SE447421B - PRESSURE SENSOR GIVING A PROPORTIONAL PROPORTIONAL TO THE OWN FREQUENCY OF A Vibrating Beam - Google Patents

Description

10 15 .h 20 25 BO 35 447 421 2 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Föreliggande uppfinning hänför sig till en tryckavkännare och avser närmare bestämt en tryckavkännare, som belastar och påverkar egenfrekvensen hos en vibrerande balk. Frekvensen av- känns och avges till utgången i form av digitala pulser, som kan ge ett direkt digitalt mätvärde eller en utläsning av det tryck som mäts. 10 15 .hrs 20 25 STAY 35 447 421 2 SUMMARY OF THE INVENTION: The present invention relates to a pressure sensor and more particularly refers to a pressure sensor, which loads and affects the natural frequency of a vibrating beam. The frequency of is felt and emitted to the output in the form of digital pulses, which can give a direct digital measurement value or a reading of that pressure which is measured.

Balken belastas genom en svängbart monterad hävarm, såsom visas, vilket bidrager till att isolera oönskade påkänningar under belastningen av balken.The beam is loaded by a pivotally mounted lever, such as is displayed, which helps to isolate unwanted stresses under the load of the beam.

Exciteringen av balken sker från en spole, som drivs ay_en oscillator, och avkänningen är kapacitiv. Det finns sålunda liten växelverkan mellan exciteringen och avkänningssignalerna, vilket förbättrar noggrannheten.The excitation of the beam takes place from a coil, which is driven by the ay_en oscillator, and the sensing is capacitive. There is thus little interaction between the excitation and the sensing signals, which improves accuracy.

I den särskilda visade utföringsformen är exciteringsspolen och den givande kondensatorplattan monterade på samma sida av den vibrerande balken för att förenkla monteringen och även för att förenkla justeringar vad gäller avståndet mellan drivspolen, den avkännande kondensatorn och den vibrerande balken. Andra för- delar inkluderar mindre antal delar, bättre kontroll av parasi- tiska resonanssvängningar och att i avkänningskretsen ingående komponenter kan monteras på pick-up- eller givaraggregatet.In the particular embodiment shown, the excitation coil is and the yielding capacitor plate mounted on the same side of the vibrating beam to simplify assembly and also for to simplify adjustments in the distance between the drive coils, the sensing capacitor and the vibrating beam. Other parts include smaller number of parts, better control of parasites resonant oscillations and that included in the sensing circuit components can be mounted on the pick-up or sensor unit.

Med den vibrerande balken monterad på beskrivet sätt finns det i huvudsak inga strömmar i balken, varför balken har föga oönskad effekt eller verkan på drivspolens eller givarkondensa- torns funktion.With the vibrating beam mounted as described there are essentially no currents in the beam, so the beam has little undesired effect or effect on the drive coil or sensor capacitor tower function.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN: Fig. l är en planvy ovanifrån av en tryckavkännare inklude- rande avkänningsorgan i enlighet med föreliggande uppfinning.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING: Fig. 1 is a top plan view of a pressure sensor included. sensing means in accordance with the present invention.

Fig. 2 är en vertikalvy tagen längs linjen 2-2 i fig. 1 med vissa delar avlägsnade. Fig. 3 är en fragmentarisk sektionsvy tagen längs linjen 3-3 i fig. 2. Fig. 4 är en vy tagen längs linjen 4-4 i fig. 3. Fig. 5 är en sektionsvy tagen längs linjen 5-5 i fig. 1.Fig. 2 is a vertical view taken along line 2-2 of Fig. 1 with some parts removed. Fig. 3 is a fragmentary sectional view taken along line 3-3 of Fig. 2. Fig. 4 is a view taken along line 4-4 in Fig. 3. Fig. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of Fig. 1.

Fig. 6 är en fragmentarisk planvy ovanifrån av ett modifierat ut- förande av uppfinningen. Fig. 7 är en sidovy av den spol- och givarenhet som utnyttjas i samband med anordningen enligt fig. 6, varvid fig. 7 är tagen längs linjen 7-7 i fig. 6. Fig. 8 är en vy tagen längs linjen 8-8 i fig. 7. Fig. 9 visar schematiskt en för- enklad driv- och avkänningskrets som utnyttjas i samband med av- ...ïw-.q ...,.... m... ...- ..... ...q-_ ..~.... 10 15 20 25 50 35 3 447 421 kännaren enligt föreliggande uppfinning.Fig. 6 is a fragmentary plan view from above of a modified embodiment practice of the invention. Fig. 7 is a side view of the coil and sensor unit used in connection with the device according to Fig. 6, Fig. 7 is taken along line 7-7 of Fig. 6. Fig. 8 is a view taken along line 8-8 in Fig. 7. Fig. 9 schematically shows a simplified drive and sensing circuit used in connection with ... ïw-.q ..., .... m ... ...- ..... ... q-_ .. ~ .... 10 15 20 25 50 35 3 447 421 the sensor of the present invention.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM: I fig. l och 2 visas den allmänna uppbyggnaden av en av- kännare utförd i enlighet med föreliggande uppfinning. Avkännar- aggregatet är allmänt betecknat 10 och innefattar ett yttre hus ll som utgör underlag för montering av de olika komponenterna.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT: Figures 1 and 2 show the general construction of a sensor performed in accordance with the present invention. Sensor the assembly is generally designated 10 and includes an outer housing ll which forms the basis for assembly of the various components.

Den med 12 utmärkta husbasen är en plan platta, och huset inne- fattar upprättstàende väggar 15 och 14. Husets ll yttre yta har företrädesvis en beläggning av kiselgummi med en tjocklek av ca 1,6 mm i syfte att dämpa yttre vibrationer. Väggarna l5 är för- sedda med öppningar och monteringsorgan för montering av ett_par bälgar 15 resp. 16. I Bälgen 16 har en ändkrage 17 som bildar en liten ring, vil- ken till en del passar 1 och är kvarhállen i en urtagning i en inspännings- eller fastklämningsanordning 25A. Den senare är för- skjutbart anpassad över och kan glida utefter en tànge eller med- bringare 25, vilken utgör en del av en svängande, belastande häv- armsenhet allmänt utmärkt vid 24. Tången 25 sträcker sig mellan bälgarna 15 och 16. Bälgen 15 har en ändring 17A, vilken till en del är anpassad till en urtagning i tången 25 och sålunda är an- sluten till tângen 25. Bälgarna 15 och 16 överför till tången 25 belastningar från tryck som expanderar bälgarna i en axiell rikt- ning. Tången 25 har laxstjärtformade kantdelar över vilka fast- klämningsanordningen 25A angriper och glider. Bälgarna är av i samband med avkännare konventionellt utförande och är normalt i ett vilo- eller balanserat läge såsom visas. Ett första tryckin- lopp 20 är anslutet till bälgen 15, och ett andra tryckinlopp 21 är öppet mot bälgen 16. Dä de utsätts för tryck, kommer bälgarna självfallet att sträva efter att expandera axiellt och förskjuta sina inre ändar invid tången 25 och fastklämningsanordningen 25A.The one with 12 excellent house bases is a flat plate, and the house takes upright walls 15 and 14. The outer surface of the house has preferably a coating of silicon rubber with a thickness of approx 1.6 mm in order to dampen external vibrations. The walls l5 are seen with openings and mounting means for mounting a_pair bellows 15 resp. 16. I The bellows 16 has an end collar 17 which forms a small ring, which ken to some extent fits 1 and is retained in a recess in one clamping or clamping device 25A. The latter is slidably adapted over and can slide along a pliers or carrier 25, which forms part of a pivoting, loading lever arm assembly generally excellent at 24. The pliers 25 extend between the bellows 15 and 16. The bellows 15 has a change 17A, which to a part is adapted to a recess in the pliers 25 and thus the closed to the tongs 25. The bellows 15 and 16 transfer to the tongs 25 loads from pressures that expand the bellows in an axial direction ning. The tongs 25 have salmon tail-shaped edge parts over which the clamping device 25A engages and slides. The bellows are off in associated with sensors conventional design and is normal in a rest or balanced position as shown. A first printing bore 20 is connected to the bellows 15, and a second pressure inlet 21 is open to the bellows 16. When subjected to pressure, the bellows come of course to strive to expand axially and displace its inner ends adjacent the pliers 25 and the clamping device 25A.

Såsom visas kommer följaktligen tryckskillnader att orsaka en lägesförskjutning för tången 25.Consequently, as shown, pressure differences will cause one position offset for the pliers 25.

Fastklämningsanordningen 25A kan förskjutas och justeras utefter tången 25 i tvärled relativt bälgarnas rörelseriktning, så att bälgens 16 moment kring den vid 27 visade gángjärnslik- nande leden kan förskjutas med avseende på bälgens 15 moment kring leden 27. Denna rörelse hos fastklämningsanordningen 25A utefter tângen 25 tillåter justering av kraften från den ena eller den andra bälgen, så att då lika tryck appliceras på bälgarna 15 10 15 20 25 50 35 447 421 och 16 den resulterande kraften (momenten) är noll.The clamping device 25A can be displaced and adjusted along the tongs 25 transversely to the direction of movement of the bellows, so that the 16 moments of the bellows around the hinge-like The joint can be displaced with respect to the moments of the bellows around the joint 27. This movement of the clamping device 25A along the tongs 25 allows adjustment of the force from one or the second bellows, so that then equal pressure is applied to the bellows 15 10 15 20 25 50 35 447 421 and 16 the resulting force (torque) is zero.

Sett i en planvy inkluderar hävarmsenheten eller -aggrega- tet 24 ett monteringsblock 25, som 1 sin tur är fastsatt vid husets ll basvägg 12. Hävarmsenheten 24 är gjort av ett enhetligt materialstycke. En rörlig hävarmsdel 50 är förenad med blocket 25 genom den gàngjärnsliknande leden som visas vid 27. Leden är ut- formad som en del med väsentligt reducerad tvärsektionstjocklek förbindande blocket 25 och delen 50 utefter ledaxeln. Hävarmsen- heten har sålunda en monteringsdel 25 och en svängande hävarmsdel 50. Den svängande hävarmsdelen 50 går fri från husets bas 12, så att den kan svänga under inverkan av tryckskillnader. Lämpliga distansorgan kan vara placerade under blocket 25 för att lyfta hävarmsdelen 50 bort från basen 12.Seen in a plan view, the lever unit or unit includes 24 a mounting block 25, to which 1 in turn is attached the base wall 12 of the housing 11. The lever unit 24 is made of a unit piece of material. A movable lever member 50 is joined to the block 25 through the hinge-like joint shown at 27. The joint is formed as a part with significantly reduced cross-sectional thickness connecting the block 25 and the part 50 along the hinge axis. Hävarmsen- The unit thus has a mounting part 25 and a pivoting lever part 50. The pivoting lever part 50 goes free from the base 12 of the housing, so that it can oscillate under the influence of pressure differences. Suitable spacers may be located below the block 25 for lifting the lever portion 50 away from the base 12.

Hävarmsdelen 50 svänger kring gångjärns- eller leddelen 27, vilken har liten styvhet mot svängning men har stor styvhet gent- emot vridning av hävarmsdelen 50 kring en axel parallell med pla- net för svängningsrörelsen. Denna styvhet är även verksam gentemot accelerationer i en riktning utefter svängningsaxeln. Hävarmsdelen är ansluten till tången 25 genom en anslutningssektion 51.The lever part 50 pivots around the hinge or hinge part 27, which has low stiffness against oscillation but has high stiffness against rotation of the lever member 50 about an axis parallel to the net for the oscillating movement. This stiffness is also effective against accelerations in one direction along the axis of rotation. The lever part is connected to the pliers 25 through a connecting section 51.

En belastningsbalk, som är allmänt utmärkt vid 55, är ut- förd av ett enda block av magnetiskt material, företrädesvis Ni-Span C, legering 902, som tillverkas av International Nickel Company. Belastningsbalken 55 inkluderar en central vibrerande balksektion 42, som är belägen mellan och utförd i ett stycke med första och andra isolatorsektioner 45 och 44, vilka uppbär den víbrerande balksektionen 42. Isolatorsektionen 45 är vid sin yttre ände 56, som är belägen motsatt sektionens förbindning med den vibrerande balksektionen, monterad vid ett stödutsprång eller en stödklack 57, vilken kan vara en del av blocket 25. Isolator- sektionens 45 yttre ände kan även vara separat monterad vid husets bas 12. Anslutningen till stödet 57 är fast, såsom medelst mjuk- lödning eller hårdlödning. Isolatorsektionens 45 yttre ände kan även vara fastsatt medelst stift eller medelst lämpliga skruvar.A load beam, which is generally excellent at 55, is carried by a single block of magnetic material, preferably Ni-Span C, alloy 902, manufactured by International Nickel Company. The load beam 55 includes a central vibrator beam section 42, which is located between and made in one piece with first and second insulator sections 45 and 44, which support the vibrating beam section 42. The insulator section 45 is at its outer end 56, which is located opposite the connection of the section to the vibrating beam section, mounted at a support projection or a support lug 57, which may be part of the block 25. The insulator the outer end of the section 45 may also be separately mounted to the housing base 12. The connection to the support 57 is fixed, as by soft soldering or brazing. The outer end of the insulator section 45 can also be fastened by means of pins or by means of suitable screws.

Isolatorsektíonens 44 yttre ände, vilken är den ände som är motsatt belastningsbalken 55, är vid 40 monterad vid ett stöd 41 som utskjuter från den svängande hävarmsdelen 50. Monteringen kan ske på varje önskat sätt.The outer end of the insulator section 44, which is the end which is opposite the load beam 55, is at 40 mounted to a support 41 projecting from the pivoting lever part 50. The assembly can be done in any desired way.

Avkänningsenheten är accelerationsbalanserad med avseende på åtminstone två axlar, dvs. en acceleration i riktningen för 10 15 20 25 50 55 5 447 421 "Y"-axeln eller "X"-axeln i fig. l kommer att ha föga eller ingen effekt, eftersom summan av vridmomenten på givarsidan av sväng- ningsaxeln är densamma som summan av vridmomenten på bälgsidan.The sensing unit is acceleration balanced with respect on at least two axles, i.e. an acceleration in the direction of 10 15 20 25 50 55 5,447,421 The "Y" axis or the "X" axis in Fig. 1 will have little or no effect, since the sum of the torques on the sensor side of the the axis of rotation is the same as the sum of the torques on the bellows side.

Avkännaren är icke så balanserad i riktningen för "Z"-axeln (visad i fig. 7), eftersom styvheten hos:ängningsleden är effek- tiv när det gäller att väsentligt reducera accelerationseffekter av en kraft som appliceras utefter denna axel. Det är även möjligt att balansera vridmomenten kring denna axel, om så önskas. På grund av toleranser har varje avkänningsenhet ett något avvikande vrid- moment. Effekten av dessa toleranser med avseende på acceleration bringas företrädesvis till ett minimum genom avsättning av små mängder av ett material, företrädesvis lödtenn, i områden nära leden 27 för utjämning av vridmomenten kring denna axel, såsom vi- sas vid 27A i fig. 1.The sensor is not so balanced in the direction of the "Z" axis (shown in Fig. 7), since the stiffness of: the narrowing joint is in terms of significantly reducing acceleration effects of a force applied along this axis. It is also possible to balance the torques around this axis, if desired. Because of tolerances, each sensing unit has a slightly different rotation. moment. The effect of these tolerances with respect to acceleration preferably brought to a minimum by the deposition of small amounts of a material, preferably solder, in areas close to joint 27 for equalizing the torques about this axis, as shown in at 27A in Fig. 1.

Den vibrerande balksektionen 42 uppbärs sålunda av isola- torsektioner 43 och 44 mellan stöd 37 och 41. Balksektionen 42 utsätts sålunda för krafter, som framkallas av rörelse hos den svängande hävarmsoelen ju. lsolatorsektionerna 43 ocn 44 nar var- dera urtagningar i sin centrala del till bildande av ett par tunna bandliknande förbindningsstycken.The vibrating beam section 42 is thus supported by insulating torso sections 43 and 44 between supports 37 and 41. Beam section 42 is thus exposed to forces induced by movement of it swinging lever sole after all. the insulator sections 43 and 44 their recesses in their central part to form a pair thin strip-like connectors.

Det torde följaktligen inses att varje rörelse hos tången 25 mellan bälgarna 15 och 16 på grund av avvikelser eller rörel- ser hos de sistnämnda kommer att bringa tången 23 att svänga häv- armsdelen 50 kring svängningsleden 27. Rörelsen orsakar en ändring av drag- eller tryckpåkänningen eller -belastningen av den vibre- rande balksektionen 42. Ändringen av belastningen av den vibrerande balksektionen 42 kommer att ändra den senares vibrationsresonans- frekvens. Ändringen av resonansfrekvensen kommer att vara propor- tionell mot den tryckskillnad som finns vid tryckinloppen 20 och 21 och sålunda i bälgarna 15 och 16. Det ena tryckinloppet kan vara öppet mot atmosfären eller vara evakuerat, så att man även kan mäta värdet på ett enskilt tryck. Vidare kan en bälg avlägsnas.It should therefore be understood that every movement of the tongs Between the bellows 15 and 16 due to deviations or movement of the latter will cause the pliers 23 to swing the lever the arm part 50 around the pivot joint 27. The movement causes a change of the tensile or compressive stress or strain of the changing the beam section 42. The change in the load of the vibrating the beam section 42 will change the lateral vibration resonance frequency. The change in the resonant frequency will be proportional. against the pressure difference present at the pressure inlets 20 and 21 and thus in the bellows 15 and 16. One pressure inlet can be open to the atmosphere or be evacuated, so that you too can measure the value of a single pressure. Furthermore, a bellows can be removed.

Balken drivs eller exciteras till resonans genom användning av en spole, vilken i sin tur exciteras av en växelströmsignaí styrd till resonansfrekvens. Vidare gäller att balken i vila är nominellt balanserad, icke tryck- eller dragpåkänd; är sålunda icke utsatt för krypning eller relaxation hos den bärande kon- struktionen eller balken som bidrager till stabilitetsproblem.The beam is driven or excited to resonance through use of a coil, which in turn is excited by an AC signal controlled to resonant frequency. Furthermore, the beam is at rest nominally balanced, not pressurized or tensile; is thus not subject to creep or relaxation of the supporting con- the structure or beam that contributes to stability problems.

Balken bringas företrädesvis att arbeta med lägre påkänningar 10 15 20 25 }O 35 447 421 6 inom de elastiska gränserna för balkmaterialet.The beam is preferably made to work with lower stresses 10 15 20 25 }O 35 447 421 6 within the elastic limits of the beam material.

Isolatorerna 43 och 44 innefattar vardera en massa 45A och 44A som sträcker sig vinkelrätt mot balksektionen 42 och var- dera har åtskilda isoleringsfjädrar 43B och 45C resp. 44B och 44C.The insulators 43 and 44 each comprise a mass 45A and 44A extending perpendicular to the beam section 42 and they have separate insulating springs 43B and 45C, respectively. 44B and 44C.

Dessa isolatorer avkopplar den vibrerande balksektionen 42 från ändmonteringarna i syfte att minska energiförluster som sänker balkens "Q"-värde. Det torde noteras, att små påkänningsreduce- rande radier utnyttjas vid förbindningen mellan den vibrerande balksektionen 42 och massorna 43A och 44A.These insulators disconnect the vibrating beam section 42 the end assemblies in order to reduce energy losses that lower the "Q" value of the bar. It should be noted that small stress reductions radii are used in the connection between the vibrating the beam section 42 and the masses 43A and 44A.

Vid utformningen av balksektionen 42 och isolatorerna 43 och 44 är det av betydelse, att icke något enskilt element har en egenfrekvens som lätt kan drivas eller aktiveras av själva balksektionen 42, vilken måste svepa över ett brett frekvensom- råde för att vara användbar. Om de andra elementen har en egen- frekvens, som kan aktiveras av balksektionen 42, kommer den se- nare att ha en tendens att excitera dylika element 1 systemet, . särskilt om dess egenfrekvens är lika med eller någon multipel av (dvs. l, 2, 5 eller 4 gånger) balkfrekvensen. Då detta inträffar minskas isolatorernas effektivitet, varigenom balkens "Q"-värde minskas och dess frekvens ändras. Resultatet av detta är en skarp diskontinuitet i balkens linearitet eller jämnhet med applicerad f påkänning. Det torde vidare inses att den centrala balken enkelt ' kan drivas vid sin resonansfrekvens och två gånger sin resonans- frekvens, eftersom för varje halv cykel hos balken det förekommer en dragning på ändarna av den vibrerande balksektionen 42. Under brist utböjs balken åt motsatta sidor av sitt viloplan. f I praktiken är det icke möjligt att utföra isolatorerna med ' så låg frekvens att de icke kan drivas av den vibrerande balken, eftersom de skulle behöva vara mycket långa och tunna. Avkänna- rens totala mått skulle sålunda vara stort, och systemet skulle vara svårt att tillverka. Såsom diskuterats ovan är det möjligt för den vibrerande balksektionen att driva isolatorfjädrarna vid deras första-eller andra eller högre ordnings överton.In the design of the beam section 42 and the insulators 43 and 44 it is important that no single element has a natural frequency that can be easily driven or activated by themselves beam section 42, which must sweep over a wide frequency range. advice to be useful. If the other elements have a characteristic frequency, which can be activated by the beam section 42, the have a tendency to excite such elements in the system,. especially if its natural frequency is equal to or a multiple of (ie 1, 2, 5 or 4 times) the beam frequency. When this happens the efficiency of the insulators is reduced, whereby the "Q" value of the beam decreases and its frequency changes. The result of this is a sharp discontinuity in the linearity or evenness of the beam with applied f strain. It should further be understood that the central beam is simple ' can be driven at its resonant frequency and twice its resonant frequency, because for every half cycle of the beam it occurs a pull on the ends of the vibrating beam section 42. Below deficiency, the beam is bent to opposite sides of its resting plane. f In practice it is not possible to make the insulators with ' so low that they cannot be driven by the vibrating beam, because they would need to be very long and thin. Detect the overall dimensions of the system would thus be large, and the system would be difficult to manufacture. As discussed above, it is possible for the vibrating beam section to drive the insulator springs at their first- or second- or higher-order harmonics.

I praktiken är det icke heller möjligt att utföra dessaziso- latorfjädrar med så hög frekvens, att de icke kan drivas men lik- 3 väl ger den nödvändiga lågfrekvensisoleringen. Det framgår sålunda I att isolatorfjäderfrekvensen måste väljas för åstadkommande av ett "fönster" för undvikande av interferens med den vibrerande balk- sektionen 42 över dennas påkända frekvensområde. Med andra ord .\...-__.._. wwmflwsqs.. __ í 10 15 20 25 50 35 7 447 421 gäller att då den vibrerande balksektionen 42 utsätts för pà: känning balksektionens egen frekvens och dubbla denna frekvens icke bör sammanfalla med framträdande resonansfrekvenser hos isolatorfjädrarna 45B och 430 och 44B och 44C. Det bredaste "fönstret" åstadkommes, då grundfrekvensen för vardera av nämnda fyra isolatorfjädrar är större än den högsta frekvens hos den vibrerande balksektionen, vilken uppträder vid fullskalig pàkän- ning, men lägre än två gånger vfloflekvensen för den vibrerande balksektionen 42.In practice, it is also not possible to carry out dessaziso- lator springs with such a high frequency that they can not be driven but lik- 3 well provides the necessary low frequency isolation. It thus appears I that the insulator spring frequency must be selected to provide one "window" to avoid interference with the vibrating beam section 42 over its stressed frequency range. In other words . \ ...-__.._. wwm fl wsqs .. __ í 10 15 20 25 50 35 7 447 421 applies when the vibrating beam section 42 is exposed to: sense the beam section's own frequency and double this frequency should not coincide with prominent resonant frequencies of insulator springs 45B and 430 and 44B and 44C. The widest the "window" is provided, then the fundamental frequency of each of said four insulator springs are greater than the highest frequency of it vibrating beam section, which occurs at full-scale stress but less than twice the sequence of the vibrating beam section 42.

I ett specifikt exempel på balksektionen 42 är denna 0,119 mm tjock med approximativa gränsvärden av icke mindre än 0,025 mm och icke större än 0,25 mm. Baiksektionen är 6,35 min lång med approximativa gränsvärden av icke mindre än 2,5 mm och icke större än 12,7 mm samt är 1,07 mm bred med approximativa gränsvärden av icke mindre än 0,51 mm och icke större än 2,54 mm.In a specific example of the beam section 42 is this 0.119 mm thick with approximate limits of not less than 0.025 mm and not larger than 0.25 mm. The back section is 6.35 min long with approximate limits of not less than 2,5 mm and not larger than 12.7 mm and is 1.07 mm wide with approximate limit values of not less than 0,51 mm and not more than 2,54 mm.

Egenfrekvensen utan pàkänning är direkt proportionell mot balkens tjocklek och omvänt proportionell mot kvadraten på bal- kens längd och är omkring 14,5 kHz vid användning av ett lämpligt material, såsom Ni-Span C. Detta material används för dess unika kombination av utmärkta fjädringsegenskaper och en temperatur- koefficient som är i huvudsak noll över ett brett temperaturom- råde. Andra egenfrekvenser skulle kunna väljas. Ändringen i frekvens bestäms av påkänningen i balken, vil- ken alstras av den kraft som ges av hävarmsenheten 24. I ett exempel är denna l,l kp erhållen fràn bälgar med en diameter av 1,5 cm vid ett tryck av en atmosfär. Pàkänningen i den vibrerande balksektionen 42 kan Justeras utan ändring av balksektionens frek- vens i opåkänt tillstånd genom att man ändrar bredden. I exemplet justerades påkänningen till omkring 700 kp/cm2 vid användning av Ni-Span C. Denna pâkänning är idealisk, eftersom den är mycket låg jämfört med sträckgränsen hos Ni-Span C, vilket sålunda resul- terar i ytterst låga systemhysteresisfel. Dessutom får man icke frekvensändringar på längre sikt. Den resulterande frekvensänd- ringen hos balksektionen 42 är omkring 2500 Hz eller omkring 16% av fullskalefrekvens som kan erhållas genom att utsätta balken för tryck- eller dragpåkänning. I föreliggande exempel ger sålunda en tryokändring från noll till en atmosfär en resonansfrekvens- ändring fràn 14,5 kHz upp till 16,8 kHz.The natural frequency without stress is directly proportional to the thickness of the beam and inversely proportional to the square of the length and is about 14.5 kHz when using a suitable one materials, such as Ni-Span C. This material is used for its unique combination of excellent suspension properties and a temperature coefficient which is substantially zero over a wide temperature range advise. Other natural frequencies could be selected. The change in frequency is determined by the stress in the beam, which ken is generated by the force provided by the lever unit 24. In a example is this l, l kp obtained from bellows with a diameter of 1.5 cm at a pressure of one atmosphere. The stress in the vibrating beam section 42 can be Adjusted without changing the beam section frequency in the unknown state by changing the width. In the example the stress was adjusted to about 700 kp / cm 2 using Ni-Span C. This strain is ideal because it is a lot low compared to the yield strength of Ni-Span C, thus resulting in in extremely low system hysteresis errors. Besides, you do not get frequency changes in the longer term. The resulting frequency the ring of the beam section 42 is about 2500 Hz or about 16% of full-scale frequency that can be obtained by exposing the beam for compressive or tensile stress. Thus, in the present example, a pressure change from zero to an atmosphere a resonant frequency change from 14.5 kHz up to 16.8 kHz.

För isolatorfjädrarna justeras,sásom diskuterats ovan, frek- 10 15 20 .25 §O 35 447 421 venserna på samma sätt som för den vibrerande balksektionen 42, så att de är högre än 16,8 kHz men lägre än två gånger 14,5 kHz eller 29 kHz. I praktiken har det befunnits, att en isolator- fjäderfrekvens av mellan 22 kHz och 24 kHz fungerar väl. Fjäd- rarna 45B och ÄBC och ÄÄB och 440 har gjorts 0,50 mm tjocka och 8,00 mm långa för enklare konstruktion. Isolationsmassan (ÄBA och RÅÅ) är sålunda justerad för att ge en isolatorsystemfrekvens av 2600 Hz, vilket ger ett utmärkt förhållande mellan isolator- frekvensen och balksektionsfrekvensen och sålunda mycket låg ge- nomsläpplighet.For the insulator springs, as discussed above, the frequency 10 15 20 .25 §O 35 447 421 the vents in the same way as for the vibrating beam section 42, so that they are higher than 16.8 kHz but lower than twice 14.5 kHz or 29 kHz. In practice, it has been found that an insulator spring frequency of between 22 kHz and 24 kHz works well. Feather 45B and ÄBC and ÄÄB and 440 have been made 0.50 mm thick and 8.00 mm long for simpler construction. Insulation compound (ÄBA and RÅÅ) is thus adjusted to give an isolator system frequency of 2600 Hz, which provides an excellent ratio of insulator frequency and beam section frequency and thus very low permeability.

Den mekaniska konstruktionen av spolen och givaren visas speciellt i fig. l till 4. Såsom visas är ett keramiskt monte- ringsblock 50 monterat på ett skivelement 51. Skivelementet är av metall och kan hårdlödas till blocket 50 på vanligt sätt. Om så önskas kan blocket fastsättas medelst stift eller pinnar vid skivan. Skivelementet 51 passar i en urtagning 52 i husets bas 12 (se fig. 2), så att blocket 50 skjuter fram och in i huset. Ski- van kan roteras i urtagningen 52 till önskat läge. Skivan fast- löds därefter på sin plats så att den hålls säkert i sitt rote- rade läge under användning. Blocket 50 är utfört av ett omagne- tiskt, elektriskt oledande solitt material, såsom bearbetbar 5 sintrad aluminiumoxid eller ett liknande keramiskt material. Så- som visas innefattar blocket 50 en upphöjd del 55, som har en yta 55A vilken ligger nära intill och är parallell med den vibrerande balksektionens 42 plan. Blocket 55 passar mellan isolatorsektioner- É nas 45 och 44 ändar. I blocket 55 finns en cylindrisk urtagning 54, É vilken sträcker sig inåt från en yta 57 som är motsatt ytan 53A I (Se fiß- 3)- Ett hallar- eller spindelelement 55 är monterat i nämnda urtagning och kan vara förenat med eller bundet till blocket 55 genom elektriskt ledande epoximaterial eller lod.The mechanical construction of the coil and the sensor is shown especially in Figs. 1 to 4. As shown, a ceramic assembly is ring block 50 mounted on a disc element 51. The disc element is of metal and can be soldered to block 50 in the usual way. If if desired, the block can be attached by means of pins or pins the disc. The disc element 51 fits in a recess 52 in the base 12 of the housing (see Fig. 2), so that the block 50 projects forward and into the housing. Ski- van can be rotated in the recess 52 to the desired position. The disc is fixed was then soldered in place so that it is kept secure in its rotation. position during use. Block 50 is made of an unmatched electrically non-conductive solid material, such as machinable 5 sintered alumina or a similar ceramic material. So- as shown, the block 50 includes a raised portion 55 having a surface 55A which is close to and parallel to the vibrating one the plane of the beam section 42. Block 55 fits between insulator sections- É 45 and 44 ends. In the block 55 there is a cylindrical recess 54, É which extends inwardly from a surface 57 opposite the surface 53A I (See fiß- 3) - A holder or spindle element 55 is mounted in said recess and may be associated with or bound to block 55 by electrically conductive epoxy material or solder.

Elementet 55 är företrädesvis utfört av magnetiskt rostfritt stål och företrädesvis av ett material med hög magnetisk permeabilitet ,.-.... .p m.. eller högt /h-värde. = Hållaren eller spindeln 55 har en skivände 56, varvid en vid 58 utmärkt spole befinner sig mellan blockets 55 yta 57 och 5 skivan 56. Spolen, som är lindad på plats, är vanligen en enkel- lindad spole med ett lämpligt antal varv för alstrande av den nöd- í vändiga magnetiska kraften för att driva balken såsom kommer att förklaras. _ 10 15 20 25 50 55 447 421 e På blockets 55 yta 55A, som ligger intill och är vänd mot den vibrerande balksektionen 42, är en elektriskt ledande remsa 61 som bildar en kondensatorplatta siktad på det keramiska mate- rialet och därefter värmebehandlad på plats. Kondensatorplattan 6l visas i fig. 4. Ytterligare elektriska komponenter kan monte- ras direkt på det keramiska blockets 50 yta, och de olika kompo- nenterna kan anslutas till kondensatorplattan genom påsiktade remsor av ledande material. Dylika komponenter identifieras senare i föreliggande beskrivning. “ Blockets 55 yta 57, som ligger intill spolen 58 och är be- lägen på motsatt sida av blocket 55 relativt kondensatorplattan 51, kan vara metalliserad för ástadkommande av en skärm för att förhindra att interferens från strömmen i spolen 58 påverkar den kapacitans som avkänns mellan den vibrerande balksektionen 42 och kondensatorplattan 61.The element 55 is preferably made of magnetic stainless steel and preferably of a material with high magnetic permeability ,.-.... .p m .. or high / h value. = The holder or spindle 55 has a disc end 56, one at 58 excellent coil is located between the surface 57 and 5 of the block 55 disc 56. The coil, which is wound in place, is usually a single wound coil with a suitable number of turns for generating the necessary í necessary magnetic force to drive the beam as will explained. _ 10 15 20 25 50 55 447 421 e On the surface 55A of the block 55, which is adjacent and facing the vibrating beam section 42, is an electrically conductive strip 61 forming a capacitor plate aimed at the ceramic material and then heat-treated on site. Capacitor plate 6l is shown in Fig. 4. Additional electrical components can be mounted directly on the surface of the ceramic block 50, and the various components The components can be connected to the capacitor plate by means of strips of conductive material. Such components are later identified in the present description. “ The surface 57 of the block 55, which is adjacent to the coil 58 and is positions on the opposite side of block 55 relative to the capacitor plate 51, may be metallized to provide a screen for prevent interference from the current in coil 58 from affecting it capacitance sensed between the vibrating beam section 42 and the capacitor plate 61.

Såsom framgår kan man genom att rotera skivan 51 Justera avståndet mellan kondensatorplattan och den vibrerande balksek- tionen 42 vid sammansättningen. Blocket 50 och plattan eller ski- van 51 monteras efter det att balken 55 är på plats. Avståndet mellan plattan 61 och den vibrerande balksektionen 42 är omkring 0,15 mm.As you can see, by rotating the disc 51 Adjust the distance between the capacitor plate and the vibrating beam section tion 42 in the composition. Block 50 and the plate or ski van 51 is mounted after the beam 55 is in place. The distance between the plate 61 and the vibrating beam section 42 is about 0.15 mm.

Balkens vibrerande balksektion 42 bildar den andra plattan i en variabel kondensator i samverkan med plattan 61. Den vibre- rande balksektionen 42 är Jordad. Det torde noteras att blocket 50 kan ges kretsanslutningar genom stift 50A och kontaktdonsöpp- ningar 5OB, om så önskas.The vibrating beam section 42 of the beam forms the second plate in a variable capacitor in conjunction with the plate 61. The vibrating Beam section 42 is Grounded. It should be noted that the block 50 can be given circuit connections through pin 50A and connector openings 5OB, if desired.

I fig. 6 och 7 visas ett modifierat utförande av konstruk- tionen. Balken 55 och hävarmsenheten 54 (i synnerhet den sväng- ande delen 50) och bälgarrangemanget är i huvudsak desamma. Mon- teringsblocket 25 är modifierat för montering av en modifierad driv- och givarenhet 74. En axel 75 är monterad i en i blocket 25 anordnad öppning, såsom framgår av fig. 6, och lämpliga ställ- skruvar 76 tillåter justering 1 längdled av axeln 75 relativt den vibrerande balksektionen 42. Axeln 75 är i sin tur fastsatt vid en skiva 79, från vilken utskjuter en såsom spolbärande hållare eller spindel tjänande stång 78. Skivan 79 kan vara fästad vid axelns 75 ände på vanligt sätt medelst epoxi- eller annat bind- ningsmaterial. En spole 82 är lindad på hållaren 78 mellan den inre ytan på skivan 79 och en yta 85 på ett keramiskt givarskiv- 10 15 20 25 50 35 447 421 10 element 84. Det torde noteras, att spolhållaren 78 sträcker sig in i en urtagning i den keramiska skivan 84 en önskad sträcka.Figures 6 and 7 show a modified embodiment of the construction tion. The beam 55 and the lever unit 54 (in particular the pivot part 50) and the bellows arrangement are substantially the same. Mon- The mounting block 25 is modified for mounting a modified one drive and sensor unit 74. A shaft 75 is mounted in one of the blocks Opening, as shown in Fig. 6, and suitable positions screws 76 allow longitudinal adjustment of the shaft 75 relative to it vibrating beam section 42. The shaft 75 is in turn attached to a disc 79, from which a spool-carrying holder protrudes or spindle serving rod 78. The disc 79 may be attached to the end of the shaft 75 in the usual manner by means of epoxy or other bonding material. A spool 82 is wound on the holder 78 between it inner surface of the disc 79 and a surface 85 of a ceramic sensor disc. 10 15 20 25 50 35 447 421 10 element 84. It should be noted that the spool holder 78 extends into a recess in the ceramic disc 84 a desired distance.

Hållaren 78 fästs på lämpligt sätt vid den keramiska givaren för att hålla de båda delarna samman och på plats, efter det att spo- len har lindats på plats på spolhållaren.The holder 78 is suitably attached to the ceramic sensor for to hold the two parts together and in place, after len has been wound in place on the spool holder.

På den visade keramiska skivan 84 finns även elektriskt le- dande ytor (streckmarkerade i fig. 8), vilket tillåter kretsarna eller delar därav att monteras nära balken. De på skivan 84 mon- terade komponenterna innefattar företrädesvis en kondensatorplatta 85, vilken motsvarar plattan 61, med lämpliga anslutningsband 86, vilka leder till ett tjockfilmshybridmotstånd 87 och en tjock- filmskondensator 88 som kan vara cementerade till och elektriskt anslutna till banden eller remsorna 86. Lämpliga kontaktpunkter 87A och 88A kan vara anordnade för anslutning till de andra ändarna av kondensatorn 88 och motståndet 87. Såsom framgår är hybridkon- densatorn 88 och motståndet 87 monterade nära intill kondensator- plattan 85, varjämte de utskjuter från det keramiska skivelementet så att den vibrerande balksektionen 42 passar mellan dessa båda komponenter. Den vibrerande balksektionen 42 är belägen på nära avstånd från och allmänt sett parallellt med kondensatorplattan 85.The ceramic plate 84 shown also has an electric surfaces (dashed in Fig. 8), which allows the circuits or parts thereof to be mounted close to the beam. Those on the disc 84 mon- The components preferably comprise a capacitor plate 85, which corresponds to the plate 61, with suitable connecting bands 86, leading to a thick film hybrid resistor 87 and a thick film film capacitor 88 which may be cemented to and electrically connected to the straps or strips 86. Suitable contact points 87A and 88A may be provided for connection to the other ends of the capacitor 88 and the resistor 87. As can be seen, the hybrid the capacitor 88 and the resistor 87 are mounted close to the capacitor plate 85, and they project from the ceramic disc member so that the vibrating beam section 42 fits between these two components. The vibrating beam section 42 is located close by distance from and generally parallel to the capacitor plate 85.

Vid drift vibreras balken enligt endera utföringsformen av uppfinningen genom strömsättning av den tillhörande spolen. Ett magnetiskt flöde alstras och bringar den vibrerande balksektionen 42 att utböjas i motsatta riktningar allmänt sett vinkelrätt mot dess längsgående plan. Hållaren eller spindeln 55 eller 78 sträcker sig genom det keramiska blocket 53 eller 84 en väsentlig sträcka, så att det magnetiska fältet kopplas till balksektionen 42. Ändringarna i kondensatorns kapacitans avkänns och styr i själva verket drivkretsen för att bringa balksektionen till reso- nans liksom för att åstadkomma en frekvensutsignal. Varje skill- nadstryckändring orsakar en förskjutning av tången eller med- bringaren, vilket resulterar i svängning av hävarmsdelen 30 kring svängningsaxeln 27 för ändring av tryck- eller dragbelastningen på den vibrerande balksektionen 42, vilket orsakar en förändring av balkens resonansfrekvens. Ändringen kommer att avkännas genom förändringen av frekvensen hos signalen från kondensatorn, som bildas mellan den vibrerande balksektionen 42 och antingen plat- tan 61 eller plattan 85, beroende på den givare som är placerad intill balken. Denna signaländring är representativ för skillna- .. .. .vw-__ ..._- 10 15 20 25 jO 35 447 421 ll den i tryck i förhållande till referenstryckfrekvensen. Balken drivs företrädesvis vid sin grundfrekvens, ehuru kondensatorav- känningen tillåter omplacering av givarkondensatorn så att den blir känslig för godtyckligt önskad överton av grundfrekvensen eller någon annan önskad frekvens.During operation, the beam according to either embodiment is vibrated off the invention by energizing the associated coil. One magnetic flux is generated and brings the vibrating beam section 42 to be deflected in opposite directions generally perpendicular to its longitudinal plane. The holder or spindle 55 or 78 extends through the ceramic block 53 or 84 a substantial stretch, so that the magnetic field is connected to the beam section 42. The changes in the capacitance of the capacitor are sensed and controlled in in fact the driving circuit for bringing the beam section to the as well as to provide a frequency output signal. Every difference change in pressure causes a displacement of the pliers or the bringer, which results in pivoting of the lever member 30 about the pivot shaft 27 for changing the compressive or tensile load on the vibrating beam section 42, which causes a change of the resonant frequency of the beam. The change will be detected by the change in the frequency of the signal from the capacitor, which formed between the vibrating beam section 42 and either tan 61 or plate 85, depending on the sensor located next to the beam. This signal change is representative of the differences .. .. .vw -__ ..._- 10 15 20 25 yes 35 447 421 ll it in pressure in relation to the reference pressure frequency. Beams is preferably operated at its fundamental frequency, although capacitor the sensor allows repositioning of the sensor capacitor so that it becomes sensitive to any desired harmonic of the fundamental frequency or any other desired frequency.

Fig. 9 visar ett förenklat elektriskt schema över en krets för härledning av en frekvensutsignal från den vibrerande balken enligt föreliggande uppfinning. Kretsen kan föreligga i flera olika utföringsformer. I fig. 9 visas den vibrerande balksektio- nen 42 uppburen mellan isolatorer 43 och 44 såsom beskrivits tidi- gare. En kapacitiv avkännings- eller givarelektrod som visas_vid 61 (det kunde även vara elektroden 85) är åtskild från den vib- rerande balksektionen 42 till bildande av en variabel kondensa- tor.Fig. 9 shows a simplified electrical diagram of a circuit for deriving a frequency output signal from the vibrating beam according to the present invention. The circuit can exist in several different embodiments. Fig. 9 shows the vibrating beam section 42 carried between insulators 43 and 44 as previously described. gare. A capacitive sensing or sensor electrode displayed_by 61 (it could also be the electrode 85) is separated from the forming the beam section 42 to form a variable condensate tor.

Den i fig. 9 visade kretsen innefattar en strömförsörj- ningsanslutning 90, en jordanslutning 91 och en utsignalsanslut- ning 92. En källa (icke visad) för en matningsspänning V4 är an- sluten till anslutningen 90. Ett motstånd 95 och spolen 58 (eller 82) är anslutna mellan anslutningen 90 och jordanslutningen 91. En likström passerar genom motståndet 93 och spolen 48 för åstadkommande av ett fast magnetfält ut från spindeln eller kär- nan 54 (eller 75). Det fasta magnetfält som alstras av likström- men genom spolen 58 skulle kunna erhållas medelst en permanent- magnet, om så önskas. _ Mellan anslutningen 90 och givarelektroden 61-är vidare an- slutet ett förspänningsmotstånd 88 (visat monterat på den kera- miska skivan i fig. 7). Förspänningsmotståndet 88 åstadkommer en förspänningslikström vid förbindningsstället 95, där motståndet 88 och elektroden 61 är anslutna. Som ett resultat härav kommer spänningen över den variabla kondensator, som bildas av den vib- rerande balksektionen 42 och givarelektroden 61, att vara en funktion av likströmmen och vibrationsfrekvensen för den vibre- rande balksektionen 42.The circuit shown in Fig. 9 comprises a power supply. terminal 90, a ground terminal 91 and an output terminal 92. A source (not shown) for a supply voltage V4 is used closed to the connection 90. A resistor 95 and the coil 58 (or 82) are connected between connection 90 and ground connection 91. A direct current passes through the resistor 93 and the coil 48 for providing a solid magnetic field from the spindle or vessel nan 54 (or 75). The fixed magnetic field generated by direct current but through the coil 58 could be obtained by means of a permanent magnet, if desired. _ Furthermore, between the connection 90 and the sensor electrode 61, end a bias resistor 88 (shown mounted on the cera- the disk in Fig. 7). The bias resistor 88 provides one bias direct current at the connection point 95, where the resistor 88 and the electrode 61 are connected. As a result, comes the voltage across the variable capacitor, which is formed by the the beam section 42 and the sensor electrode 61, to be one function of the direct current and the vibration frequency of the edge beam section 42.

Den signal som härledes från förbindningsstället 95 förs genom en filterkondensator 87 (visad monterad i fig. 7) till en förstärkare 97. Den förstärkta utsignalen från förstärkaren 97 tillförs anslutningen 92 såsom kretsens utsignal. Förstärkarens 97 utgång är via en återkopplingskondensator 98 även ansluten till förbindningsstället 99, som är stället för förbindningen 10 15 20 25 447 421 12 mellan motståndet 93 och drivspolen 58.The signal derived from the junction 95 is transmitted through a filter capacitor 87 (shown mounted in Fig. 7) to a amplifier 97. The amplified output of amplifier 97 is applied to terminal 92 as the output of the circuit. Amplifier 97 output is also connected via a feedback capacitor 98 to the connection point 99, which is the location of the connection 10 15 20 25 447 421 12 between resistor 93 and drive coil 58.

Då kretsen slås på, kommer det magnetiska fältet från spolen 58 att förskjuta balksektionen 42. Kapacitansen mellan balksektionen 42 och plattan 61 påverkar insignalen till för- stärkaren 97 genom förspänningsmotståndet 88 och kondensatorn 87.When the circuit is turned on, the magnetic field comes off coil 58 to displace the beam section 42. The capacitance between the beam section 42 and the plate 61 affect the input signal to the the amplifier 97 through the bias resistor 88 and the capacitor 87.

Utsignalen från förstärkaren 97 ändrar återkopplingssignalen på kondensatorn 98, vilket i sin tur påverkar strömmen genom spolen 58. Varje ändring av strömmen genom spolen 58 ändrar magnetfäl- tet genom den vibrerande balksektionen 42, och den vibrerande balksektionen 42 kommer ånyo att förskjutas. Den vibrerande balk- sektionen 42 exciteras sålunda till sin egenfrekvens, och ntsigna- len från förstärkaren 97 kommer att variera vid denna frekvens.The output of amplifier 97 changes the feedback signal to capacitor 98, which in turn affects the current through the coil 58. Each change of current through coil 58 changes the magnetic field. through the vibrating beam section 42, and the vibrating the beam section 42 will again be displaced. The vibrating beam section 42 is thus excited to its natural frequency, and The current from amplifier 97 will vary at this frequency.

Komponenterna är valda för att ge lämplig fas för åstadkommande av oscillationer inom det önskade frekvensområdet.The components are selected to provide the appropriate phase for accomplishment of oscillations within the desired frequency range.

Den i fig. 9 visade kretsen kommer följaktligen att ge en tidsvarierande utsignal, vars frekvens är en funktion av balk- sektionens 42 frekvens. Denna utsignal kan därefter omvandlas till en digital eller en analog signal och ger en indikering på drag- eller tryckpákänningen i balksektionen 42, som ändrar frek- vensen och som är en funktion av det tryck som skall avkännas.Accordingly, the circuit shown in Fig. 9 will provide one time-varying output signal, the frequency of which is a function of section 42 frequency. This output can then be converted to a digital or analogue signal and gives an indication of the tensile or compressive stress in the beam section 42, which changes the which is a function of the pressure to be sensed.

De faktiska kretskomponenterna för förstärkaren 97 och andra komponenter för omvandling av signalen vid utgångsanslut- ningen 92 till en digital eller analog signal kan monteras såsom visas schematiskt i fig. l. Alternativt kan komponenterna om_sà önskas monteras på blocket 50, såsom visas i fig. 4.The actual circuit components for amplifier 97 and other components for converting the signal at the output connection 92 to a digital or analog signal can be mounted as is shown schematically in Fig. 1. Alternatively, the components can if_sà desired to be mounted on block 50, as shown in Fig. 4.

Om lågfrekvensvibrationer från yttre källor (såsom flyg- çüansvibrationer om avkännaren utnyttjas i ett flygplan) orsakar lågfrekvenssvängningar i utsignalen, kan lämpliga filter utnytt- jas för eliminering av dylika oönskade svängningar. _ ...w-.v-..-n .If low-frequency vibrations from external sources (such as vibrations if the sensor is used in an airplane) low frequency oscillations in the output signal, suitable filters can be used jacket to eliminate such unwanted oscillations. _ ... w-.v -..- n.

Claims (10)

447 421 PATENTKRAV447 421 PATENT REQUIREMENTS 1. Tryckavkännare (10) som ger en utsígnal proporrionell mot egenfrekvensen hos en vibrerande balk (35) med en längs~ gående axel, innefattande ett underlag (12), organ (25,35,37) för att montera en ände (36) av balken (35) med avseende på underlaget (12); påverkningsorgan (30) som har en första ände (41) operativt kopplad till en ände (40) av balken (35) motsatt nämnda monteringsände (36); organ (15,16.17.23) för att applicera en trycksígnal på nämnda pâverkningsorgan (30) för att bringa nämnda påverkningsorgan att ändra den kraft som utövas därav pâ balken (35) i riktning utmed balkens (42) längsgående axel; och drívorgan (58,82) som har en längsgående axel i huvudsak vínkelrät mot balkens (35) längsgående _ __ axel för àstadkommande av en drivsignal för att oscillera balken vid dess egenfrekvens, k ä n n e t e c k n a d av organ för att montera nämnda drivorgan (58,82) och givarorgan (61,85) för att avkänna balkens oscilleríngsfrekvens fast relativt var- andra till bildande av en enhet (54,56,58,75,,84) som är justerbart kopplad till underlaget (12) med nämnda drivorgan och nämnda givarorgan på samma sida av balken (42),A pressure sensor (10) which provides a signal proportional to the natural frequency of a vibrating beam (35) with a longitudinal axis, comprising a base (12), means (25,35,37) for mounting one end (36) of the beam (35) with respect to the substrate (12); actuating means (30) having a first end (41) operatively coupled to an end (40) of the beam (35) opposite said mounting end (36); means (15,16.17.23) for applying a pressure signal to said actuating means (30) for causing said actuating means to change the force exerted thereby on the beam (35) in direction along the longitudinal axis of the beam (42); and drive means (58,82) having a longitudinal axis substantially perpendicular to the longitudinal axis of the beam (35) to provide a drive signal for oscillating the beam at its natural frequency, characterized by means for mounting said drive means (58, 82) and sensor means (61,85) for sensing the oscillation frequency of the beam relative to each other to form a unit (54,56,58,75,, 84) which is adjustably coupled to the base (12) with said drive means and said sensor means on the same side of the beam (42), 2. Tryckavkännare enligt krav 1, k ä n n e t e C k - n a d av att nämnda drivorgan (58,82) innefattar elektro- magnetiska drivorgan. -IPressure sensor according to claim 1, characterized in that said drive means (58.82) comprise electromagnetic drive means. -IN 3. Tryckavkännare enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d av att nämnda givarorgan (61,85) ligger i ett plan i huvudsak parallellt med balken (35) och innefattar en kondensa- torplatta (61,85).Pressure sensor according to claim 2, characterized in that said sensor means (61.85) lie in a plane substantially parallel to the beam (35) and comprise a capacitor plate (61.85). 4. Tryckavkännare enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att nämnda givarorgan (85) innefattar ett block (84) av elektriskt oledande material invid den vibrerande balken, varvid ytan på nämnda materialblock invid den vibrerande balken har större dimension i tvärled än den del av den vibrerande bal- ken, varmed blocket samverkar, och att elektriska komponenter (86,87,88) är kopplade elektriskt till kondensatorplattan (86) och monterade direkt på materialblocket (84) í läge som icke _ ligger i linje med den vibrerande balken. xPressure sensor according to claim 3, characterized in that said sensor means (85) comprises a block (84) of electrically non-conductive material next to the vibrating beam, the surface of said material block next to the vibrating beam having a larger dimension transversely than the part of the vibrating beam with which the block cooperates, and that electrical components (86,87,88) are electrically connected to the capacitor plate (86) and mounted directly on the material block (84) in a position which is not in line with the vibrating beams. x 5. Tryckavkännare enligt något av föregående krav. k ä n n e t e c k n a d av att nämnda drivorgan innefattar elektromagnetiska drivmedel inkluderande en strömförande spole (58,82) en kärnspindel eller hållare (S5,57), på vilken spolen är lindad, och ett block (56,84) av elektriskt oledande material 447 421 14 monterat på hållaren (55,7S) mellan spolen (S8,82) och den vibrerande balken (42), varvid blocket har en yta liggande invid balken.Pressure sensor according to one of the preceding claims. characterized in that said drive means comprise electromagnetic propellants including a live coil (58.82) a core spindle or holder (S5,57), on which the coil is wound, and a block (56,84) of electrically non-conductive material 447 mounted on the holder (55,7S) between the spool (S8,82) and the vibrating beam (42), the block having a surface adjacent to the beam. 6. Tryckavkännare enligt krav 5, k ä n n e t e c k - n a d av att hàllaren innefattar en del (78) som sträcker sig in i materialblocket (84) en väsentlig sträcka för åstadkommande av en ledningsbana för magnetiskt flöde till ett läge invid den vibreranae balken Nå).Pressure sensor according to claim 5, characterized in that the holder comprises a part (78) extending into the material block (84) a substantial distance for providing a conduit path for magnetic flow to a position adjacent to the vibrating beam. . 7. Tryckavkännare enligt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda givarorgan innefattar ett block (56,84) av elektriskt oledande material, på vilket en kondensatorplatta (61.85) är placerad och vilket är vänt" mot den vibrerande balken (42), varvid den vibrerande balken har en plan yta som är vänd mot kondensatorplattan (6ï,85).Pressure sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that said sensor means comprises a block (56,84) of electrically non-conductive material, on which a capacitor plate (61.85) is placed and which is facing "against the vibrating beam (42). , the vibrating beam having a flat surface facing the capacitor plate (6ï, 85). 8. Tryckavkännare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den vibrerande balken (35) innefattar en central balksektion (42) med en egenfrekvens, som ändras med pàkänningar i den centrala balksektionen, och med första och andra ändar (43,44) och kopplad till nämnda för tryck reagerande organ (15,16,17,23), så att pàkänningen i den centrala balksektionen ändras från ett första spännings- tillstånd, då det tryck som skall mätas är vid ett minimum, till ett tillstånd med full spänning, då trycket som skall av- kännas är vid ett maximum; att den centrala balksektionen (42) är monterad vid underlaget (12) respektive kopplad till nämnda påverkningsorgan (30) vid sin första respektive andra ände genom första och andra fjäderaggregat (43,44) som bildar första re- spektive andra isolatorer; att den ena änden på den första isolatorn (43) är ansluten till den centrala balksektionens (42) första ände och den andra änden på den första isolatorn till underlaget (l2); att den ena änden på den andra isolatorn (44) är ansluten ill den centrala balksektionens (42) andra ände och den andra änden på den andra isolatorn är kopplad till nämnda påíefkningsorgan (30); och att nämnda fjäderaggregat (43, 44) som utgör isolatorerna vartdera har en grundegenfrekvens som är högre än egenfrekvensen hos den centrala balksektionen (42), då denna har full påkänning, och lägre än tvâ gånger egenfrekvensen hos den centrala balksektionen (42), då denna är i sitt första spänningstillstånd. 15) 447 421Pressure sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the vibrating beam (35) comprises a central beam section (42) with a natural frequency which changes with stresses in the central beam section, and with first and second ends (43, 44). ) and coupled to said pressure responsive means (15,16,17,23), so that the stress in the central beam section changes from a first stress state, when the pressure to be measured is at a minimum, to a state of full voltage, when the pressure to be sensed is at a maximum; that the central beam section (42) is mounted at the base (12) and coupled to said actuating means (30) at its first and second ends, respectively, by first and second spring assemblies (43, 44) forming first and second insulators, respectively; that one end of the first insulator (43) is connected to the first end of the central beam section (42) and the other end of the first insulator to the substrate (12); that one end of the second insulator (44) is connected to the other end of the central beam section (42) and the other end of the second insulator is connected to said actuating means (30); and that said spring assemblies (43, 44) constituting the insulators each have a fundamental natural frequency which is higher than the natural frequency of the central beam section (42), when this has full stress, and lower than twice the natural frequency of the central beam section (42), when this is in its first state of tension. 15) 447 421 9. Tryckavkännare enligt krav 8, k ä n n e t e c k'- n a d av att ísolatorerna (43,44) vardera innefattar ett par allmänt sett parallella, åtskilda fjäderbladelement (43B,43C, 44B, 44C), som är förbundna med varandra vid sina motsatta ändar, varvid vartdera av bladelementen för sig har en grund- egenfrekvens som är högre än egenfrekvensen hos den centrala balksektionen (42), då denna har full pàkänning, och lägre än två gånger egenfrekvensen hos den centrala balksektionen (42), då denna är i sitt första spänningstíllstànd.Pressure sensor according to claim 8, characterized in that the insulators (43, 44) each comprise a pair of generally parallel, spaced apart spring leaf elements (43B, 43C, 44B, 44C), which are connected to each other at their opposite ends, each of the blade elements individually having a fundamental natural frequency which is higher than the natural frequency of the central beam section (42), when it has full stress, and lower than twice the natural frequency of the central beam section (42), when it is in its first state of tension. 10. Tryckavkännare enligt krav 9, k ä n n e t e c k - n a d av att organ (43A,44A) för att förbinda varje par av bladelement (43B,43C,44B,44C) invid den centrala _ -- balksektionen (42) innefattar en massa vald att ge en isolatorfrekvens, som är väsentligt lägre än den lägsta egenfrekvensen hos den centrala balksektíonen (42) vid användning. grPressure sensor according to claim 9, characterized in that means (43A, 44A) for connecting each pair of blade elements (43B, 43C, 44B, 44C) adjacent the central beam section (42) comprise a mass of selected to provide an insulator frequency which is substantially lower than the lowest natural frequency of the central beam section (42) in use. gr