Die Erfindung bezieht sich auf Drucksensoren mit digitalem Ausgangssignal unter Verwendung eines Schwingbalkens alsSensorelement.The invention relates to pressure sensors with a digital output signal using a vibrating beam asSensor element.
Es sind verschiedene Sensoren bekannt, die Schwingbalken haben, üblicherweise wird zur Anzeige der Kraft oder desvon der Kraft auf den Balken abgeleiteten Druckes ein digitaler Impuls erzeugt. Einige der Sensoren haben einepiezoelektrische Fühlanordnung, wie dies aus den US-PS3 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 thea digital pulse is generated by the pressure derived from the force on the beam. Some of the sensors have onepiezoelectric sensing arrangement such as that disclosed in US Pat3,470,400 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 dieUS-PS 3 187 579 und 3 76 223, bei denen eine Kondensatorfühlerplatte auf der gegenüberliegenden Seite eines Teilseiner 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 theU.S. Patents 3,187,579 and 3,76,223 in which a condenser sensor plate is on the opposite side of one parta drive coil is arranged.
Ein piezoelektrischer Balken, der sich aufgrund der Beschleunigungder Masse am Ende des Balkens oder aufgrund des Aufpralls von Mikrometeroiden in Querrichtung biegt,zeigt die US-PS 3 304 773. Einen Beschleunigungsmesserunter Verwendung eines Schwingbalkens mit kapazitiver Fühleranordnung zeigt die US-PS 3 505 866.A piezoelectric beam that moves due to accelerationthe 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 accelerometerU.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-Drucksensormit 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 desSchwingdrahtes verwendet ist, ist an einem Querbiegungsanschluß befestigt, der eine relativ freie Schwenkbewegungermöglicht. Zur Messung läßt man einen Strom eines Oszillators über den Draht fließen, der mit einem Magnetfeldeines 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 sensordescribed 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 theVibrating wire used is attached to a transverse flexure connector which allows relatively free pivoting movementenables. For the measurement, a current from an oscillator is allowed to flow over the wire, which is connected to a magnetic fielda 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 dieSchwingung des Drahtes aufrecht. Der in der US-PS 4 149 42beschriebene Sensor verwendet somit keine kapazitive Fühlanordnung.and the positive feedback on the stron; generating oscillator keeps theVibration of the wire upright. No. 4,149,42The 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 Schwingbalkensbeeinflussen läßt.The invention is based on the object of creating a pressure sensor in which the natural frequency of the vibrating beamcan influence.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungender Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Appropriate configurationsof the invention emerge from the subclaims.
Der Sensor ist so ausgebildet, daß die erfaßte Frequenz in Form digitaler Signale dem Ausgang zugeführt und dadurcheine 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 therebya 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 Belastungdes Balkens abgehalten werden.The beam is loaded via a pivoted lever, creating undesirable forces during loadingof the bar.
Die Erregung des Balkens erfolgt mittels einer Spule, dievon einem Oszillator angesteuert wird? und die Fühlanordnung ist kapazitiv. Es tritt somit nur eine geringe Wechselwirkungzwischen den Erregungs- und den Meßsignalen auf, wodurch die Genauigkeit erhöht wird.The excitation of the beam takes place by means of a coil whichcontrolled by an oscillator? and the sensing arrangement is capacitive. There is therefore only a slight interactionbetween 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„ wodurchdie Montage und auch die Einstellung des Abstandes zwischen der Antriebsspule, dem Fühlerkondensator und demSchwingbalken vereinfacht wird. Weitere Vorteile sind die geringere Anzahl von Teilen, die bessere Kontrolle vonStörresonanzen 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 beamthe assembly and also the setting of the distance between the drive coil, the sensor capacitor and theSwing beam is simplified. Other advantages are the smaller number of parts, the better control ofInterfering 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 diesernur 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 thishas 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 Fühleranordnungder 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 assemblythe 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 Fühlerschaltungdes Sensors. -Figure 9 shows a simplified drive and sensor circuitof the sensor. -
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist derSensor10 ein Außengehäuse11 auf, das eine Grundplatte 12 zur Befestigung der verschiedenen Bauteile bildet.DieGrundplatte 12ist flach, und das Gehäuse hat Seitenwände 13 und 14. DieAußenfläche des Gehäuses 11 hatvorzugsweise eineSilikon-As FIGS. 1 and 2 show, thesensor 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 11preferably has a silicone
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gummibeschichtung mit einer Dicke von etwa 1,57 ram, umiußere Schwingungen zu dämpfen. Die Wände 13 haben öffiungenund Befestigungseinrichtungen zur Befestigung zweierDruckdosen 15 und 16.rubber coating about 1.57 ram thickto dampen external vibrations. The walls 13 have openingsand fastening devices for fastening twoPressure cans 15 and 16.
Die Druckdose 16 hat einen kleinen Abschlußring 17, derteilweise in eine Ausnehmung einer Klemme 23A greift und in dieser gehalten ist. Die Klemme 23A greift gleitbeweglichüber einen Zapfen, der einen Teil einer Schwenk- und Belastungshebelanordnung 24 bildet. Der Zapfen 23 erstrecktsich zwischen die Druckdosen 15 und 16« Die Druckdose 15hat einen Abschlußring 17A„ der teilweise in eine öffnungim 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 beiSensoren angewandt wird, und sind normalerweise in dar Ruhe- bzw. Gleichgewichtsstellung, wie gezeigt ist. Einerster Druckanschluß 20 ist mit der Druckdose 15 und ein zweiter Druckanschluß 21 mit der Druckdose 16 verbunden.Wenn die Druckdosen mit Druck beaufschlagt werdenβhabensie das Bestreben, sich axial zu expandieren und ihre inneren Enden nahe dem Zapfen 23 und der Klemme 23A nachaußen zu schieben. Druckdifferenzen bewirken somit eineVerschiebung 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 pressurizedβ 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 Druckdosenlängs des Zapfens 23 verschoben und eingestellt werden, so daß das Moment der Druckdose 16 um das bei 27gezeigte 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 anderenDruckdose, so daß, wenn der gleiche Druck auf die Druck-The clamp 23A can be transverse to the direction of movement of the pressure cansbe displaced along the pin 23 and adjusted, so that the moment of the pressure cell 16 by the at 27The 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 adjustedPressurized 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 Gehäuses11 befestigt ist. Die Hebelanordnung 24 besteht aus einem einstückigen Metallteil. Ein beweglicher Hebel30 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 umfaßtsomit den Befestigungsblock 25 und den Schwenkhebel 30. Der Schwenkhebel 30 ist von der Platte 12 des Gehäusesso 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 housing11 is attached. The lever assembly 24 consists of a one-piece metal part. A moving lever30 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 includesthus the mounting block 25 and the pivot lever 30. The pivot lever 30 is from the plate 12 of the housingremoved 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 geringeBiegefestigkeit, jedoch eine hohe Drehfestigkeit, die einer Verdrehung des Hebels 30 um eine Achse parallelzur Ebene der Schwenkbewegung entgegenwirkt. Diese Festigkeit wirkt auch einer Beschleunigung in Richtung derSchwenkachse 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 slightFlexural strength, but a high torsional strength that is parallel to a rotation of the lever 30 about an axiscounteracts the pivoting movement plane. This strength also acts to accelerate in the direction of theSwivel 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 zwischeneinem ersten und zweiten Isolierabschnitt 43 und 44, die den Balkenabschnitt 42 tragen, angeordnet und mit diesenverbunden ist. Der Isolierabschnitt 43 ist an seinem äußeren Ende gegenüber seiner Verbindung mit dem Schwingbalkenbei 36 mit einem Tragansatz 37 verbunden, der Teil des Blocks 25 sein kann. Das äußere Ende des Isolierabschnitts43 kann auch getrennt an der Grundplatte 12 desGehäuses 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 betweenfirst and second insulating portions 43 and 44 which support the beam portion 42 and are arranged with themconnected is. The insulating portion 43 is at its outer end opposite its connection with the vibrating beamconnected at 36 to a support lug 37 which can be part of the block 25. The outer end of the insulating section43 can also be attached separately to the base plate 12 of theBe 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 kannauch 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 canalso be fastened by pins or screws.
Das äußere Ende des Isolatorabschnitts 44, das dem Ende des Belastungsbalkens gegenüber liegt, ist bei 40 an einerHalterung 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 oneBracket 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 beschleunigungsmäßigim Gleichgewicht,, d„h. eine Beschleunigungin Richtung der Achse X oder Y in Fig« 1 hat wenig oder nur keinen Einfluß, da die Summe der Drehmomente derSensorseite der Schwenkachse gleich der der Drehmomente auf der Druckdosenseite 1st. Der Sensor ist in der AchseZ (Fig. 7) nicht im Gleichgewicht, da die Steifigkeit des Gelenks Beschleunigungswirkungen von einer längs dieserAchse wirkenden Kraft wesentlich verringert. Es ist auch möglich, die Drehmomente um diese Achse auszugleichen.Infolge der Toleranzen hat jede Sensoranordnung ein unterschiedlichesDrehmoment. Die Wirkung dieser Toleranzen bezüglich einer Beschleunigung wird vorzugsweise dadurchverringert, 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 axesin equilibrium, ie. an accelerationin the direction of the X or Y axis in FIG. 1 has little or no influence, since the sum of the torques of theThe sensor side of the swivel axis is the same as that of the torques on the pressure socket side. The sensor is on the axisZ (Fig. 7) out of equilibrium, since the stiffness of the joint has acceleration effects of one along itAxis 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 oneTorque. The effect of these tolerances on acceleration is preferably therebyreduces 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 Isolierabschnitte43 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 mittlerenTeil ausgeschnitten, um zwei dünne Streifen zu bilden.The vibrating beam section 42 is thus through the insulating sections43 and 44 mounted between the brackets 37 and 41. The section 42 is therefore exposed to forceswhich are exerted by the movement of the pivot lever 30. The insulating portions 43 and 44 are in their middlePart cut out to form two thin strips.
Jede Bewegung des Zapfens 23 zwischen den Drucklosen 15und 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 15and 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 Schwingbalkenabschnitts42. Die Änderung der Belastung des Abschnittes 42 ändert dessen Resonanzfrequenz. Die Änderungder Resonanzfrequenz ist proportional der Druckdifferenz an den Druckanschlüssen 20 und 21 und damit an den Druckdosen15 und 16. Ein Druckanschluß kann zur Atmosphäregeöffnet oder evakuiert werden, so daß auch ein einzelner Druckwert gemessen werden kann. Es ist auch möglich, eineder Druckdosen wegzulassen.Pivot joint 27. The movement causes a change in the tension or compression or loading of the vibrating beam section42. The change in the load on section 42 changes its resonance frequency. The changethe resonance frequency is proportional to the pressure difference at the pressure connections 20 and 21 and thus at the pressure cells15 and 16. A pressure connection can be connected to the atmosphereopened or evacuated so that a single pressure value can also be measured. It is also possible to have ato omit the pressure cans.
Der Balken wird durch eine Spule angetrieben bzw. zurResonanz erregt, die wiederum von einem Wechselspannungssignal erregt wird, das auf die Resonanzfrequenz gesteuertwird. Im Ruhezustand ist der Balken im Gleichgewicht und wird nicht auf Druck oder Zug beansprucht. Die Tragkonstruktionund der Balken unterliegen somit keiner Kriechbeanspruchung und Entspannung, die zu Stabilitätsproblemenführen könnten. Der Balken wird vorzugsweise bei niedrigen Kräften innerhalb der elastischen Grenzen des Balkeninaterialsbetrieben.The beam is driven or used by a coilResonance excited, which in turn is excited by an AC voltage signal that is controlled to the resonance frequencywill. At rest, the beam is in equilibrium and is not subjected to pressure or tension. The supporting structureand the beam are therefore not subject to any creep stress and relaxation, which lead to stability problemscould lead. The beam is preferably used at low forces within the elastic limits of the beam materialoperated.
Die Isolierabschnitte 43 und 44 haben jeweils eine Masse 43A und 44A, die senkrecht zum Balkenabschnitt 42 verläuft, undjede Masse hat getrennte Isolierfedern 43B und 43C bzw. 44B und 44C. Die Isolierabschnitte entkoppeln den Balkeneibschnitt42 von den Endbefestigungen, um Energieverluste zu verringern, die die Güte Q des Balkens verringern. Amübergang 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, andeach mass has separate isolating springs 43B and 43C and 44B and 44C, respectively. The insulating sections decouple the joist section42 from the end fixtures to reduce energy losses which reduce the Q of the beam. At theAt 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 einzelnesElement eine Eigenfrequenz hat, die vom Balkenabschnitt42 leicht erregt werden kann, der einen großen Frequenzbereich haben muß. Wenn die: anderen Elemente eine Eigenfrequenzhaben, 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 singleElement has a natural frequency equal to that of the beam section42 can be easily excited, which must have a wide frequency range. If the: other elements have a natural frequencywhich can be energized by the beam section 42, energized
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er dieses Element im System, insbesondere, wenn seine Eigenfrequenzgleich der oder ein Vielfaches der Balkenfrequenz ist. Wenn dies eintritt, wird die Wirksamkeit der Isolatorenverringert, so daß die Güte H verringert und seine Schwingungsfrequenz geändert wird. Das Ergebnis hiervonist eine scharfe Diskontinuität in der Linearität des Balkens bei Beanspruchung. Der mittlere Balkenabschnittkann leicht bei seiner Resonanzfrequenz und der zweifachen Resonanzfrequenz erregt werden, da mit jeder Halbperiodedes Balkens ein Zug auf die Enden des Balkenabschnittes 42 wirkt. Der Balken biegt sich auf die gegenüberliegendenSeiten seiner Ruheebene während des Betriebs durch.he has this element in the system, especially when its natural frequencyis equal to or a multiple of the bar frequency. When this happens, the isolators will become less effectiveis reduced, so that the quality H is reduced and its oscillation frequency is changed. The result of thisis a sharp discontinuity in the linearity of the beam under stress. The middle section of the barcan easily be excited at its resonance frequency and twice the resonance frequency, since with every half cycleof the beam, a tension acts on the ends of the beam section 42. The beam bends on the opposite oneSide of its resting plane during operation.
In der Praxis ist es nicht möglich, den Isolierabschnitten eine solch niedrige Frequenz zu verleihen, daß sie durchden Schwingbalken nicht angeregt werden, da si© sonst sehr lang und dünn sein müßten. Die Gesamtsensorgröße wäre damitgroß, und das System wäre schwierig herzustellen. Wie oben erläutert, ist es möglich, daß der Schwingbalkenabschnittdie 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 throughthe vibrating beam are not excited, otherwise they would have to be very long and thin. The total sensor size would be thatlarge, and the system would be difficult to manufacture. As explained above, it is possible that the vibrating beam sectionthe isolating springs are excited with their second, third or higher harmonic.
In der Praxis ist es ebenfalls nicht möglich, diesen Isolierfederneine so hohe Frequenz zu verleihen, daß sie nicht erregt werden und dennoch die notwendige Niederfrequenzisolierungbewirken. 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 derBalkenabschnitt 42 mit Kraft beaufschlagt wird? sollte seine Eigenfrequenz und die zweifache Frequenz hiervonmit keiner Resonanzfrequenz der Isolierfedern 43B, 43C, 4 4B, 44C übereinstimmen. Das breiteste Fenster ergibtsich, wenn die Grundisolierfederfrequenz für jede dervier Federn größer als die höchste Schwingbalkenabschnittsfrequenz ist, die bei voller Beanspruchung auftritt, je-In practice it is also not possible to use these isolating springsgive such a high frequency that they are not excited and still provide the necessary low frequency isolationcause. 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 theBar section 42 is acted upon with force? should be its natural frequency and twice that frequencydo not coincide with any resonance frequency of the isolating springs 43B, 43C, 4 4B, 44C. The widest window givesif the basic isolation spring frequency for each of theis 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 Näherungsgrenzenvon nicht weniger als etwa 0,02 mm und nicht mehr als etwa 0,2 mm. Der Balkenabschnitt hat eine Längevon etwa 6,35 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 2,5 mm und nicht mehr als etwa 12,7 mm, sowieeine Breite von etwa 1,06 mm bei Näherungsgrenzen von nicht weniger als etwa 0,5 mm und nicht mehr als etwa2,5 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 umgekehrtproportional und beträgt etwa 14,5 kHzbei einem geeignetenMaterial wie Ni-Span C. Ni-Span C ergibt ausgezeichneteFedereigenschaften und im wesentlichen keinen Temperaturkoeffizientenin 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 beamproportional and is about 14.5 kHz with a suitable oneMaterial like Ni-Span C. Ni-Span C gives excellent resultsSpring properties and essentially no temperature coefficientin a wide temperature range. Other natural frequencies can also be selected.
Die Änderung der Frequenz wird durch die Beanspruchungdes Balkens bestimmt, die durch die Kraft hervorgerufen wird, die durch die Hebelanordnung 24 erzeugt wird. Beieinem Beispiel beträgt diese etwa 1,13 kg, hervorgerufen durch Druckdosen mit einem Durchmesser von etwa 27,7 mmbei einer Atmosphäre. Die Beanspruchung des Schwingbalkenabschnitts42 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 Beanspruchungist ideal, da sie im Vergleich zur Streckgrenze von Ni-Span ..C sehr niedrig ist, und sich damit extrem niedrigeSystemhysteresefehler ergeben. Außerdem treten keinr Langzeitänderungender Frequenz auf. Die sich ergebende Frequenzänderung des Schwingbalkenabschnitts 42 beträgt etwaThe change in frequency is due to the stressof the beam determined by the force generated by the lever assembly 24. atIn one example, this is about 1.13 kg, caused by pressure cans with a diameter of about 27.7 mmat one atmosphere. The stress on the vibrating beam section42 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 stressis ideal because it is very low compared to the yield strength of Ni-Span ..C, and therefore extremely lowResult in system hysteresis errors. In addition, there are no long-term changesthe 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 entwederdurch Beanspruchung des Balkens auf Druck oder Zug erreicht werden kann. Bei diesem Beispiel ergibt somit eine Druckänderungvon O bis einer Atmosphäre eine Resonanzfrequenzänderungvon 14,5 bis 16,8 kHz.23oo Hz or about 16% of the maximum frequency, which is eithercan be achieved by applying pressure or tension to the beam. In this example there is thus a change in pressurefrom 0 to one atmosphere a resonance frequency changefrom 14.5 to 16.8 kHz.
Iür die Isolierfedern werden die Frequenzen in der gleichenWeise wie für den Schwingbalkenabschnitt 42 eingestellt, und zwar so, daß sie größer als 16,8 kHZp. jedochkleiner als 2 χ 14,5 kHz, d.h. 29 kHz sind« In der Praxiswurde festgestellt, daß eine Isolierfederfrequenz von 22 bis 24 kHz zufriedenstellend ist. Die Federn 43B, 43C,4ABund 44C haben zur einfacheren Konstruktion eine Dicke von etwa 0,3 mm und eine Länge von etwa 8 mm. Die Isoliermasse43A und 44A wird so eingestellt, daß sich eine Isoliersystemfrequenzvon 2600 Hz ergibt, die ein ausgezeichnetes Isolator/Schwingbalkenabschnitt-Frequenzverhältnis und damitein 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 Keramikbefestigungsblock50 ist auf einer Scheibe 51 angeordnet. Die Scheibe besteht aus Metall und kann am Block 50 angelötetiein. Der Block kann auch durch Stifte mit der Scheibeverbunden sein. Die Scheibe 51 paßt so in eine Ausnehmung 52 in der Grundplatte 12 (Fig. 2) des Gehäuses, daß der3lock 50 in das Gehäuse vorsteht. Die Scheibe kann in derAusnehmung 52 in eine gewünschte Lage gedreht und dann durch Löten befestigt werden, um sie während des Betriebsdrehfest zu halten. Der Block 50 besteht aus einem unmagnetischen, elektrisch nicht leitenden massiven Materialwie gesintertem Aluminiumoxyd oder einem ähnlichen Keramikmaterial. Der Block 50 hat einen Vorsprung 53, der eineFläche 53A hat, die nahe und parallel zur Ebene des Balkenabschnitts 42 verläuft. Der Block 53 paßt zwischen dieEnden 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 block50 is arranged on a disk 51. The disk is made of metal and can be soldered to block 50iein. The block can also be attached to the washer by pinsbe connected. The disc 51 fits into a recess 52 in the base plate 12 (Fig. 2) of the housing that the3lock 50 protrudes into the housing. The disc can be in theRecess 52 can be rotated to a desired location and then attached by soldering to it during operationto keep torsion-proof. The block 50 consists of a non-magnetic, electrically non-conductive solid materialsuch as sintered alumina or a similar ceramic material. The block 50 has a protrusion 53, the oneHas surface 53A that is close to and parallel to the plane of beam portion 42. The block 53 fits between theEnds 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 oderLötmaterial verbunden werden. Der Dorn 55 besteht vorzugsweise aus magnetischem rostfreien Stahl und vorzugsweiseaus 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 orSolder material to be connected. The mandrel 55 is preferably made of magnetic stainless steel, and preferablymade of a material with high magnetic permeability.
Der Dorn hat am Ende eine Scheibe 56, und zwischen derFläche 57 des Blocks 53 und der Scheibe 56 ist eine Spule 58 aufgewickelt, die eine zur Erzeugung der notwendigenmagnetischen Kraft geeignete Windungszahl hat, um den Balken anzutreiben, wie erläutert wird.The mandrel has a disc 56 at the end, and between theSurface 57 of the block 53 and the disc 56 is wound a coil 58, which is one for generating the necessarymagnetic 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 leitenderStreifen 61, der eine Kondensatorplatte bildet, auf dem Keramikmaterial befestigt. Die Kondensatorplatte 61 istin Fig. 4 gezeigt. Zusätzliche elektrische Bauteile können direkt an der Oberfläche des Keramikblocks 50 befestigtwerden, und die verschiedenen Bauteile können an die Kondensatorplatte durch aufgebrachte Streifen aus leitendemMaterial 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 oneStrip 61, which forms a capacitor plate, attached to the ceramic material. The capacitor plate 61 isshown in fig. Additional electrical components can be attached directly to the surface of the ceramic block 50and the various components can be attached to the capacitor plate by means of strips of conductiveMaterial 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 metallisiertsein, um eine Abschirmung zu schaffen und zu verhindern, daß eine Störung des Stroms in der Spule 58 die zwischendem 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 metallizedbe to provide a shield and prevent disturbance of the current in the coil 58 that betweenthe 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 beimZusammenbau 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 adjustedAssembly 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 derPlatte 61. Der Balkenabschnitt 42 liegt an Masse. Der E lock 50 kann über den Stift 50A und SteckeröffnungeniOB 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 openingsi 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 dergleichen 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 ermöglichendie Längseinstellung der Welle 75 relativ zum Schwingbalkenabschnitt 42„ Die Welle 75 wiederum ist aneiner Scheibe 79 befestigt, die eine Stange 78 hat« Die Scheibe 79 kann mit dem Ende der Welle 75 in üblicherWeise durch Epoxyharz oder einem anderen Klebstoff verbunden sein. Eine Spule 82 ist auf die Stange 78 zwischender inneren Fläche der Scheibe 79 und einer Fläche 83 einer Keramikscheibe 84 gewickelt. Die Stange 78 erstrecktsich in eine Ausnehmung in der Keramikscheibe 84 und istmit 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 FIGattached 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 76the longitudinal adjustment of the shaft 75 relative to the oscillating beam section 42 “The shaft 75 is onattached 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 mannerBe connected by epoxy resin or some other adhesive. A spool 82 is on the rod 78 betweenthe inner surface of the disc 79 and a surface 83 of a ceramic disc 84 wound. The rod 78 extendsinto a recess in the ceramic disk 84 and isconnected 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 Anordnungder Schaltung oder Teilen hiervon nahe dem Schwingbalken ermöglichen. Die auf der Scheibe 84 angeordneten Bauteileumfassen vorzugsweise eine Kondensatorplatte 85, die derPlatte 61 entspricht, mit Anschlußstreifen 86,die zu einem Dickfilmwiderstand 87 führen, und einen Dickfilmkondensator88, 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 strips86, 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 Kondensators88 und des Widerstandes 87 vorgesehen sein. Der Kondensator 88 und der Widerstand 87 sind nahe der Kondensatorplatte85 angeordnet und stehen von der Keramik-Scheibe vor, so daß der Schwingbalkenabschnitt 82 zwischendiese beiden Bauteile paßt. Der Schwingbalkenabschnitt 82 befindet sich nahe der Kondensatorplatte 85und verläuft parallel zu dieser.and 88A can be used to connect the other ends of the capacitor88 and the resistor 87 may be provided. The capacitor 88 and the resistor 87 are near the capacitor plate85 arranged and protruding from the ceramic disk, so that the vibrating beam portion 82 betweenthese two components fit. The vibrating beam section 82 is located near the capacitor plate 85and runs parallel to this.
Im Betrieb wird der Schwingbalken beider Ausfuhrungsformendurch Erregen der zugehörigen Spule in Schwingung versetzt. Ein Magnetfluß wird erzeugt und bewirkt die Durchbiegungdes Schwingbalkenabschnitts 42 in entgegengesetzten Richtungen senkrecht zu seiner Längsebene. DerDorn 55 oder 78 erstreckt sich eine bestimmte Strecke durch den Keramikblock 53 bzw. 84, so daß das Magnetfeldauf den Balkenabschnitt 42 übertragen wird. Die Änderungender Kapazität des Kondensators werden erfaßt und steuern den Antriebskreis, um den Balkenabschnitt in Resonanz zubringen und ein Frequenzausgangssignal zu erzeugen. Jede Änderung der Druckdifferenz bewirkt eine Verschiebungdes Zapfens, der zu einer Schwenkbewegung des Hebels um das Gelenk 27 führt, um die Druck- oder Zugbeanspruchungdes Balkenabschnitts 42 und damit die Resonanzfrequenz des Balkens zu ändern. Die Änderung wird durch die Änderung derFrequenz des Signals des Kondensators erfaßt, der zwischen dem Balkenabschnitt 42 und der Platte 61 bzw. 85 gebildetist, und zwar in Abhängigkeit von dem Sensor, der nahe dem Balken angeordnet ist. Diese Signaländerung ist fürdie Druckdifferenz relativ zu der Bezugsdruckfrequenz charakteristisch. Der Balken wird vorzugsweise mit seinerGrundfrequenz erregt, jedoch kann der Aufnahmekondensator so angeordnet werden, daß er auf irgendeine Harmonischeder Grundfrequenz oder eine andere Frequenz anspricht.In operation, the vibrating beam of both embodimentsset in vibration by exciting the associated coil. A magnetic flux is generated and causes the deflectionof the swing beam section 42 in opposite directions perpendicular to its longitudinal plane. Of theMandrel 55 or 78 extends a certain distance through the ceramic block 53 or 84, so that the magnetic fieldis transferred to the beam section 42. The changesthe capacitance of the capacitor are sensed and control the drive circuit to drive the beam section in resonancebring and generate a frequency output signal. Every change in the pressure difference causes a shiftof the pin, which leads to a pivoting movement of the lever around the joint 27, in order to reduce the compressive or tensile stressof the beam section 42 and thus to change the resonance frequency of the beam. The change is made by changing theDetected frequency of the signal of the capacitor formed between the beam portion 42 and the plate 61 and 85, respectivelydepending on the sensor located near the beam. This signal change is forcharacteristic of the pressure difference relative to the reference pressure frequency. The beam is preferably with hisFundamental frequency excited, however, the pickup capacitor can be arranged to respond to any harmonicthe base frequency or another frequency responds.
Fig. 9 zeigt ein vereinfachtes elektrisches Schaltbildeiner Schaltung zur Erzeugung eines Frequenzausgangs-9 shows a simplified electrical circuit diagrama circuit for generating a frequency output
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signals vom Schwingbalken. In Fig. 9 ist der Schwingbalkenabschnitt42 als zwischen Isolatoren 43 und 44 gehalten gezeigt, wie zuvor beschrieben. Eine kapazitive Aufnahmeelektrode61 (es könnte auch die Elektrode 85 sein) ist mit Abstand vom Balkenabschnitt 42 angeordnet, um einenveränderbaren Kondensator zu bilden.signals from the vibrating beam. In Fig. 9 is the vibrating beam section42 shown as being held between isolators 43 and 44, as previously described. A capacitive pickup electrode61 (it could also be the electrode 85) is arranged at a distance from the beam section 42 by ato form changeable capacitor.
Die Schaltung in Fig. 9 hat einen Betriebsspannungsanschluß9Oteinen Masseanschluß 91 und einen Ausgang 92.Eine Betriebsspannungsquelle V+ (nicht gezeigt) ist an den Spannungsanschluß 90 angeschlossen» Zwischen den Anschluß90 und den Masseanschluß 91 sind ein Widerstand 93 und eine Spule 58 (oder 82) geschaltet. Durch den Widerstand93 und die Spule 58 fließt Gleichstrom und erzeugt ein vom Dorn bzw. Kern 54 (oder 75) ausgehendes magnetischesGleichfeld. Das von. dem Gleichstrom durch die Spule 5 8 erzeugte magnetische Gleichfeld könnte auch von einemPermanentmagneten erzeugt werden.The circuit in Fig. 9 has an operating voltage terminal9Ot 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 Keramikscheibein Fig. 7 angeordnet gezeigt) geschaltet. Der Vorspannungswiderstand 88 erzeugt am Verbindungspunkt 95des Widerstands 88 und der Elektrode 61 einen Vorstrom .n Form eines Gleichstroms. Die Spannung über dem veränderbarenKondensator, der durch den Balkenabschnitt 42 ind die Aufnahmeelektrode 61 gebildet ist, ist somit eineFunktion des Gleichstroms und der Frequenz der Schwingung des Balkenabschnitts 42.There is also a bias resistor 88 (than on the ceramic diskshown arranged in Fig. 7) switched. The bias resistor 88 creates at connection point 95of the resistor 88 and the electrode 61 a bias current .n form a direct current. The tension across the changeableThe capacitor formed by the beam portion 42 and the receiving electrode 61 is thus oneFunction of the direct current and the frequency of oscillation of the beam section 42.
Das am Verbindungspunkt 95 abgegebene Signal wird übereinen Filterkondensator 87 (in Fig. 7 gezeigt) zu einem Verstärker 97 übertragen. Das Ausgangssignal des Verstärkers97 wird als Ausgangssignal der Schaltung zum Ausgang 92 übertragen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 97 wirdauch über einen Rückkopplungskondensator 98 zum Verbindungspunkt 99 des Widerstands 93 und der Antriebsspule 58 übertragen.The signal emitted at connection point 95 is overa filter capacitor 87 (shown in FIG. 7) to an amplifier 97. The output of the amplifier97 is transmitted to output 92 as the output signal of the circuit. The output of amplifier 97 becomesalso 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 Kondensatorzwischen dem Balkenabschnitt 42 und der Platte 61 beeinflußt das Eingangssignal des Verstärkers 97 überden Vorspannungswiderstand 88 und den Kondensator 87. Das Ausgangssignal des Verstärkers 87 ändert das Rückkopplungssignalam Kondensator 98, das wiederum den Strom durch die Spule 58 beeinflußt. Jede Änderung desStroms durch die Spule 58 ändert das Magnetfeld durch den Balkenabschnitt 42, der wieder verschoben wird. DerBalkenabschnitt 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 capacitorbetween the beam section 42 and the plate 61 affects the input signal of the amplifier 97 overthe bias resistor 88 and the capacitor 87. The output of the amplifier 87 changes the feedback signalat capacitor 98, which in turn influences the current through coil 58. Any change to theCurrent through the coil 58 changes the magnetic field through the beam section 42, which is shifted again. Of theBar section 42 is excited at its natural frequency,and the output of amplifier 97 changes at that frequency. The components are chosen sothat 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 Funktionder Frequenz des Balkenabschnitts 42 ist. Dieses Ausgangssignal kann dann in ein digitales oder ein analogesSignal umgewandelt werden und erzeugt eine Anzeige der Spannung oder Kompression im Balkenabschnitt 42, derenFrequenz 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 functionis the frequency of the beam section 42. This output signal can then be converted into a digital or an analogueSignal and produces an indication of the tension or compression in the bar section 42 whoseFrequency changes and which is a function of the pressure to be measured.
Die Bauteile des Verstärkers 97 und die übrigen Bauteilezur Umwandlung des Signals am Ausgang 92 in ein digitales oder analoges Signal können wie in Fig. 1 oder alle Bauteilekönnen wie in Fig. 4 am Block 50 angeordnet sein.The components of amplifier 97 and the remaining componentsto convert the signal at output 92 into a digital or analog signal, as in FIG. 1 or all componentscan be arranged on block 50 as in FIG. 4.
Wenn niederfrequente Schwingungen von externen Quellen (wie Flugzeugschwingungen bei Verwendung des Sensors ineinem Flugzeug) eine niederfrequente Schwingung im At.sgangssignalverursachen, 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 inan airplane) a low-frequency oscillation in the At.sgangssignalfilters can be used to remove such unwanted vibrations.
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