DE2137237A1 - PRESSURE TRANSDUCER - Google Patents

Description

Druckwandl er Die Erfindung betrifft einen Druckwandler, insbesondere zur Messung des Blutdruckes# der auf Druck ansprechende Bauelemente, der z.B. Halbleiterdehnmeßstreifen enthält, die mit einer Membran mechanisch verbunden sind. Pressure transducer The invention relates to a pressure transducer, in particular for measuring blood pressure # the pressure-sensitive components, e.g. semiconductor strain gauges which are mechanically connected to a membrane.

Eu#r technische Zwecke, auch für die Blutdruckmessung, wird die Veränderung des Widerstandes eines Leiters ~durch Veränderung seiner Abmessungen und durch Verändern seines inneren Spannungszustandes ausgenutzt.The change will be for your technical purposes, including for measuring blood pressure the resistance of a conductor ~ by changing its dimensions and by changing it exploited its inner state of tension.

ist ein Druckwandler nach dem Dehnungsmeßprinzip bekannt, der als druckempfindliche Elemente Konstantandraht besitzt Beim Dehnen eines Drahtes wird einmal dessen Länge vergrößert und dabei sein Querschnitt verkleinert, andererseits wird durch innere Strukturänderung der spezifische Widerstand geändert# Bei der Anordnung werden vier Widerstandsdrähte verwendet. Diese sind zu einer Widerstandsbrücke zusammengeschaltet, die sowohl in Bezug auf Empfindlichkeit und auf Temperaturstabilität günstige Eigenschaften aufweist. Die Widerstandsdrähte sind mechanisch so angeordnet, daß in zwei gegenüberliegenden Zweigen der Widerstand vergrößert bzw. verkleinert wird. Dadurch erhält man die vierfache Empfindlichkeit gegenüber der Widerstandsänderung eines einzelnen Drahtes. Die Widerstandsdrähte werden durch eine Zugfeder vorgespannt. Bei der Bewegung einer Membran, an der zwei Drähte befestigt sind, werden diese beiden mechanisch entlastet und somit in ihrem Wtderstandswert verkleinert, so daß die beiden anderen Drähte durch die Zugfeder mehr gespannt und somit in ihrem Widerstandswert vergrößert werden. Der besondere Vorzug dieses Meßsystems ist es daß es gerade für kleine Meß wege, d.h. kleine Membranauslenkunger und damit kleine Volumänderungen, die wichtig für die unverfälschte Druckmessung ist, prädesteniert ist. Dieser Druckwandler kann mit Gleichspannung und auch mit Wechselspannung gespeist werden, wobei letztere besonders zur Vermeidung von Polarisationserscheinungen angewendet wird.is a strain gauge pressure transducer known as Pressure-sensitive elements Constantan wire possesses when a wire is stretched once its length is increased and its cross-section reduced, on the other hand the specific resistance is changed by internal structural changes # In the Arrangement, four resistance wires are used. These are to a resistor bridge interconnected, both in terms of sensitivity and temperature stability has favorable properties. The resistance wires are mechanically arranged in such a way that that in two opposite branches the resistance increases or decreases will. This gives four times the sensitivity to the change in resistance of a single wire. The resistance wires are pretensioned by a tension spring. When moving a membrane to which two wires are attached, these both mechanically relieved and thus reduced in their Wtderstandswert, so that the other two wires are more tensioned by the tension spring and thus in their resistance value be enlarged. The particular advantage of this measuring system is that it is specifically designed for small measuring paths, i.e. small diaphragm deflections and thus small changes in volume, which is important for the unadulterated pressure measurement, predestined is. This pressure transducer can be fed with direct voltage and also with alternating voltage are used, the latter being used especially to avoid polarization phenomena will.

Weiterhin ist eine Druckmeßeinrichtung bekannt, bei der das druckempfindliche Element ein Widerstandsdrahtgitter, betspielsweie ein Drahttensometer ist. Dieses ist mit einem elastischen Element, einem rechteckigen Rahmen, dessen Große auf die Abmessung der Membran abgestimmt ist mechanisch verbunden.Furthermore, a pressure measuring device is known in which the pressure-sensitive Element is a resistance wire grid, betspielsweie a wire tensometer. This is with an elastic element, a rectangular frame, the size of which is based on the Dimension of the membrane matched is mechanically connected.

Die erforderliche Empfindlichkeit wird einerseits durch eine geeignete Abstimmung der Abmessungen des elastischen Elementes und der Membran, andererseits durch geeignete Umwandlung der Verformungen und Verschiebungen mittels des elektrischen Widerstandstensometers erreicht. Die druckempfindlichen Elemente sind paarweise an dem elastischen Rahmen so befestigt, daß Jeweils zwei eine gleiche elektrische Veränderung erfahren. Diese Elemente sind ebenfalls zu einer Bru#ckenschaltung zusammengeschaltet0 Nachteilig ist die Verbindung der druckempfindlichen Elemente mit dem rechteckigen Rahmen unter Verwendung eines Bindemittels, weil dieses und der Rahmen sich störend auf das ele#trische und das Temperaturverhalten auswirken.The required sensitivity is achieved on the one hand by a suitable Matching the dimensions of the elastic element and the membrane, on the other hand by suitable conversion of the deformations and displacements by means of the electrical Resistance tensometer reached. The pressure sensitive elements are in pairs attached to the elastic frame so that every two have the same electrical Experience change. These elements are also interconnected to form a bridge circuit The disadvantage is the connection between the pressure-sensitive elements and the rectangular one Frame using a binder, because this and the frame interfere with each other affect the electrical and temperature behavior.

Weiterhin ist auch eine Druckmeßeinrichtung für den extrakorporalen Blutkreislauf bekannt bei der ein Halbleiter als druckempfindliches Organ eingesetzt ist. Dieses ist direkt mit der Membran verbunden und ändert infolge seiner Durchbiegung den Widerstand des Halblestermaterials. Auch bei dieser Anordnung ist die unmittelbare Verbindung von Halbleitermaterial und Membran nachteilig.Furthermore, there is also a pressure measuring device for the extracorporeal Known blood circulation in which a semiconductor is used as a pressure-sensitive organ is. This is directly connected to the membrane and changes as a result of its deflection the resistance of the half-ester material. In this arrangement, too, is the immediate Connection of semiconductor material and membrane disadvantageous.

Es ist Zweck der Erfindung, die Beseitigiing der vorgenannten Nachteile, insbesondere die Vermeidung der negativen Beeinflussung des Trägermaterials und des Befestigungsmittels bei der Temperaturänderung zu erreichen.It is the purpose of the invention to eliminate the aforementioned disadvantages, in particular avoiding the negative influence on the carrier material and to achieve the fastener with the temperature change.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für einen Druckwandler mit höherer Empfindlichkeit su schaffen, welcher druckempfindliche Bauelemente, æ.B. Halbleiter besitzt, die mit einer Membran mechanisch verbunden sind.The invention is based on the object of an arrangement for a Create pressure transducers with higher sensitivity, which one is pressure-sensitive Components, æ.B. Has semiconductors that are mechanically connected to a membrane are.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein oder mehrere Bauelemente freitragend und in Längsrichtung, die mit der Bewegungsrichtung der Membran zusammenfällt, nur an ihren Enden befestigt sind und in der ##i#tte ein Drucktibertragungsstüok angreift, welches mit der Membran mechanisch verbunden ist.The object is achieved according to the invention in that one or more Structural elements cantilevered and in the longitudinal direction, which corresponds to the direction of movement of the Membrane collapses, only attached at its ends and in the ## i # tte a Attacks pressure transmission piece, which is mechanically connected to the membrane.

Durch diese Anordnung wurde es eLUgZlich die Bauelemente in ihrer druckempfindlichsten Richtung zu beanspruchen. Dadurch, daß über die Länge des Bauelementes keine Verbindung oder Berührung mit einem Grundmaterial erfolgt tritt keine Verfälschung der Meßergebnisse ein. Um eine höhere i£rmpfindlichkeit und eine gute Temperaturkompensation zu erzielen, können auch vier Bauelemente in einer elektrischen Brtickenanordnwig betrieben werden. Dazu werden von den vier Bauelementen Jeweils zwei parallel zueinander zu einem Paar zusammengefaßt. Die Paare werden hintereinander in Längsrichtung angeordnet und nur an ihren äußeren Enden mittels Kleber, z.B. Epoxydharzkleber, befestigt, wobei in der Mitte zwischen den beiden Paaren das Druck~ubertragungsstück ebenfalls durch Kleben angebracht ist. Zur Erreichung einer Vorspannung, die zur Verbesserung der Liiiearität dient und gleichzeitig die Messung von Drücken ermöglicht, die unter dem atmosphärischen Druck liegen, ist es vorteilhaft, eine Einrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe die Bauelemente auf Zug beansprucht werden können. Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur näher erläutert werden.This arrangement made it finally the components in her pressure-sensitive direction to claim. In that over the length of the component there is no connection or contact with a base material, no adulteration occurs of the measurement results. To have a higher sensitivity and a good temperature compensation to achieve, four components in an electrical Brtickenanordnwig can operate. For this purpose, two of the four components are parallel to each other combined into a pair. The pairs are arranged one behind the other in the longitudinal direction and only attached at their outer ends by means of glue, e.g. epoxy resin glue, with the pressure transmission piece in the middle between the two pairs is attached by gluing. To achieve a preload that will improve serves for the linearity and at the same time enables the measurement of pressures that are below the atmospheric pressure, it is advantageous to provide a device with the help of which the components can be subjected to train stress. The invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment and a figure will.

In der Figur ist die prinzipielle Anordnung des Blutdruckmessers dargestellt, der vier druckempfindliche Bauelemente besitzt, die in einer in der Figur nicht dargestellten elektrischen Brückenschaltung betrieben werden sollen.The figure shows the basic arrangement of the sphygmomanometer, which has four pressure sensitive components that are not in one in the figure electrical bridge circuit shown are to be operated.

Im Inneren sind Halbleiterdehnmeßstreifen 1 bzw. 2 zu Paaren zusammengefaßt0 Diese Halbleiterdehnmeßstreifen 1 und 2 sind mit einem vorderen festen Lager 3, einem mittleren Druckübertragungsstück 4 und mit einem hinteren verstellbaren Lager 5 durch Verklebung mittels Epoxydharz befestigt. Bei der Befestigung ist darauf zu achten, daß eine mbglichst kleine Klebstelle entsteht, weil sonst ein Verlust an Empfindlichkeit auftritt Das Druckübertragungsstück 4 ist mittels eines Koppelstiftes 6 mit einer Membran 7 verbunden. Vor der Membran 7 ist ein Hohlraum 8, der über ein Verbindungsstück 9 mit einem in der Figur nicht dargestellten Katheder oder einer Kanüle an das Meßobjekt angekoppelt wird. Des weiteren ist ein Stutzen 10 vorgesehen, mit Hilfe dessen es möglich ist, in den Hohlraum 8 eine Flüssigkeit 11 einzubringen. Der vom Meßobjekt ausgehende Druck bewirkt eine Durchbiegung der Membran 7 und damit eine Verschiebung des Druck-Ubertragungsstückes 4 in Pfeilrichtung. Dadurch werden die Halbleiterdehnmeßstreifen 1 um einen bestimmten Betrag gedehnt, was eine Widerstandserhöhung hervorruft. Die Halbleiterdehnmeßstreifen 2 werden dagegen gestaucht, was eine Abnahme ihres Widerstandes zur'Folge hat. Diese gegensinnige Änderung wird in einer Brückenschaltung ausgenutzt und damit eine hohe Empfindlichkeit erreicht. Um weitgehend lineare Verhältnisse bei Dehnung und Stauchung der Halbleiterdehnmeßstreifen 1 und 2 zu erreichen, wird bei der Montage und bei der Eichung das hintere Lager 5 nach außen bewegt, so daß eine mechanische Vorspannung entsteht.Inside, semiconductor strain gauges 1 and 2 are combined in pairs0 These semiconductor strain gauges 1 and 2 are equipped with a front fixed bearing 3, a middle pressure transmission piece 4 and with a rear adjustable bearing 5 attached by gluing with epoxy resin. When fastening is on it Make sure that the adhesive bond is as small as possible, otherwise it will be lost sensitivity occurs The pressure transmission piece 4 is by means of a coupling pin 6 connected to a membrane 7. Before the membrane 7 is a cavity 8, which over a connector 9 with one in the figure is not shown Catheter or a cannula is coupled to the test object. Furthermore is a Nozzle 10 is provided, with the aid of which it is possible to inject a liquid into the cavity 8 11 to be introduced. The pressure emanating from the object to be measured causes the Diaphragm 7 and thus a displacement of the pressure transmission piece 4 in the direction of the arrow. As a result, the semiconductor strain gauges 1 are stretched by a certain amount, which causes an increase in resistance. The semiconductor strain gauges 2 are on the other hand, compressed, which has the consequence of a decrease in their resistance. This opposite direction Change is used in a bridge circuit and thus a high level of sensitivity achieved. To a large extent linear relationships with expansion and compression of the semiconductor strain gauges 1 and 2, the rear bearing will be used during assembly and calibration 5 moved outwards, so that a mechanical preload is created.

Claims (4)

PatentansprücheClaims 1. Druckwandler, insbesondere zur Blutdruckmessung, der auf Druck ansprechende Bauelemente, z0B0 Halbleiterdehnmeßstreifen enthält, die mit einer Membran mechanisch in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Bauelemente freitragend und in Längsrichtung, die mit der Bewegungsrichtung der Membran (7) zusammenfällt, nur an ihren Enden befestigt sind und in der Mitte ein Druckübertragungsstück# (4) angreift, welches mit der Membran (7) verbunden ist.1. Pressure transducer, especially for measuring blood pressure, based on pressure appealing components, z0B0 contains semiconductor strain gauges with a Membrane are mechanically connected, characterized in that one or more Structural elements cantilevered and in the longitudinal direction, which corresponds to the direction of movement of the Membrane (7) collapses, only attached at its ends and in the middle Attacks pressure transmission piece # (4), which is connected to the membrane (7). 2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von vier Bauelementen Jeweils zwei parallel zueinander zu einem Paar zusammengefaßt und die Paare hintereinander in Längsrichtung angeordnet sind und in der Mitte zwischen beiden Paaren das Druckübertragungsstück (4) angreift 2. Pressure transducer according to claim 1, characterized in that when used of four components, two parallel to each other combined to form a pair and the pairs are arranged one behind the other in the longitudinal direction and in the middle between two pairs of the pressure transmission piece (4) engages 3 Druckwandler nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung an den Enden und in der Mitte mittels Epoxydharzkleber vorgenommen ist.3 pressure transducer according to claim 1 and 2 characterized in that the attachment at the ends and in the middle is made by means of epoxy resin adhesive. 4. Druckwandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran abgewandten hintersten Enden der Bauelemente an einem in Längsrichtung verstellbarem Lager befestigt sind.4. Pressure transducer according to claim 1 to 3, characterized in that the rearmost ends of the components facing away from the membrane at one in the longitudinal direction adjustable bearings are attached.