DE2952843A1

DE2952843A1 - PRESSURE TRANSDUCER

Info

Publication number: DE2952843A1
Application number: DE19792952843
Authority: DE
Inventors: K Hayashi; T Ichinomiya; O Terashima
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1979-06-07
Publication date: 1980-12-18

Description

DipLPhys. H^Seioe _:;^ _: ^ DipLPhys. H ^ _Seioe:; _^: ^

Patentanwaltin -Mem zeichen: Ta-9Patent attorney -Mem number: Ta-9

Stadtplatz 27
Tel. 08638/2333Stadtplatz 27
Tel. 08638/2333

8264 Waldkraiburg8264 Waldkraiburg

Matsushita Electric Works, Ltd.,Matsushita Electric Works, Ltd.,

Io48, Oaza-Kadoma, Kadoma-shi, OSAKA 571, JananIo48, Oaza-Kadoma, Kadoma-shi, OSAKA 571, Janan

Titel der Erfindung:Title of the invention:

UMFORMER FÜR DIE UMWANDLUNG VON DRUCKWERTEN IN SIGNALECONVERTER FOR CONVERTING PRESSURE VALUES INTO SIGNALS

Arbeitsgebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Umformer für die Umwandlung von Luftdruckwerten in elektrische Signale, insbesondere bezieht sie sich auf einen Umformer, bex dem die eine Seite einer blasbalgartigen Druckkammer als Luftzuführunnsende ausgebildet ist und festliegt und die andere Seite verschlossen und mit einem Kolben eines Differentialtransformators derart verbunden ist, daß sich der Kolben in Abhängigkeit Von dem Luftdruck bewegt und jede Verschiebung des Kolbens in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.The invention relates to a converter for conversion from air pressure values into electrical signals, in particular it relates to a converter, bex the one Side of a bellows-like pressure chamber is designed as a Luftzuführunnsende and is fixed and the other side sealed and with a piston of a differential transformer is connected so that the piston moves depending on the air pressure and any displacement of the piston is converted into an electrical signal.

Stand der TechnikState of the art

Bei den Umformern für die Umwandlung von Druckwerten in elektrische Signale der genannten Art ist das eine s.tirnseitige Ende einer blasbalgartigen Druckkammer fest und als Luftzuführungsteil ausgebildet, und das andere EndeIn the case of the transducers for converting pressure values into electrical signals of the type mentioned, this is one on the front End of a bellows-like pressure chamber fixed and designed as an air supply part, and the other end

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frei beweglich und mit einem Kolben eines Differentialtransformators verbunden. Diese herkömmlichen Umformer können gewisse Forderungen nicht befriedigen, die bei ihrer Verwendung für spezielle Zwecke, beispielsweise als Blutdruckmeßteil von Sphygmomanometern, auftreten. Diese Forderungen bestehen beispielsweise darin, das Gerät kompakt zu machen, um es tragen zu können, ferner seine Widerstandsfähigkeit gegenüber zu erwartenden, möglichen Uberbelastungen zu erhöhen, wenn es versehentlich mit dem Fuß getreten wird, solange es noch zusammengefaltet ist und sich Luft in einer mit dem Umformer verbundenen Manschette befindet; und ferner darin eine lineare Änderung der Ausgangswerte, bezogen auf die Änderungen des Luftdruckes, zu erreichen, und zwar besonders dann, wenn der Umformer für Sphygmomanometer verwendet wird. Die bekannten Umformer der genannten Art sind nicht dazu geeignet, als ein Bauelement zu dienen, von welchem Kompaktheit, Widerstandsfähigkeit und Linearität seiner Ausgangswerte erwartet werden muß, wie dies bei einem Umformer für Sphygmomanometer erforderlich ist.freely movable and with a piston of a differential transformer tied together. These conventional converters can not satisfy certain requirements that their Use for special purposes, for example as a blood pressure measuring part of sphygmomanometers, occur. These demands consist, for example, of making the device compact so that it can be carried, as well as its resilience to increase in relation to expected, possible overuse if it is accidentally stepped with the foot while it is still folded and there is air in a cuff connected to the converter; and furthermore, to achieve a linear change in the output values in relation to the changes in air pressure, and especially if the converter is used for sphygmomanometers. The known converters of the type mentioned are not suitable to serve as a structural element of what compactness, toughness and linearity its output values must be expected, as is required in a converter for sphygmomanometers.

Der Hauptgrund für die Unzulänglichkeit der herkömmlichen Geräte ist durch den Aufbau der blasbalgartigen Druckkammern bedingt. Die Druckkammern der herkömmlichen Umformer sindThe main reason for the inadequacy of the conventional devices is the construction of the bellows-like pressure chambers conditional. The pressure chambers of the conventional converters are

0 3 0 6 0 4 / Q 0 70 3 0 6 0 4 / Q 0 7

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im allgemeinen aus zwei wellenförmig ausgebildeten, miteinander verbundenen Membranen gebildet, mit in Radialrichtung kontinuierlicher Wellenform und konzentrischen oberen und unteren kreisförmigen Teilen. Diese Membranen sind längs ihrer Ränder miteinander vereinigt und schließen einen Hohlraum ein. Bei diesen Membranen ist die Amplitude der gewählten Wellenform gleichbleibend innerhalb des gesamten Bereiches. Die Beanspruchung konzentriert sich daher im wesentlichen auf die oberen Abschnitte der Welle, die sich dem peripheren Verbindungsrand anschließt. Verwendet man eine solche Membran im zulässigen Beanspruchungsbereich, dann treten Probleme auf, die darin bestehen, daß die Druckkraft und die erzielbaren Verschiebungswerte klein sind und diegenerally formed from two wave-shaped, interconnected membranes, with in the radial direction continuous wave shape and concentric upper and lower circular parts. These membranes are longitudinal their edges united with one another and enclose a cavity. In these membranes, the amplitude is the selected waveform constant within the entire range. The stress is therefore essentially concentrated on the upper portions of the shaft that joins the peripheral connecting edge. If you use Such a membrane in the permissible stress range, then problems arise that consist in that the compressive force and the achievable shift values are small and the

außerdem sichvAusgangswerte nicht linear ändern.In addition, the output values do not change linearly.

Ein weiterer Grund für die genannten Nachteile der bekannten Geräte liegt darin, daß bisher immer nur eine blasbalgartige Druckkammer verwendet wurde. Um eine ausreichende Druckkraft und einen vernünftigen Verschiebungswert sicherzustellen, ist es bei Verwendung einer einzigen blasbalgartigen Druckkammer notwendig, den Durchmesser der Membranen ausreichend groß zu wählen. In Fällen, in denen die Druckkammer koaxial mit dem Differentialtransformator angeordnet ist, der in Axialrichtung lang ist, aber einen geringen Durchmesser hat, habenAnother reason for the mentioned disadvantages of the known devices is that so far only one bellows-like Pressure chamber was used. To ensure sufficient pressure and a reasonable amount of displacement, When using a single bellows-like pressure chamber, it is necessary to make the diameter of the membranes sufficiently large Select. In cases where the pressure chamber is arranged coaxially with the differential transformer, the one in the axial direction is long but has a small diameter

-A--A-

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die Druckkammern einen so unförmigen Durchmesser, daß es nicht möglich ist, dem Umformer eine kompakte Form zu geben, um ihn tragfähig zu machen.the pressure chambers have such a misshapen diameter that it is not possible to give the converter a compact shape, to make it sustainable.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kompakten, widerstandsfähigen Umformer für die Umwandlung von Druckwerten in Signale zu schaffen, der insbesondere optimal für Sphygmomanometer geeignet ist.The object of the invention is to provide a compact, robust converter for converting pressure values in creating signals, which is particularly suitable for sphygmomanometers.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Umformer der genannten Art zu schaffen, der sicherstellt, daß sein Ausgangswert bezüglich der Druckänderung linear verläuft und daher als optimaler Umformer für Sphygmomanometer bezeichnet werden kann.Another object of the present invention is to provide a converter of the type mentioned which ensures that its output value is linear with respect to the pressure change and is therefore an optimal converter for sphygmomanometers can be designated.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man eine Mehrzahl von blasbalgartigen Druckkammern verwendet und diese in Axialrichtung gegenseitig miteinander verbindet. Vorzugsweise werden zwei Membranen mit in radialen Richtungen wellenförmiger Gestalt längs ihres Umfanges miteinander verbunden, wobei die Membranen einen konzentrischen kreisförmigen oberen und unteren Teil aufweisen und die Amplituden der Wellen zum Rand der Membranen hin zunehmen.According to the invention this is achieved in that one uses a plurality of bellows-like pressure chambers and these mutually connects in the axial direction. Preferably there are two membranes with in radial directions corrugated shape connected to each other along their circumference, the diaphragms having a concentric circular upper and lower part and the amplitudes of the waves increase towards the edge of the membranes.

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I II. I.

Figurenbeschreibung '\ Character description '\

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehen-Details of the invention emerge from the following-

den Beschreibung eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Umformers für die Umsetzung von Druckwerten inthe description of an embodiment of an inventive Converter for converting pressure values into

Signale anhand der Zeichnung. Hierin zeigen:Signals based on the drawing. Show here:

Fig. 1 einf Längsschnittbild des erfindunqsgemäßen Umformers,Fig. 1 is a longitudinal sectional view of the inventive Converter,

Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht des Umformers,Fig. 2 is an end view of the converter,

Fig. 3 einiTeilschnittbild durch einen wesentliche^ Teil des Umformers,Fig. 3 is a partial sectional view through an essential ^ Part of the converter,

Fig. 4 ein Schaltschema eines Differentialtransformators, 4 is a circuit diagram of a differential transformer,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die blasbalgartige Druckkammer,5 shows a cross section through the bellows-like pressure chamber,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Druckkammer in abgebrochener Darstellung,6 shows a plan view of the pressure chamber in a broken away representation;

Fig. 7 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Belastungswerte von ihrer Entfernung vom Mittelpunkt wiedergibt,7 is a diagram showing the dependence of the load values on their distance from the center reproduces,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Verschiebungswerte von der Druckkraft zeigt, und8 is a diagram showing the dependence of the displacement values on the pressure force, and

Fig. 9 ein Schaubild, aus dem der Zusammenhang9 is a diagram showing the relationship

03060A/00703060A / 007

zwischen der Druckkraft und der Dicke der Membranen der blasbalgartigen Druckkammer ersichtlich ist.between the compressive force and the thickness of the membranes of the bellows-like pressure chamber can be seen.

Nach Fig. 1 umfasst der Umformer für die Umwandlung von Druckwerten in elektrische Signale eine blasbalgartige Druckkammer 2, gebildet aus zwei Membranen 1, einen Differentialtransformator 5 mit einer Kolbenstange 6, die mit dem freien Ende der Druckkammer 2 verbunden ist und ein zylindrisches Gehäuse Io, in dem die Druckkammer 2 und der Differentialtransformator 5 untergebracht sind und an dessen einem Ende eine Luftzuführungsröhre 4 für die blasbalgartige Druckkammer 2 befestigt ist, während an dessen anderem Ende die Ausgangsklemmen des Differentialtransformators 5 angeordnet sind.According to FIG. 1, the converter for converting pressure values into electrical signals comprises a bellows-type Pressure chamber 2, formed from two membranes 1, a differential transformer 5 with a piston rod 6, which with the free end of the pressure chamber 2 is connected and a cylindrical housing Io in which the pressure chamber 2 and the Differential transformer 5 are housed and at which one end an air supply tube 4 for the bellows-like pressure chamber 2 is attached, while at the other end the output terminals of the differential transformer 5 are arranged are.

Nach Fig. 3 weist die Membran 1 eine Mehrzahl von wellenförmigen Rippen 9 auf, die in konzentrischen Kreisen verlaufen. D.h., die Membran 1 weist,in radialer Richtung gesehen, eine kontinuierliche Wellenstruktur auf und enthält konzentrische kreisförmige obere und untere Abschnitte, wobei die Amplitude der wellenförmigen Rippen 9 proportional mit dem Radius wächst, also zum Membranrand hin zunimmt.According to FIG. 3, the membrane 1 has a plurality of undulating ribs 9 which run in concentric circles. That is, the diaphragm 1 has a continuous wave structure as seen in the radial direction and contains concentric circular upper and lower sections, the amplitude of the undulating ribs 9 being proportional grows with the radius, i.e. increases towards the edge of the membrane.

Hierdurch kann die gewünschte lineare Beziehung zwischen demThis allows the desired linear relationship between the

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o 4 Jo 4 y

Druck und den Verschiebungswerten erreicht werden. Die blasbalgartigen Druckkammern 2 sind aus zwei der beschriebenen Membranen 1 gebildet, die längs ihrer Außenränder miteinander verbunden sind und einen Hohlraum einschließen. Eine Mehrzahl solcher Druckkammern 2 - in der Zeichnung sind es zwei - ist miteinander verbunden. Hierdurch kann ein großer Verschiebungswert erzielt werden.Pressure and the displacement values can be achieved. The bellows-like Pressure chambers 2 are formed from two of the diaphragms 1 described, which are connected to one another along their outer edges are connected and enclose a cavity. A plurality of such pressure chambers 2 - there are in the drawing two - is connected to each other. This enables a large amount of displacement to be achieved.

Die Verbindung der Druckkammern 2 geschieht durch eine in ihrem mittleren Bereich vorgesehene Verbindungsröhre 3, die mit ihrem einen Ende mit dem Luftzuführungsrohr 4 verbunden ist. Dieses Luftzuführungsrohr 4 ist in dem Deckel 11 des Gehäuses Io befestigt. Das andere Ende der Druckkammergruppe 1 ist verschlossen und in der Mitte mit einer Kolbenstange verbunden, deren Ende in einer Führungsbuchse 7 gehalten ist. Diese Führungsbuchse 7 ist in einem stufenförmig ausgesparten Teil 13 des inneren Umfangs eines Endes eines als Preßteil hergestellten Spulenkörpers 12 des Differentialtransformators 5 gehalten. Der innere Durchmesser der Führungsbuchse 7 ist kleiner als der Außendurchmesser eines auf der Kolbenstange 6 sitzenden Kolbens 8,und die eine Stirnfläche 14 der Führungsbuchse 7 und der linken Stirnfläche des Kolbens 8 in Fig. 1 ist kürzer als der Abstand der rechten Stirnfläche 15 des Spulenkörpers 12 von der Druckkammer 2.The connection of the pressure chambers 2 is done by a connecting tube 3 provided in its central area, which is connected at one end to the air supply pipe 4. This air supply pipe 4 is in the cover 11 of the Housing Io attached. The other end of the pressure chamber group 1 is closed and in the middle with a piston rod connected, the end of which is held in a guide bush 7. This guide bush 7 is recessed in a stepped shape Part 13 of the inner circumference of one end of a bobbin 12 of the differential transformer made as a pressed part 5 held. The inner diameter of the guide bush 7 is smaller than the outer diameter of one on the Piston rod 6 seated piston 8, and one end face 14 of the guide bush 7 and the left end face of the The piston 8 in FIG. 1 is shorter than the distance between the right end face 15 of the coil former 12 and the pressure chamber 2.

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- sr -- sr -

Damit wird erreicht, daß selbst dann, wenn ein abnormal hoher Druck auf die Druckkammer 2 ausgeübt wird, der Kolben 8 an der Stirnfläche 14 der Führungsbuchse 7 anstößt und dort festgehalten wird, so daß die Druckkammer 2 nicht durch Kollision mit der Stirnfläche 15 des Spulenkörpers 12 zerstört wird. Auf dem Spulenkörper 12 sind durch entsprechende Trennwände voneinander getrennt im mittleren Abschnitt eine Primärwicklung 16 und an den beiden Enden des Spulenkörpers 12 Sekundärwicklungen 17 und 18 aufgebracht. Wie aus Fig. 4 zu erkennen, sind die Sekundärwicklungen 17 und 18 gegeneinander geschaltet. Abhängig von den Stellungen des Kolbens 8 wird die in der einen Sekundärwicklung erzeugte Spannung höher sein als in der anderen, so daß eine Spannungsdifferenz an ihren beiden Enden festzustellen ist, die einer Verschiebung des Kolbens 8 aus seiner Nullstellung entspricht. Das dem Luftzuführungsrohr 4 gegenüberliegende stirnseitige Ende des Spulenkörpers 12 weist Zuführungs- und Ausgangsklemmen 19,19' und 2o,2o' auf, die aus der Stirnfläche hervorragen. Die Stirnfläche des Spulenkörpers 12 ist mittels Schrauben 21 an dem dem Luftzuführungsrohr gegenüberliegendem stirnseitigen Ende 25 des Gehäuses Io befestigt. Eine zylindrische Abschirmung 22 für die Spulenwicklung aus einem magnetischen Material liegt mit ihrem einen Ende an einer am Umfang des Spulenkörpers 12 nach außen hervorragenden StufeThis ensures that even if an abnormal high pressure is exerted on the pressure chamber 2, the piston 8 abuts the end face 14 of the guide bush 7 and is held there so that the pressure chamber 2 does not pass through Collision with the end face 15 of the bobbin 12 is destroyed. On the bobbin 12 are by appropriate Partition walls separated from one another in the middle section, a primary winding 16 and at the two ends of the coil former 12 secondary windings 17 and 18 are applied. As can be seen from Fig. 4, the secondary windings 17 and 18 are against each other switched. The voltage generated in one of the secondary windings is dependent on the positions of the piston 8 be higher than in the other, so that a voltage difference can be determined at both ends, which corresponds to a displacement of the piston 8 from its zero position. The end face opposite the air supply pipe 4 The end of the bobbin 12 has supply and output terminals 19, 19 'and 2o, 2o' which protrude from the end face. The end face of the bobbin 12 is by means of screws 21 on the opposite of the air supply pipe front end 25 of the housing Io attached. One cylindrical shield 22 for the coil winding made of a magnetic material has one end at one end Perimeter of the bobbin 12 outwardly outstanding step

03 060 4/00703 060 4/007

23 an und ist am Spulenumfang, diesen abschirmend, mittels einer Mehrzahl von aus angehobenen Einschnitten gebildeten Klinken 24 befestigt.23 and is formed on the coil circumference, shielding it, by means of a plurality of raised incisions Pawls 24 attached.

Auf das über die Stirnfläche 25 des Gehäuses Io hinausragende Ende der Kolbenstange 6 ist ein C-förmiger Sprengring in eine ringförmige Nut geschoben. Dieser Sprengring 26 bildet einen Anschlag gegen die Stirnfläche 25 und verhindert eine Bewegung der Kolbenstange 6 in das Gehäuseinnere. Der innere Durchmesser der Führungsbuchse 7, in der das freie Ende der Kolbenstange 6 gleitet, ist kleiner als der Außendurchmesser des mit der Kolbenstange 6 verbundenen Kolbens 8, um jede übertriebene Kolbenbewegung durch seine zum Kolben 8 gerichtete Stirnfläche 14 zu verhindern.On the protruding beyond the end face 25 of the housing Io At the end of the piston rod 6, a C-shaped snap ring is pushed into an annular groove. This snap ring 26 forms a stop against the end face 25 and prevents movement of the piston rod 6 into the interior of the housing. Of the inner diameter of the guide bush 7, in which the free end of the piston rod 6 slides, is smaller than the outer diameter of the piston 8 connected to the piston rod 6 to avoid any excessive piston movement through its to the piston 8 directed end face 14 to prevent.

In den Fig. 5 bis 9 sind Einzelheiten der Druckkammerbälge beschrieben, die in dem erfindungsgemäßen Umformer verwendet werden.5 to 9 are details of the pressure chamber bellows described, which are used in the converter according to the invention.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer solchen Druckkammer 2, wobei der die Verschiebung entnehmende Teil 31 und der Teil 32 für den Dujrckeinlaß 31 in dem mittleren Bereich der Metallmembranen 28 vorgesehen sind, die die oberen und unteren Platten bilden,, Wie bereits erwähnt, sind in jeder Me-Fig. 5 shows an embodiment of such a pressure chamber 2, wherein the displacement extracting part 31 and the Part 32 for the Dujrckeinlaß 31 in the central area of the Metal diaphragms 28 are provided, which form the upper and lower plates, as already mentioned, are in each me-

- Io -- Io -

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tallmembran 28 kreisförmige, konzentrische Wellenstrukturen 29 ausgebildet,deren Amplituden mit zunehmendem Radius größer werden.tall membrane 28 circular, concentric wave structures 29 formed, the amplitudes of which with increasing radius grow.

Bei den erfindungsgemä'ßen Druckkammern sind die Amplituden der Wellen desto größer, je näher die Wellen an dem Außenrand der Platten liegen. Umgekehrt, je weiter die Wellen vom Rand entfernt sind, desto kleiner ist ihre Amplitude. Solange die Druckkraft und die Verschiebung für den gleichen Durchmesser konstant gehalten werden, kann die maximale Spannungsbelastung kleiner gemacht werden. Hierdurch wird erreicht, daß, solange die blasbalgartige Druckkammer innerhalb ihrer vom Material bedingten zulässigen Belastung verwendet wird, der Kammerdurchmesser kleiner oder alternativ die Druckkraft und der Ausgangswert der Verschiebung im mittleren Bereich der Druckkammer größer gemacht und die Linearität des Ausgangswertes in Bezug auf die Druckkraft verbessert werden können.In the pressure chambers according to the invention, the amplitudes are of the waves, the greater the closer the waves are to the outer edge of the plates. Conversely, the further the waves from Away from the edge, the smaller their amplitude. As long as the compressive force and the displacement for the same Diameter are kept constant, the maximum stress load can be made smaller. This will achieved that as long as the bellows-like pressure chamber within their permissible load due to the material is used, the chamber diameter smaller or alternatively made the pressing force and the output value of the displacement in the central region of the pressure chamber larger and the linearity of the initial value in terms of the compressive force can be improved.

Diese Tatsache wird in Bezug auf die Zeichnung näher erläutert .This fact is explained in more detail with reference to the drawing.

In Fig. 7 ist ein Diagramm wiedergegeben, welches eine Spannungsverteilung in den Druckkammern zeigt. Das Biegungsmo-7 is a diagram showing a stress distribution shows in the pressure chambers. The bending mo-

- 11 -- 11 -

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ment wird zum Außenrand hin größer. Da aber die Membran wellenförmig gestaltet ist, w^rkt der Wellenberg oder das Wellental der Membran als virtueller Hebelpunkt (ruhender Punkt) und die Beanspruchung ist an ihrem oberen Teil am größten.ment becomes larger towards the outer edge. But since the membrane is wavy is designed, the wave crest or the wave trough of the membrane works as a virtual lever point (point of rest) and the stress is greatest at its upper part.

Verändert man daher die Amplitude der entsprechenden Wellen nach Maßgabe der Größe der Beanspruchung, dann läßt sich die Spannung in einer solchen Membran wirkungsvoller verteilen, als in einer Membran, deren Wellenamplituden gleich sind, wie dies bei den herkömmlichen Erzeugnissen der Fall ist.If you change the amplitude of the corresponding waves in accordance with the magnitude of the stress, then the Distribute stress in such a membrane more effectively than in a membrane whose wave amplitudes are the same, as is the case with conventional products.

Die Verschiebung &> jedes kleinsten Abschnittes einer dünnen ebenen Platte ist durch die nachfolgende Gleichung (1) be- j stimmt:The displacement &> of every smallest section of a thin flat plate is determined by the following equation (1):

² - χ²)² ² - χ ² ) ²

.| , (a² - χ²)² (D. | , (a ² - χ ² ) ² (D

,Ε ., Ε.

12 (ΐΐΓ ·12 (ΐΐΓ

Dabei bedeutenMean

D = Biegefestigkeit,D = flexural strength,

γ. = Proportionalitätskonstante, γ. = Constant of proportionality,

ρ β Druckkraft,ρ β compressive force,

a " Radius der Membran,a "radius of the membrane,

- 12 -- 12 -

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- Vt - - Vt -

χ = Abstand vom Mittelpunkt,
'O = Verschiebung des mittleren Bereiches, m = Poisson'sches Verhältnis,
E = Young*scher-Modul,
t = Membrandicke.χ = distance from the center,
'O = shift of the middle range, m = Poisson's ratio,
E = Young * shear modulus,
t = membrane thickness.

Die Biegefestigkeit D ist hier eine Konstante, welche durch die Dicke und das Material der Membran bestimmt ist. In Fällen, in denen Untersuchungen über die Membran gemacht werden sollen, muß man die Dicke t der Membran betrachten. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, hat die Membran in Preßrichtung P- gesehen eine Dicke t¹. Die Biegefestigkeit D der Membran wird angenähert D' sein gemäß der Gleichung (2):The flexural strength D is a constant which is determined by the thickness and the material of the membrane. In cases where studies are to be made of the membrane, one must consider the thickness t of the membrane. As shown in FIG. 9, the membrane has a thickness t ¹ as seen in the pressing direction P-. The flexural strength D of the membrane will be approximately D 'according to equation (2):

D¹ - ^{m E} D ¹ - ^{m E}

1212th

Ist - wie in Fig. 9 gezeigt - die Druckkraft P, dann heben sich die Komponenten P. für verschiedene Neigungen gegenseitig auf und die eigentliche, eine Verschiebung bewirkende Kraft ist nur P₂-If - as shown in Fig. 9 - the compressive force P, then the components P. cancel each other out for different inclinations and the actual force causing a displacement is only P ₂ -

Je größer die Wellenamplitude ist, desto größer ist die Dicke f. Damit wird aber auch D¹ größer und als Folge davon die Verschiebung Cd kleiner. Dies ist fehlerhaft.The greater the wave amplitude, the greater the thickness f. However, this also means that D ¹ becomes greater and, as a consequence, the displacement Cd becomes smaller. This is incorrect.

030804/0074030804/0074

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung dadurch erzielt, daß man die Amplituden der Wellen in Bereichen, näher beim Mittelpunkt der Membran, wo die Spannungen auch geringer sind, kleiner macht. Solange D¹ konstant für sich verändernde Druckwerte bleibt, ändert sich Cd ο , bezogen auf diese Drücke, linear. In der Praxis verschieben sich jedoch die kleinen Bereiche der Membranen in Richtung von P_?, so daß sich t¹ ändern muß, damit ändert man aber auch D' und CJQ ändert sich nicht mehr linear mit dem Druck. Die Änderung von D¹ wird merklicher an Stellen in der Nähe des äußeren Membranrandes, wo die Verzerrung (Beanspruchung) größer ist. Dies kann man leicht aus der Tatsache ableiten, daß, je größer die Verzerrung ist, desto stärker sich t' ändert.According to the present invention, an improvement is achieved by making the amplitudes of the waves smaller in areas closer to the center of the diaphragm where the stresses are also lower. As long as D ¹ remains constant for changing pressure values, Cd ο changes linearly in relation to these pressures. In practice, however, the small areas of the membranes shift in the direction of P _? so that t ¹ must change, but this also changes D 'and CJQ no longer changes linearly with the pressure. The change in D ¹ becomes more noticeable at locations near the outer membrane edge where the distortion (stress) is greater. This can be easily deduced from the fact that the larger the distortion, the more t 'changes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Erfolg die Änderung von D¹ kleiner gehalten, um die Linearität von OJ zu verbessern, indem man die Amplitude der Wellen an den näher am Membranrand gelegenen Stellen größer macht, um die Verzerrungen (Beanspruchungen) entsprechend des vorstehend geschilderten Sachverhalts zu verteilen. According to the present invention, the change in D ¹ is successfully kept smaller to improve the linearity of OJ by making the amplitude of the waves larger at the locations closer to the membrane edge to reduce the distortions (stresses) corresponding to the above to distribute.

Berechnet man die geschilderten Vorgänge für den Fall, daß die Membran einen Durchmesser von 3o mm hat und aus Phosphorbronze besteht und CJq praktisch den gleichen Wert wie die If one calculates the described processes for the case that the membrane has a diameter of 30 mm and consists of phosphor bronze and CJq practically the same value as that

- 14 -- 14 -

03G6Ö4/0Ö7403G6Ö4 / 0Ö74

-V--V-

2 \2 \

maximale Spannung hat (Spannung = 2o kg/mm und C^Jq= 13), dann beträgt die Linearität ungefähr 0,3% bei einem herkömmlichen Erzeugnis und 0,03% bei einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Druckkraft P betrug dannhas maximum tension (tension = 20 kg / mm and C ^ Jq = 13), then the linearity is approximately 0.3% for a conventional product and 0.03% for a device according to the present invention. The compressive force P was then

2
0 bis 0,4 kg/cm.2
0 to 0.4 kg / cm.

In Fig. 8 sind die Beziehungen zwischen der Druckkraft und der Verschiebung dargestellt. Dabei zeigen die Kurven a" und b" die Charakteristiken von Membranen mit großen bzw. mit kleinen Wellenamplituden, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind und bei herkömmlichen Vorrichtungen mit konstanten Amplitudenwerten verwendet werden. Die Kurve c" zeigt die charakteristischen Werte der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Amplituden praktisch proportional dem Radius sind.In Fig. 8, the relationships between the pressing force and the displacement are shown. The curves show a ″ and b "the characteristics of membranes with large and small wave amplitudes, as shown in FIG. 3, and can be used in conventional devices with constant amplitude values. The curve c "shows the characteristic Values of the device according to the invention in which the Amplitudes are practically proportional to the radius.

Gemäß der Erfindung sind - wie oben beschrieben - die Amplituden der wellenförmig ausgebildeten Membranen der blasbalgartigen Druckkammern in radialer Richtung zunehmend vergrössert. Hierdurch hat man den Vorteil, die Abhängigkeit der Eingangs- und Ausgangswerte linear machen und die Druckkraft und Abweichung größer wählen zu können, bei mit den herkömmlichen Erzeugnissen übereinstimmenden Dimensionen. Hält man dagegen die Druckkraft und die Abweichung konstant, so läßt sich eine kompakte raumsparende Druckkammer erzielen.According to the invention - as described above - the amplitudes of the corrugated membranes are bellows-like Pressure chambers increasingly enlarged in the radial direction. This has the advantage of reducing the dependency of the Make input and output values linear and be able to choose the pressure force and deviation larger with the conventional ones Products of matching dimensions. If, on the other hand, the pressure force and the deviation are kept constant, then leave achieve a compact, space-saving pressure chamber.

- 15 - .- 15 -.

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Ferner läßt sich gemäß der vorliegenden Erfindung , auch wenn man Membranen mit kleineren Durchmessern benützt, ein Umformer für die Umwandlung von Druckwerten in Signale mit einer größeren Empfindlichkeit schaffen, indem man eine Mehrzahl von blasbalgartigen Druckkammern miteinander verbindet. Der Vorteil liegt dann darin, daß die Druckkammern und der Differentialtransformator kompakt in einem kleinen Gehäuse vereinigt sein können.Furthermore, according to the present invention, even when using membranes with smaller diameters, a Converter for converting pressure values into signals with create greater sensitivity by interconnecting a plurality of bellows-like pressure chambers. The advantage then is that the pressure chambers and the differential transformer are compact in a small one Housing can be united.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Zusammenbau auch sehr einfach. Es werden nämlich zuerst die Wicklungen auf den Spulenkörper 12 aufgewickelt, dann der Abschirmzylinder 22 aufgebracht und schließlich der Spulenkörper 12 in das zylindrische Gehäuse Io eingesetzt und mittels Schrauben an dessen Stirnfläche 25 befestigt. Die Klemmen 19,19' und 2o,2o' an der Stirnfläche 25 des Spulenkörpers 12 werden in entsprechende Buchsen auf einer Montageplatte eingesteckt und die beweglichen Teile zusammengefügt, während man die Nullstellung des Kolbens 8 mit einem Meßinstrument bestimmt. Da die Klemmen aus der Stirnfläche 25 des Gehäuses Io herausragen, wird der Vorteil erreicht, daß der Verbindungsteil für die Klemmen kompakt sein kann und der Zusammenbau als Ganzes vereinfacht wird.According to the present invention, assembly is also very simple. Namely, the windings open first the bobbin 12 wound up, then the shielding cylinder 22 applied and finally the bobbin 12 in the cylindrical housing Io is inserted and fastened to its end face 25 by means of screws. The terminals 19, 19 'and 2o, 2o 'on the end face 25 of the bobbin 12 are inserted into corresponding sockets on a mounting plate and the moving parts are assembled while determining the zero position of the piston 8 with a measuring instrument. Since the terminals protrude from the end face 25 of the housing Io, the advantage is achieved that the connecting part for the terminals can be compact and the assembly as a whole is simplified.

Ferner kann eine außergewöhnlich hohe Druckkraft ausgehaltenFurthermore, an extraordinarily high compressive force can be withstood

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werden, wie oben beschrieben. (Der maximal zulässige Druck war bei den herkömmlichen Vorrichtungen 3oo mm.Hg, kann aber jetzt bis nahezu 5oo mm.Hg erhöht werden). Da der Anschlag durch die Stirnfläche 14 der Führungsbuchse 7 und den Kolben 8 gebildet ist, wird die Druckkammer 2. vor Beschädigung geschützt, und zwar auch dann, wenn ein unnormal hoher Druck ausgeübt wird.as described above. (The maximum permissible pressure with the conventional devices was 300 mm. Hg, but can can now be increased to almost 5oo mm.Hg). Because the stop is formed by the end face 14 of the guide bushing 7 and the piston 8, the pressure chamber 2 is protected from damage protected, even if abnormally high pressure is applied.

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Claims

} Converter for converting pressure values into signals, as indicated by a A plurality of bellows-like pressure chambers, each of which combines two with one another along its outer edge Diaphragms are formed, the diaphragms in turn having a continuous wave shape in radial directions have and with concentric, circular upper and lower areas are connected to one another in the axial direction by means of a connecting tube, wherein one end is designed as a fixed air supply end and the opposite is closed The end is freely movable and connected to a piston of a differential transformer.

2. Converter according to claim 1, characterized in that that the amplitudes of the wave-shaped membranes formed from the pressure chambers to the outer edge of the Increase membranes.

3. Converter according to claim 1, characterized in that that the pressure chambers and the differential transformer in a cylindrical housing un-

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are accommodated, the one with the freely movable End of the pressure chamber the same end of the housing is closed and input and output terminals for the differential transformer protrude from the end.

4. Converter according to claim!, Characterized in that a guide bush is provided, in which one, with the piston of the differential transformer connected piston rod is mounted and that the Inner diameter of the guide bushing smaller than the outer diameter of the piston is.

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