DE2544505B2 - Druckaufnehmer - Google Patents
DruckaufnehmerInfo
- Publication number
- DE2544505B2 DE2544505B2 DE2544505A DE2544505A DE2544505B2 DE 2544505 B2 DE2544505 B2 DE 2544505B2 DE 2544505 A DE2544505 A DE 2544505A DE 2544505 A DE2544505 A DE 2544505A DE 2544505 B2 DE2544505 B2 DE 2544505B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pressure transducer
- ring
- membrane
- housing
- force measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—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
- G01L23/08—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 operated electrically
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J3/00—Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
- F16J3/02—Diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
- G01L9/0044—Constructional details of non-semiconductive diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/008—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using piezoelectric devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer mit einem in ein rohrförmiges Gehäuse vorgespannt
eingesetzten Kraftmeßelement und einer den Ringraum zwischen dem Kraftmeßelement und dem Gehäuse an
der dem zu messenden Medium zugewandten Stirnseite abdeckenden Ringmembran, an deren Außenrand
einstückig ein mit dem Gehäuse verbundener Außenring und an deren Innenrand ein gegen das Kraftmaßelement
abgestützter Innenring vorgesehen sind.
Druckaufnehmer mit derartigen Membranen sind bekannt (DE-OS 15 73 680). Bei diesem bekannten
Druckaufnehmer ist eine Membran zwischen einem Innenring und einem Außenring, mit diesem einstückig,
angeordnet, wobei der Außenring an dem Gehäuse und der Innenring an dem Boden einer das Kraftmeßelement
umschließenden Spannhülse befestigt ist. Dabei sind auch Ausführungsformen bekannt, bei denen die
Membran einstückig mit einem Außenring ist und an Stelle des Innenringes eine verdickte Platte vorgesehen
ist Während die Membran der erstbeschriebenen Ausführung im Querschnitt bogenförmig gerundet ist,
sind die Membranen der letzterwähnten Ausführungsform zumindest annähernd plan oder bilden eine
Kegelstumpfmantelfläche eines Kegels mit sich wenig von 180° unterscheidendem Kegelwinkel. In beiden
Fällen ist die Membrandicke über deren radiale Erstreckung hinweg nahezu konstant mit kontinuierlich
zum Befestigungsrand an dem Außenring bzw. dem Innenring hin zunehmender Dicke. Im allgemeinen ist
dabei die Membran an dem Gehäuse über den Außenring so befestigt, daß sie eine Vorspannung auf
das Kraftmeßelement über den zwischengeschalteten Hülsenboden ausübt. Diese Vorspannung wird dadurch
erzeugt, daß der Außenring bei vorgespannter Membran mit dem Gehäuse verschweißt wird. Die
Vorspannung ist jedoch aufgrund der Schweißverbindung nicht exakt vorherbestimmbar und auch nicht von
Aufnehmer zu Aufnehmer exakt gleich, weil sich fertigungsbedingte Streuungen nicht ausschalten lassen.
Es sind auch Druckaufnehmer bekannt (DE-AS 15 73 631), bei denen der Ringraum zwischen Kraftmeßelement
und Gehäuse durch eine Membran überdeckt ist, die aus einer Platte besteht, die im Bereich des
Ringraumes mit einer ringförmigen Sicke versehen ist. Dabei sind Ausführungsformen bekannt, bei denen im
Bereich der Sicke die Dicke vermindert oder gleichbleibend ist. Der Rand der Platte ist mit dem Gehäuse durch
Schweißung verbunden.
Schließlich sind auch Druckaufnehmer bekannt (DT-OS 23 24 399), bei denen die Membran vom Boden
eines rohrförmigen Körpers oder einer rohrförmigen Spannhülse gebildet ist, wobei von der dem zu
messenden Medium abgewandten Seite her Ringnuten
so mit Kreisquerschnitt eingedreht sind, an die Axialspalte anschließen, die an der dem zu messenden Medium
abgewandten Seite in die Ringnut münden. Der Ringbereich der Membran ist durch die Restwanddikken
zwischen der Ringnut bzw. den Ringnuten und der dem zu messenden Medium zugewandten Oberfläche
des Rohrbodens gebildet. Soweit dabei zwei Ringnuten vorgesehen sind, bildet der Steg zwischen den beiden
Ringnuten eine Abstützung für die Membran, die das
radial innerhalb befindliche Kraftmeßelement bei hohen auf die Membran wirkenden Drücken entlastet
Von Nachteil ist bei den bekannten Druckaufnehmern insbesondere, daß sich bei schockartigen Temperaturstößen,
beispielsweise bei Messungen in Brennkraftmaschinen, verfälschte Drucksignale ergeben. Außerdem
waren die bekannten Membranen häufig den auftretenden Belastungen aus Druck- und Temperaturspitzen
nicht auf Dauer gewachsen. Vor allem war jedoch bei den bekannten Druckaufnehmern einschließlich der
zuletzt beschriebenen Form von Nachteil, daß die Vorspannung des Kraftmeßelementes nicht innerhalb
sehr enger Grenzen exakt eingehalten werden konnte und die dadurch bedingten unterschiedlichen Membranvorspannungen
ebenfalls zu einem von Aufnehmer zu Aufnehmer unterschiedlichen Temperaturgang führten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckaufnehmer zu schaffen, der nicht nur eine robuste
und den auftretenden Beanspruchungen auf längere Dauer widerstehende Membrananordnung aufweist,
sondern bei dem darüber hinaus die Veriälschung der Druckmeßergebnisse durch Temperaturstöße vermindert
ist und der einen geringen Temperaturkoeffizienten aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Druckaufnehmer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch, daß in der Ringmembran sowohl zum Außenring als auch zum Innenring hin Ringzonen
verminderten Querschnitts ausgebildet sind, und daß zumindest der Innenring in seiner Vorspannung
gegenüber dem Gehäuse einstellbar ist.
Vorteile des erfindungsgemäßen Druckaufnehmers liegen darin, daß aufgrund der angegebenen Membrankonstruktion
eine erhöhte Lebensdauer erzielt wird, weil einerseits die Ringmembran sehr robust sein kann
und andererseits eine gelenkige Verbindung dieser Ringmembran mit dem Außenring und dem Innenring
besteht (wie dies bei entsprechender Bemessung des Stützringes auch bei Aufnehmern gemäß der DT-OS
23 24 399 der Fall sein kann). Darüber hinaus läßt sich jedoch bei dem erfindungsgemäßen Druckaufnehmer in
bisher unbekannter Weise die Vorspannung der Membran bei bzw. nach der Montage einstellen. Die
einstellbare Vorspannung ermöglicht nicht nur gleichbleibende Kalibrationsfaktoren, sondern erlaubt es
auch, genaue Messungen über längere Zeitperioden hinweg durchzuführen. Durch die neue Membrananordnung
wird darüber hinaus ein verbesserter Temperaturkoeffizient bzw. ein günstigerer Temperaturverlauf
erzielt, wodurch temperaturbedingte Verfälschungen des Druckmeßergebnisses vermindert werden.
Die Einstellung der Vorspannung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist zum Einstellen der Vorspannung eine koaxiale Schraube oder Hülse
vorgesehen und in ein Gewinde des Gehäuses eingedreht. Die koaxiale Schraube kann zentral
angeordnet sein; sie ist bei Kraftmeßelementen mit durchgehender Zentralbohrung in den der Membranseite
abgewandten Wandlergehäuseteil und bei Kraftmeßelementen ohne durchgehende Bohrung in den Boden
einer das Kraftmeßelement umgebenden Spannhülse eingeschraubt. Es kann jedoch auch eine Spannhülse mit
einem Gewinde versehen und dadurch in der Vorspannung einstellbar sein, die die Membran umgibt und die
auf den Außenring einwirkt.
Um den Temperaturgang eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers noch weiter zu verbessern, ist gemäß
einer bevorzugten Ausfühnjingsform zwischen Schraube und Gehäuse ein Temperaturkompensationselement
eingeschaltet und insbesondere als Unterlagscheibe ausgebildet
Es ist zweckmäßig, wenn gemäß bevorzugten Auyführungsformen der Erfindung die Stirnfläche des
Schraubenkopfes bündig mit der Stirnfläche der Ringmembran ist, weil ein vorstehender Schraubenkopf
stören könnte und weil bei einem Fall des Druckaufneh-IG
mers auf den Schraubenkopf eine starke Schlagbelastung insbesondere auf das Kraftmeßelement ausgeübt
würde.
Eine einfache Ausführungsform ergibt sich dann, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die
Ringmembran als ebene Platte mit ringförmigen Vertiefungen ausgebildet ist Ist die Ringmembran
gegenüber der Stirnfläche von Außen- und Innenring vertieft angeordnet, so ist sie gegenüber Einwirkungen
von außen, beispielsweise bei einem Fall des Druckaufnehmers auf den Boden, geschützt Dabei kann in
weiterer Ausgestaltung in der Vertiefung eine temperaturbeständige Flüssigkeit vorgesehen und nach außen
durch eine temperaturbeständige Folie abgedeckt sein. Dadurch ist die Membran vor der unmittelbaren
Einwirkung von Flammen bzw. Temperaturspitzen geschützt, ohne daß ihre Druckübertragungseigenschaften
beeinträchtigt werden. Zum selben Zweck kann auch die dem zu messenden Medium zugewandte
Stirnseite der Membran durch eine dünne, vorzugsweise leicht gewellte Membran abgedeckt sein, die zwischen
der Spannhülse und einem Befestigungsring eingespannt ist
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Außenring an dem Gehäuse durch eine
Überwurfspannhülse unter Vorspannung befestigt. Dabei kann diese Überwurfspannhülse an dem Gehäuse
unlösbar durch Schweißung verbunden sein, sie kann aber auch an dem Gehäuse angeschraubt sein.
Bei einer anderen Ausführungsforrr. der Erfindung ist einer der die Ringmembran radial begrenzenden Ringe
zum Ändern seiner axialen Elastizität mit einer radialen Nut versehen. Dadurch läßt sich eine Grobanpassung
der Elastizität dieses Ringes der Membrananordnung an diejenige des anderen Stützringes auf einfache Weise
erreichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben und näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Membrananordnung mit ringförmigem Kraftmeßelement,
Fig.2 einen Querschnitt durch eine Variante der
Membranpartie nach F i g. 1,
F i g. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Variante der Membranpartie nach F i g. 1,
F i g. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Variante der Membranpartie nach F i g. 1,
F i g. 5 einen Querschnitt durch eine Membrananordnung mit scheibenförmigem Kraftmeßelement,
F i g. 6 einen Querschnitt durch eine Membrananordnung mit zusätzlicher Flammschutz- Anordnung,
F ί g. 7 einen Querschnitt durch eine Membrananordnung mit zu elastischer Kraftmeßzelle,
F i g. 8 einen Querschnitt durch eine Membrananordnunf
mit zulässiger Deformation der Kraftmeßzelle.
Die Erfindung ist unabhängig vom verwendeten Kraftmeßelement. Dieses kann ein piezoelektrisches, piezoresistives, ein DMS oder ein anders, ohmsches, induktives oder kapazitives System sein.
Die Erfindung ist unabhängig vom verwendeten Kraftmeßelement. Dieses kann ein piezoelektrisches, piezoresistives, ein DMS oder ein anders, ohmsches, induktives oder kapazitives System sein.
Gemäß F i g. 1 besteht ein Druckaufnehmer mit Membrananordnung aus dem Aufnehmerkörper 1, der
mit Montageflansch 2 und Dichtring 3 ausgerüstet ist. Das Kraftmeßelement 4 ist hier als Ringelement
ausgeführt. Die entsprechenden elektrischen Anschlüsse sind mit den vom Körper 1 isolierten Durchführstiften 5
verbunden, die zu den Signalableitungen 14 führen. Das scheibenförmige Kraftmeßelement 4 und der Ringansatz
6 des Körpers 1 sind so abgestimmt, daß ihre Endflächen in der gemeinsamen Fläche 18 liegen. Die '°
Membrananordnung stellt im Querschnitt eine Doppelbriicke dar, gekennzeichnet durch den äußeren Druckring
7, der auf bekannte Weise mit dem Ringansatz 6 fest verbunden ist und dem Zentral-Ring 9, der mit
Stützring 16 verbunden ist. Die kreisringförmige Plattenmembran 17 ist über die elastischen Glieder 8 an
den inneren und äußeren Stützring 16 bzw. 7 angelenkt. Die Auflageflächen der Ringe 9 und 7 liegen ebenfalls in
der gemeinsamen Ebene 18. Damit zwischen Kraftmeßelement 4, Körper 1 und Zentral-Ring 9 eine
kraftschlüssige, spaltfederfreie Verbindung entsteht, ist die Spannschraube 10 mit Kopf 11 so angeordnet, daß
die Vorspannung dieser Meßkombination am fertig montierten Druckaufnehmer auf Optimalwert gebracht
werden kann durch Spannung der Mutter 13. Diese Mutter 13 ist auf Temperaturdehnungs-Kompensationsscheibe
12 abgestützt, die aus pinem geeigneten Material hergestellt ist, damit die eingestellte Vorspannung
im Temperaturbereich des Druckaufnehmers konstant bleibt. Eine solche Kompensation ist notwendig,
da die Temperatur-Ausdehnungswerte des Kraftmeßelementes 4 in vielen Fällen nicht den entsprechenden
Werten von Körper 1, Membranpartie 9 und Spannschraube 10 entsprechen. Besonders wenn Kraftmeßelement
4 aus Kristallen, z. B. piezoelektrischen oder piezoresistiven Elementen, gewählt werden, deren
Ausdehnungszahlen unter denjenigen von handelsüblichen Konstruktionsstählen sind, ist eine Kompensationsscheibe
12 vorzugsweise aus einem Stahl mit hohem Ni-Gehalt zu wählen. Solche Stähle mit weit
abgestuften Ausdehnungskoeffizienten sind handelsüblich und können leicht bearbeitet werden.
Ein wesentlicher Aspekt liegt nun darin, daß die Membrane biegeelastisch und trotzdem sehr widerstandsfähig
ausgebildet ist. Ferner sollte durch die Plattenmembrane 17 keine Vorspannung vom Außen-Druckring
7 auf den Zentral-Ring 9 übertragen werden. Jede Restvorspannung bringt bei jeder Temperaturänderung,
die auf die Membranoberfläche 19 einwirken, eine Änderung der Vorspannungen hervor, die auf das
Meßelement 4 wirkt und damit einen Fehler ergibt.
Die feste Verbindung zwischen den Ringpartien 6 und 7, die üblicherweise mit Schweißverfahren durchgeführt
werden, bringt ungewollt Vorspannung auf die Membranpartie 9, die mit dem Kraftmeßelement 4 während
des Schweißvorganges gemessen werden kann. Durch die Mikrodeformation während des Schweißens am
Außen-Ring in die Membrane eingeführte Vorspannung wird durch zusätzliche Vorspannung des Innenklemmrings
9 mittels Spannschraube 10 kompensiert. Dadurch kann die Plattenmembrane 17 wieder in vorspannungsfreien
Zustand zurückversetzt werden. Der optimale Grad der Vorspannung, die an Mutter 13 eingestellt
werden muß, wird durch Versuche bestimmt. Am einfachsten haben sich Tauchversuche in Bädern
verschiedener Temperatur erwiesen. Sobald der neutrale Spannungszustand der Membrane erreicht, d. h. die
optimale Vorspannung der Schraube JO gefunden ist, so ergeben sich die geringsten Fehlsignale des Druckaufnehmers
bei Eintauchen der Membranoberfläche 19 in eine Flüssigkeit z. B. höherer Temperatur. Der Grad der
Temperaturempfindlichkeit ist somit in weiten Grenzen direkt mit der Vorspannungsjustierung des fertig
montierten Aufnehmers einstellbar, eine Tatsache, die mit der Membrananordnung in direktem Zusammenhang
steht.
Der Einbau des Druckaufnehmers erfolgt z. B. in Brennkraftmaschinen derart, daß Bohrung 21 und
Sitzfläche 23 so gewählt werden, daß nach Festziehen des Montagenippels 15 die Brennraumoberfläche 20 und
die Membranoberfläche 19 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Dadurch ist Gewähr geboten, daß sich über
längere Betriebszeit keine störenden Aufbauten auf der Membranoberfläche 19 infolge von Verbrennungsrückständen
ergeben. Sobald die Membranoberfläche 19 zurückversetzt von der Brennraumoberfläche 20 angeordnet
ist, kann ein zuverlässiger Dauerbetrieb nicht mehr gewährleistet werden, da Verbrennungsrückstände
nicht mehr von der Flammfront entfernt werden. Der zwischen Druckaufnehmer und Einbaubohrung entstehende
Ringspalt 22 wird im Laufe der Zeit von Verbrennungsrückständen zugesetzt. Infolge der großen
Steifheit der Außenwandungen 6 und 7 haben solche Verstopfungen jedoch sehr wenig Einfluß auf die
Empfindlichkeit des Druckaufnehmers. Ein weiteres Ziel der Membrananordnung liegt in der vorgewählten
Abstimmung der Elastizität des aus Kraftmeßelement 4, Zentral-Ring 9 und Spannschraube 10 bestehenden
zentralen Stützsystems gegenüber dem aus Ringen 6 und 7 bestehenden Außen-Stützsystem. Dadurch ergibt
sich unter Druckeinwirkung ρ keine Verwerfung und damit die geringst mögliche Deformation der Fläche 19,
die im Vollbereich des Druckaufnehmers nur Bruchteile von μίτι betragen. Dadurch ist gewährleistet, daß die
elastischen Glieder 8 nicht überbeansprucht werden und dem Dauerbetrieb standhalten. Weitere Anpassungsmöglichkeiten dazu werden unter F i g. 3 beschrieben.
F i g. 2 zeigt eine weitere Variante der F i g. 1. Dabei wurde die Plattenmembrane 37 zurückversetzt und vor
derselben eine ringförmige Vertiefung geschaffen, in welcher eine Druckübertragungsflüssigkeit 39, vorteilhafterweise
Silikonöl-Gel oder ein Hochtemperaturöl
eingebracht und mit einer dünnen Metallfolie 36 abgeschlossen. Die Verbindung der Metallfolie 36 mit
dem Ring 34 ist nach bekannten Methoden der Schweißtechnik an der Flanschpartie 35 durchgeführt.
Die elastischen Verbindungen 38, welche die Plattenmembrane 37 mit Innen- und Außenring verbinden, sind
mit beidseitigen Einstechradien versehen, um die Kerbwirkung auf ein Minimum zu reduzieren und lange
Lebensdauer zu gewährleisten. Die Metallfolie 36 ist praktisch keinen mechanischen Zug- oder Biegebelastungen
ausgesetzt, da sie lediglich als Druckübertragungsmedium dient. Alle übrigen Merkmale gelten wie
unter F i g. 1 beschrieben. Membran 37 ist praktisch ganz vor Flamm- bzw. Temperatureinwirkung geschützt.
Fig.3 zeigt eine weitere Variante der Fig. 1. Die
Grobanpassung der Elastizität des Außenrings 47 der Membrananordnung an diejenige des Innen-Stützrings
45 kann an der Membrananordnung durch Einstich 46 auf einfache Weise erreicht werden.
Fig.4 zeigt eine weitere Variante der Fig. 1. Die
Plattenmembrane 57 ist durch die elastischen Glieder 58 mit Außenring 56 und Innen·Stützring 55 verbunden,
wobei diese Glieder 58 von innen und außen mit
Einstechradien versehen sind, um die Kerbwirkung auf
ein Minimum zu reduzieren und damit eine lange Lebensdauer zu erreichen. Vorteilhaft werden diese
Radien noch poliert, um jede Anrißgefahr auszuschließen. Alle übrigen Merkmale gelten wie unter Fig. 1
beschrieben.
F i g. 5 zeigt eine v/eitere Form der Membrananordnung. Der Aufnehmerkörper 61 ist wiederum mit
Montageflansch 62 ausgerüstet. Anstelle eines ringförmigen ist ein Kraftmeßelement 64 in Scheibenform in
einer Spannhülse 67 eingebaut, die über eine elastisch vorgespannte dünne Hülsenwand 66 mit Schweißflansch
65 und dieser mit Gehäuse 61 mit bekannten Mitteln fest verbunden ist. Die Signalabführung 72 kann
nun zentral erfolgen. Das Kraftmeßelement 64 ist damit unter mechanischer Vorspannung eingebaut und die
nachgeschaltete Schraube 68 spannt den Innen-Ring 69 der Membrananordnung fest gegen die Spannhülse 67.
Der Außenring 70 wird mittels Hülse 71, die an ihrem Ende 74 unter Vorspannung mit dem Gehäuse 61
verschweißt ist, fest und abdichtend gegen den Gehäusering 75 geklemmt. Der Innenraum 73 kann,
wenn nötig, mit einem Kühlmittel das eingeschlossen bleibt oder zirkuliert, versehen werden. Der Querschnitt
der Membrananordnung stellt wiederum einen Doppelbrückenbogen dar, wie in F ig. 1, mit dem Unterschied,
daß die Membrane mit rein mechanischen Mitteln mit Kraftmeßelement 64 und Körper 61 verbunden ist.
F i g. 6 zeigt eine Variante von F i g. 5, wobei die Membranoberfläche zum Schutz gegen Flamm- und
Wärmeeinwirkung mit einer dünnen elastischen Metallfolie 79 abgedeckt ist, die mittels Ring 78 auf Hülse 77
verbunden ist. Die Metallfolie 79 kann mit kreisringförmigen Wellungen versehen werden, um eine große
Flexibilität zu erreichen.
F i g. 7 zeigt eine Membrananordnung, bei der eine Kraftmeßzelle 84 mit zu geringer Steifigkeit gewählt
wurde. Der Deformationsweg 4Sunter Druckbelastung ρ ist so groß, daß die elastische Grenze der
Anlenkglieder überschritten wird.
F i g. 8 zeigt das gleiche Beispiel, wo eine steifere Kraftmeßzelle 94 eingesetzt wurde, deren Elastizität der
Außenwand 95 und der Schraube 90 angepaßt wurde. Die verbleibende Deformation AS beträgt höchstens
noch wenige μΐη.
Figuren und Beschreibung zeigen somit eine Membrananordnung, die es ermöglicht, Druckaufnehmer zu
bauen, die erstmals zu Überwachungszwecken, z. B. auf Brennkraftmaschinen einsetzbar sind. Aber auch zu
Forschungszwecken, wo jegliche Beeinflussung der Druckmessung durch Temperaturänderungen des MeG-mediums
angeschlossen werden muß, wird sich die neue Membrananordnung einführen. Durch die einfache
Formgebung und die vom übrigen Aufnehmer getrennte Bearbeitbarkeit, vor allen aber die Tatsache, daß die
Berührungsflächen der Membran wie auch des Aufnehmerteils in einer Ebene liegen, die mit bekannten
ίο Mitteln der Feintechnik hochpräzise bearbeitet werden
können, sichert der Anordnung genau definierte Auflagebedingungen. Durch Wahl einer sehr steifen
Kraftmeßzelle und Vorabstimmung der Elastizitäten der inneren und äußeren Stützglieder läßt sich die
Deformation der Membrananordnung auf ein Minimum, z. B. weniger als 1 μΐη unter max. Belastungsdruck
reduzieren, was die geforderte hohe Lebensdauer ermöglicht. Von besonderer Bedeutung ist jedoch, daß
die Vorspannung der Membrananordnung am fertig montierten Druckaufnehmer so auf Optimalwert justiert
werden kann, daß keine Restspannungen in den Membranteilen vorhanden sind, wodurch Fehler infolge
Variation der Vorspannung vermieden sind. Die einer plötzlich auftretenden Wärmeeinwirkung ausgesetzte
Membrane pflegt sich gegen die Wärmeseite zu aufzubauchen. Dies ist die Folge der eindringenden
Wärmewelle mit einem Temperaturgradient in Richtung senkrecht zur Membranfläche. Die äußeren der
Wärme zugekehrten Membranschichten sind in einem Zeitpunkt kurz nach dem Wärmeeinwirkungsbeginn
schon erwärmt und ausgedehnt, während die inneren Schichten noch kalt sind. Dies führt zu einer Verwerfung
der Membrane und zu einer Krafteinwirkung über Ring 9 auf das Meßelement 4, was als Fehlmessung registriert
wird. Die doppelt gelenkige Lagerung mit den elastischen Gliedern 8 gewähren der Membran, sich
unter Temperaturschock zu verformen, ohne daß Kräfte auf das Kraftaufnehmerelement 4 ausgeübt werden.
Wärmeschockfehler sind dadurch vermieden. Durch diese Kombination von verschiedenen Maßnahmen
ergibt sich ein Druckaufnehmer, der nur auf Druckvariationen, nicht gleichzeitig auch auf Temperaturvariationen
anspricht, womit eine lang gesuchte Lösung verwirklicht werden konnte. Solche komplizierten
Membranformen lassen sich mit dem gezeigten Aufbau eines Aufnehmers mit den gezeigten Membranformen
besonders gut verwirklichen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Druckaufnehmer mit einem in ein rohrförmiges
Gehäuse vorgespannt eingesetzten Kraftmeßelement und einer den Ringraum zwischen dem
Kraftmeßelement und dem Gehäuse an der dem zu messenden Medium zugewandten Stirnseite abdekkenden
Ringmembran, an deren Außenrand einstükkig ein mit dem Gehäuse verbundener Außenring
und an deren Innenrand ein gegen das Kraftmeßelement abgestützter Innenring vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringmembran (17; 37; 57) sowohl zum Außenring (7;
34; 47; 56; 70; 87) als auch zum Innenring (9; 45; 55; 69; 89) hin Ringzonen (8; 38; 58) verminderten
Querschnitts ausgebildet sind, und daß zumindest der Innenring in seiner Vorspannung gegenüber
dem Gehäuse (1; 61) einstellbar ist
2. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der Vorspannung
eine koaxiale Schraube (10; 68) oder Hülse (71; 77) vorgesehen und in ein Gewinde des Gehäuses (1;
61) oder einer Spannhülse (66) eingedreht ist.
3. Druckaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen der
Vorspannung eine zentrale Schraube (10; 68) vorgesehen ist, die bei Kraftmeßelementen (4; 94)
mit durchgehender Zentralbohrung in den der Membranseite abgewandten Wandlergehäuseteil
und bei Kraftmeßelementen (64) ohne durchgehende Bohrung in den Boden (67) einer das Kraftmeßelement
umgebenden Spannhülse (66) eingeschraubt ist.
4. Druckaufnehmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schraube
(10) und Gehäuse (1) ein Temperaturkompensationselement eingeschaltet und insbesondere als Unterlagscheibe
(12) ausgebildet ist.
5. Druckaufnehmer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des
Schraubenkopfes bündig mit der Stirnfläche der Ringmembran ist.
6. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ringmembran (17; 37; 57) als ebene Platte mit ringförmigen Vertiefungen ausgebildet ist.
7. Druckaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembran (37) gegenüber
der Stirnfläche von Außen- und Innenring vertieft angeordnet ist.
8. Druckaufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, üaS in der Vertiefung eine temperaturbeständige
Flüssigkeit (39) vorgesehen und nach außen durch eine temperaturbeständige Folie (36)
abgedeckt ist.
9. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Außenring (70) an dem Gehäuse (61) durch eine Überwurfspannhülse (71) unter Vorspannung befestigt
ist.
10. Druckaufnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zu messenden Medium
zugewandte Stirnseite durch eine dünne, vorzugsweise leicht gewellte Membran (79) abgedeckt ist,
die zwischen der Spannhülse (77) und einem Befestigungsring (78) eingespannt ist.
11. Druckaufnehmer nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der die Ringmembran radial begrenzenden
Ringe (47) zum Ändern seiner axialen Elastizität mit einer Radialnut (46) versehen ist
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH1496774A CH582353A5 (de) | 1974-11-08 | 1974-11-08 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2544505A1 DE2544505A1 (de) | 1976-05-13 |
DE2544505B2 true DE2544505B2 (de) | 1978-08-17 |
DE2544505C3 DE2544505C3 (de) | 1979-04-26 |
Family
ID=4405262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2544505A Expired DE2544505C3 (de) | 1974-11-08 | 1975-10-04 | Druckaufnehmer |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4061035A (de) |
AT (1) | AT348794B (de) |
CH (1) | CH582353A5 (de) |
DE (1) | DE2544505C3 (de) |
GB (1) | GB1496610A (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3727221A1 (de) * | 1987-08-14 | 1989-02-23 | Siemens Ag | Sensor fuer druckkraft |
DE3909114A1 (de) * | 1989-03-20 | 1990-09-27 | Heidelberger Druckmasch Ag | Wascheinrichtung |
DE102015117044B3 (de) * | 2015-10-07 | 2016-12-08 | Sensor-Technik Wiedemann Gmbh | Elektrische Messanordnung zur Kraft- und/oder Druckmessung sowie Abstützeinrichtung mit einer derartigen elektrischen Messanordnung |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4263808A (en) * | 1979-03-26 | 1981-04-28 | Baxter Travenol Laboratories, Inc. | Noninvasive pressure monitor |
EP0090871B1 (de) * | 1982-04-06 | 1987-01-07 | Kistler Instrumente AG | Hochdruckaufnehmer |
DE3268485D1 (en) * | 1982-04-06 | 1986-02-27 | Kistler Instrumente Ag | High pressure detector |
EP0115908A3 (de) * | 1983-01-10 | 1984-12-05 | Automotive Engine Associates | Aufnehmer |
AT386482B (de) * | 1985-03-05 | 1988-08-25 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Druckaufnehmer |
DE3534162A1 (de) * | 1985-09-25 | 1987-04-02 | Bosch Gmbh Robert | Widerstandsdrucksensor |
GB2227566A (en) * | 1989-01-03 | 1990-08-01 | Peter John Schwind | Pressure transducer |
CH691625A5 (de) * | 1997-09-15 | 2001-08-31 | Kk Holding Ag | Beschleunigungskompensierter Druckkaufnehmer. |
AU2003205471A1 (en) * | 2002-02-21 | 2003-09-09 | Intelligent Mechatronic Systems, Inc. | (preloaded) load cell for vehicle seat with lateral and angular aligment |
EP1486653B1 (de) * | 2003-06-12 | 2016-04-13 | Denso Corporation | Verbrennungsdrucksensor |
US6923068B2 (en) * | 2003-06-19 | 2005-08-02 | Dynisco, Inc. | Pressure transducer |
US7191660B2 (en) * | 2004-04-15 | 2007-03-20 | Davidson Instruments Inc. | Flame shield for high temperature pressure transducer |
AT505015B1 (de) * | 2007-07-27 | 2008-10-15 | Piezocryst Advanced Sensorics | Drucksensor |
AT505077B1 (de) * | 2008-06-06 | 2010-01-15 | Avl List Gmbh | Messeinrichtung |
EP2146190B1 (de) * | 2008-07-15 | 2014-11-19 | Krohne AG | Ultraschallwandler |
DE102012207861A1 (de) * | 2012-05-11 | 2013-11-14 | Robert Bosch Gmbh | Membranbaugruppe für eine Druckmesseinrichtung |
CN104583744B (zh) * | 2012-08-29 | 2017-04-12 | 西铁城精密器件株式会社 | 燃烧压力传感器 |
WO2015066310A1 (en) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | Lime Instruments Llc | Sensor assembly for measuring dynamic pressure in reciprocating pumps |
CN108593184B (zh) * | 2018-05-08 | 2023-10-17 | 西安航天三沃机电设备有限责任公司 | 一种用于特种***压力测量的***压力传感器 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2872813A (en) * | 1955-07-14 | 1959-02-10 | Cons Electrodynamics Corp | Symmetrical transducer |
US3024649A (en) * | 1959-02-27 | 1962-03-13 | Ralph F Taber | Force measuring instrument |
US3341795A (en) * | 1965-11-19 | 1967-09-12 | Ibm | Force transducer |
-
1974
- 1974-11-08 CH CH1496774A patent/CH582353A5/xx not_active IP Right Cessation
-
1975
- 1975-10-02 GB GB40246/75A patent/GB1496610A/en not_active Expired
- 1975-10-04 DE DE2544505A patent/DE2544505C3/de not_active Expired
- 1975-10-06 AT AT764275A patent/AT348794B/de not_active IP Right Cessation
- 1975-11-10 US US05/630,515 patent/US4061035A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3727221A1 (de) * | 1987-08-14 | 1989-02-23 | Siemens Ag | Sensor fuer druckkraft |
DE3909114A1 (de) * | 1989-03-20 | 1990-09-27 | Heidelberger Druckmasch Ag | Wascheinrichtung |
DE102015117044B3 (de) * | 2015-10-07 | 2016-12-08 | Sensor-Technik Wiedemann Gmbh | Elektrische Messanordnung zur Kraft- und/oder Druckmessung sowie Abstützeinrichtung mit einer derartigen elektrischen Messanordnung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1496610A (en) | 1977-12-30 |
ATA764275A (de) | 1978-07-15 |
DE2544505A1 (de) | 1976-05-13 |
AT348794B (de) | 1979-03-12 |
US4061035A (en) | 1977-12-06 |
CH582353A5 (de) | 1976-11-30 |
DE2544505C3 (de) | 1979-04-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2544505C3 (de) | Druckaufnehmer | |
EP0090871B1 (de) | Hochdruckaufnehmer | |
EP2446239B1 (de) | Drucksensormesselement sowie damit versehener drucksensor zur druckerfassung in einem brennraum einer verbrennungskraftmaschine | |
EP0090872B1 (de) | Hochdruckaufnehmer | |
DE4118824C2 (de) | Drucksensor | |
DE112007003595B4 (de) | Drehmomentmessflansch | |
EP3507581B1 (de) | Drehmomentsensor mit nebenschlussspeiche | |
DE2855746C3 (de) | Piezoelektrischer Dehnungsaufnehmer | |
EP2786108B1 (de) | Druckmesseinrichtung mit zusatzmembran | |
EP0465881B1 (de) | Kraftaufnehmer mit Torsionsring | |
DE2544506C3 (de) | Membrananordnung für Druckaufnehmer | |
DE2951854C2 (de) | Differenzdruck-Meßumformer | |
EP0987532A2 (de) | Messvorrichtung zur Bestimmung des Gesamtanzugsmoments, des Kopfreibungsmoments und der Vorspannkraft einer angezogenen Schraubverbindung | |
EP0200709B1 (de) | Druckaufnehmer | |
DE4444831C2 (de) | Drucksensor | |
EP1114987B1 (de) | Membrane für Druckmessgeräte | |
DE3421149C2 (de) | Druckaufnehmer | |
AT507198B1 (de) | Kraftmessring mit einem ringförmigen gehäuse | |
EP3450948B1 (de) | Kraftmesseinrichtung | |
AT523702B1 (de) | Kraftmessdose | |
DE102017213894A1 (de) | Messgerät zur Messung des Drucks eines Mediums in einem Behältnis und kapazitive Druckmesszelle | |
DE3423696A1 (de) | Druckmessaufnehmer | |
EP3147528B1 (de) | Messeinrichtung und verfahren zur erfassung eines schleifmoments | |
CH717633A2 (de) | Druckaufnehmer zum Erfassen eines Brennraumdrucks bei Brennkraftmaschinen. | |
DE19853309C2 (de) | Zylinder-Kolben-Einheit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |