DE2326926A1 - PRESSURE TRANSMITTER - Google Patents

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDTEIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER PATENT LAWYERS IN HANOVER

EMI Limited 100/418EMI Limited 100/418

DruckmeßumformerPressure transducer

ι I ι I

Die Erfindung bezieht sich auf Druckmeßumformer mit einem Gehäuse und einer Membran, auf die Druck ausgeübt werden kann. Insbesondere,, ab'er nicht ausschließlich bezieht sich die Erfindung auf solche Meßumformer, die eine Membran mit darauf angeordneten Dehnungsmeßfühlern. aufweisen. .The invention relates to pressure transducers with a housing and a membrane to which pressure can be applied. In particular, but not exclusively The invention relates to such transducers which have a membrane with strain gauges arranged thereon. exhibit. .

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Bei derartigen Druckmeßumformern wird die Meßgenauigkeit durch Temperatursehwankungen beeinträchtigt. Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, den Temperaturfehler der Druckmeßumformer herabzusetzen.In the case of pressure transducers of this type, the measurement accuracy is impaired by fluctuations in temperature. The invention has set itself the goal of reducing the temperature error of the pressure transducers.

Die Erfindung erreicht dies bei Meßumformern der eingangs genannten Art dadurch, daß Mittel zum Messen der Temperatur von einem Teil wenigstens der Membran sowie Mittel vorgesehen sind, um die gemessene Temperatur mit einem eine Vergleichstemperatur kennzeichnenden Schwellwert zu vergleichen und daraus ein !Fehlersignal herzuleiten, und daß Mittel zum Regeln.vorgesehen sind, die auf das Fehlersignal ansprechen und darauf abzielen, die Temperatur der Membran innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu Kalten.The invention achieves this in transducers of the type mentioned in that means for measuring the Temperature of a part of at least the membrane as well as means are provided to use the measured temperature to compare a threshold value characterizing a comparison temperature and to derive an error signal from it, and that means for regulating are provided which respond to the error signal and aim to correct the Temperature of the membrane within a given range too cold.

Um die Erfindung verständlich und ausführbar darzustellen, wird nachfol'gend an Hand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Druckmeßumformers. To make the invention understandable and workable will be shown in the following on the basis of a drawing an embodiment described. The drawing shows a block diagram of a pressure transducer according to the invention.

In der Zeichnung ist die Membran 1 eines Druckmeßumformers dargestellt, die ein scheibenförmiges Teil umfaßt, welches z. B. aus einem Halbleiterwerkstoff wie Silicium besteht. In die Membran Γ ist in bekannter Weise eine Anordnung von vier Widerständen 2 bis 5 eindiffundiert, wobei die Anordnung in der Zeichnung nur schematischIn the drawing, the diaphragm 1 of a pressure transducer is shown, which comprises a disc-shaped part which, for. B. consists of a semiconductor material such as silicon. In the membrane Γ an arrangement of four resistors 2 to 5 is diffused in a known manner, the arrangement in the drawing only schematically

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dargestellt ist. Diese Widerstände haben die Aufgabe, die Druckschwankungen, denen die Membran 1 'ausgesetzt ist,"zu messen, und folglich sind die Widerstände in Bereichen der Membran angeordnet, die eine kräftige Reaktion auf Schwankungen des auf der Membran lastenden Drucks aufweisen. Die vier Widerstände sind untereinander zu einer Wheatstone-Brücke verbunden, deren Eckpunkte wiederum mit Anschlußklemmen 6 bis 9 verbunden sind. Die Ansqhlußklemmen 7 und stellen den Ausgang der Brücke dar, an denen die Ausgangssignale anstehen, die zur Druckanzeige verwendet werden. Die zur Meßwertanzeige erforderlichen Schaltungsteile besitzen einen herkömmlichen Aufbau und sind nicht dargestellt. is shown. These resistors do the job that Pressure fluctuations to which the diaphragm 1 'is subjected to "measure", and consequently the resistances are in areas of the Arranged membrane, which have a strong response to fluctuations in the pressure on the membrane. the four resistors are interconnected to form a Wheatstone bridge connected, whose corner points are in turn connected to terminals 6 to 9. The connection terminals 7 and represent the output of the bridge at which the output signals that are used to display the pressure are present. The circuit parts required to display the measured values have a conventional structure and are not shown.

Über die Anschlußklemmen 6 und 8 wird der Brücke über die mit -Y und -fV bezeichneten Zuleitungen die Yersorgungsspannung zugeführt. Im vorliegenden Pail liegt die Spannungsquelle zwischen den Anschlußklemmen 10 und 11 einer zweiten Wheatstone-Brücke,' die drei Widerstände 12,13 und' und den Strompfad über die Widerstände 2,3,4 und 5 zwischen den Anschlußklemmen 6 und 8 enthält. Über die Anschlußklemmen 10 und 11 wird die Brückenerregung in die zweite Wheatstone-Brücke eingespeist. Das Ausgangssignal der zweiten Wheatstone-Brücke steht an den Ausgangsklemmen und 16 an und bezeichnet den Gesamtwiderstand der Anordnung der Widerstände 2 bis 5 und damit die Temperatur der Membran 1. Das Ausgangesignal von den Ausgangsklemmen 15 und 16 wird einem Differenzverstärker 17 zugeführt, wo es mit einer Referenzspannung verglichen wird, die vonThe supply voltage is applied to the bridge via the connection terminals 6 and 8 via the supply lines marked -Y and -fV fed. In the present Pail the voltage source is between the terminals 10 and 11 of a second Wheatstone bridge, 'the three resistors 12,13 and' and the current path via the resistors 2, 3, 4 and 5 between the connection terminals 6 and 8. Via the terminals 10 and 11 the bridge excitation is fed into the second Wheatstone bridge. The output signal of the second Wheatstone bridge is at the output terminals and 16 and denotes the total resistance of the arrangement of resistors 2 to 5 and thus the temperature of the Diaphragm 1. The output signal from the output terminals 15 and 16 is fed to a differential amplifier 17 where it is compared with a reference voltage obtained from

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einem Spannungsteiler IB, 19, 20 abgeleitet wird, welche die Pole der Spannungsquelle miteinander¹ verbindet. Das 'Ausgangssignal des DifferenzVerstärkers 17 wird einem weiteren Widerstand 21 zugeführt, der in gleich/er Weise wie die Widerstände 2 bis 5 auf die Membran 1 aufgebracht und so ausgelegt ist, daß er als Heizelement für die Membran dienen kann. . · ■a voltage divider IB, 19, 20, which connects the poles of the voltage source to one another ¹ . The output signal of the differential amplifier 17 is fed to a further resistor 21, which is applied to the membrane 1 in the same way as the resistors 2 to 5 and is designed so that it can serve as a heating element for the membrane. . · ■

Der Betrieb des Meßumformers verläuft typisch so, daß die Membran 1 bei einer Temperatur betriebe» wird, die etwas oberhalb seiner Umgebungstemperatur liegt, und daß die Stromversorgung für den Widerstand 21 unterbrochen wird, wenn die Spannung an den Klemmen 15 und 16 anzeigt, daß die !Membran zu heiß wird, so daß die Membran Wärme an ihre Umgebung abgeben kann. Wenn die Temperatur der Membran unter 'den gewünschten Wert absinkt, d.h., unter den durch die :Größe der dem Differenzverstärker 17 zugeführten Referenz-'spannung bestimmten Temperaturwert, dann wird dem Widerstand ;wieder Strom zugeführt· und die Membran 1 wird wieder erwärmt. !Eine typische Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht eine !Stabilisierung der Membrantemperatur innerhalb eines Schwan-The operation of the transmitter is typically such that the membrane 1 is operated at a temperature which is slightly above its ambient temperature, and that the power supply for the resistor 21 is interrupted, when the voltage at terminals 15 and 16 indicates that the ! The membrane becomes too hot so that the membrane can give off heat to its surroundings. When the temperature of the membrane is below 'the desired value drops, i.e., below the value of the reference voltage supplied to the differential amplifier 17 certain temperature value, then the resistor is again supplied with current and the membrane 1 is heated again. ! A typical arrangement according to the invention enables! Stabilization of the membrane temperature within a swan

kungsbereiches von 1 - 2 Clrange from 1 - 2 Cl

i Die zweite Wheatstone-Brücke, deren Ausgangsklemmeni The second Wheatstone bridge, its output terminals

!und 16 mit dem Differenzverstärker 17 verbunden sind, kann i auch durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden. In diesem ' Pail wird der Differenzverstärker 17 mit den Klemmen 6 und! and 16 are connected to the differential amplifier 17, can i can also be replaced by a constant current source. In this 'Pail is the differential amplifier 17 with the terminals 6 and

verbunden. Selbstverständlich führen auch weitere Abänderungen, ,die dem Fachmann geläufig sind, nicht·vom Erfindungsgedankentied together. Of course, there are also other changes, which are familiar to the person skilled in the art, not from the idea of the invention

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fort. So kann z.B. anstelle des Heizwiderstandes 21 oder zusätzlich zu ihm ein weiterer Heizwiderstand vorgesehen werden, der in Berührung mit einem Teil des,Gehäuses steht, in welches die Membran 1 eingesetzt ist. Der zuletzt genannte Heizwiderstand kann auf ir ge nde ine herkömmliche Art und Weise innen oder außen am Gehäuse angebracht sein.away. For example, instead of the heating resistor 21 or an additional heating resistor is provided in addition to it that is in contact with a part of the, housing, in which the membrane 1 is inserted. The latter heating resistor can be used in any conventional manner inside or outside of the housing.

Mr den Pail, daß der Heizwiderstand 21 zusätzlich zum Heizwiderstand am oder im Gehäuse vorgesehen i3t,. mag es vorteilhaft sein, eine Schaltung zur Bestimmung der Gehäusetemperatur und zum Regeln des durch den Widerstand fließenden und dadurch das Gehäuse heizenden*Stromes vorzusehen, welche von jener Schaltung, die die Membrantemperatur mißt und regelt, getrennt ist. In diesem Fall kann die Gehäusetemperatur mittels eines geeigneten Meßfühlers bestimmt werden, z.B. mit einer Widerstandsspule aus Kupfer, mit einem Platin-Widerstandsthermometer oder mit einem Heißleiter. Der mit dem verwendeten Meßfühler aufgenommene Temperaturmeßwert wird dann in einem Verstärker wie dem Differenzverstärker 17 mit einer Referenztemperatur verglichen^ und das aus dem Vergleich herrührende Signal wird verwendet, um den Heizstrom durch den das Gehäuse heizenden Widerstand zu regeln. Auf diese Weise können sowohl die Membran als auch das Gehäuse auf vorgegebener Temperatur gehalten werden.Mr den Pail, that the heating resistor 21 in addition for the heating resistor on or in the housing i3t ,. it may be advantageous to have a circuit for determining the Case temperature and to regulate the by the resistance flowing and therefore heating * the housing provide which is separated from the circuit that measures and regulates the membrane temperature. In this case it can the case temperature by means of a suitable sensor can be determined, e.g. with a resistance coil made of copper, with a platinum resistance thermometer or with a Thermistor. The measured temperature value recorded with the sensor used is then in an amplifier such as the Differential amplifier 17 compared with a reference temperature ^ and the signal resulting from the comparison is used to determine the heating current through the resistor heating the housing to regulate. In this way, both the membrane and the housing can be kept at a specified temperature.

-Patentansprüche--Patent claims-

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Claims (3)

Patentansprüche :Patent claims: 1 ._; Druckmeßumformer mit einem Gehäuse und einer Membran, auf ^tie Druck ausgeübt werden kann, dadurch' gekennzeichnet, daß Mittel zum Messen der Temperatur von einem Teil wenigstens der Membran (1) sowie Mittel vorgesehen sind, 'um die gemessene Temperatur mit einem eine Vergleichstemperatur kennzeichnenden Schwellwert zu vergleichen und daraus ein Fehlersignal herzuleiten, und daß Mittel zum Regeln vorgesehen sind, die auf das Pehlersignal ansprechen und darauf abzielen, die Temperatur der Membran (1) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu halten.1 . _; Pressure transducer with a housing and a diaphragm on which pressure can be exerted, characterized in that means are provided for measuring the temperature of at least a part of the diaphragm (1) and means are provided to compare the measured temperature with a reference temperature To compare the threshold value and derive an error signal therefrom, and that means for regulating are provided which respond to the error signal and aim to keep the temperature of the membrane (1) within a predetermined range. 2. Druckmeßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß die Mittel zum Messen der Temperatur eine Anordnung von Widerständen (2, 3, 4, 5) auf der Membran (1) umfaßt.2. Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that. that the means for measuring the temperature comprises an arrangement of resistors (2, 3, 4, 5) on the membrane (1). 3. Druckmeßumformer nach Anspruch Z₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (2, 3, 4, 5) derart auf der Membran (1) angeordnet sind, daß sie als Dehnungsmeßfühler zum Messen des auf der Membran (1) lastenden Druckes wirken.3. Pressure transducer according to claim Z _1, characterized in that the resistors (2, 3, 4, 5) are arranged on the membrane (1) in such a way that they act as strain gauges for measuring the pressure on the membrane (1). 4. Druckmeßumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Widerstände (2, 3, 4, 5) eine Wheatstone-Brücke4. Pressure transmitter according to claim 3, characterized in that the four resistors (2, 3, 4, 5) are a Wheatstone bridge 30 98 5 0/09 3330 98 5 0/09 33 mit einem Paar-Ausgangsklemmen (7, 9) ».an denen ein dem auf der Membran (1) lastenden Druck entsprechendes Signal ansteht, und mit einem Paar Eingangsklemmen (6, 8) zum Einspeisen der Brückenerregung bilden.with a pair of output terminals (7, 9) ». at which one the the pressure on the membrane (1) corresponding signal and with a pair of input terminals (6, 8) for feeding the bridge excitation. 5. Druckmeßumformer nach Anspruch 4» dadurc h ge ke nn ze i chnet, daß die Eingangsklemmen (6, 8) in einem Zweig einer zweiten Wheatstone-Brücke liegen, die ein Paar Eingangsklemmen (10,11) zum Einspeisen der Brückenerregung und ein Paar Ausgangsklemmen (15, 16)» an denen ein der Temperatur der Membran (1) entsprechendes Signal ansteht, aufweist.5. Pressure transducer according to claim 4 » dadurc h ge ke nn ze i chnet that the input terminals (6, 8) are in a branch of a second Wheatstone bridge, which has a pair of input terminals (10,11) for feeding the bridge excitation and a pair Output terminals (15, 16) »at which a signal corresponding to the temperature of the membrane (1) is present. 6. Druckmeßumforner nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen (7,9) mit einer Konstantstromquelle verbunden sind und daß Mittel zum Überwachen des über den Brückenwiderständen (2, 3, 4» 5) abfallenden Betriebspotentials vorgesehen sind, um somit eine Anzeige der Temperatur der Membran (1) zu erhalten.6. Druckmeßumforner according to claim 4 » characterized in that the input terminals (7, 9) are connected to a constant current source and that means for monitoring the operating potential falling across the bridge resistors (2, 3, 4» 5) are provided in order to provide a display the temperature of the membrane (1). 7. Druckmeßumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,- daß die Mittel zum Regeln einen auf der Membran (1) angebrachten Widerstand (21) umfassen.7. Pressure transducer according to one of the preceding claims, characterized in - that the means for regulating comprise a resistor (21) mounted on the membrane (1). 8. Druckmeßumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Regeln einen Widerstand umfassen, der so angeordnet ist, daß er das Gehäuse zu e rwärmen vermag.8. Pressure transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the means for regulating comprise a resistor which is arranged so that it is able to heat the housing. 9. Druckmeßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch 9. Pressure transmitter according to one of claims 1 to 7, characterized 3 09 85 070 93 33 09 85 070 93 3 73269267326926 gekennzeiohnet, daß weitere Mittel zum Messen der Temperatur des Gehäuses sowie weitere, auf den von den Mitteln zum Messen der Temperatur hervorgebrachten Temperaturmeßwert reagierende Mittel vorgesehen sind, die die Temperatur des Gehäuses innerhalb eines vorgegebenen Bereiches halten. gekennzeiohnet that further means for measuring the temperature of the housing and further means are provided which react to the temperature measurement value produced by the means for measuring the temperature and keep the temperature of the housing within a predetermined range. 309850/093309850/093