DE1177726B

DE1177726B - Powder resistance that can be changed by pressure

Info

Publication number: DE1177726B
Application number: DE1961P0028187
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bernhard Plewka
Original assignee: BORIS PLEWKA; MARION PLEWKA GEB RADTKE
Current assignee: BORIS PLEWKA; MARION PLEWKA GEB RADTKE
Priority date: 1961-11-09
Filing date: 1961-11-09
Publication date: 1964-09-10

Description

Durch Druck veränderbarer Pulverwiderstand Bekannt ist allgemein die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes vom Druck bei Kohle, Tellur, metallischen Leiterpulvern und Halbleitermaterialien. Um diesen Effekt für Meßzwecke auszunutzen, sind zahlreiche Vorschläge und Konstruktionen gemacht worden, z. B. Mischkörper aus Leitermaterialien in isolierende elastische Massen einzubetten, ebenfalls die lose Lagerung der reinen Materialien in porösen federnden Körpern, wie Watte, Schaumgummi, Glaswolle usw.Powder resistance that can be changed by pressure is generally known Dependence of the electrical resistance on the pressure in the case of carbon, tellurium, metallic Conductor powders and semiconductor materials. To use this effect for measurement purposes, numerous proposals and designs have been made, e.g. B. mixing body embedding conductor materials in insulating elastic masses, likewise the loose storage of the pure materials in porous resilient bodies, such as wadding, foam rubber, Glass wool etc.

Mischkörperkonstruktionen zeigen Hysterese, d. h., die elastischen Massen haben nicht den für Meßzwecke notwendigen hohen Elastizitätsmodul. Weder Gummi noch Kunststoffe sind hinreichend hysteresefrei. Bei loser Einlagerung in federnd konstruierten isolierenden Gummikörpern können sich die Leiterteilchen in ihrer Lage verändern, und die Hysterese durch zu geringe Rückstellkräfte läßt sich durch Schmiermittel, z. B. Graphitbeimischung, ebenfalls nicht beheben. Das Festlegen durch Bindemittel dämpft die Beweglichkeit der Teilchen und bringt ebenfalls Hysterese. Lose Lagerung, wie z. B. beim Mikrophon, ist denkbar ungeeignet, da das Material gleichfalls leicht verschiebbar ist. Bei Verwendung eines Druckkolbens aber erhält man Störungen durch Reibung, was besonders bei Messungen mit kleinen Drücken keine brauchbare Arbeitsweise zuläßt. Die im folgenden beschriebene Erfindung stellt die Lösung der Aufgabe dar, unter Beachtung der Eigenschaften der Materialien und der Grenzen ihrer Anwendbarkeit einen technisch brauchbaren Widerstand für Druckmessungen zu konstruieren.Mixing body constructions show hysteresis, i.e. i.e., the elastic ones Masses do not have the high modulus of elasticity necessary for measurement purposes. Neither Rubber and plastics are sufficiently hysteresis-free. With loose storage in Resiliently constructed insulating rubber bodies can hold the conductor particles in change their position, and the hysteresis due to insufficient restoring forces can be by lubricants, e.g. B. graphite admixture, also does not fix. The setting binders dampen the mobility of the particles and also bring about hysteresis. Loose storage, such as B. with the microphone is very unsuitable because the material is also easily displaceable. When using a pressure piston, however, it is retained there are disturbances due to friction, which is especially not the case with measurements with low pressures allows usable way of working. The invention described below provides the Solution of the problem, taking into account the properties of the materials and the Limits their applicability to a technically useful resistor for pressure measurements to construct.

Diese Aufgabe wird bei einem durch Druck veränderbaren elektrischen Pulverwiderstand, insbesondere für Meßzwecke, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Leitermaterial Stahlkörner hoher Streckgrenze mittels hohem Elastizitätsmodul verwendet und in eine Kammer aus ebenfalls hochelastischem Isoliermaterial eingepreßt ist und diese voll, bis auf das restliche Porenvolumen, ausgefüllt ist und daß der zu messende Druck durch sehr dünne Stahlmembranen als Elektroden nur von einer oder auch von beiden Seiten angeleitet wird.This task is performed with an electrical that can be changed by pressure Powder resistance, in particular for measuring purposes, solved according to the invention by that as a conductor material steel grains with a high yield strength by means of a high modulus of elasticity used and pressed into a chamber made of highly elastic insulating material is and this is full, except for the remaining pore volume, and that the Pressure to be measured through very thin steel membranes as electrodes only from one or is also instructed from both sides.

Das hierzu verwendete Leitermaterial muß hoch formelastisch sein, ferner, um einen elektrisch brauchbaren Widerstand zu bilden, sehr feinkörnig, also aus Stahlkörnern mit z. B. eutektoidem Perlitgefüge und mit hoher Streckgrenze bestehen, von der Korngröße von. 2 bis 3 #t für sehr hochohmige Widerstände und etwa 200 #t für niederohmige Widerstände. Die Widerstandszelle muß mechanisch fest sein, d. h., bei Idealisierung der kleinen Körnchen zu kugelförmigen Körpern müssen die Körper in dichtester Kugelpackung in einem Raum bestimmter Größe liegen. Es darf nur das Porenvolumen der Packung unausgefüllt bleiben, d. h., das Leitermaterial muß in eine isolierende Kammer eingepreßt oder eingeschwemmt werden. Das Leiterpulver liegt in der verschlossenen Kammer fest, doch schwingungsfähig an seinem Platz. Die Kammer selbst besteht aus hochelastischem Isolierstoff und wird beiderseits durch anliegende, sehr dünne, als Elektroden dienende Stahlmembranen z. B. von ihoo mm Stärke geschlossen. Bei Druck auf die Stahlmembranen durchläuft das Material die natürliche Hysteresekurve. Die Hysteresenzyklen des Stahls sind jedoch bei geringen Druckspannungswechseln außerordentlich flach, da sich innerhalb der Körner die Moleküle nur wenig in ihrer gegenseitigen Lage verändern, und es genügen die Molekularkräfte, um den gleichen Ausgangszustand wiederherzustellen, d. h., je kleiner die Druckbeanspruchungen bleiben, um so genauer ist die Reproduzierbarkeit. Da nun der elektrische Widerstand einer so aufgebauten Zelle sich bereits bei sehr kleinen mechanischen Belastungen (0,00001 atü), die vertikal auf die Membranen wirken, genügend stark verändert, lassen sich durch Wahl der Meßspannung und des Meßbereichs des Instrumentes sehr gute und genaue Meßergebnisse erzielen.The conductor material used for this purpose must be highly elastic, furthermore, in order to form an electrically useful resistor, very fine-grained, that is from steel grains with z. B. eutectoid pearlite structure and with high yield strength exist, of the grain size of. 2 to 3 #t for very high resistance and around 200 #t for low resistance. The resistance cell must be mechanically strong, i.e. That is, if the small granules are idealized into spherical bodies, the bodies must lie in the closest packing of spheres in a space of a certain size. It can only do that The pore volume of the pack remains unfilled, d. i.e. the conductor material must be in an insulating chamber can be pressed in or flooded in. The conductor powder lies firmly in the locked chamber, but capable of vibrating in its place. The chamber itself consists of highly elastic insulating material and is secured on both sides by very thin steel membranes used as electrodes, e.g. B. closed by ihoo mm thickness. When pressure is applied to the steel membranes, the material goes through the natural hysteresis curve. The hysteresis cycles of the steel are, however, with small changes in compressive stress extremely flat, as there are only a few molecules within the grains mutual position change, and the molecular forces are sufficient to produce the same Restore the initial state, d. i.e., the smaller the compressive stresses remain, the more precise is the reproducibility. Since the electrical resistance of a A cell constructed in this way is already subject to very low mechanical loads (0.00001 atü), which act vertically on the membranes, can be changed sufficiently very good and accurate by the choice of the measuring voltage and the measuring range of the instrument Achieve measurement results.

Der Widerstand soll eine möglichst flache Form haben, um mit niedriger Spannung auszukommen. Eine wie beschrieben aufgebaute Widerstandszelle, bei der die Elektroden, die ebenfalls einen hohen Elastizitätsmodul besitzen, gleichzeitig die Druckübertragung auf das Leitermaterial übernehmen, weist bei Druckmessungen im Bereich von P = 0,0001 bis zu 100 atü praktisch keine Hysterese auf. Bei entsprechender Wahl der elektrischen Spannung ist der Strom praktisch geradlinig vom Druck abhängig. Auch diese Wirkung läßt sich mit den bekannten Konstruktionen nicht erzielen, ganz davon abgesehen, daß bei diesen Konstruktionen der Widerstand nicht nur vom Druck, sondern auch von der zur Zeit am Widerstand liegenden Spannung abhängt, d. h. daß die Widerstandswerte nicht ohmisch sind.The resistance should be as flat as possible in order to be lower Tension get along. A resistance cell constructed as described, in which the electrodes, which also have a high modulus of elasticity, at the same time take over the pressure transfer to the conductor material, points to pressure measurements in the range from P = 0.0001 up to 100 atm there is practically no hysteresis. With the appropriate With the choice of electrical voltage, the current is practically linearly dependent on the pressure. This effect can also be compared with the known Constructions do not achieve, quite apart from the fact that in these constructions the resistance is not depends only on the pressure, but also on the voltage currently across the resistor, d. H. that the resistance values are not ohmic.

Durch Verwendung von sehr dünnen Stahlmembranen bei einer oder beiden Elektroden, die fest und glatt auf dem gekörnten Material aufliegen, wird der Gebrauch der gleichen Kammer bei sehr hoher Empfindlichkeit vom kleinsten bis zum praktisch höchsten Druck möglich, ohne daß die Membran beschädigt wird, da der Federweg äußerst klein ist.By using very thin steel membranes on one or both Electrodes that rest firmly and smoothly on the granular material are in use the same chamber with very high sensitivity from the smallest to the practical highest pressure possible without damaging the membrane, as the spring deflection is extremely high is small.

Die sehr hochohmigen Widerstände sind für Steuerung bei Tonfrequenzen geeignet, da sie rauschfrei arbeiten.The very high ohmic resistors are for controlling audio frequencies suitable because they work without noise.

Die Widerstände mit gröberer Granulierung zwischen 100 bis 2001t sind im hochohmigen Bereich steiler, rauschen jedoch bei den hochohmigen Werten. Sie sind jedoch im niederohmigen Bereich noch sehr empfindlich.The resistances with coarser granulation are between 100 and 2001t steeper in the high-resistance range, but noise in the high-resistance values. she however, they are still very sensitive in the low-resistance area.

Da eine 100oloige Füllung der Kammer nicht leicht zu erzielen ist, kann die Kammer in Ausbildung der Erfindung auch einseitig mit einer Stanniolelektrode belegt werden. Das Stanniolblech wird, während die andere Seite der Kammer fest auf eine glatte Unterlage aufgelegt wird, so weit eingedrückt, bis die Widerstandszelle schon auf den kleinsten Druck anspricht. Der eingedrückte Hohlraum wird mit erhärtender Füllmasse glatt ausgefüllt.Since it is not easy to achieve a 100-oo filling of the chamber, In the embodiment of the invention, the chamber can also have a tinfoil electrode on one side be occupied. The tin foil sheet becomes firm while the other side of the chamber is placed on a smooth surface, pressed in until the resistance cell responds to the slightest pressure. The indented cavity is hardened with Filling compound filled out smoothly.

Claims

Claims: 1. Electrical powder resistance that can be changed by pressure, in particular for measuring purposes, characterized in that steel grains are used as the conductor material high yield strength with the highest possible modulus of elasticity and placed in a chamber is also pressed in from highly elastic insulating material and this is full until on the remaining pore volume is filled and that the pressure to be measured by using very thin steel membranes as electrodes for only one or both Pages is guided.

2. Electrical resistance that can be changed by pressure Claim 1, one electrode of which, however, consists of a Starmiolblech, by which by deformation compresses the filling down to its minimum pore volume is.