DE3018285A1 - PRESSURE SENSOR - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Drucksensoren mit digitalem Ausgangssignal unter Verwendung eines Schwingbalkens als Sensorelement.The invention relates to pressure sensors with a digital output signal using a vibrating beam as Sensor element.
Es sind verschiedene Sensoren bekannt, die Schwingbalken haben, üblicherweise wird zur Anzeige der Kraft oder des von der Kraft auf den Balken abgeleiteten Druckes ein digitaler Impuls erzeugt. Einige der Sensoren haben eine piezoelektrische Fühlanordnung, wie dies aus den US-PS 3 470 400 und 3 479 536 bekannt ist. Aus der US-PS 3 649 857 ist ein Schwenkbalken mit erzwungener Bewegungsbahn bekannt. There are various known sensors that have vibrating beams, usually to display the force or the a digital pulse is generated by the pressure derived from the force on the beam. Some of the sensors have one piezoelectric sensing arrangement such as that disclosed in US Pat 3,470,400 and 3,479,536 are known. From US Pat. No. 3,649,857 a pivoting beam with a forced movement path is known.
Weitere Schwingbalken sind aus der US-PS 3 664 237 bekannt. Eine kapazitive Fühlanordnung für Schwingbalken zeigen die US-PS 3 187 579 und 3 76 223, bei denen eine Kondensatorfühlerplatte auf der gegenüberliegenden Seite eines Teils einer Antriebsspule angeordnet ist.Further vibrating beams are known from US Pat. No. 3,664,237. A capacitive sensor arrangement for vibrating beams is shown in the U.S. Patents 3,187,579 and 3,76,223 in which a condenser sensor plate is on the opposite side of one part a drive coil is arranged.
Ein piezoelektrischer Balken, der sich aufgrund der Beschleunigung der Masse am Ende des Balkens oder aufgrund des Aufpralls von Mikrometeroiden in Querrichtung biegt, zeigt die US-PS 3 304 773. Einen Beschleunigungsmesser unter Verwendung eines Schwingbalkens mit kapazitiver Fühleranordnung zeigt die US-PS 3 505 866.A piezoelectric beam that moves due to acceleration the mass bends transversely at the end of the beam or due to the impact of micrometeroids, U.S. Patent No. 3,304,773 shows an accelerometer U.S. Patent No. 3,505,866 shows using a vibrating beam with a capacitive sensor arrangement.
In der US-PS 4 149 422 ist ein Schwingdraht-Drucksensor mit einem dünnen Draht beschrieben, der mit einer Federlast beaufschlagt ist, um eine Vorspannung zu erzeugen. Der Draht wird durch Druck belastet, so daß sich seine Eigenfrequenz ändert. Der Hebel, der zur Belastung des Schwingdrahtes verwendet ist, ist an einem Querbiegungsanschluß befestigt, der eine relativ freie Schwenkbewegung ermöglicht. Zur Messung läßt man einen Strom eines Oszillators über den Draht fließen, der mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten zusammenwirkt, so daß sich der Draht bewegt. Auf diese Weise wird eine Gegen-EMK erzeugt,In US Pat. No. 4,149,422 there is a vibrating wire pressure sensor described with a thin wire to which a spring load is applied in order to generate a preload. The wire is loaded by pressure so that its natural frequency changes. The lever used to load the Vibrating wire used is attached to a transverse flexure connector which allows relatively free pivoting movement enables. For the measurement, a current from an oscillator is allowed to flow over the wire, which is connected to a magnetic field a permanent magnet cooperates so that the wire moves. In this way a back emf is created,
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and die Mitkopplung am stron;erzeugenden Oszillator hält die Schwingung des Drahtes aufrecht. Der in der US-PS 4 149 42 beschriebene Sensor verwendet somit keine kapazitive Fühlanordnung .and the positive feedback on the stron; generating oscillator keeps the Vibration of the wire upright. No. 4,149,42 The sensor described thus does not use a capacitive sensing arrangement .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor zu schaffen, bei dem sich die Eigenfrequenz des Schwingbalkens beeinflussen läßt.The invention is based on the object of creating a pressure sensor in which the natural frequency of the vibrating beam can influence.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Appropriate configurations of the invention emerge from the subclaims.
Der Sensor ist so ausgebildet, daß die erfaßte Frequenz in Form digitaler Signale dem Ausgang zugeführt und dadurch eine direkte digitale Messung bzw. Anzeige des gemessenen Drucks ermöglicht wird.The sensor is designed so that the detected frequency is fed to the output in the form of digital signals and thereby a direct digital measurement or display of the measured pressure is made possible.
Der Balken wird über einen schwenkbar befestigten Hebel belastet, wodurch unerwünschte Kräfte während der Belastung des Balkens abgehalten werden.The beam is loaded via a pivoted lever, creating undesirable forces during loading of the bar.
Die Erregung des Balkens erfolgt mittels einer Spule, die von einem Oszillator angesteuert wird? und die Fühlanordnung ist kapazitiv. Es tritt somit nur eine geringe Wechselwirkung zwischen den Erregungs- und den Meßsignalen auf, wodurch die Genauigkeit erhöht wird.The excitation of the beam takes place by means of a coil which controlled by an oscillator? and the sensing arrangement is capacitive. There is therefore only a slight interaction between the excitation and the measurement signals, whereby the accuracy is increased.
Die Erregungsspule und der Aufnahmekondensator können auf der gleichen Seite des Schwingbalkens angeordnet sein„ wodurch die Montage und auch die Einstellung des Abstandes zwischen der Antriebsspule, dem Fühlerkondensator und dem Schwingbalken vereinfacht wird. Weitere Vorteile sind die geringere Anzahl von Teilen, die bessere Kontrolle von Störresonanzen und die Tatsache, daß Bauteile der Sensorschaltung an der FühleranOrdnung angeordnet werden können.The excitation coil and the take-up capacitor can be arranged on the same side of the vibrating beam the assembly and also the setting of the distance between the drive coil, the sensor capacitor and the Swing beam is simplified. Other advantages are the smaller number of parts, the better control of Interfering resonances and the fact that components of the sensor circuit can be arranged on the sensor arrangement.
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Beider erläuterten Befestigung des Schwingbalkens tritt im wesentlichen kein Strom im Balken auf, so daß dieser nur einen geringen unerwünschten Einfluß auf die Arbeitsweise der Antriebsspule oder des Fühlerkondensators hat.When the vibrating beam is fastened as explained, there is essentially no current in the beam, so that this has only a minor undesirable effect on the operation of the drive coil or the sensor capacitor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis beispielsweise erläutert. Es zeigt:The invention is explained below with reference to Figures 1 to, for example. It shows:
Figur 1 eine Aufsicht des Drucksensors,Figure 1 is a plan view of the pressure sensor,
Figur 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei bestimmte Teile weggelassen sind,FIG. 2 shows a section along the line 2-2 in FIG. 1, with certain parts being omitted;
Figur 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, Figur 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3, Figur 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 1,FIG. 3 shows a section along the line 3-3 in FIG. 2, FIG. 4 shows a section along the line 4-4 in FIG. 3, FIG. 5 shows a section along the line 5-5 in FIG. 1,
Figur 6 eine Teilaufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, FIG. 6 shows a partial plan view of a further embodiment of the invention,
Figur 7 eine Seitenansicht der Spulen- und Fühleranordnung der Vorrichtung der Fig. 6 in einem Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,Figure 7 is a side view of the coil and probe assembly the device of FIG. 6 in a section along the line 7-7 in FIG. 6,
Figur 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7, undFIG. 8 shows a section along the line 8-8 in FIG. 7, and
Figur 9 eine vereinfachte Antriebs- und Fühlerschaltung des Sensors. -Figure 9 shows a simplified drive and sensor circuit of the sensor. -
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist der Sensor 10 ein Außengehäuse 11 auf, das eine Grundplatte 12 zur Befestigung der verschiedenen Bauteile bildet. Die Grundplatte 12 ist flach, und das Gehäuse hat Seitenwände 13 und 14. Die Außenfläche des Gehäuses 11 hat vorzugsweise eine Silikon-As FIGS. 1 and 2 show, the sensor 10 has an outer housing 11 which forms a base plate 12 for fastening the various components. The base plate 12 is flat, and the housing has side walls 13 and 14. The outer surface of the housing 11 preferably has a silicone
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gummibeschichtung mit einer Dicke von etwa 1,57 ram, um iußere Schwingungen zu dämpfen. Die Wände 13 haben öffiungen und Befestigungseinrichtungen zur Befestigung zweier Druckdosen 15 und 16.rubber coating about 1.57 ram thick to dampen external vibrations. The walls 13 have openings and fastening devices for fastening two Pressure cans 15 and 16.
Die Druckdose 16 hat einen kleinen Abschlußring 17, der teilweise in eine Ausnehmung einer Klemme 23A greift und in dieser gehalten ist. Die Klemme 23A greift gleitbeweglich über einen Zapfen, der einen Teil einer Schwenk- und Belastungshebelanordnung 24 bildet. Der Zapfen 23 erstreckt sich zwischen die Druckdosen 15 und 16« Die Druckdose 15 hat einen Abschlußring 17A„ der teilweise in eine öffnung im Zapfen 23 greift und so mit diesem verbunden ist. Die Druckdosen 15 und 16 übertragen Kräfte aufgrund des Druckes, der die Druckdosen in axialer Richtung expandiert, auf den Zapfen 23. Der Zapfen 23 hat schwalbenschwanzförmige Randteile, über die die Klemme 23A greift und auf diesen gleitet. Die Druckdosen sind von üblicher Konstruktion^ wie sie bei Sensoren angewandt wird, und sind normalerweise in dar Ruhe- bzw. Gleichgewichtsstellung, wie gezeigt ist. Ein erster Druckanschluß 20 ist mit der Druckdose 15 und ein zweiter Druckanschluß 21 mit der Druckdose 16 verbunden. Wenn die Druckdosen mit Druck beaufschlagt werden β haben sie das Bestreben, sich axial zu expandieren und ihre inneren Enden nahe dem Zapfen 23 und der Klemme 23A nach außen zu schieben. Druckdifferenzen bewirken somit eine Verschiebung des Zapfens 23.The pressure cell 16 has a small closing ring 17 which partially engages in a recess of a clamp 23A and is held in this. The clamp 23A slidably engages over a pin that forms part of a pivot and load lever assembly 24. The pin 23 extends between the pressure cells 15 and 16 "The pressure cell 15 has an end ring 17A" which partially engages in an opening in the pin 23 and is thus connected to it. The pressure cells 15 and 16 transmit forces due to the pressure which expands the pressure cells in the axial direction to the pin 23. The pin 23 has dovetail-shaped edge portions over which the clamp 23A grips and slides on it. The pressure cans are of conventional construction, as used in sensors, and are normally in the rest or equilibrium position as shown. A first pressure connection 20 is connected to the pressure cell 15 and a second pressure connection 21 is connected to the pressure cell 16. When the pressure cans are pressurized β they have to expand axially and push their inner ends near the pins 23 and the terminal 23A to the outside the effort. Differences in pressure thus cause the pin 23 to be displaced.
Die Klemme 23A kann quer zur Bewegungsrichtung der Druckdosen längs des Zapfens 23 verschoben und eingestellt werden, so daß das Moment der Druckdose 16 um das bei 27 gezeigte scharnierartige Gelenk bezüglich des Moments der Druckdose 15 um das Gelenk 27 verschoben werden kann. Diese Bewegung der Klemme 23A längs des Zapfens 23 ermöglicht die Einstellung der Kraft der einen oder anderen Druckdose, so daß, wenn der gleiche Druck auf die Druck-The clamp 23A can be transverse to the direction of movement of the pressure cans be displaced along the pin 23 and adjusted, so that the moment of the pressure cell 16 by the at 27 The hinge-like joint shown can be displaced about the joint 27 with respect to the moment of the pressure cell 15. This movement of the clamp 23A along the pin 23 enables the force of one or the other to be adjusted Pressurized can, so that when the same pressure on the pressure
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dosen 15 und 16 wirkt, die sich ergebende Kraft (das sich ergebende Moment) Null ist.doses 15 and 16 acts, the resulting force (the resulting moment) is zero.
Die Hebelanordnung 24 hat, wie die Aufsicht zeigt, einen Befestigungsblock 25, der an der Grundplatte 12 des Gehäuses 11 befestigt ist. Die Hebelanordnung 24 besteht aus einem einstückigen Metallteil. Ein beweglicher Hebel 30 ist mit dem Block 25 über das Gelenk 27 verbunden. Das Gelenk ist als ein den Block 25 und den Hebel 30 längs, der Schwenkachse verbindender Abschnitt mit stark verringertem Querschnitt gebildet. Die Hebelanordnung umfaßt somit den Befestigungsblock 25 und den Schwenkhebel 30. Der Schwenkhebel 30 ist von der Platte 12 des Gehäuses so entfernt, daß er bei Druckdifferenzen schwenken kann. Unter dem Block 25 können Abstandshalter angeordnet sein, um den Hebel 30 von der Grundplatte 12 zu heben.The lever arrangement 24 has, as the plan view shows, a fastening block 25 which is attached to the base plate 12 of the housing 11 is attached. The lever assembly 24 consists of a one-piece metal part. A moving lever 30 is connected to the block 25 via the joint 27. The joint is longitudinal as a block 25 and lever 30, the pivot axis connecting section formed with a greatly reduced cross-section. The lever assembly includes thus the mounting block 25 and the pivot lever 30. The pivot lever 30 is from the plate 12 of the housing removed so that it can pivot in the event of pressure differences. Spacers can be arranged under the block 25, to lift the lever 30 from the base plate 12.
Der Hebel 30 schwenkt um das Gelenk 27, das nur eine geringe Biegefestigkeit, jedoch eine hohe Drehfestigkeit, die einer Verdrehung des Hebels 30 um eine Achse parallel zur Ebene der Schwenkbewegung entgegenwirkt. Diese Festigkeit wirkt auch einer Beschleunigung in Richtung der Schwenkachse entgegen. Der Hebel ist mit dem Zapfen 23 durch einen Verbindungsabschnitt 31 verbunden.The lever 30 pivots about the joint 27, which is only a slight Flexural strength, but a high torsional strength that is parallel to a rotation of the lever 30 about an axis counteracts the pivoting movement plane. This strength also acts to accelerate in the direction of the Swivel axis opposite. The lever is connected to the pin 23 by a connecting portion 31.
Ein Belastungsbalken 35 aus einem einzigen Block aus magnetischem Material, vorzugsweise Ni-Span C, Legierung 902, (hergestellt von der Firma International Nickel Company) hat einen mittleren Schwingbalkenabschnitt 42, der zwischen einem ersten und zweiten Isolierabschnitt 43 und 44, die den Balkenabschnitt 42 tragen, angeordnet und mit diesen verbunden ist. Der Isolierabschnitt 43 ist an seinem äußeren Ende gegenüber seiner Verbindung mit dem Schwingbalken bei 36 mit einem Tragansatz 37 verbunden, der Teil des Blocks 25 sein kann. Das äußere Ende des Isolierabschnitts 43 kann auch getrennt an der Grundplatte 12 des Gehäuses befestigt sein. Die Verbindung mit dem Ansatz 37A load beam 35 made from a single block of magnetic material, preferably Ni-Span C, alloy 902, (manufactured by International Nickel Company) has a central rocking beam section 42 that extends between first and second insulating portions 43 and 44 which support the beam portion 42 and are arranged with them connected is. The insulating portion 43 is at its outer end opposite its connection with the vibrating beam connected at 36 to a support lug 37 which can be part of the block 25. The outer end of the insulating section 43 can also be attached separately to the base plate 12 of the Be attached to the housing. The connection with approach 37
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ist eine feste Verbindung wie eine Schweiß- oder Lötverbindung. Das äußere Ende des Isolierabschnitts 43 kann auch durch Stifte oder Schrauben befestigt sein.is a fixed connection such as a welded or soldered connection. The outer end of the insulating portion 43 can also be fastened by pins or screws.
Das äußere Ende des Isolatorabschnitts 44, das dem Ende des Belastungsbalkens gegenüber liegt, ist bei 40 an einer Halterung 41 befestigt,, die vom Schwenkhebel 30 vorsteht. Die Halterung kann in gewünschter Weise ausgebildet sein.The outer end of the isolator section 44 opposite the end of the load beam is at 40 on one Bracket 41 is attached, which protrudes from the pivot lever 30. The holder can be designed in a desired manner.
Die Sensoranordnung ist In wenigstens zwei Achsen beschleunigungsmäßig im Gleichgewicht,, d„h. eine Beschleunigung in Richtung der Achse X oder Y in Fig« 1 hat wenig oder nur keinen Einfluß, da die Summe der Drehmomente der Sensorseite der Schwenkachse gleich der der Drehmomente auf der Druckdosenseite 1st. Der Sensor ist in der Achse Z (Fig. 7) nicht im Gleichgewicht, da die Steifigkeit des Gelenks Beschleunigungswirkungen von einer längs dieser Achse wirkenden Kraft wesentlich verringert. Es ist auch möglich, die Drehmomente um diese Achse auszugleichen. Infolge der Toleranzen hat jede Sensoranordnung ein unterschiedliches Drehmoment. Die Wirkung dieser Toleranzen bezüglich einer Beschleunigung wird vorzugsweise dadurch verringert, daß geringe Materialmengen, vorzugsweise Lötzinn, in Bereichen nahe dem Gelenk 27 aufgebracht werden, um die Drehmomente um diese Achse zu verringern, wie bei 27A in Fig. 1 gezeigt ist.The sensor arrangement is accelerated in at least two axes in equilibrium, ie. an acceleration in the direction of the X or Y axis in FIG. 1 has little or no influence, since the sum of the torques of the The sensor side of the swivel axis is the same as that of the torques on the pressure socket side. The sensor is on the axis Z (Fig. 7) out of equilibrium, since the stiffness of the joint has acceleration effects of one along it Axis acting force is significantly reduced. It is also possible to balance the torques around this axis. As a result of the tolerances, each sensor arrangement has a different one Torque. The effect of these tolerances on acceleration is preferably thereby reduces the fact that small amounts of material, preferably solder, are applied in areas near the joint 27, to reduce the torques about this axis, as shown at 27A in FIG.
Der Schwingbalkenabschnitt 42 ist somit durch die Isolierabschnitte 43 und 44 zwischen den Halterungen 37 und 41 gelagert. Der Abschnitt 42 ist somit Kräften ausgesetzt, die durch die Bewegung des Schwenkhebels 30 ausgeübt werden. Die Isolierabschnitte 43 und 44 sind in ihrem mittleren Teil ausgeschnitten, um zwei dünne Streifen zu bilden.The vibrating beam section 42 is thus through the insulating sections 43 and 44 mounted between the brackets 37 and 41. The section 42 is therefore exposed to forces which are exerted by the movement of the pivot lever 30. The insulating portions 43 and 44 are in their middle Part cut out to form two thin strips.
Jede Bewegung des Zapfens 23 zwischen den Drucklosen 15 und 16 veranlaßt somit wegen der Verformung bzw. Bewegung der Druckdosen den Zapfen 23, den Schwenkhebel 30 um dasAny movement of the pin 23 between the pressureless 15 and 16 thus causes the pin 23, the pivot lever 30 to about the deformation or movement of the pressure cells
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Gelenk 27 zu schwenken. Die Bewegung bewirkt eine Änderung der Spannung bzw. Kompression bzw. Belastung des Schwingbalkenabschnitts 42. Die Änderung der Belastung des Abschnittes 42 ändert dessen Resonanzfrequenz. Die Änderung der Resonanzfrequenz ist proportional der Druckdifferenz an den Druckanschlüssen 20 und 21 und damit an den Druckdosen 15 und 16. Ein Druckanschluß kann zur Atmosphäre geöffnet oder evakuiert werden, so daß auch ein einzelner Druckwert gemessen werden kann. Es ist auch möglich, eine der Druckdosen wegzulassen.Pivot joint 27. The movement causes a change in the tension or compression or loading of the vibrating beam section 42. The change in the load on section 42 changes its resonance frequency. The change the resonance frequency is proportional to the pressure difference at the pressure connections 20 and 21 and thus at the pressure cells 15 and 16. A pressure connection can be connected to the atmosphere opened or evacuated so that a single pressure value can also be measured. It is also possible to have a to omit the pressure cans.
Der Balken wird durch eine Spule angetrieben bzw. zur Resonanz erregt, die wiederum von einem Wechselspannungssignal erregt wird, das auf die Resonanzfrequenz gesteuert wird. Im Ruhezustand ist der Balken im Gleichgewicht und wird nicht auf Druck oder Zug beansprucht. Die Tragkonstruktion und der Balken unterliegen somit keiner Kriechbeanspruchung und Entspannung, die zu Stabilitätsproblemen führen könnten. Der Balken wird vorzugsweise bei niedrigen Kräften innerhalb der elastischen Grenzen des Balkeninaterials betrieben.The beam is driven or used by a coil Resonance excited, which in turn is excited by an AC voltage signal that is controlled to the resonance frequency will. At rest, the beam is in equilibrium and is not subjected to pressure or tension. The supporting structure and the beam are therefore not subject to any creep stress and relaxation, which lead to stability problems could lead. The beam is preferably used at low forces within the elastic limits of the beam material operated.
Die Isolierabschnitte 43 und 44 haben jeweils eine Masse 43A und 44A, die senkrecht zum Balkenabschnitt 42 verläuft, und jede Masse hat getrennte Isolierfedern 43B und 43C bzw. 44B und 44C. Die Isolierabschnitte entkoppeln den Balkeneibschnitt 42 von den Endbefestigungen, um Energieverluste zu verringern, die die Güte Q des Balkens verringern. Am übergang zwischen dem Balkenabschnitt 42 und den Massen 43A.und 44A sind kleine, kräftereduzießtrende Radien vorgesehen. The insulating sections 43 and 44 each have a mass 43A and 44A that is perpendicular to the beam section 42, and each mass has separate isolating springs 43B and 43C and 44B and 44C, respectively. The insulating sections decouple the joist section 42 from the end fixtures to reduce energy losses which reduce the Q of the beam. At the At the transition between the beam section 42 and the masses 43A. and 44A, small, force-reducing radii are provided.
Bei der Konstruktion des Balkenabschnitts 42 und der Isolierabschnitte 43 und 44 ist wichtig, daß kein einzelnes Element eine Eigenfrequenz hat, die vom Balkenabschnitt 42 leicht erregt werden kann, der einen großen Frequenzbereich haben muß. Wenn die: anderen Elemente eine Eigenfrequenz haben, die vom BalkenabscHnitt 42 erregt werden kann, erregtIn the construction of the beam portion 42 and the insulating portions 43 and 44, it is important that no single Element has a natural frequency equal to that of the beam section 42 can be easily excited, which must have a wide frequency range. If the: other elements have a natural frequency which can be energized by the beam section 42, energized
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er dieses Element im System, insbesondere, wenn seine Eigenfrequenz gleich der oder ein Vielfaches der Balkenfrequenz ist. Wenn dies eintritt, wird die Wirksamkeit der Isolatoren verringert, so daß die Güte H verringert und seine Schwingungsfrequenz geändert wird. Das Ergebnis hiervon ist eine scharfe Diskontinuität in der Linearität des Balkens bei Beanspruchung. Der mittlere Balkenabschnitt kann leicht bei seiner Resonanzfrequenz und der zweifachen Resonanzfrequenz erregt werden, da mit jeder Halbperiode des Balkens ein Zug auf die Enden des Balkenabschnittes 42 wirkt. Der Balken biegt sich auf die gegenüberliegenden Seiten seiner Ruheebene während des Betriebs durch.he has this element in the system, especially when its natural frequency is equal to or a multiple of the bar frequency. When this happens, the isolators will become less effective is reduced, so that the quality H is reduced and its oscillation frequency is changed. The result of this is a sharp discontinuity in the linearity of the beam under stress. The middle section of the bar can easily be excited at its resonance frequency and twice the resonance frequency, since with every half cycle of the beam, a tension acts on the ends of the beam section 42. The beam bends on the opposite one Side of its resting plane during operation.
In der Praxis ist es nicht möglich, den Isolierabschnitten eine solch niedrige Frequenz zu verleihen, daß sie durch den Schwingbalken nicht angeregt werden, da si© sonst sehr lang und dünn sein müßten. Die Gesamtsensorgröße wäre damit groß, und das System wäre schwierig herzustellen. Wie oben erläutert, ist es möglich, daß der Schwingbalkenabschnitt die Isolierfedern mit ihrer zweiten, dritten oder höheren Harmonischen erregt.In practice, it is not possible to give the insulating sections such a low frequency that they through the vibrating beam are not excited, otherwise they would have to be very long and thin. The total sensor size would be that large, and the system would be difficult to manufacture. As explained above, it is possible that the vibrating beam section the isolating springs are excited with their second, third or higher harmonic.
In der Praxis ist es ebenfalls nicht möglich, diesen Isolierfedern eine so hohe Frequenz zu verleihen, daß sie nicht erregt werden und dennoch die notwendige Niederfrequenzisolierung bewirken. Die Frequenz der Isolierfedern muß somit so gewählt werden, daß sich ein "Fenster" ergibt, um nicht den Schwingbalkenabschnitt 42 in seinem Frequenzbereich bei Beanspruchung zu stören. Wenn der Balkenabschnitt 42 mit Kraft beaufschlagt wird? sollte seine Eigenfrequenz und die zweifache Frequenz hiervon mit keiner Resonanzfrequenz der Isolierfedern 43B, 43C, 4 4B, 44C übereinstimmen. Das breiteste Fenster ergibt sich, wenn die Grundisolierfederfrequenz für jede der vier Federn größer als die höchste Schwingbalkenabschnittsfrequenz ist, die bei voller Beanspruchung auftritt, je-In practice it is also not possible to use these isolating springs give such a high frequency that they are not excited and still provide the necessary low frequency isolation cause. The frequency of the isolating springs must therefore be chosen so that there is a "window" results in order not to disturb the vibrating beam section 42 in its frequency range when stressed. If the Bar section 42 is acted upon with force? should be its natural frequency and twice that frequency do not coincide with any resonance frequency of the isolating springs 43B, 43C, 4 4B, 44C. The widest window gives if the basic isolation spring frequency for each of the is four springs greater than the highest vibrating beam section frequency that occurs under full load, each
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doch niedriger als die zweifache Ruhefrequenz des Abschnitts 42.but lower than twice the resting frequency of section 42.
Ein spezielles Beispiel des Balkenabschnitts 42 hat einen : Balkenabschnitt mit einer Dicke von etwa 0,12 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 0,02 mm und nicht mehr als etwa 0,2 mm. Der Balkenabschnitt hat eine Länge von etwa 6,35 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 2,5 mm und nicht mehr als etwa 12,7 mm, sowie eine Breite von etwa 1,06 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 0,5 mm und nicht mehr als etwa 2,5 mm.A specific example of the beam section 42 has a : beam section having a thickness of about 0.12 mm with approximation limits of no less than about 0.02 mm and no more than about 0.2 mm. The beam section has a length of about 6.35 mm for proximity limits of no less than about 2.5 mm and no more than about 12.7 mm, and a width of about 1.06 mm for proximity limits of no less than about 0, 5 mm and no more than about 2.5 mm.
Ohne Beanspruchung ist die Frequenz direkt der Balkendicke proportional und dem Quadrat der Balkenlänge umgekehrt proportional und beträgt etwa 14,5 kHzbei einem geeigneten Material wie Ni-Span C. Ni-Span C ergibt ausgezeichnete Federeigenschaften und im wesentlichen keinen Temperaturkoeffizienten in einem großen Temperaturbereich. Es können auch andere Eigenfrequenzen gewählt werden.In the absence of stress, the frequency is directly proportional to the thickness of the beam and inversely to the square of the length of the beam proportional and is about 14.5 kHz with a suitable one Material like Ni-Span C. Ni-Span C gives excellent results Spring properties and essentially no temperature coefficient in a wide temperature range. Other natural frequencies can also be selected.
Die Änderung der Frequenz wird durch die Beanspruchung des Balkens bestimmt, die durch die Kraft hervorgerufen wird, die durch die Hebelanordnung 24 erzeugt wird. Bei einem Beispiel beträgt diese etwa 1,13 kg, hervorgerufen durch Druckdosen mit einem Durchmesser von etwa 27,7 mm bei einer Atmosphäre. Die Beanspruchung des Schwingbalkenabschnitts 42 kann ohne Änderung der Frequenz ohne Beanspruchung durch Änderung der Breite eingestellt werden. Bei dem Beispiel wurde die Beanspruchung auf etwa 700 kg/cm bei Verwendung von Ni-Span C eingestellt. Diese Beanspruchung ist ideal, da sie im Vergleich zur Streckgrenze von Ni-Span ..C sehr niedrig ist, und sich damit extrem niedrige Systemhysteresefehler ergeben. Außerdem treten keinr Langzeitänderungen der Frequenz auf. Die sich ergebende Frequenzänderung des Schwingbalkenabschnitts 42 beträgt etwaThe change in frequency is due to the stress of the beam determined by the force generated by the lever assembly 24. at In one example, this is about 1.13 kg, caused by pressure cans with a diameter of about 27.7 mm at one atmosphere. The stress on the vibrating beam section 42 can be adjusted by changing the width without changing the frequency. In the example, the stress was set to about 700 kg / cm using Ni-Span C. This stress is ideal because it is very low compared to the yield strength of Ni-Span ..C, and therefore extremely low Result in system hysteresis errors. In addition, there are no long-term changes the frequency. The resulting change in frequency of the vibrating beam section 42 is approximately
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23oo Hz oder etwa 16 % der Maxiinalfrequenz, die entweder durch Beanspruchung des Balkens auf Druck oder Zug erreicht werden kann. Bei diesem Beispiel ergibt somit eine Druckänderung von O bis einer Atmosphäre eine Resonanzfrequenzänderung von 14,5 bis 16,8 kHz.23oo Hz or about 16% of the maximum frequency, which is either can be achieved by applying pressure or tension to the beam. In this example there is thus a change in pressure from 0 to one atmosphere a resonance frequency change from 14.5 to 16.8 kHz.
Iür die Isolierfedern werden die Frequenzen in der gleichen Weise wie für den Schwingbalkenabschnitt 42 eingestellt, und zwar so, daß sie größer als 16,8 kHZp. jedoch kleiner als 2 χ 14,5 kHz, d.h. 29 kHz sind« In der Praxis wurde festgestellt, daß eine Isolierfederfrequenz von 22 bis 24 kHz zufriedenstellend ist. Die Federn 43B, 43C, 4AB und 44C haben zur einfacheren Konstruktion eine Dicke von etwa 0,3 mm und eine Länge von etwa 8 mm. Die Isoliermasse 43A und 44A wird so eingestellt, daß sich eine Isoliersystemfrequenz von 2600 Hz ergibt, die ein ausgezeichnetes Isolator/Schwingbalkenabschnitt-Frequenzverhältnis und damit ein sehr niedriges Übertragungsvermögen ergibt.For the isolating springs, the frequencies are set in the same manner as for the vibrating beam section 42 so that they are greater than 16.8 kHz. but less than 2 χ 14.5 kHz, ie 29 kHz. In practice it has been found that an isolating spring frequency of 22 to 24 kHz is satisfactory. The springs 43B, 43C, 4AB and 44C are about 0.3 mm thick and about 8 mm long for ease of construction. The insulating compounds 43A and 44A are adjusted so that an isolation system frequency of 2600 Hz results, which results in an excellent isolator / vibrating beam section frequency ratio and thus a very low transmission capacity.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen den mechanischen Aufbau der Spule und der Sensoranordnung im einzelnen. Ein Keramikbefestigungsblock 50 ist auf einer Scheibe 51 angeordnet. Die Scheibe besteht aus Metall und kann am Block 50 angelötet iein. Der Block kann auch durch Stifte mit der Scheibe verbunden sein. Die Scheibe 51 paßt so in eine Ausnehmung 52 in der Grundplatte 12 (Fig. 2) des Gehäuses, daß der 3lock 50 in das Gehäuse vorsteht. Die Scheibe kann in der Ausnehmung 52 in eine gewünschte Lage gedreht und dann durch Löten befestigt werden, um sie während des Betriebs drehfest zu halten. Der Block 50 besteht aus einem unmagnetischen, elektrisch nicht leitenden massiven Material wie gesintertem Aluminiumoxyd oder einem ähnlichen Keramikmaterial. Der Block 50 hat einen Vorsprung 53, der eine Fläche 53A hat, die nahe und parallel zur Ebene des Balkenabschnitts 42 verläuft. Der Block 53 paßt zwischen die Enden der Isolierabschnitte 43 und 44. Der Block 53 hat eine zylindrische Ausnehmung 54, die sich von einer Fläche1 to 4 show the mechanical structure of the coil and the sensor arrangement in detail. A ceramic mounting block 50 is arranged on a disk 51. The disk is made of metal and can be soldered to block 50 iein. The block can also be attached to the washer by pins be connected. The disc 51 fits into a recess 52 in the base plate 12 (Fig. 2) of the housing that the 3lock 50 protrudes into the housing. The disc can be in the Recess 52 can be rotated to a desired location and then attached by soldering to it during operation to keep torsion-proof. The block 50 consists of a non-magnetic, electrically non-conductive solid material such as sintered alumina or a similar ceramic material. The block 50 has a protrusion 53, the one Has surface 53A that is close to and parallel to the plane of beam portion 42. The block 53 fits between the Ends of the insulating sections 43 and 44. The block 53 has a cylindrical recess 54 extending from one surface
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gegenüber der Fläche 53A (Fig. 3) aus nach innen erstreckt. Ein Dorn 55 ist in der Ausnehmung befestigt und kann mit dem Block 53 durch elektrisch leitendes Epoxyharz oder Lötmaterial verbunden werden. Der Dorn 55 besteht vorzugsweise aus magnetischem rostfreien Stahl und vorzugsweise aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität.extends inwardly from surface 53A (FIG. 3). A mandrel 55 is secured in the recess and can be connected to the block 53 by electrically conductive epoxy resin or Solder material to be connected. The mandrel 55 is preferably made of magnetic stainless steel, and preferably made of a material with high magnetic permeability.
Der Dorn hat am Ende eine Scheibe 56, und zwischen der Fläche 57 des Blocks 53 und der Scheibe 56 ist eine Spule 58 aufgewickelt, die eine zur Erzeugung der notwendigen magnetischen Kraft geeignete Windungszahl hat, um den Balken anzutreiben, wie erläutert wird.The mandrel has a disc 56 at the end, and between the Surface 57 of the block 53 and the disc 56 is wound a coil 58, which is one for generating the necessary magnetic force has a suitable number of turns to drive the beam, as will be explained.
Auf der Fläche 53A des Blocks 53, d.h. nahe und gegenüber dem Schwingbalkenabschnitt 42 ist ein elektrisch leitender Streifen 61, der eine Kondensatorplatte bildet, auf dem Keramikmaterial befestigt. Die Kondensatorplatte 61 ist in Fig. 4 gezeigt. Zusätzliche elektrische Bauteile können direkt an der Oberfläche des Keramikblocks 50 befestigt werden, und die verschiedenen Bauteile können an die Kondensatorplatte durch aufgebrachte Streifen aus leitendem Material angeschlossen werden. Diese Bauteile werden nachstehend erläutert.On surface 53A of block 53, i.e., near and opposite vibrating beam section 42, is an electrically conductive one Strip 61, which forms a capacitor plate, attached to the ceramic material. The capacitor plate 61 is shown in fig. Additional electrical components can be attached directly to the surface of the ceramic block 50 and the various components can be attached to the capacitor plate by means of strips of conductive Material to be connected. These components are explained below.
Die Fläche 57 des Blocks 53, die nahe der Spule 58 ist, und die Fläche auf der gegenüberliegenden Seite des Blocks 53 von der Kondensatorplatte 51 aus können metallisiert sein, um eine Abschirmung zu schaffen und zu verhindern, daß eine Störung des Stroms in der Spule 58 die zwischen dem Schwingbalkenabschnitt 42 und der Kondensatorplatte gemessene Kapazität beeinträchtigt.The surface 57 of the block 53, which is close to the coil 58, and the area on the opposite side of the block 53 from the capacitor plate 51 can be metallized be to provide a shield and prevent disturbance of the current in the coil 58 that between the capacitance measured by the vibrating beam section 42 and the capacitor plate.
Durch Drehen der Scheibe 51 kann der Abstand zwischen der Kondensatorplatte und dem Schwingbalkenabschnitt 42 beim Zusammenbau eingestellt werden. Der Block 50 und die Platte oder die Scheibe 51 werden nach dem Einbau des BalkensBy rotating the disk 51, the distance between the capacitor plate and the vibrating beam section 42 can be adjusted Assembly can be adjusted. The block 50 and the plate or washer 51 are made after installation of the beam
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eingesetzt. Der Abstand zwischen der Platte 61 und dem Balkenabschnitt 42 beträgt etwa 0,13 mm.used. The distance between the plate 61 and the beam section 42 is approximately 0.13 mm.
Der Balkenabschnitt 42 des Balkens bildet die andere Platte eines veränderbaren Kondensators in Verbindung mit der Platte 61. Der Balkenabschnitt 42 liegt an Masse. Der E lock 50 kann über den Stift 50A und Steckeröffnungen iOB gespeist werden.The beam portion 42 of the beam forms the other plate of a variable capacitor in conjunction with the plate 61. The beam portion 42 is grounded. The E lock 50 can be fed via the pin 50A and connector openings i OB.
tie Fig. 6 und 7 zeigen eine abgewandelte Konstruktion. Der Balken 3 5 und die Hebelanordnung 24, insbesondere das Gelenk 30, und die Druckdosen sind im wesentlichen in der gleichen Weise befestigt. Der Block 25 ist zur Befestigung einer abgewandelten Antriebs- und Fühleranordnung 7 4 geändert. Eine Welle 75 ist in einer öffnung des Blocks 25 gelagert, wie Fig. 6 zeigt, und Einstellschrauben 76 ermöglichen die Längseinstellung der Welle 75 relativ zum Schwingbalkenabschnitt 42„ Die Welle 75 wiederum ist an einer Scheibe 79 befestigt, die eine Stange 78 hat« Die Scheibe 79 kann mit dem Ende der Welle 75 in üblicher Weise durch Epoxyharz oder einem anderen Klebstoff verbunden sein. Eine Spule 82 ist auf die Stange 78 zwischen der inneren Fläche der Scheibe 79 und einer Fläche 83 einer Keramikscheibe 84 gewickelt. Die Stange 78 erstreckt sich in eine Ausnehmung in der Keramikscheibe 84 und ist mit dieser verbunden, um die beiden Teile zusammenzuhalten, nachdem die Spule auf die Stange gewickelt worden ist.tie FIGS. 6 and 7 show a modified construction. The beam 35 and the lever arrangement 24, in particular the hinge 30, and the pressure cells are essentially in FIG attached in the same way. The block 25 has been modified to attach a modified drive and sensor arrangement 74. A shaft 75 is mounted in an opening of the block 25, as shown in FIG. 6, and allows adjustment screws 76 the longitudinal adjustment of the shaft 75 relative to the oscillating beam section 42 “The shaft 75 is on attached to a disk 79 which has a rod 78 «The disk 79 can be connected to the end of the shaft 75 in a conventional manner Be connected by epoxy resin or some other adhesive. A spool 82 is on the rod 78 between the inner surface of the disc 79 and a surface 83 of a ceramic disc 84 wound. The rod 78 extends into a recess in the ceramic disk 84 and is connected to this to hold the two parts together after the spool has been wound onto the rod.
Die Keramikscheibe 84 hat auch elektrisch leitende Flächen, die in Fig. 8 schattiert gezeigt sind und die die Anordnung der Schaltung oder Teilen hiervon nahe dem Schwingbalken ermöglichen. Die auf der Scheibe 84 angeordneten Bauteile umfassen vorzugsweise eine Kondensatorplatte 85, die der Platte 61 entspricht, mit Anschlußstreifen 86, die zu einem Dickfilmwiderstand 87 führen, und einen Dickfilmkondensator 88, der an den Streifen 86 angeklebt und mit diesen elektrisch verbunden sein kann. Kontaktpunkte 87AThe ceramic disk 84 also has electrically conductive surfaces, shown shaded in FIG. 8, which enable the circuit or parts thereof to be located near the vibrating beam. Arranged on the disc 84 components preferably comprise a condenser plate 85, which corresponds to the plate 61, with terminal strips 86, which lead to a thick-film resistor 87, and a thick-film capacitor 88, which may be adhered to the strip 86 and electrically connected thereto. Contact points 87A
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und 88A können zum Anschluß der anderen Enden des Kondensators 88 und des Widerstandes 87 vorgesehen sein. Der Kondensator 88 und der Widerstand 87 sind nahe der Kondensatorplatte 85 angeordnet und stehen von der Keramik-Scheibe vor, so daß der Schwingbalkenabschnitt 82 zwischen diese beiden Bauteile paßt. Der Schwingbalkenabschnitt 82 befindet sich nahe der Kondensatorplatte 85 und verläuft parallel zu dieser.and 88A can be used to connect the other ends of the capacitor 88 and the resistor 87 may be provided. The capacitor 88 and the resistor 87 are near the capacitor plate 85 arranged and protruding from the ceramic disk, so that the vibrating beam portion 82 between these two components fit. The vibrating beam section 82 is located near the capacitor plate 85 and runs parallel to this.
Im Betrieb wird der Schwingbalken beider Ausfuhrungsformen durch Erregen der zugehörigen Spule in Schwingung versetzt. Ein Magnetfluß wird erzeugt und bewirkt die Durchbiegung des Schwingbalkenabschnitts 42 in entgegengesetzten Richtungen senkrecht zu seiner Längsebene. Der Dorn 55 oder 78 erstreckt sich eine bestimmte Strecke durch den Keramikblock 53 bzw. 84, so daß das Magnetfeld auf den Balkenabschnitt 42 übertragen wird. Die Änderungen der Kapazität des Kondensators werden erfaßt und steuern den Antriebskreis, um den Balkenabschnitt in Resonanz zu bringen und ein Frequenzausgangssignal zu erzeugen. Jede Änderung der Druckdifferenz bewirkt eine Verschiebung des Zapfens, der zu einer Schwenkbewegung des Hebels um das Gelenk 27 führt, um die Druck- oder Zugbeanspruchung des Balkenabschnitts 42 und damit die Resonanzfrequenz des Balkens zu ändern. Die Änderung wird durch die Änderung der Frequenz des Signals des Kondensators erfaßt, der zwischen dem Balkenabschnitt 42 und der Platte 61 bzw. 85 gebildet ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Sensor, der nahe dem Balken angeordnet ist. Diese Signaländerung ist für die Druckdifferenz relativ zu der Bezugsdruckfrequenz charakteristisch. Der Balken wird vorzugsweise mit seiner Grundfrequenz erregt, jedoch kann der Aufnahmekondensator so angeordnet werden, daß er auf irgendeine Harmonische der Grundfrequenz oder eine andere Frequenz anspricht.In operation, the vibrating beam of both embodiments set in vibration by exciting the associated coil. A magnetic flux is generated and causes the deflection of the swing beam section 42 in opposite directions perpendicular to its longitudinal plane. Of the Mandrel 55 or 78 extends a certain distance through the ceramic block 53 or 84, so that the magnetic field is transferred to the beam section 42. The changes the capacitance of the capacitor are sensed and control the drive circuit to drive the beam section in resonance bring and generate a frequency output signal. Every change in the pressure difference causes a shift of the pin, which leads to a pivoting movement of the lever around the joint 27, in order to reduce the compressive or tensile stress of the beam section 42 and thus to change the resonance frequency of the beam. The change is made by changing the Detected frequency of the signal of the capacitor formed between the beam portion 42 and the plate 61 and 85, respectively depending on the sensor located near the beam. This signal change is for characteristic of the pressure difference relative to the reference pressure frequency. The beam is preferably with his Fundamental frequency excited, however, the pickup capacitor can be arranged to respond to any harmonic the base frequency or another frequency responds.
Fig. 9 zeigt ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Schaltung zur Erzeugung eines Frequenzausgangs-9 shows a simplified electrical circuit diagram a circuit for generating a frequency output
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signals vom Schwingbalken. In Fig. 9 ist der Schwingbalkenabschnitt 42 als zwischen Isolatoren 43 und 44 gehalten gezeigt, wie zuvor beschrieben. Eine kapazitive Aufnahmeelektrode 61 (es könnte auch die Elektrode 85 sein) ist mit Abstand vom Balkenabschnitt 42 angeordnet, um einen veränderbaren Kondensator zu bilden.signals from the vibrating beam. In Fig. 9 is the vibrating beam section 42 shown as being held between isolators 43 and 44, as previously described. A capacitive pickup electrode 61 (it could also be the electrode 85) is arranged at a distance from the beam section 42 by a to form changeable capacitor.
Die Schaltung in Fig. 9 hat einen Betriebsspannungsanschluß 9Ot einen Masseanschluß 91 und einen Ausgang 92. Eine Betriebsspannungsquelle V+ (nicht gezeigt) ist an den Spannungsanschluß 90 angeschlossen» Zwischen den Anschluß 90 und den Masseanschluß 91 sind ein Widerstand 93 und eine Spule 58 (oder 82) geschaltet. Durch den Widerstand 93 und die Spule 58 fließt Gleichstrom und erzeugt ein vom Dorn bzw. Kern 54 (oder 75) ausgehendes magnetisches Gleichfeld. Das von. dem Gleichstrom durch die Spule 5 8 erzeugte magnetische Gleichfeld könnte auch von einem Permanentmagneten erzeugt werden.The circuit in Fig. 9 has an operating voltage terminal 9O t a ground terminal 91 and an output 92. A supply voltage source V + (not shown) is connected to the voltage terminal 90 'between the terminal 90 and the ground terminal 91 are a resistor 93 and a coil 58 ( or 82) switched. Direct current flows through resistor 93 and coil 58 and generates a direct magnetic field emanating from mandrel or core 54 (or 75). That from. The DC magnetic field generated by the direct current through the coil 58 could also be generated by a permanent magnet.
Zwischen den Anschluß 90 und die Aufnahmeelektrode 81 ist auch ein Vorspannungswiderstand 88 (als auf der Keramikscheibe in Fig. 7 angeordnet gezeigt) geschaltet. Der Vorspannungswiderstand 88 erzeugt am Verbindungspunkt 95 des Widerstands 88 und der Elektrode 61 einen Vorstrom .n Form eines Gleichstroms. Die Spannung über dem veränderbaren Kondensator, der durch den Balkenabschnitt 42 ind die Aufnahmeelektrode 61 gebildet ist, ist somit eine Funktion des Gleichstroms und der Frequenz der Schwingung des Balkenabschnitts 42.There is also a bias resistor 88 (than on the ceramic disk shown arranged in Fig. 7) switched. The bias resistor 88 creates at connection point 95 of the resistor 88 and the electrode 61 a bias current .n form a direct current. The tension across the changeable The capacitor formed by the beam portion 42 and the receiving electrode 61 is thus one Function of the direct current and the frequency of oscillation of the beam section 42.
Das am Verbindungspunkt 95 abgegebene Signal wird über einen Filterkondensator 87 (in Fig. 7 gezeigt) zu einem Verstärker 97 übertragen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 97 wird als Ausgangssignal der Schaltung zum Ausgang 92 übertragen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 97 wird auch über einen Rückkopplungskondensator 98 zum Verbindungspunkt 99 des Widerstands 93 und der Antriebsspule 58 übertragen. The signal emitted at connection point 95 is over a filter capacitor 87 (shown in FIG. 7) to an amplifier 97. The output of the amplifier 97 is transmitted to output 92 as the output signal of the circuit. The output of amplifier 97 becomes also transmitted through a feedback capacitor 98 to the junction 99 of the resistor 93 and the drive coil 58.
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Wenn die Schaltung eingeschaltet wird, verschiebt das Magnetfeld der Spule 58 den Balkenabschnitt 42. Der Kondensator zwischen dem Balkenabschnitt 42 und der Platte 61 beeinflußt das Eingangssignal des Verstärkers 97 über den Vorspannungswiderstand 88 und den Kondensator 87. Das Ausgangssignal des Verstärkers 87 ändert das Rückkopplungssignal am Kondensator 98, das wiederum den Strom durch die Spule 58 beeinflußt. Jede Änderung des Stroms durch die Spule 58 ändert das Magnetfeld durch den Balkenabschnitt 42, der wieder verschoben wird. Der Balkenabschnitt 42 wird so bei seiner Eigenfrequenz erregt, und das Ausgangssignal des Verstärkers 97 ändert sich mit dieser Frequenz. Die Bauteile sind so gewählt, daß sie eine geeignete Phasenbeziehung bewirken, um die Schwingung im gewünschten Frequenzbereich zu erzeugen.When the circuit is turned on, the magnetic field of coil 58 shifts beam section 42. The capacitor between the beam section 42 and the plate 61 affects the input signal of the amplifier 97 over the bias resistor 88 and the capacitor 87. The output of the amplifier 87 changes the feedback signal at capacitor 98, which in turn influences the current through coil 58. Any change to the Current through the coil 58 changes the magnetic field through the beam section 42, which is shifted again. Of the Bar section 42 is excited at its natural frequency, and the output of amplifier 97 changes at that frequency. The components are chosen so that they bring about a suitable phase relationship in order to generate the oscillation in the desired frequency range.
Die Schaltung in Fig. 9 erzeugt somit ein sich zeitlich änderndes Ausgangssignal, dessen Frequenz eine Funktion der Frequenz des Balkenabschnitts 42 ist. Dieses Ausgangssignal kann dann in ein digitales oder ein analoges Signal umgewandelt werden und erzeugt eine Anzeige der Spannung oder Kompression im Balkenabschnitt 42, deren Frequenz sich ändert und die eine Funktion des zu messenden Druckes ist.The circuit in FIG. 9 thus generates an output signal which changes over time, the frequency of which is a function is the frequency of the beam section 42. This output signal can then be converted into a digital or an analogue Signal and produces an indication of the tension or compression in the bar section 42 whose Frequency changes and which is a function of the pressure to be measured.
Die Bauteile des Verstärkers 97 und die übrigen Bauteile zur Umwandlung des Signals am Ausgang 92 in ein digitales oder analoges Signal können wie in Fig. 1 oder alle Bauteile können wie in Fig. 4 am Block 50 angeordnet sein.The components of amplifier 97 and the remaining components to convert the signal at output 92 into a digital or analog signal, as in FIG. 1 or all components can be arranged on block 50 as in FIG. 4.
Wenn niederfrequente Schwingungen von externen Quellen (wie Flugzeugschwingungen bei Verwendung des Sensors in einem Flugzeug) eine niederfrequente Schwingung im At.sgangssignal verursachen, können Filter verwendet werden, um solche unerwünschten Schwingungen zu beseitigen.When low frequency vibrations from external sources (such as aircraft vibrations when using the sensor in an airplane) a low-frequency oscillation in the At.sgangssignal filters can be used to remove such unwanted vibrations.
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| WO1991013327A1 (en) * | 1990-02-22 | 1991-09-05 | Almasi Istvan | Displacement detector, especially displacement to frequency transducer for measuring pressure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1141560A (en) | 1983-02-22 |
| JPH0551855B2 (en) | 1993-08-03 |
| DE3018285C2 (en) | 1990-12-20 |
| JPS5629134A (en) | 1981-03-23 |
| JPH0219892B2 (en) | 1990-05-07 |
| SE447421B (en) | 1986-11-10 |
| FR2456945B1 (en) | 1985-06-14 |
| GB2049188A (en) | 1980-12-17 |
| FR2456945A1 (en) | 1980-12-12 |
| GB2049188B (en) | 1984-02-01 |
| JPH03108628A (en) | 1991-05-08 |
| IL60034A (en) | 1984-11-30 |
| SE8003555L (en) | 1981-01-15 |
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