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Dokumentenidentifikation DE3640942A1 22.10.1987
Titel Druckwandler
Anmelder Nihon Radiator Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP;
TGK Co. Ltd., Hachioji, Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Hirota, Hisatoshi;
Nakano, Etsumi, Hachioji, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Stellrecht, W., Dipl.-Ing. M.Sc.; Grießbach, D., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Haecker, W., Dipl.-Phys.; Böhme, U., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 7000 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 29.11.1986
DE-Aktenzeichen 3640942
Offenlegungstag 22.10.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.10.1987
IPC-Hauptklasse G01L 9/14

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Druckwandler zum Erfassen eines Gas- oder Flüssigkeitsdruckes und zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem erfassten Druck.

Die US-PS 46 02 513 beschreibt einen Druckwandler mit einem Gehäuse, in dessen Gehäusekopf eine Membran angeordnet ist, die durch den Außendruck auslenkbar ist. Ein magnetoresistives Element, dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von Änderungen des Magnetfeldes ändert, ist am Boden des Gehäuses befestigt, und ein Permanentmagnet ist dem magnetoresistiven Element gegenüberliegend angeordnet und in Abhängigkeit von der Auslenkung der Membran auslenkbar.

Bei dem bekannten Wandler werden Änderungen des zu messenden Außendrucks durch elektrische Erfassung der Änderungen des elektrischen Widerstandes des magnetoresistiven Elements gemessen. Bei der Montage des Wandlers ist es dabei erforderlich, die magnetische Feldstärke einzustellen, welche an dem magnetoresistiven Element wirksam ist - Empfindlichkeitseinstellung; außerdem muß die relative Lage des Magneten und des magnetoresistiven Elements in Richtung der Auslenkung des Magneten durch die Membran eingestellt werden - Nullpunkteinstellung.

Der bekannte Druckwandler ist dabei so aufgebaut, daß die beiden Halterungen für den Permanentmagneten und das magnetoresistive Element durch einen mechanischen Druck auf ihre Endbereiche verstellt werden können, und zwar mit Hilfe von Stellschrauben, mit deren Hilfe die beiden Einstellungen durchgeführt werden.

Bei diesem bekannten Verfahren der Durchführung der Einstellarbeiten verändert sich eine der Einstellungen, nämlich die Empfindlichkeitseinstellung oder die Nullpunkteinstellung, wenn der jeweils andere Parameter eingestellt werden soll, so daß die beiden Einstellungen iterativ durchgeführt werden müssen, was schwierig und zeitraubend ist. Weiterhin wird bei den Einstellarbeiten durch die Verformung der Halterungen eine Schräglage des magnetoresistiven Elements herbeigeführt, so daß sich der Abstand zwischen dem magnetoresistiven Element und dem Permanentmagneten ändert, wenn letzterer druckabhängig verstellt wird. Diese führt zu einer Verfälschung der Messergebnisse.

Ein weiteres Problem ergibt sich bei dem bekannten Druckwandler aufgrund der Tatsache, daß sich der Widerstandswert des magnetoresistiven Elements auch in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, wobei diese temperaturabhängige Änderung nicht-linear verläuft. Daher ergeben sich Schwierigkeiten bei der Temperaturkompensation der ermittelten Messwerte. Die vorstehend angedeuteten Probleme führen bei dem bekannten Druckwandler letztlich zu erheblichen Messfehlern, insbesondere wenn sich die Umgebungstemperaturen ändern.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Druckwandler anzugeben, bei dessen Montage die Empfindlichkeit und der Nullpunkt schnell und bequem eingestellt werden können, wobei gleichzeitig angestrebt wird, auch bei Temperaturänderungen präzise Messergebnisse zu erhalten.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Druckwandler gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Druck auslenkbare Membran vorgesehen ist; daß mindestens ein Magnet vorgesehen ist, welcher bezüglich der Membran derart angeordnet ist, daß er den Bewegungen derselben folgt; daß ein magnetoresistives Element vorgesehen ist, dessen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von Änderungen des Magnetfeldes veränderbar ist und das dem Magneten gegenüberliegend angeordnet ist; daß Befestigungseinrichtungen für das magnetoresistive Element vorgesehen sind; daß Halterungseinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Magnet bezüglich der Befestigungseinrichtungen für das magnetoresistive Element derart montierbar ist, daß er in axialer Richtung gleitverschieblich und um eine in Richtung der Axialbewegung verlaufende Drehachse drehbar ist, und daß Sicherungseinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Befestigungseinrichtungen und die Halterungseinrichtungen relativ zueinander in einer eingestellten axialen Position und einer eingestellten Winkelstellung festlegbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Druckwandlers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den montierten Druckwandler gemäß Fig. 1 für einen ersten Betriebszustand;

Fig. 3 einen weiteren Längsschnitt wie ihn Fig. 2 zeigt, jedoch für einen anderen Betriebszustand;

Fig 4 einen Querschnitt durch den Druckwandler längs der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 ein Schaltbild der elektrischen Meßschaltung des Druckwandlers, und

Fig. 6a bis Fig. 6c schematische grafische Darstellungen zur Erläuterung des Spannungsverlaufs an wesentlichen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 5 in Abhängigkeit von der Temperatur T.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Druckwandler mit einer becherförmigen Gehäusekappe, in deren Basisfläche mehrere Druckeinlaßöffnungen 2 gebohrt sind, so daß der Außendruck im Inneren der Gehäusekappe 1 wirksam werden kann.

In der Gehäusekappe 1 ist eine Membran 3 in Form einer dünnen, scheibenförmigen Platte angeordnet, wobei zwischen der Oberseite der Membran 3 und der Gehäusekappe 1 ein O-Ring 4 angeordnet ist, so daß die Membran 3 durch den Außendruck in vertikaler Richtung auslenkbar ist.

Ein Stössel 5 stützt sich mit seinem Kopf in der Mitte der Unterseite der Membran 3 ab und folgt den vertikalen Bewegungen derselben.

Der Stössel 5 durchgreift eine zylindrische Halterung 7 sowie Mittelöffnungen zweier scheibenförmiger Blattfedern 6, die an der zylindrischen Halterung 7 montiert sind, wobei ein in die Mittelöffnung hineinragender Vorsprung 6a der Drehsicherung der Blattfedern 6 bezüglich der Halterung 7 dient. Die Blattfedern 6 und die Halterung 7 bilden zusammen mit einem magnetisch permeablen Element 8 und einem Distanzelement 9 eine Baugruppe, die durch Verstemmen des unteren Endes des Stössels 5 fest mit diesem verbunden ist. Jede der Blattfedern 6 besitzt mehrere konzentrische C-förmige Schlitze 6b. Die beiden Blattfedern sind dabei um einen Winkel von 180° gegeneinander verdreht, so daß sich in allen Richtungen dieselbe Vorspannung für den Stössel 5 ergibt.

Ein Ring 10 steht in engem Kontakt mit dem äußeren Rand der Unterseite der Membran 3. Die Blattfedern 6 und ein Distanzelement 12 sind sandwichartig zwischen der oberen Stirnfläche eines zylindrischen Gehäuses 11 mit erweitertem oberen Rand und der Scheibe 10 angeordnet. Die Gehäusekappe 1 und das Gehäuse 11 sind durch Verstemmen des unteren Randes 1a der Kappe 1 fest miteinander verbunden.

Aufgrund der beschriebenen Konstruktion sind die äusseren Ränder der Blattfedern zwischen der Kappe 1 und dem Gehäuse 11 eingespannt, während die inneren Ränder der Blattfedern 6 über die zylindrische Halterung 7 an dem Stössel 5 festgelegt sind. Die Blattfedern 6 üben auf den Stössel 5 eine gegen die Unterseite der Membran 3 gerichtete Vorspannung aus.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Stössel 5 normalerweise von den Blattfedern 6 nach oben gedrückt. Wenn nun die Membran 3 einem erhöhten Außendruck ausgesetzt wird, dann wird der Stössel 5 ausgehend von der Position gemäß Fig. 2 nach unten in Richtung der Position gemäß Fig. 3 bewegt, und zwar so weit, bis die Federspannung der Blattfedern 6 dem Außendruck entspricht.

Das magnetisch permeable Element 6, welches am unteren Ende des Stössels 5 befestigt ist, besitzt zwei einander diametral gegenüberliegende Schenkel 8a, die zunächst nach innen gebogen und dann im Bereich ihrer unteren Enden wieder nach außen gebogen sind, so daß sich eine Art Federclip ergibt.

Ein Magnethalter 14 ist zwischen den Schenkeln 8a gehaltert und trägt zwei einander gegenüberliegende Permanentmagnete 13. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Magnethalter 14 mit zwei einander diametral gegenüberliegenden quadratischen Bohrungen 15 versehen, die der Aufnahme der Permanentmagnete 13 dienen, und besitzt ferner eine durchgehende vertikale Öffnung 16, deren Breite S1 in horizontaler Richtung kleiner ist als die Breite S2 der quadratischen Öffnungen 15 in dieser Richtung, so daß verhindert wird, daß die Permanentmagnete 13 über das innere Ende der Öffnungen 15 hinaus in die durchgehende Öffnung 16 gedrückt werden. Die Permanentmagnete 13 werden also mit anderen Worten so in die quadratischen Öffnungen 15 eingesetzt, daß sie einander mit ihren Stirnflächen gegenüberliegen, zwischen denen jedoch ein Zwischenraum verbleibt. (Gegebenenfalls kann auch nur ein einziger Permanentmagnet 13 verwendet werden.) Die unteren Enden 8b der Schenkel 8a des magnetisch permeablen Elements 8 liegen an den äußeren Stirnflächen der Permanentmagnete 13 an, so daß sich zwischen diesen ein geschlossener magnetischer Pfad mit einem stabilen magnetischen Feld ergibt.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus sind die Permanentmagnete 13 bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel bezüglich des Gehäuses 11 durch den Stössel 5 und die Blattfedern 6 derart gehaltert, daß eine Auslenkung der Membran 3 zu einer Auslenkung der Magnete 13 führt. Das Gehäuse 11 dient also als Halterung für die Magnete 13. Eine Gehäusebasis 17 ist in ihrer Mitte mit einer länglichen, vertikal angeordneten Basisplatte 18 aus Isolationsmaterial versehen. Ein magnetoresistives Element 19, dessen elektrischer Widerstandswert sich in Abhängigkeit von Änderungen eines Magnetfeldes ändert, ist mit dem oberen Ende der Basisplatte 18 verbunden. Die Gehäusebasis 17 dient also als Träger für das magnetoresistive Element 19.

Das magnetoresistive Element 19 umfasst beispielsweise zwei Plättchen aus einer Indium-Antimon-Legierung, deren elektrischer Widerstand sich unter dem Einfluß eines Magnetfeldes ändert und die dieselbe Charakteristik haben und in vertikaler Richtung in Serie miteinander geschaltet und als Einheit von einem Kunstharz, von Aluminiumoxid oder von einem ähnlichen Material dichtend umschlossen sind. Das magnetoresistive Element 19 ist dabei zwischen den beiden Permanentmagneten 13 derart angeordnet, daß es dem Einfluß des von diesen erzeugten Magnetfeldes ausgesetzt ist.

Fig. 5 zeigt eine Signalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von Änderungen des Widerstandswertes des magnetoresistiven Elements 19. An die einander gegenüberliegenden Anschlüsse 21,22 des magnetoresistiven Elements 19 wird von einer Spannungsversorgungseinheit 23 eine Spannung angelegt, während mit einem in der Mitte des magnetoresistiven Elements 19 vorgesehenen Anschluß 24 ein Verstärker 25 verbunden ist, um das in Abhängigkeit von der Lage des Elements 19 bezüglich der Permanentmagnete 13 veränderliche Potential an diesem mittleren Anschluß 24 zu verstärken. Der Ausgang des Verstärkers 25 ist mit einem Steuerkreis oder einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) zur Auswertung des verstärkten Ausgangssignals verbunden.

Die Spannungsversorgungseinheit 23 wird weiter hinten noch näher erläutert.

Die Gehäusebasis 17 ist so ausgebildet, daß ihr oberes Ende in das untere Ende des Gehäuses 11 passt. Die Gehäuseteile 11 und 17 sind dabei in vertikaler Richtung gleitverschieblich (Doppelpfeil A) und bezüglich der Symmetrieachse der Anordnung drehbar (Doppelpfeil B) ausgebildet, so daß sie in der gewünschten axialen Position und der gewünschten Winkellage mit Hilfe einer Kleb- oder Schraubverbindung festgelegt werden können.

Im einzelnen ermöglicht die gegenseitige Justierung der Gehäuseteile 11, 17 in vertikaler Richtung eine Nullpunkteinstellung. Die Justierung des Drehwinkels zwischen den Gehäuseteilen 11, 17 vermindert dagegen die wirksame Breite L des magnetoresistiven Elements 19 bezüglich des magnetischen Flusses und damit die Empfindlichkeit, da der elektrische Widerstandswert des magnetoresistiven Elements 19 sich proportional zur Änderung des magnetischen Flusses ändert. Der Nullpunkt und die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Druckwandlers können also unabhängig voneinander eingestellt werden. Nachdem die entsprechenden Einstellarbeiten abgeschlossen sind, werden die Gehäusebasis 17 und das Gehäuse 11 in der gewünschten gegenseitigen Lage festgelegt.

Bei der Durchführung der Einstellarbeiten sind weder die Permanentmagnete 13 noch das magnetoresistive Element 19 bezüglich der vertikalen Achse geneigt, so daß der Abstand zwischen diesen Teilen stets konstant gehalten wird, wenn die Permanentmagnete 13 in vertikaler Richtung ausgelenkt werden. Beim Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseteile 11 und 17 mit Hilfe eines Klebers 26 und einer Feststellschraube 27 miteinander verbunden.

Wenn der Kopfteil des erfindungsgemäßen Druckwandlers einem hohen Gas- oder Flüssigkeitsdruck ausgesetzt wird, dann wird der Außendruck wegen der Druckeinlaßöffnungen 2 im Inneren der Gehäusekappe 1 und an der Membran 3 wirksam, welche so weit ausgelenkt wird, bis der Außendruck durch die Gegenkraft der Blattfedern 6 ausgeglichen wird. Mit der Auslenkung der Membran 3 ist eine Auslenkung des Stössels 5 und der Permanentmagnete 13 verbunden. Andererseits behält das magnetoresistive Element 19 seine Lage bei, so daß die Lage der Permanentmagnete 13 gegenüber dem magnetoresistiven Element 19 in Abhängigkeit von Änderungen des Aussendruckes verändert wird. Dies hat eine entsprechende Änderung des elektrischen Widerstandswertes des Elements 19 zur Folge. Folglich können Änderungen des Aussendrucks als Änderungen eines elektrischen Signals gemessen werden. Die Messwerte sind dabei sehr genau, da der Abstand zwischen dem magnetoresistiven Element 19 und dem Permanentmagneten 13 stets konstant gehalten wird, wenn die Permanentmagnete 13 eine Relativbewegung in vertikaler Richtung ausführen.

Nachstehend soll nunmehr anhand der Fig. 5 die Spannungsversorgungseinheit 23 näher erläutert werden.

Die Spannungsversorgungseinheit 23 ist am unteren Teil der Basisplatte 18 montiert und umfasst ein zweites magnetoresistives Element 28 zur Temperaturkompensation, welches zu dem ersten magnetoresistiven Element 19 parallelgeschaltet ist. Das zweite magnetoresistive Element 28 wird aus derselben Fertigungsserie wie das erste Element 19 entnommen und besitzt dieselbe Temperaturcharakteristik wie dieses. Das zweite magnetoresistive Element 28 bleibt hinsichtlich der charakteristischen Änderung in Abhängigkeit von Temperaturänderungen gleich. Das zweite magnetoresistive Element 28 ist mit einem Mittelanschluß 29 versehen, und ein zweiter Permanentmagnet 30 ist in einem Abstand X2 von dem mittleren Anschluß 29 angeordnet und besitzt dieselbe Charakteristik wie jeder der Permanentmagnete 13.

Eine Gleichstromquelle 31, welche eine positive konstante Ausgangsspannung V0 liefert, ist in Serie mit zwei Widerständen R2, R1 geschaltet, und das eine Ende des Widerstandes R1 und der negative Pol der Stromquelle 31 sind geerdet. Der Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 ist mit dem nicht invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers OP1 verbunden. Dieser Anschluß wird auf einem konstanten Potential (e2=V0×r1/(r1+r2)) gehalten, wobei r1 und r2 die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 sind. Der mittlere Anschluß 29 des zweiten magnetoresistiven Elements 28 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 verbunden. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers OP1 ist mit dem einen Anschluß 21 der beiden Anschlüsse 21, 22 der magnetoresistiven Elemente 19, 28 verbunden, die parallel zueinander geschaltet sind. Die Ausgangsspannung e0 des ersten Operationsverstärkers OP1 wird also an den Anschluß 21 gelegt, so daß das Potential am invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1, d.h. das Potential am mittleren Anschluß 29 des zweiten magnetoresistiven Elements 28 gleich dem Potential e2 am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 sein kann. Zwei Widerstände R3, R4 haben denselben Widerstandswert und sind in Serie zueinander zwischen die Anschlüsse 21, 22 gelegt und damit parallel zu den Elementen 19, 28 geschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände R3, R4 ist mit dem invertierenden Anschluß eines zweiten Operationsverstärkers OP2 verbunden, dessen nicht invertierender Eingang geerdet ist. Folglich liefert der Operationsverstärker OP2 eine negative Ausgangsspannung -e0 an den Anschluß 22, so daß das Potential des Verbindungspunktes der Widerstände R3, R4 auf Null eingestellt werden kann. Man erhält also einen Spannungsregler 32, der die Spannung zwischen den Anschlüssen 21, 22 in Abhängigkeit von einer Änderung der Charakteristik des zweiten magnetoresistiven Elements 28 ändern kann, um das Potential am mittleren Anschluß 29 des zweiten magnetoresistiven Elements 28 konstant zu halten. Der Regelkreis 32 umfasst dabei die beiden Operationsverstärker OP1, OP2 und die beiden Widerstände R3 und R4.

Die Arbeitsweise der Spannungsversorgungseinheit 23 wird aus der nachstehenden Erläuterung deutlich.

Die Potentiale e0 und -e0 an den Anschlüssen 21, 22 werden von dem Spannungsregler 32 so geregelt, daß das Potential am mittleren Anschluß 29 des magnetoresistiven Elements 28 stets auf einem konstanten Wert e2 gehalten wird. Dieser Zusammenhang lässt sich für das zweite magnetoresistive Element 28 beim betrachteten Ausführungsbeispiel durch folgende Gleichung beschreiben:

Δe&sub2; = f&sub2;(t) · 2e&sub0; · B · Δx&sub2; (1)

wobei f2(t) ein Proportionalitätsfaktor ist, welcher sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert und welcher für das zweite magnetoresistive Element 28 typisch ist und wobei B für die magnetische Feldstärke steht.

Was das erste magnetoresistive Element 19 anbelangt, so liegen die Potentiale e0 und -e0 an den Anschlüssen 21, 22, während am mittleren Anschluß eine Ausgangsspannung e1 liegt, wenn die Permanentmagnete 13 gegenüber der Nullstellung um eine Strecke Δx1 ausgelenkt werden.

Es ergibt sich also folgende Gleichung:

Δe&sub1; = f&sub1;(t) · 2e&sub0; · B · Δx&sub1; (2)

wobei f1(t) ein temperaturabhängiger Proportionalitätsfaktor ist, welcher für das erste magnetoresistive Ele: ment 19 typisch ist. Da jedoch die beiden magnetoresistiven Elemente 19, 28 dieselbe Temperaturcharakteristik haben, gilt: f1(t)=f2(t).

Damit ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2) folgende Gleichung:

Δe&sub1; = Δx&sub1; · Δe&sub2;/Δx&sub2; (3)

wobei Δe2=konstant, Δx2=konstant, so daß der Wert e1 der Änderung der Ausgangspannung am mittleren Anschluß 24 des magnetoresistiven Elements 19 proportional zur Strecke Δx1 der Auslenkung der Permanentmagnete 13 ist, und zwar unabhängig von Temperaturänderungen. Es erfolgt eine vollständige Temperaturkompensation. Wie die Gleichung (3) zeigt,entfällt der Einfluß der magnetischen Feldstärke B, so daß beispielsweise ein Ferritmagnet, dessen Feldstärke sich temperaturabhängig ändern kann, ohne Beeinträchtigung der Temperaturkompensation eingesetzt werden kann, solange die Permanentmagnete 13 und 30 dieselbe Temperaturcharakteristik haben.

Bei einem erfindungsgemäßen Druckwandler lässt sich also eine vollständige Temperaturkompensation erreichen. Dies resultiert allein aus der Tatsache, daß Schwankungen des Ausgangssignals am mittleren Anschluß 24 aufgrund von Temperaturänderungen durch Änderungen der Spannung 2e0 (d.h. der Ausgangsspannung des ersten magnetoresistiven Elements 19) zwischen den Anschlüssen 21, 22 kompensiert werden.

Insbesondere wird aus Gleichung 2 deutlich, daß die Änderung e1 des Ausgangspotentials am mittleren Anschluß 24 proportional zu f1(t) und 2e0 ist, während aus Gleichung 1 folgt, daß 2e0 umgekehrt proportional zu f2(t) ist. Aus der Gleichung f2(t)=f1(t) folgt ferner, daß sich der Einfluß der Temperaturänderung überhaupt nicht auf e1 auswirkt, da beispielsweise dann, wenn f1(t) aufgrund der Temperaturänderung mit 1/α zu multiplizieren ist, 2e0 mit α zu multiplizieren ist.

Fig. 6a zeigt die Potential- bzw. Spannungsänderung am mittleren Anschluß 24 in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur T bei Anlegen einer konstanten Spannung zwischen den Anschlüssen 21 und 22 des magnetoresistiven Elements 19. Fig. 6b zeigt die temperaturabhängige Änderung der zwischen den Anschlüssen 21,22 des magnetoresistiven Elements 19 anliegenden Spannung, und Fig. 6c zeigt das Potential bzw. die Spannung am mittleren Anschluß 24, wenn an die Anschlüsse 21, 22 die temperaturabhängige Spannung gemäß Fig. 6b angelegt wird.

Beim betrachteten Ausführungsbeispiel sind die Potentiale an den Anschlüssen 21 und 22e0 und -e0, und die Ausgangsspannung am mittleren Anschluß 24 ist Null (e1=0), wenn sich die Permanentmagnete 13 in der Mitte des magnetoresistiven Elements 19 befinden (also: Δx1=0), so daß die Gleichung Δe1=e1 erhalten wird. Somit ist die Ausgangsspannung e1 am mittleren Anschluß 24 proportional zum Maß der Auslenkung der Permanentmagnete 13 und wird von dem Verstärker 25 verstärkt.

Während vorstehend ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, bei dem das magnetoresistive Element eine obere und eine untere Hälfte mit jeweils demselben elektrischen Widerstandswert hat, können sich die Widerstandswerte auch unterscheiden. In diesem Fall sollten die Widerstandswerte der Widerstände R3, R4 proportional zu den zugeordneten Widerstandswerten der Hälften und voneinander verschieden sein.

Da die Größe der Ausgangsspannung am mittleren Anschluß des magnetoresistiven Elements wie oben ausgeführt proportional zur Auslenkung der Magnete ist,und zwar unabhängig von Temperaturänderungen, kann der erfindungsgemäße Druckwandler die Größe der Auslenkung extrem genau erfassen, ohne daß die Messgenauigkeit durch Temperaturänderungen beeinträchtigt würde. Ausserdem ist der Wandler sehr einfach aufgebaut, so daß eine hervorragende Temperaturkompensation erreicht werden kann.

Während die Erfindung vorstehend anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, versteht es sich, daß dem Fachmann, ausgehend von diesem Ausführungsbeispiel, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.


Anspruch[de]
  1. 1. Druckwandler zum Erfassen eines Gas- oder Flüssigkeitsdruckes und zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem erfassten Druck, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

    es ist eine in Abhängigkeit von dem zu erfassenden Druck auslenkbare Membran (3) vorgesehen; es ist mindestens ein Magnet (13) vorgesehen, welcher bezüglich der Membran (3) derart angeordnet ist, daß er den Bewegungen derselben folgt;

    es ist ein magnetoresistives Element (19) vorgesehen, dessen elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von Änderungen des Magnetfeldes veränderbar ist und das dem Magneten (13) gegenüberliegend angeordnet ist;

    es sind Befestigungseinrichtungen (17) für das magnetoresistive Element (19) vorgesehen;

    es sind Halterungseinrichtungen (11) vorgesehen,

    mit deren Hilfe der Magnet (13) bezüglich der Befestigungseinrichtungen (17) für das magnetoresistive Element (19) derart montierbar ist, daß er in axialer Richtung gleitverschieblich und um eine in Richtung der Axialbewegung verlaufende Drehachse verdrehbar ist, und

    es sind Sicherungseinrichtungen (26, 27) vorgesehen, mit deren Hilfe die Befestigungseinrichtungen (17) und die Halterungseinrichtungen (11) relativ zueinander in einer eingestellten axialen Position und einer eingestellten Winkelstellung festlegbar sind.
  2. 2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) durch Federmittel (6) entgegen dem zu messenden Druck vorgespannt ist und daß der Magnet (13) bezüglich seiner zugeordneten Halterungseinrichtungen (11) durch die Federmittel (6) gehaltert ist.
  3. 3. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtungen für den Magneten (13) einen Gehäuseteil (11) des Druckwandlers bilden.
  4. 4. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen (17) für das magnetoresistive Element (19) einen Gehäuseteil (17) des Druckwandlers bilden.
  5. 5. Druckwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der Halterung des Magneten (13) dienende Gehäuseteil (11) und der der Befestigung des magnetoresistiven Elements (19) dienende Gehäuseteil (17) gleitverschieblich und drehbar miteinander verbunden sind.
  6. 6. Druckwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtungen einen Kleber (26) umfassen.
  7. 7. Druckwandler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtungen eine Schraube (27) umfassen.
  8. 8. Druckwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Permanentmagnete (13) vorgesehen sind, welche im Abstand voneinander und einander gegenüberliegend montiert sind.
  9. 9. Druckwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (19) zwischen den beiden Permanentmagneten (13) angeordnet ist.
  10. 10. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Signalerzeugungseinrichtungen (Fig. 5) vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein elektrisches Signal (e1) erzeugbar ist, welches dem elektrischen Widerstandswert des magnetoresistiven Elements (19) entspricht.
  11. 11. Druckwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (19) einander gegenüberliegende äußere Anschlüsse (21, 22) und einen mittleren Anschluß (24) aufweist und daß die Signalerzeugungseinrichtungen Spannungserzeugungseinrichtungen (31, 32, R1, R2) umfassen, mit deren Hilfe an die äußeren Anschlüsse (21, 22) des magnetoresistiven Elements (24) eine Spannung anlegbar ist und daß das Potential am mittleren Anschluß (24) das elektrische Signal (e1) darstellt.
  12. 12. Druckwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserzeugungseinrichtungen (31, 32, R1, R2) ein zweites magnetoresistives Element (28) umfassen, welches dieselbe Temperaturcharakteristik wie das erste magnetoresistive Element (19) aufweist und dazu parallelgeschaltet ist, sowie einen Magneten (30), der relativ zu dem zweiten magnetoresistiven Element (28) in einem vorgegebenen Abstand von einem mittleren Anschluß (29) des zweiten magnetoresistiven Elements (28) angeordnet ist, sowie Spannungsregeleinrichtungen (32), mit deren Hilfe die Spannung zwischen den äußeren Anschlüssen (21, 22) derart regelbar ist, daß das Potential am mittleren Anschluß (24) des zweiten magnetorestriktiven Elements (28) konstant bleibt.






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