DE2842140C2 - Mechanical-electrical pressure transducer - Google Patents
Mechanical-electrical pressure transducerInfo
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Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen mechanisch-elektrischen Wandler zur Messung von Drücken, insbesondere zur Messung des Saugrohrunterdruckes in einer Brennkraftmaschine, welcher zur Gattung des Hauptanspruchs gehört.The invention relates to a mechanical-electrical converter for measuring pressures, in particular for Measurement of the intake manifold vacuum in an internal combustion engine, which belongs to the preamble of the main claim heard.
Bei den seither bekannten Druckwandlern dieser Art, beispielsweise nach der DE-OS 16 73 938, ist ein Dauermagnet in einem Eisenkreis vorgesehen, in welchem das magnetfeldabhängige Halbleiter-Bauelement (Hall-Generator) und außerdem ein Luftspalt angeordnet ist, in welchen ein Regulierstück eintaucht, welches die Kraftlinien im Luftspalt beeinflußt. Derartige Wandler erfordern jedoch eine sehr hohe Präzision bei der Herstellung und Einstellung und haben außerdem den Nachteil, daß sie beim Betrieb auf Kraftfahrzeugen nur mit erheblichem Aufwand gegen Verschmutzung geschützt werden können.In the known pressure transducers of this type, for example according to DE-OS 16 73 938, is a Permanent magnet provided in an iron circle in which the magnetic field-dependent semiconductor component (Hall generator) and also an air gap is arranged in which a regulating piece is immersed, which influences the lines of force in the air gap. However, such converters require a very high level of precision in the manufacture and adjustment and also have the disadvantage that they are on during operation Motor vehicles can only be protected against pollution with considerable effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vor allem zur Messung des Ansaugluftdruckes in Brennkraftmaschinen geeigneten Druckwandler zu schaffen, welcher trotz einfachen, konstruktiven Aufbaus eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Druckwerte aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen vorgesehen. The invention is based on the object of primarily measuring the intake air pressure in internal combustion engines to create suitable pressure transducer, which despite a simple, structural design has high accuracy and reproducibility of the pressure values. To solve this problem are according to the invention, the measures specified in the characterizing part of the main claim are provided.
Zweckmäßig können die Magnete in bekannter Weise aus einer Verbindung von Kobalt mit Seltenen Erden, insbesondere aus Kobalt und Samarium (CoSm), bestehen.The magnets can expediently be made from a compound of cobalt with rare substances in a known manner Soils, especially cobalt and samarium (CoSm), consist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.Advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims in connection with the Embodiments described below, which are shown schematically in the drawing.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Der Druckwandler nach F i g. 1 ist zum Einbau in die Ansaugleitung eines nicht dargestellten F'ahrzeugmotors bestimmt und erhält ein metallisches Gehäuse 1 mit einer zentralen Längsbohrung 2 und einem Schraubgewinde 3 zum Eindrehen des Druckwandlers in die Luftansaugleitung. Hierzu ist am unteren Endabschnitt des Gehäuses 1 ein Außensechskant 4 vorgesehen.The pressure transducer according to FIG. 1 is for installation in the The intake line of a vehicle engine (not shown) is determined and is provided with a metallic housing 1 a central longitudinal bore 2 and a screw thread 3 for screwing the pressure transducer into the Air intake line. For this purpose, an external hexagon 4 is provided on the lower end section of the housing 1.
Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich eine an ihrem Rand eingespannte Wellmembran 5. Diese trägt an ihrer von einer stirnseitigen, zentralen Einlaßbohrung 6 abgekehrten Unterseite einen niedrigen, zylindrischen Dauermagnet 7, der aus einer Kobalt-Seltene-Erde-Verbindung hergestellt ist und sich beim Auftreten wechselnder, auf die Membran 5 wirkender Drucke in Richtung der Längsachse 8 des Druckwandler bewegt. Diesem oberen Dauermagneten 7 steht mit geringem Abstand ein ebenfalls in der Längsachse 8 angeordneter, zweiter Dauermagnet 9 gegenüber, we'cher ebenso wie der Magnet 7 aus CoSm hergestellt ist. Beide Magnete 7 und 9 sind derart längsmagnetisiert, daß ihre einander gegenüberstehenden Stirnflächen gleiche Polarität aufweisen.In the interior of the housing 1 there is a corrugated membrane 5 clamped at its edge on its lower side facing away from a front, central inlet bore 6, a low, cylindrical permanent magnet 7, which is made of a cobalt-rare-earth compound and located at Occurrence of alternating pressures acting on the membrane 5 in the direction of the longitudinal axis 8 of the pressure transducer emotional. This upper permanent magnet 7 is also located at a small distance in the longitudinal axis 8 arranged, second permanent magnet 9 opposite, which like the magnet 7 is made of CoSm is. Both magnets 7 and 9 are longitudinally magnetized in such a way that their opposite end faces have the same polarity.
Etwa in der Mitte zwischen beiden Magneten ist ein Hallelement 10 vorgesehen, das bei einer bevorzugten Ausführungsform als Teil eines monolithischen, integrierten Halbleiterschaltkreises (IC) ausgebildet ist, welcher zusätzlich zum Hall-Element eine Konstantstromquellc, einen Verstärker und eine Temperaturkompensation enhält. Der integrierte Schaltkreis liefert eine Ausgangsspannung, welche zu der am Ort des Hall-Elementes herrschenden magnetischen Induktion proportional ist und einer bei 11 angedeuteten Auswerteschaltung 11 zugeführt wird. Diese ermöglicht den Abgleich und erlaubt es, den Nullpunkt und die Steigung so einzustellen, daß bei der Axialbewegung des oberen Dauermagneten ein bestimmter linearer Kennlinienbereich durchfahren wird. Die Ajswerteschaltung 11 kann als Hybrid-Schaltung ausgebildet sein und ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einer gummielastischen Dämpfungsmasse 12 zum Schutz gegen Schwingungseinflüsse gelagert. Der untere, zur Kompensation dienende Dauermagnet 9 sitzt am freien Ende einer Stellschraube 13, die es ermöglicht den Magneten 9 axial zu justieren und die Nullinduktion einzustellen. Hierdurch ist es ohne weiteres möglich, bei einer maximalen Auslenkung von ca 0,5 mm des oberen Dauermagneten 7 einen annähernd linearen Zusammenhang zwischen dem auf die Membran 5 wirkenden Druck und der Ausgangsspannung zu erreichen. An der Unterseite des Gehäuses sind drei elektrische Anschlußkontakte vorgesehen, von denen nur die beiden Anschlußkontakte 14 und 15 dargestellt sind.Approximately in the middle between the two magnets, a Hall element 10 is provided, which in a preferred Embodiment is designed as part of a monolithic, integrated semiconductor circuit (IC), which in addition to the Hall element a constant current source, an amplifier and a temperature compensation contains. The integrated circuit provides an output voltage which corresponds to that at the location of the Hall element prevailing magnetic induction is proportional and indicated at 11 Evaluation circuit 11 is supplied. This enables the adjustment and allows the zero point and the slope to be set so that the axial movement of the upper permanent magnet a certain linear characteristic range is traversed. The Ajswerteschaltung 11 can be designed as a hybrid circuit and is in the illustrated embodiment in a rubber-elastic damping mass 12 to protect against Vibration influences stored. The lower permanent magnet 9, which is used for compensation, sits at the free end an adjusting screw 13, which enables the magnet 9 to be axially adjusted and the zero induction to be set. This makes it easily possible with a maximum deflection of approx. 0.5 mm of the upper one Permanent magnets 7 have an approximately linear relationship between that acting on the membrane 5 Pressure and output voltage. There are three electrical connection contacts on the underside of the housing provided, of which only the two connection contacts 14 and 15 are shown.
Der besondere Vorteil des dargestellten Druckgebers liegt im folgenden:The particular advantage of the pressure transducer shown is as follows:
1. Die Stelle der magnetischen Induktion S=O liegt in der Mitte zwischen den beiden Magneten 7 und 9.1. The point of magnetic induction S = O is in the middle between the two magnets 7 and 9.
2. Die Induktion B = 0 ist leicht mechanisch justier-2. The induction B = 0 can easily be adjusted mechanically.
bar durch Verschieben des Kompensationsmagneten 9. insbesondere, wenn die Schraube 13 mit einem Feingewinde versehen ist.bar by moving the compensation magnet 9. especially when the screw 13 with is provided with a fine thread.
3. Die Aussteuerung kann von B = 0 ausgehen, was dazu führt, daß man sich im gut iinearen Bereich des HaIl-IC berindet.3. The modulation can start from B = 0, which leads to the fact that you are in the well iinear area of the Hal-IC.
4. Die Erkennung von Über- oder Unterdruck ergibt sich in einfacher Weise aus S > 0 oder B < 0.4. The detection of overpressure or underpressure results in a simple manner from S> 0 or B < 0.
5. Bei Auslenkung im Bereich der Nullinduktion ergibt sich eine sehr gute Linearität der Ausgangsspannung in Abhängigkeil von der Induktion.5. A deflection in the area of zero induction results in a very good linearity of the output voltage depending on the induction wedge.
6. Da keine Grundinduktion vorhanden ist (Offset), ist eine hohe Verstärkung möglich und demzufolge eine höhere Genauigkeit.6. Since there is no basic induction (offset), a high gain is possible and consequently higher accuracy.
7. Durch Befestigung des ersten Magneten an der Membran ist keine mechanische Führung für den Magneten erforderlich.7. By attaching the first magnet to the membrane, there is no mechanical guide for the Magnets required.
In Fig.2 ist ein anderes AusführungsSeispiel eines erfindungsgemäßes Druckwandlers dargestellt, wobei gleiche oder gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen sind. Abweichend von F i g. 1 ist hier statt einer Membran eine Druckdose 17 verwendet, an deren Unterseite der obere Magnet 7 befestigt ist. Die übrigen Bauteile des zweiten Ausführungsbeispieles stimmen mit denjenigen nach F i g. 1 überein.In Figure 2, another embodiment is one pressure transducer according to the invention shown, wherein the same or equivalent parts with the same Reference symbols as in FIG. 1 are provided. Notwithstanding FIG. 1 here is a pressure cell instead of a membrane 17 is used, on the underside of which the upper magnet 7 is attached. The remaining components of the second Embodiment agree with those according to F i g. 1 match.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist ebenfalls eine Druckdose 17 verwendet. An der Unterseite der Druckdose 17 ist ein Haltestift 18 befestigt, an welchem der HaIl-IC 10 sitzt und bei wechselndem Druck P in Richtung der Pfeile 19 nach oben oder unten bewegt wird. Der obere Dauermagnet 7 ist ebenso wie der untere Dauermagnet 9 ortsfest bzw. raumfest angeordnet und enthält eine zentrale Durchgangsbohrung 20 für den Haltestift 18.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, a pressure cell 17 is also used. On the underside of the pressure cell 17, a retaining pin 18 is attached, on which the Hal-IC 10 is seated and is moved up or down in the direction of the arrows 19 when the pressure P changes. The upper permanent magnet 7, like the lower permanent magnet 9, is arranged in a stationary or spatially fixed manner and contains a central through-hole 20 for the retaining pin 18.
Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckgebers mit einer Membran 5, welche im Gegensatz zu Fi g. 1 an ihrer Unterseite den HaII-IC 10 irägt. Der obere Dauermagnet 7 ist oberhalb der Membran 5, der untere Magnet 9 unterhalb der Membran 5 im gleichen axialen Abstand von dem HaIl-IC 10 angeordnet wie der obere Dauermagnet 7. Ebenso wie in den seither beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dieser IC mit flexiblen Anschlußleitungen 21 verbunden, welche zu einer in den F i g. 1 und 2 bei 11 angedeuteten Auswerteschaltung führen.4 shows another embodiment of a pressure transducer according to the invention with a membrane 5, which in contrast to Fig. 1 attaches the Hal-IC 10 to its underside. The upper permanent magnet 7 is above the membrane 5, the lower magnet 9 below the membrane 5 at the same axial distance from that Hal-IC 10 is arranged like the upper permanent magnet 7. As in the exemplary embodiments described since then, this IC is provided with flexible connecting lines 21 connected, which leads to a in the F i g. 1 and 2 lead at 11 indicated evaluation circuit.
Beim Ausfühiungsbeispiel nach Fi g. 5 sind die beiden Dauermagnete 7 und 9 zusammen mit dem Hall-IC 10 gleichachsig zueinander auf einer quer zur Längsachse 8 verlaufenden Querachse 23 raumfest angeordnet. Zur druckabhängigen Beeinflussung der am Ort des Hall-IC 10 wirkenden magnetischen Induktion ist an der Unterseite der Druckdose 17 ein weichmagnetisches.In the Ausfühiungsbeispiel according to Fi g. 5 are the two Permanent magnets 7 and 9 together with Hall IC 10 coaxially to one another on a transverse to longitudinal axis 8 extending transverse axis 23 arranged spatially fixed. For pressure-dependent influencing of the at the location of the Hall IC 10 acting magnetic induction is a soft magnetic on the underside of the pressure cell 17.
keilförmiges Leitstück 24 vorgesehen, welches mehr oder weniger tief in den Zwischenraum zwischen den linken Dauermagneten 7 und dem HaIl-IC 10 hineinragt und sich in Richtung der Pfeile 25 parallel zur Längsachse 8 des Druckwandlers S bewegt, wenn der zi> messende Druck sich ändert.wedge-shaped guide piece 24 is provided, which more or less deeply into the space between the left permanent magnet 7 and the HaIl IC 10 protrudes and in the direction of arrows 25 parallel to Longitudinal axis 8 of the pressure transducer S moves when the zi> measuring pressure changes.
Für die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 2 bis 5 gelten die gleichen, im Zusammenhang mit F i g. 1 genannten Vorteile.For the exemplary embodiments according to FIGS. 2 to 5 the same apply in connection with F i g. 1 mentioned advantages.
ίο Die Ausführungsbeispiele nach Fig.3 und Fig.4 weisen infolge der Tatsache, daß sich nur das Hallelement auf einer Membran oder Membrandose bewegt, eine besonders gute Linearität der Ausgangsspannung als Funktion des Druckes auf.ίο The embodiments according to Fig.3 and Fig.4 point due to the fact that only the Hall element is on a membrane or diaphragm box moves, a particularly good linearity of the output voltage as a function of the pressure.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Dort ist ebenso wie in F i g. 3 und F i g. 5 eine Druckdose 17 vorgesehen, welche an einem mit einer Längsbohrung 25 versehenen Gewlndezapfen 26 sitzt, welcher in den Boden 27 des Gehäuses 1 zur Justierung der Druckdose 17 mehr oder weniger tief eingedreht und in der Justierstellung durch eine Gegenmutter 28 fixiert werden kann. An der Innenseite der mit dem Gewindezapfen verbundenen Membran der Druckdose 17 ist der erste CoSm-Magnet 7 ortsfest angeordnet. Diesem steht mit gleichnamigem, stirnseitigem Pol der zweite CoSm-Magnet 9 gegenüber, welcher auf einem in Richtung der Achse 8 des Gehäuses 1 verstellbaren Gewindezapfen 29 sitzt, welcher in eine Querwand 30 eingedreht ist. Zwischen den beiden Magneten 7 und 9 ist das Hall-Element 10 angeordnet und im Zentrum der Druckdose 17 an deren von dem Magneten 7 abgekehrten Membran befestigt. In Verlängerung der Achse 8 ist ein integrierter Schaltkreis 11 zu Auswertung der vom Hall-Element 10 gelieferten Spannung vorgesehen und mittels einer Dämpfungsmasse 12 befestigt.The embodiment of FIG. 6 represents a preferred embodiment of the invention Arrangement. There, as in FIG. 3 and F i g. 5, a pressure cell 17 is provided, which on a with a longitudinal bore 25 provided threaded pin 26 sits, which in the bottom 27 of the housing 1 to Adjustment of the pressure cell 17 screwed in more or less deeply and in the adjustment position by a Lock nut 28 can be fixed. On the inside of the membrane connected to the threaded pin the first CoSm magnet 7 is arranged in a stationary manner in relation to the pressure cell 17. This stands with the same name on the face Pole of the second CoSm magnet 9 opposite, which on one in the direction of the axis 8 of the Housing 1 adjustable threaded pin 29 is seated, which is screwed into a transverse wall 30. Between the two magnets 7 and 9, the Hall element 10 is arranged and in the center of the pressure cell 17 at their attached facing away from the magnet 7 membrane. In extension of the axis 8 is an integrated Circuit 11 for evaluating the from Hall element 10 provided voltage and fixed by means of a damping mass 12.
Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 bietet folgende Vorteile:The embodiment according to FIG. 6 offers the following advantages:
1. Sehr gute Linearität, da das Hali-Element 10 bewegt wird und die beiden Magnete 7 und 9 raumfest angeordnet sind,1. Very good linearity because the Hali element 10 is moved and the two magnets 7 and 9 are fixed in space,
2. die Verwendung einer Membrandose ist hinsicht- -15 lieh Linearität und Genauigkeit günstiger als eine Einzelmembran;2. The use of a diaphragm can is more favorable than one in terms of linearity and accuracy Single membrane;
3. sehr einfache Herstellung.3. Very easy to manufacture.
Die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 2, 3, 5 und 6 so mit einer Wellmembrandose 17 können selbstverständlich anstelle des in diesen Figuren vorgesehenen Differenzdrucks auch Absolutdruck messen, wenn die Dose 17 verschlossen wird.The exemplary embodiments according to FIGS. 2, 3, 5 and 6 with a corrugated membrane box 17 can of course instead of the differential pressure provided in these figures, also measure absolute pressure if the Can 17 is closed.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| AG | Has addition no. |
Ref country code: DE Ref document number: 3013857 Format of ref document f/p: P |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| AG | Has addition no. |
Ref country code: DE Ref document number: 3013857 Format of ref document f/p: P |
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |