CH403339A - Verfahren und Vorrichtung zur direkten Messung von Druckdifferenzen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zur direkten Messung von Druckdifferenzen
Um kleine Druckdifferenzen einigermassen genau bestimmen zu können, was z. B. bei Untersuchungen an Brennkraftmaschinen oft notwendig ist, wird zweckmässig diese Differenz direkt gemessen, so dass eine nachträgliche Differenzbildung aus den beiden Einzeldrücken vermieden wird. Hiezu ist bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem zur Messung der Einzeldrücke zwei gleichempfindliche Quarzdruckgeber mit entgegengesetzt gepolten Quarzsäulen verwendet werden, deren Signale einem als Messgerät verwendeten Elektrometer zugeführt werden. Bei gleich grosser Belastung der beiden Druckgeber heben sich dabei die entstehenden Ladungen auf, so dass direkt die Druckdifferenz angezeigt wird.

   Für die Durchführung dieses Verfahrens ist jedoch von Nachteil, dass Druckgeber mit entgegengesetzt gepolten Quarzsäulen nicht handelsüblich und daher als Spezialausführung teuer und nur schwer erhältlich sind.



   Es ist auch schon ein Verfahren bekannt, bei welchem die Einzeldrücke von zwei gleich gepolten Druckgebern gemessen werden. Dabei werden zwei getrennte Elektrometerstufen verwendet, und die Differenzauswertung erfolgt in einer   Phasenumkehr-    stufe elektronisch. Nachteilig bei dieser   Anordnung    ist der Umstand, dass die Differenzbildung mit demselben Messbereich wie die Messung der Einzeldrücke ausgeführt werden muss, weshalb insbesondere bei der Messung kleiner Druckdifferenzen keine   ausrei    chende Genauigkeit erzielt werden kann.



   Die Erfindung bezweckt nun die Beseitigung der Nachteile der bekannten Verfahren unter   gleichzeiti-    ger Beibehaltung der Vorteile derselben. Sie geht dabei von dem Verfahren zur direkten Messung von Druckdifferenzen aus, bei dem die Einzeldrücke von zwei gleich gepolten, vorzugsweise piezoelektrischen Druckgebern gemessen werden, die den Einzeldrükken entsprechende elektrische Ausgangssignale   lie    fern. Die Erfindung besteht darin, dass die Ausgangssignale der beiden Druckgeber elektrostriktiv in der Druckdifferenz entsprechende mechanische Grössen umgewandelt und diese sodann piezoelektrisch, magnetostriktiv oder unter Verwendung des Piezo-Widerstandseffektes an Halbleitern in ein der Druckdifferenz entsprechendes elektrisches Signal übergeführt werden.

   Das erfindungsgemässe Verfahren bietet gegenüber der bekannten Messmethode mit zwei gleichgepolten Druckgebern den Vorteil einer wesentlich grösseren Messgenauigkeit. Ausserdem können komplizierte Elektrometerschaltungen entfallen und handelsübliche Druckgeber verwendet werden.



   Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist nach der Erfindung ein elektrostriktiver Körper vorgesehen, der zwei Elektroden aufweist, von welchen jeweils eine vom Ausgangssignal eines Druckgebers beaufschlagt ist. Da somit die den beiden Elektroden zugeführten Signale gleichartig sind und den Einzeldrücken entsprechen, wird der elektrostriktive Körper lediglich dann mechanisch beeinflusst, wenn beim Auftreten einer Druckdifferenz die beiden Signale voneinander verschieden sind. Die vom elektrostriktiven Körper erzeugten mechanischen Grössen entsprechen dabei genau der zu messenden Druckdifferenz. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich somit durch besondere Einfachheit aus.



   In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mit dem elektrostriktiven Körper ein weiterer, piezoelektrischer Körper mechanisch gekoppelt sein, der   Elektroden    für das der Druckdifferenz entsprechende elektrische Signal aufweist. Es kann aber auch der   elektrostriktive    bzw piezoelektrische Körper selbst zwei weitere Elektroden zur Lieferung des der Druckdifferenz   entsprechenden    elektrischen Signales aufweisen Mit Hilfe dieser beiden ebenfalls einfachen Anordnungen können die vorn elektrostriktiven Kör  per erzeugten mechanischen Grössen auf einfache Weise in ein der zu messenden Druckdifferenz genau entsprechendes elektrisches Signal übergeführt werden.

   Bei entsprechender Wahl des verwendeten piezoelektrischen Materials kann mittels der erfindungsgemässen Anordnung auch eine Verstärkung der elektrischen Signale erzielt werden. Es kann dabei sowohl der longitudinale als auch der transversale Piezoeffekt ausgenützt werden.



   In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen je eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.



   Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden die den Einzeldrücken entsprechenden Ausgangssignale von den Druckgebern 1 und 2 über die Leitungen 3 und 4 den Elektroden 5 und 6 eines festen Körpers 7 zugeführt, der aus elektrostriktivem Material besteht. Seitlich neben dem elektrostriktiven Körper 7 ist ein weiterer fester Körper 8 aus piezoelektrischem Material vorgesehen, der Elektroden 9 und 10 aufweist. Die festen Körper 7 und 8 sind zwischen 11 und 12 fest eingespannt und liegen entlang einer genau geschliffenen Berührungsfläche 13 mit Vorspannung aneinander. Die Elektrode 9 des aus piezoelektrischem Material bestehenden Körpers 8 liegt an Masse, wogegen die Elektrode 10 über eine Leitung 14 mit einem nicht dargestellten Messgerät, z. B. einem Elektrometer, in Verbindung steht.



   Bei den beiden verwendeten, lediglich schematisch dargestellten Druckgebern 1 und 2 handelt es sich um handelsübliche Ausführungen, die aufeinander abgeglichen sind. Ausserdem sind die beiden Druckgeber 1 und 2 gleich gepolt, gegeneinandergeschaltet und direkt mit den beiden Elektroden 5 und 6 verbunden. Da die Elektroden 5 und 6 keine Verbindung zu Masse haben, entspricht das auf den elektrostriktiven Körper 7 wirkende Eingangssignal der Differenz der den Einzeldrücken entsprechenden Grössen der Druckgeber 1 und 2. Dieses Eingangssignal wird durch den elektrostriktiven Körper 7 in einen mechanischen Impuls umgewandelt, der ebenfalls genau der zu messenden Druckdifferenz entspricht.

   Durch die mechanische Kopplung zwischen den beiden Körpern 7 und 8 werden die mechanischen Grössen vom Körper 7 auf den Körper 8 übertragen, so dass sich infolge der Formänderungen Ladungen an seiner Oberfläche bilden, die durch die Elektroden 9 und 10 abgenommen und von diesen als ein der Druckdifferenz entsprechendes elektrisches Signal weitergegeben werden.



   Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von jenem nach Fig. 1 dadurch, dass anstelle der beiden Körper 7 und 8 ein einziger fester Körper 15 vorgesehen ist, der aus piezoelektrischem Material besteht. Der Körper 15 ist ebenfalls zwischen zwei Wänden 11 und 12 fest eingespannt und trägt einerseits die beiden mit den Druckgebern 1 und 2 über die Leitungen 3 und 4 verbundenen Elektroden 5 und 6 und anderseits auch die Elektroden 9 und 10, von welchen das der zu messenden Druckdifferenz entsprechende elektrische Signal abgenommen werden kann. Diese Anordnung ist einfacher als bei Verwendung von zwei Festkörpern, da die zur einwandfreien Kraftübertragung zwischen den Festkörpern sonst erforderlichen Massnahmen entfallen können.



   Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen wird der transversale Piezoeffekt ausgenützt. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, Anordnungen zu verwenden, die unter Ausnützung des longitudinalen Piezoeffektes arbeiten. Der die mechanischen Grössen des elektrostriktiven Körpers in das der Druckdifferenz entsprechende elektrische Signal umformende zweite feste Körper kann aber auch aus magnetostriktivem Material bestehen und mit einer Sonde, z. B. einer Magnetsonde, einer Spule oder dergleichen zusammenwirken, von welcher das Signal abgenommen wird. Schliesslich ist es auch noch möglich, als zweiten festen Körper einen Halbleiter Widerstand zu verwenden, der vorzugsweise aus einem Germanium- oder Silizium-Einkristall besteht und ebenfalls die erforderlichen Elektroden aufweist.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur direkten Messung von Druckdifferenzen, bei dem die Einzeldrücke von zwei gleich gepolten Druckgebern gemessen werden, die den Einzeldrücken entsprechende elektrische Ausgangssignale liefern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der beiden Druckgeber elektrostriktiv in der Druckdifferenz entsprechende mechanische Grössen umgewandelt und diese sodann piezoelektrisch, magnetostriktiv oder unter Verwendung des Piezo-Widerstandseffektes an Halbleitern in ein der Druckdifferenz entsprechendes elektrisches Signal übergeführt werden.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrostriktiver Körper (7, 15) vorgesehen ist, der zwei Elektroden (5, 6) aufweist, von welchen jeweils eine vom Ausgangssignal eines Druckgebers (1, 2) beaufschlagt ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem elektrostriktiven Körper (7) ein weiterer, piezoelektrischer Körper (8) mechanisch gekoppelt ist, der Elektroden (9, 10) für das der Druckdifferenz entsprechende elektrische Signal aufweist (Fig. 1 > .

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostriktive bzw. piezoelektrische Körper (15) selbst zwei weitere Elektroden (9, 10) zur Lieferung des der Druckdifferenz entsprechenden elektrischen Signals aufweist (Fig. 2).