP2019/084687
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Marco Laffranchi
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Kistler Holding Ag
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/222—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines using piezoelectric devices
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45138—Two or more differential amplifiers in IC-block form are combined, e.g. measuring amplifiers

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement with egg nem piezoelectric sensor and with a measuring amplifier such as a measuring amplifier for such a sensor arrangement according to the preamble of the independent claims.
  • a sensor measures a physical or chemical measurand and delivers a measuring signal.
  • the sensor is part of a sensor arrangement, which consists of the actual sensor and a downstream measuring amplifier.
  • the sensor supplies the measurement signal, which is derived to the measurement amplifier, and the measurement amplifier amplifies the derived measurement signal.
  • Sensor and measuring amplifier can be electrically connected to each other via a measuring cable.
  • the document EP2706337A2 relates to a capacitive sensor for measuring pressure during injection molding processes.
  • the capacitive sensor is in direct contact with a melt via a membrane, the melt is 400 ° C. and hotter.
  • the membrane is deflected out.
  • the membrane is part of an electrical capacitance.
  • the deflection changes the electrical capacity.
  • a temperature-induced change in capacity also occurs when the temperature changes.
  • the document EP2706337A2 teaches to switch an additional electrical shunt capacitance in parallel with the electrical capacitance.
  • the electrical shunt capacitance is designed in such a way that, when there is a change in temperature, for example when the temperature rises, it compensates for a temperature-indicated increase in the electrical capacitance by an equal reduction in the electrical shunt capacitance.
  • piezoelectric material In piezoelectric sensors, piezoelectric material generates electric polarization charges under the action of a force.
  • the electrical polarization charges can be tapped via electrodes on surfaces of the piezoelectric material.
  • the number of electrical polarizers Charge is proportional to the magnitude of the force acting on the piezoelectric material.
  • the number of electrical polarization charges is the measurement signal, it provides the magnitude of the force.
  • piezoelectric sensors are very sensitive, they measure the force with a measuring sensitivity of around 4pC / N. And such a small number of electrical polarization charges is falsified by the electrical thermal voltage in the piezoelectric sensor.
  • the invention relates to a sensor arrangement with egg nem a piezoelectric sensor and a measuring amplifier, which cher piezoelectric sensor is electrically connected to the measuring amplifier, which piezoelectric sensor delivers electrical polarization charges, which Messver amplifies electrical polarization charges of the piezoelectric sensor's; the measuring amplifier having at least one operational amplifier with two operational amplifier inputs and having an operational amplifier output, which electrical polarization charges are present at a first operational amplifier input; wherein at both Opera tion amplifier inputs there is an electrical voltage, which electrical voltage is not equal to a ground potential of the measuring amplifier; and wherein the voltage applied to the first operational amplifier is an electrical interference voltage, which interference voltage originates from an electrical thermal current generated in the piezoelectric sensor.
  • an electrical thermal voltage which arises after the Seebeck effect in the piezoelectric sensor, and which as an electrical interference voltage at the first operational amplifier. core input cannot be prevented. If this is the case, the electrical interference voltage is amplified from a capacitive negative feedback of the operational amplifier to an amplified electrical interference voltage. This is because the capacitive negative feedback of the operational amplifier regulates the two operational amplifier inputs of the operational amplifier to the same electrical voltage level. And the electrical voltage level of the second operational amplifier input of the operational amplifier is normally equal to the ground potential of the measuring amplifier, that is to say an electrical voltage of zero.
  • the amplified electrical interference voltage falsifies the measurement signal, which consists of an electrical output voltage, which is formed by the measuring amplifier from amplified electrical polarization charges.
  • the electrical voltage level of the second operational amplifier input is raised from the electrical voltage level of an electrical voltage from zero to the electrical voltage level of the electrical interference voltage at the first operational amplifier input , so that an identical electrical voltage is present at the operational amplifier inputs.
  • the invention also relates to a measuring amplifier for such a sensor arrangement; wherein the measuring amplifier has a compensator, which compensator is electrically connected to the second operational amplifier input; and where- the compensator forms the voltage applied to the second operational amplifier input.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a sensor arrangement 0 with a piezoelectric sensor 1, measuring cable 2 and measuring amplifier 3 with two charge amplifiers and a differential amplifier;
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a sensor arrangement 0 with piezoelectric sensor 1, measuring cable 2 and measuring amplifier 3 with only one charge amplifier.
  • the sensor arrangement 0 measures a force, a torque, a pressure or an acceleration as a measured variable.
  • the sensor arrangement 0 comprises a piezoelectric sensor 1 and a measuring amplifier 3.
  • the function of the piezoelectric sensor 1 is to provide electrical polarization charges Q, Q 'which are derived from the measuring amplifier 3.
  • the function of the measuring amplifier 3 is to amplify the electrical polarization charges Q, Q '.
  • the materials of the piezoelectric sensor 1 are designed for permanently high operating temperatures of up to 1200 ° C.
  • the piezoelectric sensor 1 has a piezoelectric sensor element 11.
  • the piezoelectric sensor element 11 is cylindrical or hollow cylindrical and consists of piezoelectric crystal material such as quartz (S1O2 single crystal), calcium gallo germanate (Ca3Ga 2 Ge40i 4 or CGG), langasite (LasGasSiO ⁇ or LGS), tourmaline, gallium orthophosphate , etc.
  • the measured variable acts as a force F on the piezoelectric sensor element 11.
  • the force F is shown schematically in FIGS. 1 and 2 as an arrow, which acts on an upper outer surface of the piezoelectric sensor element 11.
  • the piezoelectric material generates electric polarization charges Q, Q '.
  • the electrical polarization charges Q, Q ' can be tapped on the outer surfaces of the piezoelectric sensor element 11.
  • the outer surfaces on which the electrical polarization charges Q, Q 'are generated are preferably completely electrically contacted with electrodes 112, 112'.
  • a first electrode 112 taps negative electrical polarization charges Q from the upper outer surface, and a second electrode 112' engages positive electric polarization charges Q 'from a lower outer surface.
  • the electrodes 112, 112 ' are electrically contacted with electrical conductors 12, 12'.
  • the Electrical conductors 12, 12 ' are wires or rods made of electrically conductive material such as pure metals, nickel alloys, cobalt alloys, iron alloys, etc.
  • the electrical conductors 12, 12' conduct the electrical polarization charges Q, Q 'tapped by the electrodes 112, 112'. from.
  • the first electrode 112 is in electrical contact with a first electrical conductor 12 and derives negative electrical polarization charges Q
  • the second electrode 112 ′ is in electrical contact with a second electrical conductor 12 ′ and derives positive electrical polarization charges Q ′.
  • the piezoelectric sensor 1 has a sensor housing 10.
  • the sensor housing 10 is made of mechanically and thermally resistant material such as pure metals, nickel alloys, cobalt alloys, iron alloys, etc.
  • the sensor housing 10 protects the piezoelectric element 10, the electrodes 112, 112 'and the electrical conductors 12, 12' from harmful environmental influences such as Impurities (dust, moisture, etc.).
  • the sensor housing 10 also forms an electromagnetic shield and protects the piezoelectric element 10, the electrodes 112, 112 'and the electrical conductors 12, 12' from electrical and electromagnetic interference effects in the form of electromagnetic radiation.
  • the sensor housing 20 is at a ground potential Ui.
  • the piezoelectric sensor 1 has an electrical insulation 13.
  • the electrical insulation 13 consists of electrically insulating and mechanically rigid material such as ceramic, A ⁇ CU ceramic, sapphire, etc.
  • the electrical insulation 13 has a specific volume resistance at 25 ° C. Ri, Ri 'stood on the order of 10 15 Qcm.
  • the electrical insulation 13 therefore only insulates the piezoelectric element 10, the first electrode 112 and the first electrical conductor 12 electrically from the sensor housing 10.
  • At least the piezoelectric sensor element 11 is permanently high operating temperatures of up to 1200 ° C sets. This is because, for the most accurate measurement possible, the piezoelectric sensor element 11 is spatially close to the measurement variable. sitioned and there is a large heat input. At other areas of the piezoelectric sensor 1 may have a lower permanent operating temperature, in particular if they are spatially distant from the measurement variable and heat input and heating are lower there.
  • Ri is an electrical thermal resistance between the electrodes 112, 112' and the ground potential
  • Ui lying sensor housing 10 denotes.
  • the electrical thermal current I T , I T '. flows over the electrical conductors 12, 12 ':
  • the sensor arrangement 0 can have a measuring cable 2, as shown in the embodiments according to FIGS. 1 and 2.
  • the measuring cable 2 connects the piezoelectric sensor 1 indirectly to the measuring amplifier 3.
  • the measuring cable 2 is optional, it may also be missing, then the piezoelectric sensor is connected directly to the measuring amplifier, which is not shown in the figure.
  • the measuring cable 2 can be 50cm or 50m long.
  • the measuring cable 2 can be reversibly or irreversibly connected to the piezoelectric sensor 1.
  • the connection can be a reversible plug connection or an irreversible integral connection.
  • the materials of the measuring cable 2 are designed for permanently high operating temperatures of up to 1200 ° C, but of at least 180 ° C.
  • the area of the sensor housing 10 in which the measuring cable 2 is connected to the piezoelectric sensor 1 therefore has a permanent operating temperature of up to 1200 ° C., but at least 180 ° C.
  • the measuring cable 2 has electrical conductors 22, 22 '.
  • the electrical conductors 22, 22 'of the measuring cable 2 are wires made of electrically conductive material such as pure metals, nickel alloys, cobalt alloys, iron alloys, etc.
  • two first ends of the electrical conductors 22, 22' of the measuring cable are formed 2 two inputs for electrical polarization charges Q, Q 'of the piezoelectric sensor 1.
  • a first electrical conductor 22 of the measuring cable 2 is in electrical contact with the first electrical conductor 12 of the piezoelectric sensor 1
  • a second electrical conductor 22 ′ of the measuring cable 2 is in electrical contact with the second electrical conductor 12 ′ of the piezoelectric sensor 1.
  • a first end of a first electrical conductor 22 of the measuring cable 2 forms an input for electrical polarization charges Q of the piezoelectric sensor 1.
  • the first electrical conductor 22 of the measuring cable 2 is connected to the first electrical conductor 12 of the piezoelectric sensor 1 electrically contacted.
  • the electrical conductors 22, 22 'of the measuring cable 2 derive the electrical polarization charges Q, Q' from the electrical conductors 12, 12 'of the piezoelectric sensor 1.
  • the first electrical conductor 22 of the measuring cable 2 derives negative electrical polarization charges Q which second electrical conductor 22 'of the measuring cable 2 derives positive electrical polarization charges Q'.
  • a second end of the first electrical conductor 22 of the measurement cable 2 forms an output for electrical polarization charges Q of the piezoelectric sensor 1.
  • the first electrical conductor 22 of the measurement cable 2 derives negative electrical polarization charges Q.
  • the measuring cable 2 has a cable jacket 20.
  • the cable sheath 20 has a network of mechanically and thermally Mix-resistant material such as pure metals, nickel alloys, cobalt alloys, iron alloys, etc.
  • the cable sheath 20 protects the electrical conductors 22, 22 'from harmful environmental influences such as impurities (dust, moisture, etc.).
  • the cable sheath 20 also forms an electromagnetic shield and protects the electrical conductors 22, 22 'from electrical and electromagnetic interference effects in the form of electromagnetic radiation.
  • the measuring cable 2 has electrical insulation 23.
  • the electrical insulation 23 insulates the electrical conductors 22, 22 'in the cable sheath 20 electrically from the cable sheath 20.
  • the electrical insulation 23 consists of ther up to temperatures of 1200 ° C, but at least 180 ° C resistant, electrically insulating material such as Ceramic, A ⁇ CU ceramic, sapphire, polytetrafluoroethylene, polyimide, hexafluoropropylene vinylidene fluoride copolymer (FKM), etc.
  • the electrical insulation 23 has a volume resistance at 25 ° C in the order of 10 15 Qcm.
  • the measuring amplifier 3 is connected to the piezoelectric sensor 1.
  • the measuring amplifier 3 can be connected to the piezoe lectric sensor 1, as shown in the embodiments according to FIGS. 1 and 2, indirectly via a measuring cable 2.
  • the measuring amplifier can, however, also be connected directly downstream of the piezoelectric sensor, so that a measuring cable is missing, but this is not shown in the figure.
  • the measuring amplifier 3 can be reversibly or irreversibly connected to the piezoelectric sensor 1 or to the measuring cable 2.
  • the connection can be reversible Plug connection or an irreversible cohesive connection.
  • the materials of the measuring amplifier 3 are designed for persistently high operating temperatures of up to 60 ° C.
  • the measuring amplifier 3 is connected in some areas directly to the piezoelectric sensor 1, which is not shown in the figure, then this area of the measuring amplifier 3 has a permanent operating temperature of at most 60 ° C.
  • the measuring amplifier 3 has a measuring amplifier housing 30.
  • the amplifier housing 30 is made of permanent permanent material such as aluminum, plastic, etc.
  • the amplifier housing 30 protects the electrical circuit from harmful environmental influences such as impurities (dust, moisture, etc.).
  • the amplifier housing 30 also forms an electromagnetic shield and protects the electrical circuit from electrical and electromagnetic interference effects in the form of electromagnetic radiation.
  • the measuring amplifier housing 30 is at a ground potential U 3 .
  • the measuring amplifier 3 has electrical conductors 32, 32 '. Ends of the electrical conductors 32, 32 'form inputs for electrical polarization charges Q, Q' for the electrical circuitry of the measuring amplifier 3.
  • the electrical conductors 32, 32 ' are wires made of electrically conductive material such as pure metals, nickel alloys, cobalt alloys, iron alloys, etc.
  • the electrical conductors 32, 32 'of the measuring amplifier 3 derive the electrical polarization charges Q, Q' for the electrical switching of the measuring amplifier 3.
  • a first electrical conductor 32 of the measuring amplifier 3 is in electrical contact with the first electrical conductor 22 of the measuring cable 2 and derives negative electrical polarization charges Q
  • a second electrical conductor 32 'of the measuring amplifier 3 is connected makes electrical contact with the second electrical conductor 22 'of the measuring cable 2 and derives positive electrical polarization charges Q'.
  • only the first electrical conductor 32 of the measuring amplifier 3 is in electrical contact with the first electrical conductor 22 of the measuring cable 2 and derives negative electrical polarization charges Q.
  • a first electrical conductor of the measuring amplifier is electrically contacted with the first electrical conductor of the piezoelectric sensor, and a second electrical conductor of the measuring amplifier is electrically contacted with the second electrical conductor of the piezoelectric sensor.
  • the measuring amplifier 3 has two charge amplifiers, each consisting of an operational amplifier 33, 33 ', a capacitor 34, 34', an electrical resistor 35, 35 ', and the measuring amplifier 3 has a differential amplifier 37.
  • the measuring amplifier 3 has only one charge amplifier, consisting of an operational on amplifier 33, a capacitor 34 and an electrical resistor 35.
  • the measuring amplifier 3 is at the ground potential Uo.
  • the ground potential Uo of the measuring amplifier 3 is the virtual ground of the measuring amplifier 3.
  • the ground potential Uo of the measuring amplifier 3 is short-circuited to the ground potential U3 of the measuring amplifier housing 3.
  • the operational amplifier 33, 33 ' has a first operational amplifier input 331, 331', a second operational amplifier input 332, 332 'and an operational amplifier output 333, 333'.
  • the electrical polarization charges Q, Q ' are conducted via the electrical conductors 32, 32' of the measuring amplifier 3 to the first operational amplifier inputs 331, 331 '.
  • negative electrical polarization charges Q are present at the first operational amplifier input 331 of a first operational amplifier 33
  • positive electrical polarization charges Q ' are present at the first operational amplifier input 331' of a second operational amplifier 33 '.
  • only negative electrical polarization charges Q are present at the first operational amplifier input 331 of the single operational amplifier 33.
  • the capacitance 34, 34 ' is connected in parallel between the operational amplifier output 333, 333' and the first operational amplifier input 331, 331 '.
  • the operational amplifier 33, 33' is capacitively coupled.
  • the capacitive negative feedback controls the operational amplifier output 333, 333 'in such a way that capacitive negative electrical charges flow from the operational amplifier output 333, 333' via the capacitance 34, 34 'to the first operational amplifier input 332, 332' and that an electrical charge difference is input to the operational amplifier gears 331, 331 ', 332, 332' on the electrical voltage level of the electrical voltage at the second operational amplifier input 332 is held.
  • the electrical resistor 35, 35 ' is also connected in parallel between the operational amplifier output 333, 333' and the first operational amplifier input 331, 331 '.
  • the electrical resistor 35, 35 ' eliminates zero point errors of the operational amplifier 33, 33'.
  • Such zero point errors of the operational amplifier 33, 33 ' have different causes such as an electrical offset voltage at the first operational amplifier input 331, 331' originating from the components of the operational amplifier 33, 33 ', aging of the operational amplifier 33, 33', etc.
  • the operational amplifier 33, 33 ' amplifies the electrical polarization charges Q, Q'.
  • the amplification of the electrical polarization charges Q, Q ' is proportional to the size of the capacitance 34, 34'.
  • Electrical amplifier voltages U, U ' are then present at the operational amplifier outputs 333, 333', which are proportional to the electrical polarization charges Q, Q ', but have an inverted sign.
  • a positive electrical amplifier voltage U is then present at the operational amplifier output 333.
  • a negative electrical amplifier voltage U ' is present at the operational amplifier output 333'.
  • the differential amplifier 37 has two differential amplifier inputs 371, 372 and a differential amplifier output 373.
  • a first differential amplifier input 371 is electrically connected to the operational amplifier output 333 of the first operational amplifier 33, so that the positive electrical amplifier voltage U is present there.
  • a second differential amplifier input 372 is electrically connected to the operational amplifier output 333 of the second operational amplifier 33 ', so that the negative electrical amplifier voltage U' is present there.
  • the differential amplifier 37 forms at the differential amplifier output 373 an electrical output voltage U ′′ of the measuring amplifier 3.
  • the electrical output voltage U ′′ of the measuring amplifier 3 is a difference between the electrical amplifier voltages U, U f applied to the differential amplifier inputs 371, 372.
  • the applied to the Differentialver amplifier inputs 371, 372 electrical amplifier voltages U, U f have different signs and are added to the electrical output voltage U ''.
  • the second embodiment according to FIG. 2 has no differential amplifier, where the electrical amplifier voltage U is an electrical output voltage of the measuring amplifier 3. If the piezoelectric sensor 1 is permanently exposed to a high operating temperature of up to 1200 ° C, an electrical thermal voltage U T , U t 'arises after the Seebeck effect and generates an electrical thermal current I T , I T ' ⁇ Der electrical thermal current I T , I T 'flows via the electrical conductors 12, 12', 22, 22 ', 32, 32' from the piezoelectric sensor 1 to the measuring amplifier 3 and is present as an electrical interference voltage U s , U s ' at the first operation ver stronger inputs 331, 331 '.
  • an electrical interference voltage U s, U s' is present and as long as the the first operational amplifier input 331, 331' abutting electrical interference voltage U s, U s' of the second operational amplifier input 332, 332 'applied electrical voltage U K, U K 'differs in the electrical voltage level, for example when the electrical voltage U K , U k ' applied to the second operational amplifier input 332, 332 'is equal to the ground potential Uo of the measuring amplifier 3, that is to say is equal to an electrical voltage of zero, as long as the capacitive negative feedback increases of the operational amplifier 33, 33 'the electrical interference voltage U s , U s ' applied to the first operational amplifier input 331, 331' to an amplified electrical interference voltage U s *, U s ' * applied to the operational amplifier output 333, 333 '.
  • a compensator 36, 36 ' is electrically connected to the non-vertical, second operational amplifier input 332, 332'.
  • the compensator 36, 36 ' forms the electrical voltage U K , U K ' applied to the second operational amplifier input 332, 332 '.
  • the compensator 36, 36 ' is connected in parallel between the operational amplifier output 333, 333' and the second operational amplifier input 332, 332 '.
  • an amplified electrical interference voltage U s *, U s '* is present at the operational amplifier output 333, 333'
  • the compensator 36, 36 ' changes with the amplified electrical interference voltage U s *, U s ' * the electrical voltage level of the amplifier input at the second operational amplifier 332, 332 'applied voltage U K , U K '.
  • the compensator 36, 36 ' changes the voltage U K , U K ' applied to the second operational amplifier input 332, 332 'until the voltage applied to the second operational amplifier input 332, 332' is identical to the electrical voltage U K , U K ' with the electrical interference voltage U s , U s 'present at the first operational amplifier input 331, 331'.
  • the compensator then generates an electrical compensation voltage U K , U k ', which is present as an electrical voltage U K , U K ' at the second operational amplifier input 332, 332 '.
  • the compensator 36, 36 ' has a controller unit 362, 362'. An input of the controller unit 362, 362 'is indirectly electrically connected to the operational amplifier output 333, 333'. An output of the controller unit 362, 362 'is electrically connected to the second operational amplifier input 332, 332'.
  • the compensator 36, 36 ' changes with the electrical compensation charge I k , Ik' at the second operational amplifier input 332, 332 'applied electrical voltage U K , U k ' TO an electrical compensation voltage U K , U K '.
  • the compensator 36, 36 allows the controller unit 362, 362' to flow in the amount and time as long as electrical compensation charge I k , Ik 'until the compensation voltage U K applied to the second operational amplifier input 332, 332' , U k 'is identical to the electrical interference voltage U s , U s ' applied to the first operational amplifier input 331, 331'.
  • the second operational amplifier input 332, 332' is applied compensation voltage U K, U K 'is identical with the first Operational amplifier input 331, 331 'applied electrical interference voltage U s , U s ', and the electrical interference voltage U s , U s ' is proportional to the size of the operating temperature T of the piezoelectric sensor 1.
  • the compensator 36, 36 ' has a filter unit 361, 361'.
  • Filter unit 361, 361 'and controller unit 362, 362' are connected in series.
  • An input of the filter unit 361, 361 ' is electrically connected to the operational amplifier output 333, 333'.
  • An output of the filter unit 361, 361 ' is electrically connected to the input of the controller unit 362, 362'.
  • the input of the controller unit 362, 362 ' is thus indirectly connected via the filter unit 361, 361' to the operational amplifier output 333, 333 '.
  • the capacitive negative feedback of the operational amplifier 33, 33' produces one amplified electrical interference voltage U s *, U s '* present at the operational amplifier output 333, 333'.
  • the operational amplifier output 333, 333 ' there is then an electrical amplifier voltage U, U' and an amplified electrical interference voltage U s *, U s ' *.
  • the electrical amplifier voltage U, U ' has a time duration from lCv 6 sec to lsec, and Increased electrical interference voltage U s *, U s ' * has a time duration of more than 10 seconds.
  • the compensator 36, 36 ' filters with the filter unit 361, 361' electrical amplifier voltage U, U 'with a time duration from 10 6 sec to lsec and only increased electrical interference voltage U s *, U s ' * with a time Duration of more than 10 seconds reaches controller unit 362, 362 '.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (0) mit einem piezoelektrischen Sensor (1) und einem Messverstärker (3), welcher piezoelektrische Sensor (1) mit dem Messverstärker (3) elektrisch verbunden ist, welcher piezoelektrische Sensor (1) elektrische Polarisationsladungen (Q, Q') liefert, welcher Messverstärker (3) elektrische Polarisationsladungen (Q, Q') des piezoelektrischen Sensors (1) verstärkt; wobei der Messverstärker (3) mindestens einen Operationsverstärker (33, 33') mit zwei Operationsverstärkereingängen (331, 331', 332, 332') und mit einem Operationsverstärkerausgang (333, 333') aufweist, welche elektrischen Polarisationsladungen (Q, Q') an einem ersten Operationsverstärkereingang (331, 331') anliegen; wobei an beiden Operationsverstärkereingängen (331, 331', 332, 332') eine elektrische Spannung (US, US', UK, UK') anliegt, welche elektrische Spannung (US, US', UK, UK') ungleich einem Massepotential (U0) des Messverstärkers (3) ist; und wobei die am ersten Operationsverstärkereingang (331, 331') anliegende elektrische Spannung (US, US') eine elektrische Störspannung (US, US') ist, welche elektrische Störspannung (US, US') von einem im piezoelektrischen Sensor (1) erzeugten elektrischen Thermostrom (IT, IT') stammt.

Description

Sensoranordnung mit einem piezoelektrischen Sensor und mit einem Messverstärker
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit ei nem piezoelektrischen Sensor und mit einem Messverstärker so wie einen Messverstärker für eine solche Sensoranordnung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
[0002] Sensoren sind bekannt. Ein Sensor misst eine physi kalische- oder chemische Messgrösse und liefert ein Messsig nal. Der Sensor ist Teil einer Sensoranordnung, welche aus dem eigentlichen Sensor und einem nachgeschalteten Messver stärker besteht. Der Sensor liefert das Messsignal, das an den Messverstärker abgeleitet wird, und der Messverstärker verstärkt das abgeleitete Messsignal. Sensor und Messverstär ker können über ein Messkabel elektrisch miteinander verbun den sein.
[0003] Sensoren werden vielfältig eingesetzt, beispiels weise zur Messung von Kraft und Drehmoment bei Fügevorgängen oder zur Messung des Zylinderdrucks im Brennraum von Benzin-, Diesel- und Gasmotoren, oder zur Messung von Vibrationen (= Beschleunigungen) in Gasturbinen. Dabei findet oft ein gros ser Wärmeeintrag statt und die Sensoren werden aufgrund von Erwärmung dauerhaft hohen Einsatztemperaturen von bis zu 1200°C ausgesetzt. [0004] Bei solch hohen Einsatztemperaturen wird nicht nur das Material der Sensoren mechanisch stark belastet, sondern es treten auch temperaturinduzierte Effekte auf, welche das Messsignal verfälschen.
[0005] Die Schrift EP2706337A2 bezieht sich auf einen ka pazitiven Sensor zur Messung von Druck bei Spritzgiessvorgän gen. Der kapazitive Sensor ist über eine Membran im direkten Kontakt mit einer Schmelze, die Schmelze ist 400°C und heis- ser. Bei Beaufschlagung mit Schmelze wird die Membran ausge lenkt. Die Membran ist Teil einer elektrischen Kapazität. Die Auslenkung verändert die elektrische Kapazität. Nun tritt bei Temperaturwechsel auch eine temperaturinduzierte Kapazitäts änderung auf. Um die temperaturinduzierte Kapazitätsänderung zu kompensieren, lehrt die Schrift EP2706337A2 parallel zur elektrischen Kapazität eine weitere elektrische Shunt- Kapazität zu schalten. Die elektrische Shunt-Kapazität ist so ausgelegt, dass sie bei Temperaturwechsel, beispielsweise bei steigender Temperatur, eine temperaturindizierte Erhöhung der elektrischen Kapazität durch eine gleich grosse Erniedrigung der elektrischen Shunt-Kapazität kompensiert.
[0006] Die Lehre der Schrift EP2706337A2 eignet sich für kapazitive Sensoren, sie eignet sich jedoch nicht für piezoe lektrische Sensoren.
[0007] Bei piezoelektrischen Sensoren erzeugt piezoelekt risches Material unter der Wirkung einer Kraft elektrische Polarisationsladungen. Die elektrischen Polarisationsladungen sind über Elektroden an Oberflächen des piezoelektrischen Ma terials abgreifbar. Die Anzahl der elektrischen Polarisati- onsladungen ist proportional zur Grösse der auf das piezoe lektrische Material wirkenden Kraft. Die Anzahl der elektri schen Polarisationsladungen ist das Messsignal, sie liefert direkt die Grösse der Kraft.
[0008] Und bei der Ableitung des Messsignals tritt auch eine elektrische Thermospannung auf, welche nach der Lehre der EP2706337A2 nicht kompensiert wird.
[0009] Denn nach dem Seebeck-Effekt entsteht in einem elektrischen Stromkreis aus unterschiedlichen Materialen bei dem mehrere Kontaktstellen verschiedene Temperaturen haben, eine elektrische Thermospannung. Das passiert auch bei einem piezoelektrischen Sensor mit zwei Elektroden und einem Gehäu se, wo zwischen jeder der Elektroden und dem Gehäuse jeweils ein elektrischer Stromkreis gebildet wird, jede der Elektro den und das Gehäuse sind die Kontaktstellen. Bei verschiede nen Temperaturen an den Kontaktstellen entsteht in jedem der elektrischen Stromkreise eine elektrische Thermospannung, die mehrere mV gross sein kann.
[0010] Nun sind piezoelektrische Sensoren sehr empfind lich, sie messen die Kraft mit einer Messempfindlichkeit von rund 4pC/N. Und eine solch geringe Anzahl von elektrischen Polarisationsladungen wird durch die elektrische Thermospan nung im piezoelektrischen Sensor verfälscht.
[0011] Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sensoranordnung mit einem piezoelektrischen Sensor und mit einem Messverstärker bereitzustellen, welche Sensoranordnung einen bei dauerhaften Einsatztemperaturen von bis zu 1200°C im piezoelektrischen Sensor erzeugten elektri- sehe Thermostrom kompensiert. Eine weitere Aufgabe der Erfin dung besteht darin, einen Messverstärker für solch eine Sen soranordnung aufzuzeigen.
Darstellung der Erfindung
[0012] Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch die Merk male der unabhängigen Ansprüche gelöst.
[0013] Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit ei nem piezoelektrischen Sensor und einem Messverstärker, wel cher piezoelektrische Sensor mit dem Messverstärker elektrisch verbunden ist, welcher piezoelektrische Sensor elektrische Polarisationsladungen liefert, welcher Messver stärker elektrische Polarisationsladungen des piezoelektri schen Sensors verstärkt; wobei der Messverstärker mindestens einen Operationsverstärker mit zwei Operationsverstärkerein gängen und mit einem Operationsverstärkerausgang aufweist, welche elektrischen Polarisationsladungen an einem ersten Operationsverstärkereingang anliegen; wobei an beiden Opera tionsverstärkereingängen eine elektrische Spannung anliegt, welche elektrische Spannung ungleich einem Massepotential des Messverstärkers ist; und wobei die am ersten Operationsver stärkereingang anliegende elektrische Spannung eine elektri sche Störspannung ist, welche elektrische Störspannung von einem im piezoelektrischen Sensor erzeugten elektrischen Thermostrom stammt.
[0014] Eine elektrische Thermospannung, welche nach dem Seebeck-Effekt im piezoelektrischen Sensor entsteht, und wel che als elektrische Störspannung am ersten Operationsverstär- kereingang anliegt, kann nicht verhindert werden. Wenn das der Fall ist, wird die elektrische Störspannung von einer ka pazitiven Gegenkopplung des Operationsverstärkers zu einer verstärkten elektrischen Störspannung verstärkt. Denn die ka pazitive Gegenkopplung des Operationsverstärkers regelt die beiden Operationsverstärkereingänge des Operationsverstärkers auf das gleiche elektrische Spannungsniveau. Und das elektri sche Spannungsniveau des zweiten Operationsverstärkereingangs des Operationsverstärkers ist normalerweise gleich dem Masse potential des Messverstärkers, also gleich einer elektrischen Spannung von Null.
[0015] Die verstärkte elektrische Störspannung verfälscht jedoch das Messsignal, welches aus einer elektrischen Aus gangsspannung besteht, die vom Messverstärker aus verstärkten elektrischen Polarisationsladungen gebildet wird.
[0016] Wenn die elektrische Thermospannung nun schon nicht zu verhindern ist, so kann man sie jedoch wirksam kompensie ren. Erfindungsgemäss wird das elektrische Spannungsniveau des zweiten Operationsverstärkereingangs vom elektrischen Spannungsniveau einer elektrischen Spannung von Null auf das elektrische Spannungsniveau der elektrischen Störspannung am ersten Operationsverstärkereingang angehoben, so dass an bei den Operationsverstärkereingängen eine identische elektrische Spannung anliegt.
[0017] Die Erfindung betrifft auch einen Messverstärker für eine solche Sensoranordnung; wobei der Messverstärker ei nen Kompensator aufweist, welcher Kompensator mit dem zweiten Operationsverstärkereingang elektrisch verbunden ist; und wo- bei der Kompensator die am zweiten Operationsverstärkerein gang anliegende elektrische Spannung bildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0018] Im Folgenden wird die Erfindung unter Beizug der Zeichnungen beispielhaft und näher erklärt. Es zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Sensoranordnung 0 mit piezoelektrischem Sensor 1, Messkabel 2 und Messverstär ker 3 mit zwei Ladungsverstärkern und einem Differentialver stärker; und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Sensoranordnung 0 mit piezoelektrischem Sensor 1, Messkabel 2 und Messverstär ker 3 mit nur einem Ladungsverstärker.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0019] Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsformen einer Sensoranordnung 0. Die Sensoranordnung 0 misst als Messgrösse eine Kraft, ein Drehmoment, einen Druck oder eine Beschleuni gung. Die Sensoranordnung 0 umfasst einen piezoelektrischen Sensor 1 und einen Messverstärker 3. Die Funktion des piezoe lektrischen Sensors 1 ist es, elektrische Polarisationsladun gen Q, Q' zu liefern, die an den Messverstärker 3 abgeleitet werden. Die Funktion des Messverstärkers 3 ist es, die elektrischen Polarisationsladungen Q, Q' zu verstärken. [0020] Die Materialien des piezoelektrischen Sensors 1 sind für dauerhaft hohe Einsatztemperaturen von bis zu 1200°C ausgelegt .
[0021] Der piezoelektrische Sensor 1 weist ein piezoelekt risches Sensorelement 11 auf. Das piezoelektrische Sensorele ment 11 ist zylinderförmig oder hohlzylinderförmig und be steht aus piezoelektrischem Kristallmaterial wie aus Quarz (S1O2 Einkristall), Calcium-Gallo-Germanat (Ca3Ga2Ge40i4 oder CGG) , Langasit (LasGasSiO^ oder LGS), Turmalin, Galliumortho- phosphat, usw.
[0022] Die Messgrösse wirkt als Kraft F auf das piezoe lektrische Sensorelement 11. Die Kraft F ist in Fig. 1 und 2 schematisch als Pfeil dargestellt, welche auf eine obere Aus- senfläche des piezoelektrischen Sensorelements 11 wirkt. Un ter der Wirkung der Kraft F erzeugt das piezoelektrische Ma terial elektrische Polarisationsladungen Q, Q' . Die elektri schen Polarisationsladungen Q, Q' sind auf Aussenflachen des piezoelektrischen Sensorelements 11 abgreifbar. Dazu sind die Aussenflachen, an denen die elektrischen Polarisationsladun gen Q, Q' erzeugt werden, vorzugsweise vollständig mit Elekt roden 112, 112' elektrisch kontaktiert. Die Elektroden 112, 112' sind Folien oder Beschichtungen aus elektrisch leitfähi gem Material wie aus Reinmetallen, Nickellegierungen, Kobalt legierungen, Eisenlegierungen, usw. Eine erste Elektrode 112 greift negative elektrische Polarisationsladungen Q von der oberen Aussenfläche ab, und eine zweite Elektrode 112' greift positive elektrische Polarisationsladungen Q' von einer unte ren Aussenfläche ab. Die Elektroden 112, 112' sind mit elektrischen Leitern 12, 12' elektrisch kontaktiert. Die elektrischen Leiter 12, 12' sind Drähte oder Stäbe aus elektrisch leitfähigem Material wie aus Reinmetallen, Nickel legierungen, Kobaltlegierungen, Eisenlegierungen, usw. Die elektrischen Leiter 12, 12' leiten die von den Elektroden 112, 112' abgegriffenen elektrischen Polarisationsladungen Q, Q' ab. Die erste Elektrode 112 ist mit einem ersten elektri schen Leiter 12 elektrisch kontaktiert und leitet negative elektrische Polarisationsladungen Q ab, und die zweite Elekt rode 112' ist mit einem zweiten elektrischen Leiter 12' elektrisch kontaktiert und leitet positive elektrische Pola risationsladungen Q' ab.
[0023] Der piezoelektrische Sensor 1 weist ein Sensorge häuse 10 auf. Das Sensorgehäuse 10 ist aus mechanisch und thermisch beständigem Material wie aus Reinmetallen, Nickel legierungen, Kobaltlegierungen, Eisenlegierungen, usw. Das Sensorgehäuse 10 schützt das piezoelektrische Element 10, die Elektroden 112, 112' und die elektrischen Leiter 12, 12' vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Verunreinigungen (Staub, Feuchtigkeit, usw.) . Das Sensorgehäuse 10 bildet aber auch eine elektromagnetische Abschirmung und schützt das piezoe lektrische Element 10, die Elektroden 112, 112' und die elektrischen Leiter 12, 12' vor elektrischen und elektromag netischen Störeffekten in Form von elektromagnetischer Strah lung. Das Sensorgehäuse 20 liegt auf einem Massepotential Ui.
[0024] Der piezoelektrische Sensor 1 weist eine elektri sche Isolation 13 auf. Die elektrische Isolation 13 besteht aus elektrisch isolierendem und mechanisch steifem Material wie Keramik, A^CU-Keramik, Saphir, usw. Die elektrische Iso lation 13 weist bei 25°C einen spezifischen Durchgangswider- stand Ri, Ri' in der Grössenordnung von 1015Qcm auf. Der spe zifischen Durchgangswiderstand Ri, Ri' sinkt mit steigender Temperatur. Näherungsweise sinkt der spezifischen Durchgangs widerstand Ri, Ri' für einen Anstieg der Temperatur um 100°C um eine Grössenordnung. Bei 500°C beträgt der spezifische Durchgangswiderstand Ri, Ri' also nur noch 1010Qcm, bei 1000°C beträgt der spezifische Durchgangswiderstand Ri, Ri' dann nur noch 105Qcm.
[0025] In der ersten Aus führungs form nach Fig. 1 leiten zwei elektrische Leiter 12, 12' negative und positive elekt rische Polarisationsladungen Q, Q' zum Messverstärker 3 ab. In der ersten Aus führungs form nach Fig. 1 isoliert die elekt rische Isolation 13 deshalb das piezoelektrische Element 10, die beiden Elektroden 112, 112' und die beiden elektrischen Leiter 12, 12' elektrisch gegenüber dem Sensorgehäuse 10.
[0026] In der zweiten Aus führungs form nach Fig. 2 leitet nur der erste elektrische Leiter 12 negative elektrische Po larisationsladungen Q zum Messverstärker 3 ab und der zweite elektrische Leiter 12' leitet positive elektrische Polarisa tionsladungen Q' zum Sensorgehäuse 10 ab. In der zweiten Aus führungsform nach Fig. 2 isoliert die elektrische Isolation 13 daher nur das piezoelektrische Element 10, die erste Elektrode 112 und den ersten elektrischen Leiter 12 elektrisch gegenüber dem Sensorgehäuse 10.
[0027] Zumindest das piezoelektrische Sensorelement 11 ist dauerhaft hohen Einsatztemperaturen von bis zu 1200°C ausge setzt. Denn für eine möglichst genaue Messung wird das piezo elektrische Sensorelement 11 räumlich nahe zur Messgrösse po- sitioniert und es findet ein grosser Wärmeeintrag statt. An dere Bereiche des piezoelektrischen Sensors 1 können eine tiefere dauerhafte Einsat ztemperatur haben, insbesondere, wenn sie räumlich entfernt zur Messgrösse sind und Wärmeein trag und Erwärmung dort geringer ist. Üblicherweise leiten die elektrischen Leiter 12, 12' die elektrischen Polarisati onsladungen Q, Q' in einen Bereich des Sensorgehäuses 10 ab, der eine tiefere dauerhafte Einsat ztemperatur hat. Zwei Enden der elektrischen Leiter 12, 12' bilden Ausgänge für elektri sche Polarisationsladungen Q, Q' des piezoelektrischen Sen sors 1.
[0028] Somit sind das piezoelektrische Sensorelement 11 und das Sensorgehäuse 10 verschiedenen dauerhaften Einsatz temperaturen ausgesetzt und nach dem Seebeck-Effekt entsteht im piezoelektrischen Sensor 1 eine elektrische Thermospannung UT, Ut' , welche sich wie folgt formulieren lässt:
UT = IT * Ri
UT' = It' * Ri'
[0029] Mit Ri, Ri' wird ein elektrischer Thermowiderstand zwischen den Elektroden 112, 112' und dem auf Massepotential
Ui liegenden Sensorgehäuse 10 bezeichnet. Die elektrische Thermospannung UT, UT' erzeugt einen elektrischen Thermostrom It, It' · Der elektrische Thermostrom IT, IT' . fliesst über die elektrischen Leiter 12, 12':
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[0030] Die Sensoranordnung 0 kann ein Messkabel 2 aufwei sen, wie in den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 darge stellt. Das Messkabel 2 verbindet den piezoelektrischen Sen sor 1 indirekt mit dem Messverstärker 3. Das Messkabel 2 ist optional, es kann auch fehlen, dann ist der piezoelektrische Sensor direkt mit dem Messverstärker verbunden, was figürlich nicht dargestellt ist. Das Messkabel 2 kann 50cm oder auch 50m lang sein.
[0031] Das Messkabel 2 kann reversibel oder irreversibel mit dem piezoelektrischen Sensor 1 verbunden sein. Die Ver bindung kann eine reversible Steckverbindung oder eine irre versible stoffschlüssige Verbindung sein.
[0032] Die Materialien des Messkabels 2 sind für dauerhaft hohe Einsatztemperaturen von bis zu 1200°C, jedoch von min destens 180°C ausgelegt. Der Bereich des Sensorgehäuses 10, in dem das Messkabel 2 mit dem piezoelektrischen Sensor 1 verbunden ist, weist also eine dauerhafte Einsatztemperatur von bis zu 1200°C, jedoch von mindestens 180°C auf.
[0033] Das Messkabel 2 weist elektrische Leiter 22, 22' auf. Die elektrischen Leiter 22, 22' des Messkabels 2 sind Drähte aus elektrisch leitfähigem Material wie aus Reinmetal len, Nickellegierungen, Kobaltlegierungen, Eisenlegierungen, usw. In der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 bilden zwei erste Enden der elektrischen Leiter 22, 22' des Messkabels 2 zwei Eingänge für elektrische Polarisationsladungen Q, Q' des piezoelektrischen Sensors 1. Ein erster elektrischer Leiter 22 des Messkabels 2 ist mit dem ersten elektrischen Leiter 12 des piezoelektrischen Sensors 1 elektrisch kontaktiert, und ein zweiter elektrischer Leiter 22' des Messkabels 2 ist mit dem zweiten elektrischen Leiter 12' des piezoelektrischen Sensors 1 elektrisch kontaktiert. In der zweiten Ausführungs form nach Fig. 2 bildet ein erstes Ende eines ersten elektri schen Leiters 22 des Messkabels 2 einen Eingang für elektri sche Polarisationsladungen Q des piezoelektrischen Sensors 1. Der erste elektrische Leiter 22 des Messkabels 2 ist mit dem ersten elektrischen Leiter 12 des piezoelektrischen Sensors 1 elektrisch kontaktiert.
[0034] Die elektrischen Leiter 22, 22' des Messkabels 2 leiten die elektrischen Polarisationsladungen Q, Q' von den elektrischen Leitern 12, 12' des piezoelektrischen Sensors 1 ab. In der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 bilden zwei zweite Enden der elektrischen Leiter 22, 22' Ausgänge für elektrischen Polarisationsladungen Q, Q' des piezoelektri schen Sensors 1. Der erste elektrische Leiter 22 des Messka bels 2 leitet negative elektrische Polarisationsladungen Q ab, der zweite elektrische Leiter 22' des Messkabels 2 leitet positive elektrische Polarisationsladungen Q' ab. In der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2 bildet ein zweites Ende des ersten elektrischen Leiters 22 des Messkabels 2 einen Ausgang für elektrische Polarisationsladungen Q des piezoe lektrischen Sensors 1. Der erste elektrische Leiter 22 des Messkabels 2 leitet negative elektrische Polarisationsladun gen Q ab .
[0035] Das Messkabel 2 weist einen Kabelmantel 20 auf. Der Kabelmantel 20 weist ein Geflecht aus mechanisch und ther- misch beständigem Material wie aus Reinmetallen, Nickellegie rungen, Kobaltlegierungen, Eisenlegierungen, usw. Der Kabel mantel 20 schützt die elektrischen Leiter 22, 22' vor schäd lichen Umwelteinflüssen wie Verunreinigungen (Staub, Feuch tigkeit, usw.) . Der Kabelmantel 20 bildet aber auch eine elektromagnetische Abschirmung und schützt die elektrischen Leiter 22, 22' vor elektrischen und elektromagnetischen Stör effekten in Form von elektromagnetischer Strahlung.
[0036] Das Messkabel 2 weist eine elektrische Isolation 23 auf. Die elektrische Isolation 23 isoliert die elektrischen Leiter 22, 22' im Kabelmantel 20 elektrisch gegenüber dem Ka belmantel 20. Die elektrische Isolation 23 besteht aus ther misch bis zu Temperaturen von 1200°C, jedoch von mindestens 180°C beständigem, elektrisch isolierendem Material wie Kera mik, A^CU-Keramik, Saphir, Polytetrafluorethylen, Polyimid, Hexafluorpropylenvinylidenfluorid-Copolymer (FKM), usw. Die elektrische Isolation 23 weist bei 25°C einen spezifischen Durchgangswiderstand in der Grössenordnung von 1015Qcm auf.
[0037] Der Messverstärker 3 ist dem piezoelektrischen Sen sor 1 nachgeschaltet. Der Messverstärker 3 kann dem piezoe lektrischen Sensor 1, wie in den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 dargestellt, indirekt über ein Messkabel 2 nachge schaltet sein. Der Messverstärker kann dem piezoelektrischen Sensor aber auch direkt nachgeschaltet sein, sodass ein Mess kabel fehlt, was figürlich jedoch nicht dargestellt ist.
[0038] Der Messverstärker 3 kann reversibel oder irrever sibel mit dem piezoelektrischen Sensor 1 oder mit dem Messka bel 2 verbunden sein. Die Verbindung kann eine reversible Steckverbindung oder eine irreversible stoffschlüssige Ver bindung sein.
[0039] Die Materialien des Messverstärkers 3 sind für dau erhaft hohe Einsatztemperaturen von bis zu 60°C ausgelegt. Der Bereich des Messverstärkergehäuses 30, in dem der Mess verstärker 3 in der Ausführungsform nach Fig. 1 mit dem Mess kabel 2 verbunden ist, weist also eine dauerhafte Einsatztem peratur von höchstens 60°C auf. Das Gleiche gilt, wenn der Messverstärker 3 bereichsweise direkt mit dem piezoelektri schen Sensor 1 verbunden ist, was figürlich nicht dargestellt ist, dann weist dieser Bereich des Messverstärkers 3 eine dauerhafte Einsatztemperatur von höchstens 60°C auf.
[0040] Der Messverstärker 3 weist ein Messverstärkergehäu se 30 auf. Das Messverstärkergehäuse 30 ist aus dauerhaft be ständigem Material wie Aluminium, Kunststoff, usw. Das Mess verstärkergehäuse 30 schützt die elektrische Schaltung vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Verunreinigungen (Staub, Feuchtigkeit, usw.) . Der Messverstärkergehäuse 30 bildet aber auch eine elektromagnetische Abschirmung und schützt die elektrische Schaltung vor elektrischen und elektromagneti schen Störeffekten in Form von elektromagnetischer Strahlung. Das Messverstärkergehäuse 30 liegt auf einem Massepotential U3.
[0041] Der Messverstärker 3 weist elektrische Leiter 32, 32' auf. Enden der elektrischen Leiter 32, 32' bilden Eingän ge für elektrische Polarisationsladungen Q, Q' zur elektri schen Schaltung des Messverstärkers 3. Die elektrischen Lei ter 32, 32' sind Drähte aus elektrisch leitfähigem Material wie aus Reinmetallen, Nickellegierungen, Kobaltlegierungen, Eisenlegierungen, usw. Die elektrischen Leiter 32, 32' des Messverstärkers 3 leiten die elektrischen Polarisationsladun gen Q, Q' zur elektrischen Schaltung des Messverstärkers 3 ab. In der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein erster elektrischer Leiter 32 des Messverstärkers 3 mit dem ersten elektrischen Leiter 22 des Messkabels 2 elektrisch kontak tiert und leitet negative elektrische Polarisationsladungen Q ab, und ein zweiter elektrischer Leiter 32' des Messverstär kers 3 ist mit dem zweiten elektrischen Leiter 22' des Mess kabels 2 elektrisch kontaktiert und leitet positive elektri sche Polarisationsladungen Q' ab. In der zweiten Ausführungs form nach Fig. 2 ist nur der erste elektrische Leiter 32 des Messverstärkers 3 mit dem ersten elektrischen Leiter 22 des Messkabels 2 elektrisch kontaktiert und leitet negative elektrische Polarisationsladungen Q ab. In einer figürlich nicht dargestellten Ausführungsform ist ein erster elektri scher Leiter des Messverstärkers mit dem ersten elektrischen Leiter des piezoelektrischen Sensors elektrisch kontaktiert, und ein zweiter elektrischer Leiter des Messverstärkers ist mit dem zweiten elektrischen Leiter des piezoelektrischen Sensors elektrisch kontaktiert.
[ 0042 ] In der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Messverstärker 3 zwei Ladungsverstärker, bestehend aus je ei nem Operationsverstärker 33, 33', einem Kondensator 34, 34', einem elektrischen Widerstand 35, 35' auf, und der Messver stärker 3 weist einen Differentialverstärker 37 auf. In der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2 weist der Messverstärker 3 nur einen Ladungsverstärker, bestehend aus einem Operati- onsverstärker 33, einem Kondensator 34 und einem elektrischen Widerstand 35 auf.
[0043] Der Messverstärker 3 liegt auf dem Massepotential Uo- Beim Massepotential Uo des Messverstärkers 3 handelt es sich um die virtuelle Masse des Messverstärkers 3. Das Masse potential Uo des Messverstärkers 3 ist mit dem Massepotential U3 des Messverstärkergehäuses 3 kurzgeschlossen.
[0044] Der Operationsverstärker 33, 33' weist einen ersten Operationsverstärkereingang 331, 331', einen zweiten Operati onsverstärkereingang 332, 332' und einen Operationsverstär kerausgang 333, 333' auf. Die ersten Operationsverstärkerein gänge 331, 331' sind invertierend und in Fig. 1 und 2 mit Mi nus (-) gekennzeichnet. Die zweiten Operationsverstärkerein gänge 332, 332' sind nicht invertierend und in Fig. 1 und 2 mit Plus (+) gekennzeichnet.
[0045] Die elektrischen Polarisationsladungen Q, Q' werden über die elektrischen Leiter 32, 32' des Messverstärkers 3 an die ersten Operationsverstärkereingänge 331, 331' geführt. In der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 liegen negative elekt rische Polarisationsladungen Q am ersten Operationsverstärke reingang 331 eines ersten Operationsverstärkers 33 an, und positive elektrische Polarisationsladungen Q' liegen am ers ten Operationsverstärkereingang 331' eines zweiten Operati onsverstärkers 33' an. In der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2 liegen nur negative elektrische Polarisationsladungen Q am ersten Operationsverstärkereingang 331 des einzigen Ope rationsverstärkers 33 an. [0046] Die Kapazität 34, 34' ist parallel zwischen dem Operationsverstärkerausgang 333, 333' und dem ersten Operati onsverstärkereingang 331, 331' geschaltet. Durch die Kapazi tät 34, 34' wird der Operationsverstärker 33, 33' kapazitiv gegengekoppelt. Die kapazitive Gegenkopplung steuert den Ope rationsverstärkerausgang 333, 333' so, dass vom Operations verstärkerausgang 333, 333' kapazitiv gegengekoppelte elekt rische Ladungen über die Kapazität 34, 34' zum ersten Opera tionsverstärkereingang 332, 332' fliessen und dass eine elektrische Ladungsdifferenz an den Operationsverstärkerein gängen 331, 331', 332, 332' auf dem elektrischen Spannungsni veau der elektrischen Spannung am zweiten Operationsverstär kereingang 332 gehalten wird.
[0047] Auch der elektrische Widerstand 35, 35' ist paral lel zwischen dem Operationsverstärkerausgang 333, 333' und dem ersten Operationsverstärkereingang 331, 331' geschaltet. Der elektrische Widerstand 35, 35' eliminiert Nullpunktsfeh ler des Operationsverstärkers 33, 33' . Solche Nullpunktsfeh ler des Operationsverstärkers 33, 33' haben unterschiedliche Ursachen wie eine von den Bauelementen des Operationsverstär kers 33, 33' stammende elektrische Offset-Spannung am ersten Operationsverstärkereingang 331, 331', eine Alterung des Ope rationsverstärkers 33, 33' , usw.
[0048] Der Operationsverstärker 33, 33' verstärkt die elektrischen Polarisationsladungen Q, Q' . Die Verstärkung der elektrischen Polarisationsladungen Q, Q' ist proportional zur Grösse der Kapazität 34, 34'. An den Operationsverstärkeraus gängen 333, 333' liegen dann elektrische Verstärkerspannungen U, U' an, die proportional zu den elektrischen Polarisations- ladungen Q, Q' sind, jedoch ein invertiertes Vorzeichen ha ben. Also am Operationsverstärkerausgang 333 liegt dann eine positive elektrische Verstärkerspannung U an. Und am Operati onsverstärkerausgang 333' liegt dann eine negative elektri sche Verstärkerspannung U' an.
[0049] In der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 weist der Differentialverstärker 37 zwei Differentialverstärkereingänge 371, 372 und einen Differentialverstärkerausgang 373 auf. Ein erster Differentialverstärkereingang 371 ist elektrisch mit dem Operationsverstärkerausgang 333 des ersten Operationsver stärkers 33 verbunden, so dass dort die positive elektrische Verstärkerspannung U anliegt. Und ein zweiter Differential verstärkereingang 372 ist elektrisch mit dem Operationsver stärkerausgang 333 des zweiten Operationsverstärkers 33' ver bunden, so dass dort die negative elektrische Verstärkerspan nung U' anliegt. Der Differentialverstärker 37 bildet am Dif ferentialverstärkerausgang 373 eine elektrische Ausgangsspan nung U'' des Messverstärkers 3. Die elektrische Ausgangsspan nung U'' des Messverstärkers 3 ist eine Differenz der an den Differentialverstärkereingängen 371, 372 anliegenden elektri schen Verstärkerspannungen U, Uf . Die an den Differentialver stärkereingängen 371, 372 anliegenden elektrischen Verstär kerspannungen U, Uf haben unterschiedliche Vorzeichen und werden zur elektrischen Ausgangsspannung U'' addiert.
[0050] Die zweite Ausführungsform nach Fig. 2 weist keinen Differentialverstärker auf, dort ist die elektrische Verstär kerspannung U eine elektrische Ausgangsspannung des Messver stärkers 3. [ 0051 ] Wenn der piezoelektrische Sensor 1 dauerhaft einer hohen Einsatztemperatur von bis zu 1200°C ausgesetzt ist, entsteht nach dem Seebeck-Effekt eine elektrische Thermospan nung UT, Ut' und erzeugt einen elektrische Thermostrom IT, IT' · Der elektrische Thermostrom IT, IT' fliesst über die elektrischen Leiter 12, 12', 22, 22 ' , 32, 32' vom piezoe lektrischen Sensor 1 zum Messverstärker 3 und liegt als elektrische Störspannung Us, Us' an den ersten Operationsver stärkereingängen 331, 331' an.
[ 0052 ] Sobald also am ersten Operationsverstärkereingang
331, 331' eine elektrische Störspannung Us, Us' anliegt und solange sich die am ersten Operationsverstärkereingang 331, 331' anliegende elektrische Störspannung Us, Us' von der am zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' anliegenden elektrischen Spannung UK, UK' im elektrischen Spannungsniveau unterscheidet, beispielsweise wenn die am zweiten Operations verstärkereingang 332, 332' anliegende elektrische Spannung UK, Uk' gleich dem Massepotential Uo des Messverstärkers 3 ist, also gleich einer elektrischen Spannung von Null ist, solange verstärkt die kapazitive Gegenkopplung des Operati onsverstärkers 33, 33' die am ersten Operationsverstärkerein gang 331, 331' anliegende elektrische Störspannung Us, Us' zu einer am Operationsverstärkerausgang 333, 333' anliegenden verstärkten elektrischen Störspannung Us*, Us' * . Denn die ka pazitive Gegenkopplung des Operationsverstärkers 33, 33' re gelt die am ersten Operationsverstärkereingang 331, 331' an liegende elektrische Störspannung Us, Us' auf das elektrische Spannungsniveau der am zweiten Operationsverstärkereingang
332, 332' anliegenden elektrischen Spannung UK, UK' , und so lange sich die an den beiden Operationsverstärkereingängen 331, 331', 332, 332' anliegenden elektrischen Spannungen Us, Us UK, Uk' voneinander unterscheiden, erzeugt die kapazitive Gegenkopplung des Operationsverstärkers 33, 33' die am Opera tionsverstärkerausgang 333, 333' anliegende verstärkte elekt rische Störspannung Us*, Us' * .
[0053] Nun ist ein Kompensator 36, 36' mit dem nicht in vertierenden, zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' elektrisch verbunden. Der Kompensator 36, 36' bildet die am zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' anliegende elektrische Spannung UK, UK' .
[0054] Der Kompensator 36, 36' ist parallel zwischen dem Operationsverstärkerausgang 333, 333' und dem zweiten Opera tionsverstärkereingang 332, 332' geschaltet. Wenn am Operati onsverstärkerausgang 333, 333' eine verstärkte elektrische Störspannung Us*, Us' * anliegt, verändert der Kompensator 36, 36' mit der verstärkten elektrischen Störspannung Us*, Us' * das elektrische Spannungsniveau der am zweiten Operationsver stärkereingang 332, 332' anliegende elektrische Spannung UK, UK' .
[0055] Der Kompensator 36, 36' verändert die am zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' anliegende elektrische Spannung UK, UK' so lange, bis die am zweiten Operationsver stärkereingang 332, 332' anliegende elektrische Spannung UK, UK' identisch mit der am ersten Operationsverstärkereingang 331, 331' anliegenden elektrische Störspannung Us, Us' ist. Der Kompensator erzeugt dann also eine elektrische Kompensa tionsspannung UK, Uk' , welche als elektrische Spannung UK, UK' am zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' anliegt. [0056] Der Kompensator 36, 36' weist eine Reglereinheit 362, 362' auf. Ein Eingang der Reglereinheit 362, 362' ist indirekt mit dem Operationsverstärkerausgang 333, 333' elektrisch verbunden. Ein Ausgang der Reglereinheit 362, 362' ist mit dem zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' elektrisch verbunden.
[0057] Der Kompensator 36, 36' lässt mit Reglereinheit 362, 362' elektrische Kompensationsladung Ik, Ik' der ver stärkten elektrischen Störspannung Us*, Us' * vom Operations verstärkerausgang 333, 333' zum zweiten Operationsverstärker eingang 332, 332' fliessen.
[0058] Der Kompensator 36, 36' verändert mit der elektri schen Kompensationsladung Ik, Ik' die am zweiten Operations verstärkereingang 332, 332' anliegende elektrische Spannung UK, Uk' ZU einer elektrischen Kompensationsspannung UK, UK' .
[0059] Der Kompensator 36, 36' lässt mit der Reglereinheit 362, 362' in der Menge so viel und zeitlich so lange elektri sche Kompensationsladung Ik, Ik' fliessen, bis die am zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' anliegende Kompensati onsspannung UK, Uk' identisch mit der am ersten Operations verstärkereingang 331, 331' anliegenden elektrische Störspan nung Us, Us' ist. Denn sobald die an den beiden Operations verstärkereingängen 331, 331', 332, 332' anliegenden elektri schen Spannungen Us, Us' , UK, UK' identisch miteinander sind, erzeugt die kapazitive Gegenkopplung des Operationsverstär kers 33, 33' keine am Operationsverstärkerausgang 333, 333' anliegende verstärkte elektrische Störspannung Us*, Us' * mehr . [0060] Ein elektrisches Spannungsniveau der elektrischen Kompensationsspannung UK, UK' ist ein Messsignal für eine Einsatztemperatur T des piezoelektrischen Sensors 1. Denn die am zweiten Operationsverstärkereingang 332, 332' anliegende Kompensationsspannung UK, UK' ist identisch mit der am ersten Operationsverstärkereingang 331, 331' anliegenden elektrische Störspannung Us, Us' , und die elektrische Störspannung Us, Us' ist proportional zur Grösse der Einsatztemperatur T des pie zoelektrischen Sensors 1.
[0061] Der Kompensator 36, 36' weist eine Filtereinheit 361, 361' auf. Filtereinheit 361, 361' und Reglereinheit 362, 362' sind in Reihe geschaltet. Ein Eingang der Filtereinheit 361, 361' ist mit dem Operationsverstärkerausgang 333, 333' elektrisch verbunden. Ein Ausgang der Filtereinheit 361, 361' ist mit dem Eingang der Reglereinheit 362, 362' elektrisch verbunden. Der Eingang der Reglereinheit 362, 362' ist also über die Filtereinheit 361, 361' indirekt mit dem Operations verstärkerausgang 333, 333' elektrisch verbunden.
[0062] Solange sich die an den beiden Operationsverstärke reingängen 331, 331', 332, 332' anliegenden elektrischen Spannungen Us, Us' , UK, UK' voneinander unterscheiden, erzeugt die kapazitive Gegenkopplung des Operationsverstärkers 33, 33' eine am Operationsverstärkerausgang 333, 333' anliegende verstärkte elektrische Störspannung Us*, Us' * . Am Operations verstärkerausgang 333, 333' liegen dann eine elektrische Ver stärkerspannung U, U' und eine verstärkte elektrische Stör spannung Us*, Us' * an. Die elektrische Verstärkerspannung U, U' hat eine zeitliche Dauer von lCv6sec bis lsec, und die verstärkte elektrische Störspannung Us*, Us' * hat eine zeit liche Dauer von mehr als lOsec.
[ 0063 ] Der Kompensator 36, 36' filtert mit der Filterein heit 361, 361' elektrische Verstärkerspannung U, U' mit einer zeitlichen Dauer von 10 6sec bis lsec und nur verstärkte elektrische Störspannung Us*, Us' * mit einer zeitlichen Dauer von mehr als lOsec gelangt zur Reglereinheit 362, 362' .
Bezugs zeichenli ste
0 Sensoranordnung
1 Piezoelektrischer Sensor
2 Anschlusskabel
3 MessVerstärker
10 Sensorgehäuse
11 Piezoelektrisches Element
12, 12' Elektrische Leiter im Sensorgehäuse
13 Elektrische Isolation des piezoelektrischen
Sensors
20 Kabelmantel
22, 22' Elektrische Leiter im Kabelmantel
23 Elektrische Isolation des Anschlusskabels
30 Messverstärkergehäuse
32, 32' Elektrische Leiter im Messverstärkergehäuse
33, 33' Operationsverstärker
34, 34' Kapazität
35, 35' Elektrischer Widerstand
3 6, 3 6' Kompensator
37 DifferentialVerstärker
112, 112' Elektrode
331, 331' Erster Operationsverstärkereingang
332, 332' Zweiter Operationsverstärkereingang
333, 333' Operationsverstärkerausgang
37 1 Erster DifferentialVerstärkereingang
372 Zweiter DifferentialVerstärkereingang
373 DifferentialVerstärkerausgang
3 61, 3 61' Filtereinheit
3 62, 3 62' Reglereinheit
F Kraft
Elektrischer Thermostrom
Q, Q Elektrische Polarisationsladungen Ri, Ri Elektrischer Thermowiderstand des piezoe lektrischen Sensors
T Einsatztemperatur vom piezoelektrischen Sensor
U, U' Elektrische Verstärkerspannung
U' ' Elektrische Ausgangsspannung
U0 Massepotential des Messverstärkers
Ui Massepotential des Sensorgehäuses
U3 Massepotential des Messverstärkergehäuses
UK,UK' Elektrische KompensationsSpannung
Ut, Ut' Elektrische Thermospannung
Us, Us' Elektrische Störspannung
Us*, Us'* Verstärkte elektrische Störspannung

Claims

Patentansprüche
1. Sensoranordnung (0) mit einem piezoelektrischen Sensor (1) und einem Messverstärker (3), welcher piezoelektrische Sensor (1) mit dem Messverstärker (3) elektrisch verbunden ist, welcher piezoelektrische Sensor (1) elektrische Pola risationsladungen (Q, Q' ) liefert, welcher Messverstärker (3) elektrische Polarisationsladungen (Q, Q' ) des piezoe lektrischen Sensors (1) verstärkt; wobei der Messverstär ker (3) mindestens einen Operationsverstärker (33, 33') mit zwei Operationsverstärkereingängen (331, 331', 332,
332') und mit einem Operationsverstärkerausgang (333, 333' ) aufweist, welche elektrischen Polarisationsladungen (Q, Q' ) an einem ersten Operationsverstärkereingang (331, 331') anliegen; dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Operationsverstärkereingängen (331, 331', 332, 332') eine elektrische Spannung (Us, Us' , UK, UK' ) anliegt, welche elektrische Spannung (Us, Us' , UK, UK' ) ungleich einem Mas sepotential (Uo) des Messverstärkers (3) ist; und dass die am ersten Operationsverstärkereingang (331, 331') anlie gende elektrische Spannung (Us, Us' ) eine elektrische Stör spannung (Us, Us' ) ist, welche elektrische Störspannung (Us, Us' ) von einem im piezoelektrischen Sensor (1) erzeug ten elektrischen Thermostrom (IT, IT' ) stammt.
2. Sensoranordnung (0) nach Anspruch 1; dadurch gekennzeich net, dass der piezoelektrische Sensor (1) über elektrische Leiter (12, 12', 32, 32') mit dem Messverstärker (3) elektrisch verbunden ist; und dass bei dauerhaft hohen Einsatztemperaturen von bis zu 1200°C ein elektrischer Thermostrom (IT, IT' ) vom piezoelektrischen Sensor (1) über die elektrischen Leiter (12, 12', 22, 22', 32, 32') zum ersten Operationsverstärkereingang (331, 331') fliesst.
3. Sensoranordnung (0) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenn sich die am ersten Ope rationsverstärkereingang (331, 331') anliegende elektri sche Störspannung (Us, Us' ) und die am zweiten Operations verstärkereingang (332, 332') anliegende elektrische Span nung (UK, Uk' ) im elektrischen Spannungsniveau voneinander unterscheiden, eine kapazitive Gegenkopplung des Operati onsverstärkers (33, 33') ein elektrisches Spannungsniveau der am ersten Operationsverstärkereingang (331, 331') an liegende elektrische Störspannung (Us, Us' ) auf ein elekt risches Spannungsniveau der am zweiten Operationsverstär kereingang (332, 332') anliegenden elektrischen Spannung
(UK, Uk' ) regelt und dabei am Operationsverstärkerausgang (333, 333') eine verstärkte elektrische Störspannung (Us*,
Us' * ) erzeugt .
4. Messverstärker (3) zur Verwendung in der Sensoranordnung
(0) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass der Messverstärker (3) einen Kompensator (36, 36') aufweist, welcher Kompensator (36, 36') mit dem zwei ten Operationsverstärkereingang (332, 332') elektrisch verbunden ist; und dass der Kompensator (36, 36') die am zweiten Operationsverstärkereingang (332, 332') anliegende elektrische Spannung (UK, UK' ) bildet.
5. Messverstärker (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass der Kompensator (36, 36') parallel zwischen dem Operationsverstärkerausgang (333, 333') und dem Operati onsverstärkereingang (332, 332') geschaltet ist.
6. Messverstärker (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass wenn sich die am ersten Operationsverstärkerein gang (331, 331') anliegende elektrische Störspannung (Us,
Us' ) und die am zweiten Operationsverstärkereingang (332, 332') anliegende elektrische Spannung (UK, UK' ) im elektri schen Spannungsniveau voneinander unterscheiden, am Opera tionsverstärkerausgang (333, 333') eine verstärkte elekt rische Störspannung (Us*, Us'*) anliegt; und dass der Kom pensator (36, 36') mit der verstärkten elektrischen Stör spannung (Us*, Us'*) das elektrische Spannungsniveau der am zweiten Operationsverstärkereingang (332, 332') anliegende elektrische Spannung (UK, UK' ) verändert.
7. Messverstärker (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass der Kompensator (36, 36') die am zweiten Opera tionsverstärkereingang (332, 332') anliegende elektrische
Spannung (UK, UK' ) so lange verändert, bis die am zweiten Operationsverstärkereingang (332, 332') anliegende elekt rische Spannung (UK, UK' ) identisch mit der am ersten Ope rationsverstärkereingang (331, 331') anliegenden elektri sche Störspannung (Us, Us' ) ist.
8. Messverstärker (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass der Kompensator (36, 36') eine Reglereinheit
(362, 3 62') aufweist; und dass ein Ausgang der Reglerein heit (362, 3 62') mit dem zweiten Operationsverstärkerein gang (332, 332') elektrisch verbunden ist.
9. Messverstärker (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, dass der Kompensator (36, 36') mit der Reglereinheit
(362, 3 62') elektrische Kompensationsladung (Ik, Ik' ) der verstärkten elektrischen Störspannung (Us*, Us'*) vom Ope rationsverstärkerausgang (333, 333') zum zweiten Operati onsverstärkereingang (332, 332') fliessen lässt.
10. Messverstärker (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, dass der Kompensator (36, 36') mit der elektrischen
Kompensationsladung (Ik, Ik' ) die am zweiten Operationsver stärkereingang (332, 332') anliegende elektrische Spannung
(UK, Uk' ) zu einer elektrischen Kompensationsspannung (UK, UK' ) verändert.
11. Messverstärker (3) nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kompensator (36, 36') mit der Reg lereinheit (362, 3 62') in der Menge so viel und zeitlich so lange elektrische Kompensationsladung (Ik, Ik' ) *) vom
Operationsverstärkerausgang (333, 333') zum zweiten Opera tionsverstärkereingang (332, 332') fliessen lässt, bis am zweiten Operationsverstärkereingang (332, 332') anliegende
Kompensationsspannung (UK, UK' ) identisch mit der am ersten Operationsverstärkereingang (331, 331') anliegenden elekt rische Störspannung (Us, Us' ) ist.
12. Messverstärker (3) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Spannungsni veau der elektrischen Kompensationsspannung (UK, UK' ) ein Messsignal für eine Einsatztemperatur (T) des piezoe lektrischen Sensors (1) ist.
13. Messverstärker (3) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator (36, 36') ei ne Filtereinheit (361, 361') aufweist; und dass ein Ein gang der Filtereinheit (361, 361') mit dem Operationsver stärkerausgang (333, 333') elektrisch verbunden ist; dass die Filtereinheit (361, 361') und die Reglereinheit (362,
362' ) in Reihe geschaltet sind; und dass ein Ausgang der Filtereinheit (361, 361') mit einem Eingang der Reglerein heit (362, 362') elektrisch verbunden ist.
14. Messverstärker (3) nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass am Operationsverstärkerausgang (333, 333') eine elektrische Verstärkerspannung (U, U' ) und die ver stärkte elektrische Störspannung (Us*, Us'*) anliegen; dass elektrische Verstärkerspannung (U, U' ) eine zeitliche Dau er von lCü6sec bis lsec hat; und dass die verstärkte elekt rische Störspannung (Us*, Us'*) eine zeitliche Dauer von mehr als lOsec hat.
15. Messverstärker (3) nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kompensator (36, 36') mit der Fil tereinheit (361, 361') elektrische Verstärkerspannung (U,
U' ) mit einer zeitlichen Dauer von lCv6sec bis lsec filtert und nur verstärkte elektrische Störspannung (Us*, Us'*) mit einer zeitlichen Dauer von mehr als lOsec zur Reglerein heit (362, 362') gelangt.
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